第4章输入输出通道ppt课件.ppt

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1、第四章过程输入、输出通道1、过程输入输出通道的控制方式2、模拟量输出通道3、模拟量输入通道4、数字量输入输出通道5、量化误差与字长选择6、数据预处理本章主要内容4.1过程输入输出通道的控制方式4.1.1通道与CPU交换的信息类型(1)数据信息(2)状态信息(3)控制信息4.1.2过程通道的编址方式1过程通道与存储器统一编址方式特点：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。

2、4.1.2过程通道的编址方式1过程通道与存储器统一编址方式优点：无需专门的I/O指令，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。不足：I/O端口地址占用了一部分存储器空间；另外访问内存的指令长度一般比专用的I/O指令长，因而取指周期较长，又多占了指令字节。应用：采用这种方式的CPU主要有Intel8031和Intel80196系列单片机等。4.1.2过程通道的编址方式2过程通道与存储器独立编址方式特点：将过程通道的端口地址单独编址，有自己

3、独立的过程通道地址空间，而不是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。控制：要求有专用的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，而地址总线与I/O操作信号配合则可访问过程通道。应用：典型的微处理器Z80和80X86，分别有存储器访问和I/O访问的指令及相应的控制信号。4.1.3CPU对过程通道的控制方式1程序查询方式特点：传送前必须查询I/O通道的状态，准备就绪则传送，反之则等

4、待。问题的产生：计算机的外围设备及过程通道种类繁多，它们的传送速率又不相同，因此输入输出将产生复杂的定时问题，也就是CPU采用什么控制方式向过程通道输入和输出数据。优点：能保证主机与输入输出通道之间协调工作，硬件线路简单，程序容易实现。缺点：需要重复查询输入输出通道是否“准备就绪”，从而浪费了CPU的时间。4.1.3CPU对过程通道的控制方式2中断控制方式特点：CPU与I/0通道处于异步工作方式。当CPU与I/O通道需要传送数据时，过程通道做好准备后，主动向CPU请求中断,CPU响应这一请求，并暂停正在运行的程

5、序。优点：通道需要传送数据时就向CPU发出中断请求信号，实时性比程序查询方式好。缺点：CPU内部需要有一些线路来控制；每次执行“中断处理程序”，都要保护断点、恢复断点，浪费了很多不必要的CPU时间。应用：一般较适合于过程通道传送少量数据的场合。4.1.3CPU对过程通道的控制方式3直接存储器存取(DMA)方式特点：完全由硬件完成输入输出操作，I/O通道和存储器之间不通过CPU而直接进行数据交换。优点：速度快，数据传送速度只受存储器存取时间的限制。缺点：需要一个专用的芯片——DMA控制器来加以控制、管理，硬件连接

6、也稍显复杂一些。所谓“可编程接口”就是指其功能可由程序指令(接口芯片功能设定的初始化程序)设定接口芯片的功能。4.1.4过程通道接口设计应考虑的问题1接口电路的基本任务过程通道与CPU的桥梁⑴控制信息的传递路径；⑵控制信息传送的顺序；2接口电路设计中应解决的问题⑴触发方式；⑵工作时序；⑶带负载能力。同步触发：指系统的许多相关部件或功能块在同一门控信号作用下完成要求的操作。异步触发：指各相关部件或功能块不需在同一信号控制下完成自己的操作，但一般需要按一定的顺序进行。4.2模拟量输出通道引言模拟量输出通道的任务--

7、把计算机处理后的数字量信号转换成模拟量电压或电流信号，去驱动相应的执行器，从而达到控制的目的;模拟量输出通道(称为D/A通道或AO通道)构成--一般是由接口电路、数/模转换器(简称D/A或DAC)和电压/电流变换器等;模拟量输出通道构成特点：一路输出对应一个D/A转换器；兼有信号保持作用，即把主机在上一时刻对执行机构的控制作用维持到下一个输出时刻。4.2模拟量输出通道4.2.1D/A转换器D/A转换器是一种把数字量转换成模拟量的电子器件。1D/A转换器的工作原理⑴原理框图：⑵转换过程：虚地、电流分配、电流流向；

8、⑶转换公式：链接动画假设D3、D2、D1、D0全为1，则BS3、BS2、BS1、BS0全部与“1”端相连。根据电流定律，有：由于开关BS3BS0的状态是受要转换的二进制数D3、D2、D1、D0控制的，并不一定全是“1”。因此，可以得到通式：考虑到放大器反相端为虚地，故：选取Rfb=R，可以得到：对于n位D/A转换器，它的输出电压VOUT与输入二进制数B(Dn-1～D0)的关系式可写成