计算机控制技术课件 第二章输入输出接口与过程通道
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第2章 输入输出接口与过程通道（一）
2.0 总线扩展方式 2.1.1 I/O端口与编址方式 2.1.2 I/O端口地址译码技术 2.1.3 基于ISA总线的端口扩展
计算机控制系统硬件系统设计模式
专用系统设计：将计算机控制系统的各个组成部分 制作成一个独立专用装置。
特点是：一旦系统开发完成，就不能轻易改变。 如消费类电子产品，也是典型的嵌入式系统。
（1）线选法
（2）全译码法 译码（电3 ）路部不分仅译与码地址信号有关，而且与控制信号有关。使 用A0～A9 、IOW、IOR、AEN 等信号组合。
2.I/O端口地址译码方法及电路形式 （1）固定地址译码
（2）开关选择译 码
2.1.2 I/O端口地址译码技术
• 除了上述两种地址译码方法外，可编程逻辑器件(PLD) 也被广泛地应用于译码电路，如: • 通用阵列逻辑（GAL)； • 可编程阵列逻辑（PAL）器件； • 可擦除可编程门阵列EPLD； • 现场可编程门阵列FPLD； • 复杂可编程门阵列CPLD等。
接口技术是研究计算机与外部设备之间如何交 换信息的技术。
过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信 息传送和转换的连接通道，包括: AI、AO、DI、DO。
1.I/O端口及I/O操作 接口电路内部设置若干寄存器，用以暂存CPU 和外设之间传输的数据、状态和控制信息，分别称 为数据寄存器、状态寄存器和控制寄存器。这些能 够被CPU直接访问的寄存器统称为端口（Port）， 分别叫做数据端口、状态端口和控制端口。 （1）数据端口 用以存放外设送往CPU的数据以及CPU输出到外 设去的数据。 （2）状态端口 用来指示外设的当前状态。 （3）命令端口 用来存放CPU向接口发出的各种命令和控制字， 以便控制接口或设备的动作 。
信号调理: 将外部开关量信号，经信号转换、滤波、隔离等措施 转换成计算机能够接收的逻辑信号，称之信号调理。 实现信号调理功能的电路，称之为信号调理电路。 (1)小功率输入调理电路
2.2.2 数字量输入通道
(2)大功率输入调理电路
2.2.3 数字量输出通道
1.数字量输出通道的结构
数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电 路、 输出口地址译码电路组成。
2.2.3 数字量输出通道
2.2.4 数字量输入/输出通道模板举例
研华PCL-730板卡 PCL-730是研华公司推出的32通道隔离型I/O板卡，提供16 路开关量隔离输入通道和16路开关量隔离输出通道。
2.2.4 数字量输入/输出通道模板举例
研华PCL-730板卡组成框图
2.2.4 数字量输入/输出通道模板举例
2.2.1 数字量输入输出接口技术 2.2.2 数字量输入通道 2.2.3 数字量输出通道 2.2.4 数字量模板应用举例
2.2.1 数字量输入输出接口技术 1.数字量输入接口
汇编： MOV DX,220H IN AL,DX
C语言： a=inportb(0x220)
2.2.1 数字量输入输出接口技术
1.板选译码与板内译码 板选译码采用开关式全译码电路，常选用
74HCT688。 板内译码电路采用74HCT138/74HCT139。
2.总线驱动及逻辑控制 数据总线缓冲器采用74HCT245，地址总线驱动采
用 74HCT244。
3Baidu Nhomakorabea端口及其读写控制
2.1.3 基于ISA总线的端口扩展
2.2 数字量输入输出接口与过程通道
2.数字量输出接口
汇编： MOV AL,8FH MOV DX,221H OUT DX,AL
C语言： outportb(0x221,0x8f)
2.2.2 数字量输入通道
1.数字量输入通道的结构 数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电
路、输入口地址译码电路等组成 。
2.2.2 数字量输入通道
2.输入信号调理电路
通用系统设计：基于模块化设计思想，以某种总 线为中心，设计开发各种功能模块，依据系统需要，由 模块组配系统。如总线式工业控制机。
特点是：标准化、通用性、扩展性、灵活性。
本章以PC机为基础，以ISA总线扩展技术为例讲解 接口技术相关问题。
接口是计算机与外部设备（部件与部件之间） 交换信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口。
(1) PCL-730寄存器地址分配
地址
基地址 +00
基地址 +Ol
W/R R R
寄存器名称
隔离开关量 输入低8位
隔离开关量 输入高8位
地址
基地址 +00
基地址 +01
W/R W W
寄存器名称
隔离开关量 输出低8位
隔离开关量 输出高8位
2.2.4 数字量输入/输出通道模板举例
(2)程序设计举例(基地址设为220H)：
2.1.1 I/O端口与编址方式
2. I/O端口编址方式
（1）统一编址 把端口看作特殊的内存单元，和存储器统一编址，称
为存储器映射方式 。Motorola的MC6800、及68HC05等 处理器采用这种方式访问I/O设备。
（2）独立编址 把I/O端口和存储单位分开，独立编址，称为I/O映射
方式。Intel的80x86系列机采用单独编址方式访问外设。
1. I/O端口地址译码电路信号
把CPU送出的地址转变为芯片选择和端口区分依据的就 是地址译码电路。每当CPU执行输入输出指令时，就进入 I/O端口读写周期，此时首先是端口地址有效，然后是I/O 读写控制信号或有效，把对端口地址译码产生的译码信号 同或结合起来一同控制对I/O端口的读或写操作。常用三种 译码方式：
2.2.3 数字量输出通道 2.输出驱动电路
(1)小功率直流驱动电路 ①功率晶体管输出驱动继电器电路
这里特别注意，VD的作用！！！
2.2.3 数字量输出通道
②达林顿阵列输出驱动继电器电路
MC1416
2.2.3 数字量输出通道
(2)大功率交流驱动电路 固态继电器（SSR）：四端有源器件。
固态继电器（亦称固体继电器）英文名称为Solid State Relay，简称SSR。它是用半导体器件代替传统电接点作为 切换装置的具有继电器特性的无触点开关器件，单相SSR 为四端有源器件，其中两个输入控制端，两个输出端，输 入输出间为光隔离，输入端加上直流或脉冲信号到一定电 流值后，输出端就能从断态转变成通态。
2.0 总线扩展方式 2.1.1 I/O端口与编址方式 2.1.2 I/O端口地址译码技术 2.1.3 基于ISA总线的端口扩展
计算机控制系统硬件系统设计模式
专用系统设计：将计算机控制系统的各个组成部分 制作成一个独立专用装置。
特点是：一旦系统开发完成，就不能轻易改变。 如消费类电子产品，也是典型的嵌入式系统。
（1）线选法
（2）全译码法 译码（电3 ）路部不分仅译与码地址信号有关，而且与控制信号有关。使 用A0～A9 、IOW、IOR、AEN 等信号组合。
2.I/O端口地址译码方法及电路形式 （1）固定地址译码
（2）开关选择译 码
2.1.2 I/O端口地址译码技术
• 除了上述两种地址译码方法外，可编程逻辑器件(PLD) 也被广泛地应用于译码电路，如: • 通用阵列逻辑（GAL)； • 可编程阵列逻辑（PAL）器件； • 可擦除可编程门阵列EPLD； • 现场可编程门阵列FPLD； • 复杂可编程门阵列CPLD等。
接口技术是研究计算机与外部设备之间如何交 换信息的技术。
过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信 息传送和转换的连接通道，包括: AI、AO、DI、DO。
1.I/O端口及I/O操作 接口电路内部设置若干寄存器，用以暂存CPU 和外设之间传输的数据、状态和控制信息，分别称 为数据寄存器、状态寄存器和控制寄存器。这些能 够被CPU直接访问的寄存器统称为端口（Port）， 分别叫做数据端口、状态端口和控制端口。 （1）数据端口 用以存放外设送往CPU的数据以及CPU输出到外 设去的数据。 （2）状态端口 用来指示外设的当前状态。 （3）命令端口 用来存放CPU向接口发出的各种命令和控制字， 以便控制接口或设备的动作 。
信号调理: 将外部开关量信号，经信号转换、滤波、隔离等措施 转换成计算机能够接收的逻辑信号，称之信号调理。 实现信号调理功能的电路，称之为信号调理电路。 (1)小功率输入调理电路
2.2.2 数字量输入通道
(2)大功率输入调理电路
2.2.3 数字量输出通道
1.数字量输出通道的结构
数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电 路、 输出口地址译码电路组成。
2.2.3 数字量输出通道
2.2.4 数字量输入/输出通道模板举例
研华PCL-730板卡 PCL-730是研华公司推出的32通道隔离型I/O板卡，提供16 路开关量隔离输入通道和16路开关量隔离输出通道。
2.2.4 数字量输入/输出通道模板举例
研华PCL-730板卡组成框图
2.2.4 数字量输入/输出通道模板举例
2.2.1 数字量输入输出接口技术 2.2.2 数字量输入通道 2.2.3 数字量输出通道 2.2.4 数字量模板应用举例
2.2.1 数字量输入输出接口技术 1.数字量输入接口
汇编： MOV DX,220H IN AL,DX
C语言： a=inportb(0x220)
2.2.1 数字量输入输出接口技术
1.板选译码与板内译码 板选译码采用开关式全译码电路，常选用
74HCT688。 板内译码电路采用74HCT138/74HCT139。
2.总线驱动及逻辑控制 数据总线缓冲器采用74HCT245，地址总线驱动采
用 74HCT244。
3Baidu Nhomakorabea端口及其读写控制
2.1.3 基于ISA总线的端口扩展
2.2 数字量输入输出接口与过程通道
2.数字量输出接口
汇编： MOV AL,8FH MOV DX,221H OUT DX,AL
C语言： outportb(0x221,0x8f)
2.2.2 数字量输入通道
1.数字量输入通道的结构 数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电
路、输入口地址译码电路等组成 。
2.2.2 数字量输入通道
2.输入信号调理电路
通用系统设计：基于模块化设计思想，以某种总 线为中心，设计开发各种功能模块，依据系统需要，由 模块组配系统。如总线式工业控制机。
特点是：标准化、通用性、扩展性、灵活性。
本章以PC机为基础，以ISA总线扩展技术为例讲解 接口技术相关问题。
接口是计算机与外部设备（部件与部件之间） 交换信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口。
(1) PCL-730寄存器地址分配
地址
基地址 +00
基地址 +Ol
W/R R R
寄存器名称
隔离开关量 输入低8位
隔离开关量 输入高8位
地址
基地址 +00
基地址 +01
W/R W W
寄存器名称
隔离开关量 输出低8位
隔离开关量 输出高8位
2.2.4 数字量输入/输出通道模板举例
(2)程序设计举例(基地址设为220H)：
2.1.1 I/O端口与编址方式
2. I/O端口编址方式
（1）统一编址 把端口看作特殊的内存单元，和存储器统一编址，称
为存储器映射方式 。Motorola的MC6800、及68HC05等 处理器采用这种方式访问I/O设备。
（2）独立编址 把I/O端口和存储单位分开，独立编址，称为I/O映射
方式。Intel的80x86系列机采用单独编址方式访问外设。
1. I/O端口地址译码电路信号
把CPU送出的地址转变为芯片选择和端口区分依据的就 是地址译码电路。每当CPU执行输入输出指令时，就进入 I/O端口读写周期，此时首先是端口地址有效，然后是I/O 读写控制信号或有效，把对端口地址译码产生的译码信号 同或结合起来一同控制对I/O端口的读或写操作。常用三种 译码方式：
2.2.3 数字量输出通道 2.输出驱动电路
(1)小功率直流驱动电路 ①功率晶体管输出驱动继电器电路
这里特别注意，VD的作用！！！
2.2.3 数字量输出通道
②达林顿阵列输出驱动继电器电路
MC1416
2.2.3 数字量输出通道
(2)大功率交流驱动电路 固态继电器（SSR）：四端有源器件。
固态继电器（亦称固体继电器）英文名称为Solid State Relay，简称SSR。它是用半导体器件代替传统电接点作为 切换装置的具有继电器特性的无触点开关器件，单相SSR 为四端有源器件，其中两个输入控制端，两个输出端，输 入输出间为光隔离，输入端加上直流或脉冲信号到一定电 流值后，输出端就能从断态转变成通态。