计算机控制技术及应用素材包第5章ppt课件.ppt

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1、计算机控制技术及应用王平谢昊飞蒋建主编第5章　数据输入输出通道的接口技术5.1　数据输入输出通道的组成与功能5.1.1　数据通道的类型5.1.2　数据通道的信息类型5.1.3　数据通道的编址方式5.1.4　CPU对数据通道的控制方式5.1.5　数据通道接口设计应考虑的问题5.2　多路开关及采样保持器5.2.1　多路开关与多路分配器5.2.2　采样保持器5.3　开关量输出通道5.3.1　开关量输出通道的结构形式5.3.2　开关量输出通道与CPU的接口5.3.3　功率接口技术5.4　开关量输入通道5.4.1　开关量输入通道的结构形式5.4.2　开关量形式及变换5.4.3　整形与电平变

2、换5.4.4　开关量输入通道与CPU的接口5.5　模拟量输出通道5.5.1　D/A转换原理5.5.2　D/A转换器的选用5.5.3　8位并行D/A转换器及其接口技术5.5.4　高于8位的并行D/A转换器及其接口技术5.5.5　串行D/A转换器及其接口技术5.6　模拟量输入通道5.6.1　A/D转换原理5.6.2　A/D转换器的选用5.6.3　逐次逼近式并行A/D转换器及其接口5.6.4　双积分A/D转换器及其接口技术5.6.5　串行A/D转换器及其接口技术5.1.1　数据通道的类型生产过程的被控参数(如温度、压力、流量、速度、位移、电流、电压等)一般是随时间连续变化的模拟量，通过

3、检测元件或变送器转换为对应的模拟电压或电流。由于计算机只能识别数字量，故模拟电信号必须通过模拟量输入通道转化为数字量(即A/D转换)后，才能送入计算机。而计算机控制系统中的执行机构往往需要用模拟量进行控制，但计算机本身能够输出的数据只能是数字量，所以在对执行机构控制之前，必须先把数字量转化为模拟量(即D/A转换)。由于生产现场的状态量(如开关、电平高低、脉冲量等)也不能为计算机直接接受，也需要开关量输入通道将状态信号转变为数字量送入计算机。同样，计算机输出的开关量控制信号只能是数字量，必须通过开关量输出通道将数字量转变为状态控制信号。5.1.2　数据通道的信息类型1)数据信息：反

4、映生产现场的参数及状态的信息，它包括数字量(开关量)和模拟量。2)状态信息：又叫做应答信息、握手信息，它反映过程通道的状态，如准备就绪信号等，供CPU进行分析、判断、决策。3)控制信息：用来控制过程通道的启动和停止等信息，如三态门的打开和关闭、触发器的启动等，它是CPU送给I/O端口的控制命令，使相应的外部设备完成特定的操作。5.1.3　数据通道的编址方式1.数据通道与存储器统一编址方式2.数据通道与存储器独立编址方式1.数据通道与存储器统一编址方式这种编址方式又称存储器映像方式，它从存储器空间划出一部分地址空间给过程通道，把过程通道的端口当作存储单元一样进行访问，对I/O端口进

5、行输入输出操作跟对存储单元进行读写操作方式相同，只是地址不同。所有访问内存的指令同样都可用于访问I/O端口。采用这种方式的微处理器有MCS51系列单片机、三级流水线的ARM系列单片机(如AT91R40008)等。统一编址的最大优点是无需专门的I/O指令，从而简化了指令系统的设计，并能省去相应的I/O操作的对外引线。而且CPU可直接对I/O数据进行算术和逻辑运算，指令丰富。统一编址的不足之处在于I/O端口地址占用了一部分存储器空间；访问内存的指令长度一般比专用的I/O指令长，因而取指令周期较长，又多占了指令字节；程序中I/O操作不清晰，难以区分程序中的I/O口操作和存储器操作；I/

6、O端口地址译码器电路较复杂(因为内存的地址位数较多)。2.数据通道与存储器独立编址方式这种编址方式将过程通道的端口地址单独编址，有自己独立的过程通道地址空间，而不占用存储器地址空间。在过程通道地址空间中，每一个过程通道的端口有一个唯一对应的过程通道的端口地址。这种独立编址方式要求CPU有专用的I/O指令(IN及OUT指令)用于CPU与过程通道端口之间的数据传输。地址总线配合存储器操作信号实现存储器的访问控制，地址总线与I/O操作信号配合则可访问过程通道。实现这种编址方式的CPU分别有存储器访问和I/O访问的指令及相应的控制信号。典型的微处理器如80X86系列单片机、采用5级及以上

7、流水线的ARM9、ARM10、ARM11系列单片机(如AT91RM9200)等。5.1.4　CPU对数据通道的控制方式1.程序控制方式2.中断控制方式3.直接存储器存取(DMA)方式1.程序控制方式(1)无条件传送方式　利用程序控制方式与外设交换信息时，都可以保证外设总是处于“准备好”状态，则可以直接利用输入输出指令进行信息的输入输出操作。(2)条件传送方式　条件传送方式又称查询方式。(1)无条件传送方式利用程序控制方式与外设交换信息时，都可以保证外设总是处于“准备好”状态，则可