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计算机接口技术解析

发布日期:2020-12-08 14:23

  控制系统的硬件,除主机外,通常还包括两类外围设备,一类是常规外围设备,如键盘、CRT、打印机、磁盘机等;另一类是被控设备和检测仪表、显示装置、操作台等。由于计算机的工作速度基本匹配,因此,存储器可以直接连接到CPU总线上。而外围设备种类繁多,有式、机电式和电子式;有的作为输入设备、有的作为输出设备;工作速度不一,外围设备的工作速度通常比CPU的速度低得多,且不同外围设备的工作速度往往又差别很大;信息类型和传送方式不同,有的使用数字量,有的使用模拟量,有的要求并行传送信息,有的要求串行传送信息。因此,仅靠CPU及其总线是无法承担上述工作的,必须增加和I/O通道才能完成外围设备与CPU的总线相连。I/O接口是计算机控制系统不可缺少的组成部分。

  I/O接口电路也简称接口电路。它是主机和外围设备之间交换信息的连接部件(电路)。它在主机和外围设备之间的信息交换中起着桥梁和纽带作用。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。计算机要实现对生产机械、生产过程的控制,就必须采集现场控制对象的各种参量,这些参量分两类:一类是模拟量,即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。另一类是数字量(或开关量),即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开关量;按一定编码的数字量和串行脉冲列等。同样,被控对象也要求得到模拟量(如电压、电流)或数字量两类控制量。但是如前所述,计算机只能接收和发送并行的数字量,因此,为使计算机和被控对象之间能够连通起来,除了需要I/O接口电路外,还需要I/O通道,由它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。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制对象,这就是I/O通道所要完成的功能。

  应当指出,I/O接口和I/O通道都是为实现主机和外围设备(包括被控对象)之间信息交换而设的器件,其功能都是保证主机和外围设备之间能方便、可靠、高效率的交换信息。因此,接口和通道紧密相连,在电路上往往结合在一起了。例如,目前大多数大规模集成电路A/D转换器芯片,除了完成A/D转换,起模拟量输入通道的作用外,其转换后的数字量保存在片内具有三态输出的输出锁存器中,同时具有通信联络及I/O控制的有关信号端,可以直接挂到主机的数据总线及控制总线上去,这样A/D转换器也就同时起到了输入接口的作用,有的书中把A/D转换器也统称为接口电路。大多数集成电路D/A转换器也一样,都可以直接挂到系统总线上,同时起到输出接口和D/A转换的作用。但是在概念上应当注意到两者之间的联系和区别。

  在微机控制系统或微机系统中,主机和外围设备间所交换的信息通常分为数据信息、状态信息和控制信息三类。

  1、数据信息:数据信息是主机和外围设备交换的基本信息,通常是8位或16位的数据,它可以用并行格式传送,也可以用串行格式传送。数据信息又可以分为数字量、模拟量、开关量和脉冲量。

  (1)数字量:数字量是指由键盘、磁盘机、拨码开关编码器等输入的信息,或者是主机送给打印机、磁盘机、显示器、被控对象等的输出信息。足球直播,它们是二进制码的数据或是以ASCII码表示的数据或字符(通常为8位的)。

  (2)模拟量:来自现场的温度、压力、流量、速度、位移等物理量也是一类数据信息。一般通过传感器将这些物理量转换成电压或电流,电压和电流仍然是连续变化的模拟量,要经过A/D转换变成数字量,最后送入计算机。反之,从计算机送出的数字量要经过D/A转换,变成模拟量,最后控制执行机构。所以模拟量代表的数据信息都必须经过变换才能实现交换。

  (3)开关量:开关量表示两个状态,如开关的闭合和断开、电动机的启动和停止、阀门的打开和关闭等。这样的量只要用一位二进制数就可以表示。

  (4)脉冲量:它是一个一个传送的脉冲列。脉冲的频率和脉冲的个数可以表示某种物理量。如检测装在电机轴上的脉冲信号发生器发出的脉冲,可以获得电机的转速和角位移数据信息。

  状态信息是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。输入时,CPU读取准备好(READY)状态信息,检查待输入的数据是否准备就绪,若准备就绪则读入数据,未准备就绪就等待。输出时,CPU读取忙(BUSY)信号状态信息,检查输出设备是否已处空闲状态,若为闲状态则可向外围设备发送新的数据,否则等待。

  控制信息是CPU通过接口传送给外围设备的。控制信息随外围设备的不同而不同,有的控制外围设备的启动、停止;有的控制数据流向,控制输入还是输出;有的作为端口寻址信号等。

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