第二章 输入输出接口技术和输入输出通道

输入输出接口技术和输入输出通道

§2.1 概述

输入输出接口技术——研究微处理器和外部设备之间信息交

换的技术。

输入输出接口——简称“接口”

1、接口、通道及其功能

1)I／O接口电路

I／O接口电路：是主机和外设之间信息交换的连接电路。

使主机和外设能够协调工作，有效地完成信

息交换。

／O 通道

I ／O 通道：也称为过程通道。它是计算机和控制对

象之间信息传送和变换的连接通道。

???信号的输入通路。信号的输出通路。

主要功能———信息传送和变换。A/D 、D/A 转换是核心。

本章学习: 解决微型计算机和外部的连接问题，使计算机和外部构成一个整体，能正确、可靠、高效率的交换信息，这是设计一个微机控制系统必须解决的基本问题。

、I ／O 信号的种类CPU 外部设备

数据

状态控制通常有三类信息：?????数据信息?????数字量模拟量开关量脉冲量状态信息控制信息

、计算机和外部的通信方式

?????并行通信：串行通信：按一个字或一个字节所包含的全部位数同时进行传输数据按通信规程约定的编码格式沿一根线

一位接一位地进行传输。

串行通信全双工方式?????半双工方式同步通信

异步通信

全双工方式:数据信息能沿相反两个方向传送。

半双工方式:数据信息可沿数据传输线的两个方向传送，但

同一时刻只能沿一个方向传送。甲

乙数据线

计

算机串行接

口外设

甲乙

SYN SYN

控制字符控制字符数据字符. . .SYN

同步通信：在一组字符前后加同步字符，标志一组数据

块的开始与结束，接收装置接收到同步字符

而开始接收数据，直到接收后同步字符，一

帧数据接收结束。

异步通信：要传送的字符代码前加一起始位，以示该字符代码开始，在字符代码后面加一停止位，

以示该字符代码结束。

§2.2 输人／输出的控制方式§2.2 1．程序控制方式

1. 无条件传送方式

CPU执行输入指令时：M/#IO #RD #WR

0 0 1

查询式I/O方式（条件传送方式）

查询式I/O方式接口电路原理框图见P19 图2－3

§2.22．中断控制I/O方式

1.中断控制I/O时应解决的问题

多重中断处理时必须解决的四个问题：

?保护现场和恢复现场。

?正确判断中断源。

?实时响应。

?按优先权顺序处理。

中断优先级问题的解决

?????软件查询方式雏菊链法专用硬件方式1)

软件查询方式

雏菊链法

3) 专用硬件方式

、DMA控制方式

DMA控制方式：是一种成块传送数据的方式。

8237A的数据

传送速率可

达1.6M字节/s；

8257A的数据

传送速率可

达1．25M字

节/s。

I/O 接口设计

一、I ／0接口的编址方式

I ／0接口与存储器独立编址方式I ／0接口与存储器统一编址方式

???（一）I ／0接口与存储器独立编址方式

独立编址方式的优点：

独立编址方式的缺点：

I／0接口与存储器统一编址方式

又称存储器映像方式:把所有的I／0端口都作为存储器的一个单元来处理。

统一编址方式的优点：

统一编址方式的缺点：

、I／O 接口与系统的连接

I／O接口芯片8255与CPU和外围设备的连接

(a)

二、I／O接口与系统的连接

CPU 之间必须连接的信号有下列4类：

???????数据信号D 0~D 7读／写控制信号片选信号和地址线

时钟、复位、中断控制、联络信号

三、I ／O 接口扩展

1.地址译码器的扩展

?使用译码器的目的：（1）提供接口芯片的片选信号

（2）寻址芯片内的I/O 端口。

?常用的译码器有：四选一、八选一、十六选一。

74LSl38扩展地址译码器

第五章 过程输入输出通道技术汇总

第五章过程通道 在计算机控制系统中，为了实现对生产过程的控制，要将对象的控制参数及运行状态按规定的方式送入计算机，计算机经过计算、处理后，将结果以数字量的形式输出，此时需将数字量变换为适合生产过程控制的量，因此在计算机和生产过程之间，必须设置完成信息的传递和变换装置，这个装置称为过程输入输出通道，也叫I/O通道。 5.1过程输入输出通道概述 过程输入输出通道由模拟量输入输出通道和开关量输入输出通道组成。过程输入输出通道在微型计算机和工业生产过程之间起着信号传递与变换的纽带作用。 5.1.1 模拟量输入通道的一般结构 过程参数由传感元件和变送器测量并转换为电压（或电流）形式后送至多路开关；在微机的控制下，由多路开关将各个过程参数依次地切换到后级，进行放大、采样和A/D转换，实现过程参数的巡回检测。 5.1.2 模拟量输出通道的基本结构 多D/A结构的模拟量输出通道中的D/A转换器除承担数字信号到模拟信号转换的任务外，还兼有信号保持作用，即把微机在t=kT 时刻对执行机构的控制作用维持到下一个输出时刻t=(k+1)T。这是一种数字保持方式，送给D/A转换器的数字信号不变，其模拟输出信号便保持不变。 共享D/A结构的模拟量输出通道中的D/A转换器只起数字信号到模拟信号的转换作用，信号保持功能靠采样保持器完成。这是一种模拟保持方式，微机对通路i（i=1，2，...，n）的控制信号被D/A转换器转换为模拟形式后，由采样保持器将其记忆下来，并保持到下一次控制信号的到来。 多D/A形式输出速度快、工作可靠、精度高，是工业控制领域普遍

采用的形式。 5.1.3 开关量（数字量）输入通道的基本结构 开关量输入通道又称为数字量输入通道，该通道的任务是把被控对象的开关状态信号（或数字信号）送给计算机、或把双值逻辑的开关量变换为计算机能够接收的数字量送给计算机，简称DI通道。 典型的开关量输入通道通常由以下几部分组成： 1．信号变换器：将生产过程的非电量开关量转换为电压或电流的双值逻辑值。 2．整形变换电路：将混有毛刺之类干扰的输入双值逻辑信号或其信号前后沿不符合要求的输入信号整形为接近理想状态的方波或矩形波，然后再根据系统要求变换为相应形状的脉冲信号。 3．电平变换电路：将输入的双值逻辑电平转换为与CPU兼容的逻辑电平。 4．总线缓冲器：暂存数字量信息并实现与CPU数据总线的连接。 5．接口逻辑电路：协调各通道的同步工作，向CPU传递状态信息并控制开关量的输入、输出。 5.1.4 开关量（数字量）输出通道的基本结构 开关量（数字量）输出通道的任务是把计算机输出的数字信号（或开关信号）传送给开关型的执行机构（如继电器或指示灯等），控制它们的通、断或亮、灭，简称DO通道。其典型结构中锁存输出的主要作用是锁存CPU输出的数据或控制信号，供外部设备使用；隔离部件的作用是为防止干扰；功放的作用则是为把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的驱动信号。 下面分别展开说明四种过程通道的组成及应用。

第二章 过程输入通道与接口

第二章过程输入通道与接口 过程通道是在微机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道，它包括数字量输入通道、模拟量输入通道、数字量输出通道、模拟量输出通道。 主要知识点： ? 2.1 输入通道的结构与信号交换：A/D转换器、D/A转换器、光电耦合隔离器的工作原理、模拟量输入通道的结构组成、香农定理 ? 2.2 模拟量输入通道中的常用放大器 ? 2.3 A/D转换器与单片机接口电路 2.1 输入通道的结构与信号交换 根据信号来源及种类的不同，输入通道相应分为数字量输入通道和模拟量输入通道。（P17 表2.1.1 输入信号分类与通道对照表） 数字信号，包括开关信号、脉冲信号。它们是以二进制的逻辑“1”和“0”或电平的高和低出现的。如开关触点的闭合和断开，指示灯的亮和灭，继电器或接触器的吸合和释放，马达的启动和停止，晶闸管的通和断，阀门的打开和关闭，仪器仪表的BCD 码，以及脉冲信号的计数和定时等。 模拟信号，包括电流信号、电压信号。用来描述被控对象的过程参数如温度、压力、流量、液位、重量等。 在微机的各种接口中，完成外设信号到微机所需数字信号转换的，称为模拟∕数字转换（A/D 转换Analog to Digital Converter）器；完成微机输出数字信号到外设所需信号转换的，称为数字∕模拟转换（D/A转换Digital to Analog Converter）器。 2.1.1 数字量输入通道 数字量输入通道（DI 通道）的任务是把生产过程中的数字信号转换成计算机易于接受的形式。 信号调理电路：虽然都是数字信号，不需进行A/D 转换，但对通道中可能引入的各种干扰必须采取相应的技术措施，即在外部信号与单片机之间要设置输入信号调理电路。 凡在电路中起到通、断作用的各种按钮、触点、开关，其端子引出均统称为开关信号。在开关输入电路中，主要是考虑信号调理技术，如调理、防抖、光电隔离、整形、电平转换、RC滤波、过电压保护、反电压保护等。 1、输入信号调理电路 典型的输入信号调理电路如P18，图2.1.1所示。功能如下： 稳压管D2把过压和瞬态尖峰电压嵌位在安全电平上

视频输入输出常用接口介绍

视频输入输出常用接口介绍 随着视频清晰度的不断提升，这也促使我们对高清视频产生了浓厚的兴趣，而如果要达某些清晰度的视频就需要配备相应的接口才能完全发挥其画质。所以说视频接口的发展是实现高清的前提，从早期最常见且最古老的有线TV输入到如今最尖端的HDMI数字高清接口，前前后后真是诞生了不少接口。但老期的接口信号还在继续使用，能过信号转换器就能达到更清晰的效果，比如：AV,S-VIDEO 转VGA AV,S-VIDEO转HDMI，图像提升几倍，效果更好。 从现在电视机背后的接口也能看出这点，背后密密麻麻且繁琐的接口让人第一眼看过去有点晕的感觉。今天小编就将这些接口的名称与作用做一个全面解析，希望能对选购电视时为接口而烦恼的朋友起到帮助。 随着视频清晰度的不断提升，这也促使我们对高清视频产生了浓厚的兴趣，而如果要达某些清晰度的视频就需要配备相应的接口才能完全发挥其画质。所以说视频接口的发展是实现高清的前提，从早期最常见且最古老的有线TV输入到如今最尖端的HDMI数字高清接口，前前后后真是诞生了不少接口。但老期的接口信号还在继续使用，能过信号转换器就能达到更清晰的效果，比如：AV,S-VIDEO 转VGA AV,S-VIDEO转HDMI，图像提升几倍，效果更好。

TV接口 TV输入接口 TV接口又称RF射频输入，毫无疑问，这是在电视机上最早出现的接口。TV 接口的成像原理是将视频信号(CVBS)和音频信号(Audio)相混合编码后输出，然后在显示设备内部进行一系列分离/ 解码的过程输出成像。由于需要较多步骤进行视频、音视频混合编码，所以会导致信号互相干扰，所以它的画质输出质量是所有接口中最差的。 AV接口 AV接口又称（RCARCA）可以算是TV的改进型接口，外观方面有了很大不同。分为了3条线，分别为：音频接口（红色与白色线，组成左右声道）和视频接口（黄色）。

计算机输入输出系统与接口技术

第七章计算机输入/输出系统与接口技术 7.1计算机的输入/输出系统 一、输入/输出系统的基本组成 二、接口电路Interface 计算机的CPU和外部设备之间一般不是直接相连的，而是通过一定的接口来连接的。主机和外设之间的适配电路称为接口电路，相应的程序称为接口程序。 为什么要使用接口： 1、接口电路使得CPU可以管理多个外部设备； 2、不同外设的工作方式不同，应用不同的接口电路可以将不同的工作方式转换为有利于CPU 操作的相同工作方式；比如：电压不同，信号方式不同。 3、外部设备有些速度快，有些速度慢，接口电路可以实现设备与CPU之间的速度匹配； 4、有些设备是串行传送数据的，而CPU是并行传送数据的，接口电路可以实现串-并行格式转 换； 5、CPU只能读写数字信息，通过接口电路可以实现模拟信息的输入输出。 总线接口电路I/O设备 接口：接口电路和接口程序

三、CPU和输入/输出设备之间传输的信号 1、数据信息：数字量、模拟量、开关量； 2、状态信息：外设的工作状态； 3、控制信息： 7.2 微型计算机的常用外部设备 1、输入设备：键盘、鼠标 2、输出设备：显示器、打印机 3、多媒体设备：声卡、图像卡 7.3 总线技术Bus 一、为什么要用总线？ 1、分散连接结构 2、总线连接方式 总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。 总线要求在任何一个时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。 二、两种总线结构 1、单总线结构： 2、双总线结构 三、总线分类 1、片内总线：连接CPU内部个部件，寄存器，ALU等； 2、系统总线：包括数据总线，地址总线，控制总线； 3、通讯总线：USB，485总线，串行通信总线，并行通信总线。

过程输入输出通道技术模板

第五章过程输入输出通道技术 在计算机控制系统中, 为了实现对生产过程的控制, 要将对象的控制参数及运行状态按规定的方式送入计算机, 计算机经过计算、处理后, 将结果以数字量的形式输出, 此时需将数字量变换为适合生产过程控制的量, 因此在计算机和生产过程之间, 必须设置完成信息的传递和变换装置, 这个装置称为过程输入输出通道, 也叫I/O通道。 5.1过程输入输出通道概述 过程输入输出通道由模拟量输入输出通道和开关量输入输出通道组成。过程输入输出通道在微型计算机和工业生产过程之间起着信号传递与变换的纽带作用。 5.1.1 模拟量输入通道的一般结构 过程参数由传感元件和变送器测量并转换为电压( 或电流) 形式后送至多路开关; 在微机的控制下, 由多路开关将各个过程参数依次地切换到后级, 进行放大、采样和A/D转换, 实现过程参数的巡回检测。 5.1.2 模拟量输出通道的基本结构 多D/A结构的模拟量输出通道中的D/A转换器除承担数字信号到模拟信号转换的任务外, 还兼有信号保持作用, 即把微机在t=kT 时刻对执行机构的控制作用维持到下一个输出时刻t=(k+1)T。这是一种数字保持方式, 送给

D/A转换器的数字信号不变, 其模拟输出信号便保持不变。 共享D/A结构的模拟量输出通道中的D/A转换器只起数字信号到模拟信号的转换作用, 信号保持功能靠采样保持器完成。这是一种模拟保持方式, 微机对通路i( i=1, 2, ..., n) 的控制信号被D/A转换器转换为模拟形式后, 由采样保持器将其记忆下来, 并保持到下一次控制信号的到来。 多D/A形式输出速度快、工作可靠、精度高, 是工业控制领域普遍采用的形式。 5.1.3 开关量( 数字量) 输入通道的基本结构 开关量输入通道又称为数字量输入通道, 该通道的任务是把被控对象的开关状态信号( 或数字信号) 送给计算机、或把双值逻辑的开关量变换为计算机能够接收的数字量送给计算机, 简称DI通道。 典型的开关量输入通道一般由以下几部分组成: 1．信号变换器: 将生产过程的非电量开关量转换为电压或电流的双值逻辑值。 2．整形变换电路: 将混有毛刺之类干扰的输入双值逻辑信号或其信号前后沿不符合要求的输入信号整形为接近理想状态的方波或矩形波, 然后再根据系统要求变换为相应形状的脉冲信号。 3．电平变换电路: 将输入的双值逻辑电平转换为与CPU兼容的逻辑电平。 4．总线缓冲器: 暂存数字量信息并实现与CPU数据总线的连接。 5．接口逻辑电路: 协调各通道的同步工作, 向CPU传递状态信息并控制开

第7章基本输入输出接口

第7章基本输入输出接口 一、内容简介： 1 I/O口概述 2 简单I/O接口芯片：244，245，273，373┅ 3 CPU与外设间的数据传送方式 程序控制；中断；DMA 4 DMA控制器8237A 二、教学目标： 掌握输入/输出接口电路和基本概念、掌握I/O端口编址方法和特点及地址译码方法。l掌握CPU与外设数据传送的方式方法。了解DMA控制器8237A。 三、重点内容： CPU与外设间的数据传送方式；8237A 四、教学时数：4 7.1 I/O接口概述 7.1.1 CPU与外设之间的数据传输 一．CPU与I/O接口 接口电路按功能可分为两类： ①是使微处理器正常工作所需要的辅助电路：时钟信号或中断请求等； ②是输入/输出接口电路：CPU与外部设备信息的传送（接收、发送）。 最常用的外部设备：如键盘、显示装置、打印机、磁盘机等都是通过输入/输出接口和总线相连的，完成检测和控制的仪表装置也属于外部设备之列，也是通过接口电路和主机相连。 1．为什么要用接口电路： 需要分析一下外部设备的输入/输出操作和存储器读/写操作的不同之处: 存储器都是用来保存信息的，功能单一，传送方式单一（一次必定是传送1个字节或者1个字），品种很有限(只有只读类型和可读/可写类型)，存取速度基本上和CPU的工作速度匹配.。 外部设备的功能多种多样的（输入设备，输出设备，输入设备/输出设备），信息多样（数字式的，模拟式的），信息传输的方式（并行的，串行的），外设的工作速度通常比CPU 的速度低得多，而且各种外设的工作速度互不相同，这也要求通过接口电路对输入/输出过程起一个缓冲和联络的作用。 注：接口电路完成相应的信号转换、速度匹配、数据缓冲等功能。

第章微型计算机输入输出接口技术习题参考复习资料

第八章习题及答案 8.1 CPU与外设传送数据时为什么需要I/O接口？I/O接口的基本功能有那些？ 答：由于外部设备和装置的工作原理、驱动方式、信息格式和数据处理速度等各不相同，必须经过中间电路才能与CPU相连，这部分中间电路就是I/O接口。 I/O接口的基本功能有： 1、设置数据的寄存、缓冲逻辑，以适应CPU与外设之间的速度差异； 2、进行信息格式的转换，如串行和并行的转换； 3、协调CPU与外设在信息类型和电平上的差异，如电平转换驱动器、数/模和模/数转换器等； 4、协调时序差异，同步CPU与外设的工作； 5、地址译码和设备选择功能，使CPU在某一时刻只能选中一个I/O端口； 6、提供联络信号，承担CPU与外设之间的联络工作，联络的具体信息有控制信息、状态信息和请求信号等，如外设的“Ready”、“Busy”等状态； 7、设置中断和DMA控制逻辑，以保证在中断和DMA允许的情况下，产生中断和DMA 请求信号，并在接受到中断和DMA应答之后完成中断处理和DMA传输。 8.2 I/O接口传送的信息分为哪几类？传送的数据信息分为哪几种？ 答：I/O接口信息通常包括数据信息、状态信息和控制信息等。其中数据信息包括数字量、模拟量和开关量三种基本形式。 8.3 统一编址方式和独立编址方式各有什么特点和优缺点？ 答：统一编址方式的主要优点是： 1、端口寻址手段丰富，对其数据进行操作可与对存储器操作一样灵活，且不需要专门的I/O指令，有利于I/O程序的设计； 2、I/O寄存器数目与外设数目不受限制，而只受总存储容量的限制，读写控制逻辑比较简单。 其缺点是： 1、I/O端口要占用存储器的一部分地址空间，使可用的内存空间减少； 2、存储器操作指令通常要比I/O指令的字节多，故加长了I/O操作的时间。 独立编址方式的优点是： 1、I/O口的地址空间独立，且不占用存储器地址空间； 2、地址线较少，寻址速度相对较快； 3、使用专门I/O指令，编制的程序清晰，便于理解和检查。 其缺点是： 1、I/O指令较少，访问端口的手段远不如访问存储器的手段丰富，导致程序设计的灵活性较差； 2、需要存储器和I/O端口两套控制逻辑，增加了控制逻辑的复杂性。 8.4 简述CPU与外设之间进行数据传送的几种常用形式，各有何优缺点？ 答：CPU与外设之间的数据传送方式主要有直接程序控制方式、中断控制方式、直接存储器存取方式等。 直接程序控制方式可分为无条件传送方式和条件传送方式两种：无条件传送方式主要用于对简单外设进行操作，或者外设的定时是固定或已知的场合；条件传送方式在执行输入/