2023学年完整公开课版通用IO接口

城市轨道交通联锁系统运行与维护城市轨道交通专业教学资源库通用IO接口01过程输入输出通道计算机联锁系统从外部设备采集状态信息，向外部设备发送驱动命令。计算机联锁系统与外部设备之间有大量的信息交换。这种信息交换具有两种性质，一是开关量，二是安全性。通道：计算机联锁内部之间或联锁内部与外部设备进行信息数据交换的通信线路。接口：计算机联锁内部之间或联锁内部与外部设备开关量采集或驱动的接口。02过程输入输出通道计算机联锁系统在硬件结构上一般采用多微机系统，在各个微机系统之间应建立起传送信息的通道，以做到信息资源共享。同时，通道与接口是主机和外部设备进行消息交换的纽带。在计算机联锁系统中，为了实现联锁控制，主机一方面要通过人机接口接收值班员的操作命令和向屏幕显示器使出各种表示信息，另一方面需要通过过程输出通道及接口，对被控对象加以控制。03过程输入输出通道

由于在现有的系统中，监控对象的执行器件仍然是继电器。因此在与主机相连时，需要通过输入通道将继电器接点的开闭整体变换成等效的为主机能够接受的数字信号后，才能经由接点传送给主机。同样，主机输出的控制命令不能直接去驱动继电器，也需要通过输出通道进行交换和传送。过程输入/输出通道就是实现主机与监控对象之间信号交换和传送的。其中，输入通道用于监控对象状态信息的采集，输出通道用于控制命令的输出与驱动。

04通用I/O接口外部设备与主机的连接还必须解决两者之间的工作速度匹配，通信联络以及必要时实现数据的串/并或并/串转换等问题。在计算机联锁系统中，外部通道是不能直接与CPU相连的，因为它们的速度、数据格式不一定相同，信号形式也不一定匹配。为了便于两者交换信息，往往需要一套连接CPU和外部通道的中间环节，即接口电路（简称接口）。05通用I/O接口①I/O接口的寻址计算机联锁系统是面向总线结构的计算机系统，计算机与各种外部设备的接口电路是共连在一个总线上的，CPU对指定的I/O接口的访问是以I/O接口的端口地址来识别的。要寻址，就要对外设的I/O接口进行编址，I/O接口有两种编址方式：一种是I/O接口与存储器相统一的编址方式，又称为存储器映射方式；另一种是I/O接口与存储器相互独立的编址方式，又称为隔离式编址方式。06通用I/O接口

存储器映射方式编址方式是把所有的I/O接口都当作存储器地址一样来处理，即所有的I/O接口都当作存储单元来访问。这样，对某一外部设备进行输入/输出操作，就像对某一存储单元进行读写操作一样，只是地址编号不同而已。所有访问存储器的指令均适用于I/O接口操作。07通用I/O接口优点：不需要专用的I/O指令，任何对存储器数据进行操作的指令都可用于I/O端口的数据操作，程序设计比较灵活；由于I/O端口的地址空间是内存空间的一部分，这样，I/O端口的地址空间可大可小，从而使外设的数量几乎不受限制。

缺点：I/O端口占用了内存空间的一部分，影响了系统的内存容量；访问I/O端口也要同访问内存一样，由于内存地址较长，导致执行时间增加。

08通用I/O接口优点：I/O端口的地址码较短，译码电路简单，存储器同I/O端口的操作指令不同，程序比较清晰；存储器和I/O端口的控制结构相互独立，可以分别设计。

缺点：需要有专用的I/O指令，程序设计的灵活性较差。

隔离式编址方式是将I/O接口地址和存储器地址在空间上分开，相互独立，互不影响。CPU对存储器操作和对I/O接口操作分开进行，利用专门的I/O指令访问I/O接口。09通用I/O接口CPU访问某一接口，将端口地址送到地址总线上，为了确定所要访问的端口，这就涉及到地址译码问题。

译码电路的构成形式通常有固定式端口地址译码和开关可选式地址译码两种。固定式端口地址译码指接口中用到的地址不能更改。如果用户要求接口板的端口地址能适应不同的地址分配场合，则采用开关可选式地址译码。10通用I/O接口②常用的I/O接口I/O接口是计算机联锁系统的重要组成部分。常见的接口集成芯片有地址和数据锁存器74LS273/74LS373、8位并行I/O接口8212/8282、8位双向三态输出数据缓冲器8286/8287、8位三态输出数据缓冲/线驱动器74LS244、8位三态双向驱动器74LS245、外部地址译码器74LS138/74LS139等。11通用I/O接口还有一类功能极强的接口芯片，称为可编程接口芯片，即接口的通用部分由大规模集成电路实现，其具体功能由程序来确定。

具体而言就是在接口内设置控制寄存器，中央处理单元通过向控制寄存器写人控制命令来决定接