第二章 输入输出接口和输入输出通道 2-1

第二章输入输出接口和

输入输出通道2.1概述2.2I/O控制方式2.3I/O接口设计2.4I/O通道2.5D/A转换器2.6A/D转换器2.7I/O通道的抗干扰措施10/14/20231门电路&与非门或门≥1=11异或非返回本章首页10/14/20232计算机控制系统的硬件组成：主机、外围设备两类外设：1）常规外设，如键盘、CRT、打印机、磁盘机2）被控设备和检测仪表、显示装置、操作台等无论哪一类外设都要通过Ｉ/O接口和输入/输出通道(I/O通道)与CPU的总线相连外围设备分类：1.机械式、机电式、电子式2.输入设备、输出设备、既可输入又可输出的设备2.1概述10/14/20233信息类型：数字量、模拟量、开关量信息传送方式：并行传送、串行传送一、接口、通道及其功能什么是I/O接口？为什么需要I/O接口电路？？10/14/20234I/O接口

是主机和外设之间交换信息的连接部件，它起桥梁和纽带作用。设置I/O接口电路的必要性：1）解决主机CPU和外设之间的时序配合和通信联络；2）解决CPU和外设之间的数据格式转换和匹配问题；3）解决CPU的负载能力和外设端口选择问题。（P14~15）10/14/20235（二）I/O通道I/O通道：也称过程通道。是计算机和控制对象之间信息传送和变换的连接通道。

模拟量输入/输出通道、数字量输入/输出通道数据采集的参量分两类：1.

模拟量：时间上和数值上都连续变化的物理量，如温度、压力、流量、速度、位移等。

2.数字量（开关量）：时间上和数值上都不连续的量，如表示开关闭合或断开二个状态的量，按一定编码的数字量和串行脉冲序列等。10/14/20236tta)模拟信号b)数字信号10/14/20237过程通道/I/O通道的功能：1.将从被控对象采集的参量变换成计算机所要求的数字量（或开关量）的形式，送入计算机。（A/D转换器完成）2.计算机按某一数学公式计算后，又将其结果以数字量形式或转换成模拟量形式输出至被控对象。（D/A转换器完成）（P15）10/14/20238二、I/O信号的种类：1）数据信息：主机和外围设备交换的基本信息（8位或16位、串行或并行）1.数字量、2.模拟量、开关量、4.脉冲量2）状态信息：外围设备通过接口向CPU提供的反映外围设备所处的工作状态的信息。它作为两者交换信息的联络信号。（输入信号）3）控制信息：CPU通过接口传送给外围设备的。（输出信号）（P16）10/14/20239示意图主机系统外围设备数据信息状态信息控制信息10/14/202310三、计算机和外部的通讯方式1）并行通信2）串行通信3）有线网络通信4）无线通信（P17）10/14/202311（一）并行通信（1）传输线条数n=传送数据的位数n；（2）传送速度快、信息率高；（3）握手信号线一般是两条（控制和状态线）握手信号线在某些芯片中是固定的，某些则是通过软件编程指定的。（4）在短距离的传送中常采用。常用的并行接口电路芯片，如Z-80系列的PIO、Intel系列的8255A等。10/14/202312（二）串行通信（1）传输线条数n=1～2；（2）传输线既可做数据线又可做联络线用；（3）每个数据都占一个固定的时间长度；串行通信分为全双工方式和半双工方式、同步方式和异步方式。1)全双工方式CPU通过串行接口和外围设备相连。串行接口和外设之间有两根数据传输线，串行接口可同时输入和输出数据，计算机可同时发送和接收数据。这如同马路上左右道。外设接口计算机10/14/2023132）半双工方式串行接口和外设之间只有一根数据传输线，某一时刻数据只能一个方向传送。这很像交通中有时间限制的单行线。（打印机）另外还有“单工方式”，现在已经很少采用。3）异步通讯通讯中两个字符的时间间隔是不固定的，而在同一字符中的两个相邻代码间的时间间隔是固定的。异步通讯是字符是一帧一帧传送的，每帧字符的传送靠起始位来同步。外设接口计算机10/14/202314帧的定义：用一个起始位表示字符开始，用停止位表示字符结束，在起始位和停止位之间是n位字符及奇偶校验位。这样的一串数据，叫做帧。通常波特率在50~9600波特之间，高速可达19200波特。串行通信多采用异步通信，收发双方的时钟误差或波特率误差允许值4~5%。 10/14/2023154）同步通信采用同步通信时，将许多字符组成一个信息组，通常称为信息帧。在每帧信息的开始加上同步字符，接着字符一个接一个的传输。在没有信息要传送时，要添上空字符，因同步传输不允许有间隙。同步通信可工作在几十~几百千波特。但同步通信要求用精确的同步时钟，实现收发双方的严格同步。

一般异步串行通信用在数据传送时间不能确知，发送数据不连续，数据量较少和数据传输速度较低的场合；而同步通信则用在要求快速、连续传输大批量数据的场合。常用串行通信接口芯片：Z-80系列的SIO、Intel系列的8251A等。返回本章首页10/14/2023162.2I/O控制方式本节任务：掌握I/O控制方式及其应用场合，重点掌握中断控制方式。CPU为了很好的控制各个外设，需要控制方式。常用的控制方式有：程序控制方式、中断控制方式和直接存储器存取方式－DMA存取方式。10/14/202317一、程序控制方式

程序控制I/O方式，是指CPU和外设之间的信息传递，是在程序控制下进行的。可分为无条件I/O方式和查询I/O方式。（一）无条件I/O方式不必查询外设状态即可进行信息传送此方式下，外设总是处于就绪状态（开关、LED显示器）CPU和外设之间的接口电路通常采用输入缓冲器和输出锁存器。由地址总线和M/IO信号端经端口译码器译出所选中的I/O端口，用读写信号决定数据流向。10/14/202318返回10/14/202319（二）查询方式查询方式中，CPU和外设的I/O接口除设置数据端口外，还有状态端口。状态端口的指定位表明外围设备的状态，通常只是“0”和“1”的两状态开关量。交换信息时，CPU通过执行程序不断读取并测试外围设备的状态，如果外围设备处于准备好（输入时）或空闲状态（输出时），则CPU执行输入或输出指令，与外设交换信息，否则CPU要等待。多个外设时，CPU进行分时控制。10/14/20232010/14/202321查询式I/O接口简化流程图8086汇编语言程序：

MOVFLAG,0

DVC1:INAL,STAT

TESTAL,01H

JZDVC2

CALLCCS1

DVC2:INAL,STAT

TESTAL,02H

JZDVC3

CALLCCS2

DVC3:INAL,STAT

TESTAL,03H

JZDDS

CALLCCS3

DDS:CMPFLAG,1

JNZDVC110/14