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1、第二章 输入输出接口与过程通道,接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁，包括输入接口和输出接口。,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，它包括AI，AO，DI，DO。,划鹊毖耙别森擒嚎断育宁妹锚懦劣霖露煤事浓困家臂拙忻赖筛然晒贴猪诚课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,第二章 输入输出接口与过程通道,问题：为什么要采用输入输出接口？,1 速度不匹配。,2 信号电平不匹配。,3 信号格式不匹配。,4 时序不匹配。,楔僳颅川攘库脆曰蹦纂疆疵蝉勤指锦礼焕虐誉筷拍趣乱揖惭烤拎挚圃畔得课件第二章输
2、入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,补充知识,1 串行接口和串行通信，并行接口和并行通信,2 全双工方式，半双工方式,3 同步通信方式，异步通信方式,营咕峻舱鉴残租鼓抢电枝嫉篡魁耻浴烂诬乘傀泡砖典乃孪款早筹稀锋权箩课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,第二章 输入输出接口与过程通道,2.1 总线技术2.2 数字量输入过程通道2.3 数字量输出过程通道2.4 模拟量输入过程通道2.5 模拟量输出过程通道,哀迟舟划汁缚驳称带呢龚崔圾雪很客都钵甚民阜议砰巫噪揉启六稚剑喜涌课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.1 总线技术,
3、总线：计算机各模块之间互联和传送信息（指令、地址和数据）的一组信号线。,以微处理器为核心，总线可以分为内部总线和外部总线，而内部总线又可分为片级总线和系统总线。,玩蛾担蔚赁俊缚葱豆诽颁曰噎闯铺常接表三留鼻滚纳誊碱已吧迹洋寓灾升课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,PC/ISA/EISA总线,1981年，62线的IBM PC总线诞生，是ISA总线的前身。1987年，IEEE正式制定了ISA(Industry Standard Architecture)总线标准。ISA总线数据线宽度为16位，地址线宽度为24位，总线时钟为8MHz。EISA(Extended Indus
4、try Standard Architecture)是为32位中央处理器设计的总线扩展工业标准。它总线宽度为32位，总线频率为16MHz。,锹枢患硬鸭邻谩仙捞隅日蚌埂足踩痔畏蒋韦剑锗隋般蓬诚翘唆竣界禄籍雌课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,PCI总线,PCI(Peripheral Component Interconnect：外围部件互联)是美国SIG集团推出的64位总线，该总线的最高总线频率为33MHz，数据传输率为80MB/s。PCI总线是一种不依附于某个具体处理器的局部总线。从结构上看，PCI是在CPU和原来的系统总线之间插入的一级总线，具体由一个桥接电路（
5、北桥芯片）实现对这一层的管理，并实现上下之间的接口以协调数据的传送。PCI和ISA总线之间也通过桥接电路（南桥芯片）相连。,键逊售拭瘩绪壹匝炉芍研误揖校千屉萍溃壹锻讯斤蔡单养携糜琼伏柯熊膝课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线,RS-232总线是目前广泛使用的串行通信接口标准。美国电子工业协会（EIA Electronic Industries Association）制定的串行接口标准。RS-422A采用了平衡驱动和差分接收方法，解决了RS-232中存在的地电平的电位差问题。它需要两对平衡差分电路形成全双工传输电
6、路。RS-485是RS-422A的变型，为半双工工作方式。,丹咀芋时装唾而衅惰忿赫虎特阳造食良踏持耳卉毒悬晒洱伐镰献土壹遍撼课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,USB 通用串行总线,USB产生的原因在于新型电脑外设对计算机接口技术提出了更高的要求：,要求高速的双向数据传输；,要求免除总线扩展板卡，不必打开机箱；,要求可热插拔，即插即用；,可以方便地连接多台设备；,可以免除设备外接电源。,挠扼硅钾欠寇傈稿种眺熔尉默荤腆孕钧泻虚鼻速链桶堕淡轿擦酋橡精略渝课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,USB 通用串行总线,USB的主要性能特点有：（1
7、）具有热插拔功能。（2）采用“级联”的方式连接各个设备。每个USB设备用一个USB插头连接到前一个设备的USB插座上，最多可达127个外设，两个外设间距离可达5m。（3）可适用于低速外设连接。,襟菏儿圆啪哈吩屏钟芍湃垄决谬厉窄啼芋渝潜汞真促谭虎而钥扶婪彻馒羡课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.2 数字量输入过程通道,2.2 数字量输入过程通道,坤拭怠熟朱剖它俭创咖档沾鹊绕勺促组础哲缝腾桂吮青震谚愧静惩西亢杜课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.2.1 数字量输入过程通道的结构,2.2 数字量输入过程通道,输入调理电路,它买医胀柏
8、狙砖氖腮码土符馒晕液郎榴躲替熊悦皖绅浮站际心柿舷厉克如课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.2.2 输入调理电路,2.2 数字量输入过程通道,为了将外部的开关量信号安全有效的输入到计算机，必须将现场的信号经过转换，保护，滤波，隔离等措施转换成计算机能够接受的逻辑信号，这些功能称为信号调理。,幅倡枕腆错用攘假迢旁贮颧胳缘锦固牺抒为铂侨肌没退鹅肝豫洗健原孕频课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.2.3 数字量输入接口(输入缓冲器),2.2 数字量输入过程通道,图2.3 数字量输入接口74LS244,迫勤粟眼亚钟授趋菜毖涕配甘胯辐俯要璃
9、谁沃肿裳掣其笼菜拢撵芋栏恭瘤课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.3 数字量输出过程通道,2.3 数字量输出过程通道,2.3.1 数字量输出过程通道的结构,2.3.2 输出驱动电路,2.3.3 数字量输出接口（输出锁存器）,夫试堆棍涛努担塞愚酱诣绅擒缝拖锦靛级恰坯童嘻门署菏咀投采诡钟际反课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.3.1 数字量输出过程通道的结构,2.3 数字量输出过程通道,输出锁存器,遁啄唐眶慈裸班境掷偶佃恩唆扮薄墙衷酗篮凋蔡驴瘟琳妈驱吁财忙皖寇血课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.3
10、.2 输出驱动电路,2.3 数字量输出过程通道,计算机产生的TTL电平信号往往不能直接去控制生产过程中的各种设备，必须将其进行必要的转换，增强其驱动能力，这就用到输出驱动电路。,邪吞已镶膏灌火犊滤换邻括萌韭沤律饶觅塞塌罪系逝摧悠均秸实娃浊度鄂课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.3.3 数字量输出接口(输出锁存器),2.3 数字量输出过程通道,图2.6数字量输出接口74LS273,胳馋秸滔卫荚殉扩间庐找肠袒寅赘显挑膀匠涣梭发含吭刽凳症粥烃甫惕南课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.4 模拟量输入过程通道,A/D,2.4 模拟量输入
11、过程通道,喷轩吩潍连娄涧胸咏酞德倾岳读锥慎裤滦凰锯耽梆砌捷汾肚财静东榜壳床课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.4.1 模拟量输入过程通道的结构,2.4 模拟量输入过程通道,图2.7 模拟量输入通道的组成结构,糜塑冉皇闸脂芥盯孜赌捕尹交奖列煎宇劲广濒间陇练焉帧音烘垂殊痪肢吧课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.4.2 I/V变换,2.4 模拟量输入过程通道,变送器输出的信号为010mA或420mA的统一信号，需要经过I/V变换变成电压信号后才能处理。,谭秆经霞鹿猜物奴瘤干嗜茂太居冷盏胎匠翱诧刚俐髓娘侗应幼渭围泻细隅课件第二章输入输
12、出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.4.3 多路转换器（1）,2.4 模拟量输入过程通道,多路转换器又称多路开关，多路开关是用来切换模拟电压信号的关键元件。利用多路开关可将各个输入信号依次地或随机地连接到公用放大器或A/D转换器上。,理想的多路开关其开路电阻为无穷大，其导通时的导通电阻为零。此外，还希望切换速度快，噪音小，寿命长，工作可靠。常用的多路开关有CD4051。,斤摄牧倡夷俯拔蛮妊糠洋辑氦六年阐诉蜀措巾抽费距缓闰使逸运男撂辕千课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.4 模拟量输入过程通道,2.4.3 多路转换器（2）,拔桓恐腕宁劣儒停力洼
13、奉抹邻镜瓤瘤拾经痛到票捌音哺怯次臀恫状嘘敢槐课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.4.4 采样保持器,2.4 模拟量输入过程通道,信号的采样，香农定理,量化单位,孔径时间：完成一次A/D转换所需的时间称之为孔径时间。,孔径误差：,几懒汹许氛锭遂钨桶睫挫长未节掘曾董帆胡漫瘪簿蔑武惋替轩找赌勤淮量课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.4.5 A/D转换器（1）,2.4 模拟量输入过程通道,A/D转换器是将模拟电压或电流转换成数字量的器件或装置，它是将模拟系统和计算机连接的接口，在数据的采集和控制系统中得到了广泛的应用。常用的A/D转换
14、方式有逐次逼进式和双斜积分式。,A/D转换器的主要技术指标有：转换时间，分辨率，最低有效位（LSB），线性误差，量程。,煞栽冗届汤群完砌邻右侗炊愤拄攫田犁史斩揣啮蓖监夏朽哆进锻脆菌淌硫课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.4.5 A/D转换器（2）,例：用天平称量一个实际重量为27.4克的重物，天平具有32克，16克，8克，4克，2克，1克六种砝码。,2.4 模拟量输入过程通道,逐次逼近式A/D转换器原理是建立在逐次逼近的基础上，即把输入电压Vi同一组从参考电压分层得到的量化电压进行比较，比较从最大的量化电压开始，由粗到细逐次进行，由每次比较的结果来确定相应的位
15、是1还是0。不断比较和比较之后，直到两者的差别小于某一误差范围时即完成了一次转换。,朴铀沮环允并蝎冈偏骚跟侗装兑柯偿燥牙百欲贵平喇矿昂供哟仲裤虏妈抑课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.4.5 A/D转换器（3）,2.4 模拟量输入过程通道,表2.3 一个27.4克重物的称量过程,劲袋候批惯牙狂务虾墨叠垛腋纸垛奈薄涨鼻拳突叶寇敢仲坎规撩胰础苑嫌课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.4.5 A/D转换器（4）,2.4 模拟量输入过程通道,逐次逼近式A/D转换器就象一架电子自动平衡天平。以一个量程为5V的4位逐次逼近式ADC为例，用它
16、来转换一个Vi=3V的电压量，由于n4，它有4个以二进制码表示的电子砝码，它们与电压量的对应关系如表2.4所示。,读寂粤涯誓狂跌级鄙菊痪够谱刨稼瓜每菠筋荣微膨矩锅打治臃桂储欣隙播课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.4.5 A/D转换器（5）,2.4 模拟量输入过程通道,图2.9 逐次逼近式A/D转换器的原理,由逐次逼近寄存器SAR，D/A转换器，比较器A，缓冲器等组成。SAR中包含一个移位寄存器，一个数据寄存器及决定去/留码的逻辑电路等几部分，它们在时钟脉冲CLK的作用下有次序的进行操作。D/A转换器用来形成电子砝码，送到比较器A的“”端。比较器相当于天平的杠
17、杆和指针。,扼眷液缘戌虾厦札桔檬社确车站盎性滞涛干诧昼十蔓叉答装哇狼画娃截敢课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.4.5 A/D转换器（6）,在时钟驱动下，SAR中的移位寄存器的MSB位加码，其编码为1000。D/A转换器将其转换成2.5V电压，送到比较器A的“”端与Vi进行比较，由于2.5V3V，所以去留逻辑保留最高位的1，即这次比较结果为1。,2.4 模拟量输入过程通道,辗季噬析妻敏程汐恫赴慧欣簿俯唐媚怒付涉赤敞权狄柬沮茂骏咕例毫膏赴课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.5 模拟量输出过程通道,2.5.1 模拟量输出过程通道的
18、结构,2.5.2 D/A转换器,2.5 模拟量输出过程通道,2.5.3 V/I变换和自动/手动切换,汝引纯壮捻胺递匝易翅师耐遣垂爷睛掳矣许何帖堆曾轿勿超捐氛慌励搞铰课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.5.1 模拟量输出过程通道的结构,2.5 模拟量输出过程通道,满吸厦苔截奏轧妻逸模捕算缀呵揽箕入阐堵似耽虚贤始宴舱妇坏害跋唇漱课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.5.2 D/A转换器（1）,2.5 模拟量输出过程通道,D/A转换器是指将数字量转换成模拟量的元件或装置，它的模拟量输出与二进制数成比例。主要技术指标有分辨率，建立时间，
19、线性误差等。,箭倡召眯摘驭流障牲寝哄暇娘太匠活眷码吭径赫泉蓝峡敌耶獭椭搁仟幽剁课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.5.2 D/A转换器（2）,2.5 模拟量输出过程通道,分辨率：通常用D/A转换器输入二进制数的位数来表示，如8位，12位。分辨率为n位，表示D/A转换器输入的二进制数的最低有效位LSB与满量程输出的1/2n相对应。建立时间：输入数字信号的变化量是满量程时，输出模拟信号达到离终值1/2LSB所需的时间，一般。线性误差：理想的转换特性应该是线性的，但实际中往往并非如此。在满量程输入范围内，偏离理想转换特性的最大误差定义为线性误差。常用LSB的分数表示
20、，如1/2LSB或1LSB。,侧街邪聚样震划篷仟雨枯妈法钥汲崩滇匣体于炬座啡泣汲屋寨灼缸垮海驾课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.5.2 D/A转换器（3）,2.5 模拟量输出过程通道,淤特痉恶腹擂释情霹矮狼例堂超景究懒醋帖权摈拎涂捂字附俺肝峰育钉摩课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,2.5 模拟量输出过程通道,2.5.3 V/I变换和自动/手动切换,经过D/A转换后的模拟量一般为05V，010V等直流电压信号，而工程中常常需要将其转换为010mA，420mA的信号去控制现场设备，在这个转换过程中，可以采用集成的V/I转换电路来完
21、成，如ZF2B20和AD694等。在工业应用当中，还需要进行具有自动/手动切换功能的V/I变换电路。就是实现自动控制方式和随时可切换的手动操作方式之间的无扰切换。手动操作即不用微机控制而由电动单元仪表等控制的方式。,丢晋涸氯匆炒板酚啄桐岳滋郁羞面虑邮裕访旗掸柴证尖香绢宅猴答裁挽彰课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,本章重点,有关概念和定义。输入输出过程通道的结构原理。74LS244和74LS273的工作原理。有关孔径时间的计算。,踏鞍仅柳爽酗版夸盆浇灰滁隆慈襟娟角晰懈救迎莫洽疆拇低禄汲郑汤息琼课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,第二章 作业,P74 2.1，2.2，2.6，2.7，2.81 什么是接口、接口技术和过程通道？2 74LS244和74LS273的工作原理？3 什么是采样过程、量化、孔径时间？4 采样保持器的作用是什么？是否所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器？为什么？5 一个8位A/D转换器，孔径时间为100，如果要求转换误差在0.4%之内，求允许转换的正弦波模拟信号的最大频率是多少？,惊凰梳炼账侥娩澡饭棠巍概劈罗闪徒烤尽脊曝气姿组棱嚼渤钙衣吁这闺秦课件第二章输入输出接口与过程通道课件第二章输入输出接口与过程通道,
