微型计算机控制技术 教学课件 ppt 作者 赖寿宏 华中理工大学 主编 微型计算机控制技术2
56页1、第一节 概述,第三节 I/O接口设计,第二节 I/O控制方式,第四节 I/O通,第五节 D/A转换器,第六节 A/D转换器,第七节 I/O通道的抗干扰措施,第二章 输入输出接口技术和输入输出通道,第一节 概述,一、接口、通道及其功能,(一)I/O接口电路,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。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。为什 么要设置接口电路?其必要性可归纳成如下几点。,1.解决主机CPU和外围设备之间的时序配合和通信联络问题,I/O接口电路为完成时序配合和通信联络功能,通常都没有数据锁存器、 缓冲器、状态寄存器以及中断控制电路等。,3.解决CUP的负载能力和外围设备端口选这问题,2.解决CUP和外围设备之间的数据格式装换和匹配问题,(二)I/O通道,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。,为使计算机和被控制对象之间能够连同起来,除了需要I/O接口电路外, 还需要I/O通道,由它将从被控制对象采集的参量变换成计算机所要求的数 字量的形式,送入计算机。,I/O接口和I/O通道都是为实现主
2、机和外围设备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。,二、I/O信号的种类,在微机控制系统或微机系统中,主机和外围设备交换的信息通常分为 数据信息、状态信息和控制信息三类。,(二)状态信息,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。,(三)控制信息 控制信息是CPU通过接口传送给外围设备的。,三、计算机和外部通信方式,计算机和外部交换信息又称为通信。按数据传送方式分为并行通信和串 行通信两种基本方式。,(一)并行通信,(一)数据信息 数据信息又可分为数字量、模拟量、开关量和脉冲量。,并行通信就是把传送数据的n位数用n条传输线同时传送。,1.全双工方式,CUP通过串行接口和外围设备相接。串行接口和外围设备间除公共地线 外,有二根数据传输线,串行接口可以同时输入和输出数据,计算机可同时 发送和接收数据,这种串行传送方式就成为全双工方式,信息传输效率较高。,2.半双工方式,CUP也通过串行接口和外围设备相接。但是串行接口和外围设
3、备间除公 共地线外,只有一根数据传输线,某一时刻数据只能一个方向传送,这称半 双工方式,信息传输效率低些。,串行通信是数据按位进行传送的。,(二)串行通信,其优点是传送 速度快、信息率高。,3.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。,4.异步通信,标准的异步通信格式如图,第二节 I/O控制方式,一、程序控制方式,程序控制I/O方式。是指CPU和外围设备之间的信息传送,是在程序控制 下进行的。,(一)无条件I/O方式,所谓为条件I/O方式是指不必查询外围设备的状态即可进行信息传送的 I/O方式。即在此种方式下,外围设备总是处于就绪状态。,无条件传送方式的工作原理如图,(二)查询式I/O方式,查询式I/O方式,也称为条件传送方式。按查询式传送,CUP和外围设 备的I/O接口除需设置数据端口外,还要有状态端口。查询式I/O接口电路 原理,(三)查询式I/O方式应用举例,(四)查询式I/O方式的优缺点及使用条件,从理论上看,查询式比无条件传送方式可靠,接口电路简单,不占用中 断输入线,同时查询程序也简单,易于设计调试。特别适用于多个按一定规律顺序工作的生产机械或生
4、产过程的控制。,I/O方式的选择必须符合实时监控的要求。对于查询I/O式,满足实时 控制要求的使用条件是:”所有外围设备的服务时间的总和必须小于查询式,I/O方式的选择必须符合实时控制的要求。对于查询式I/O方式,满足 实时控制要求的使用条件是:“所有外围设备的服务时间的总和必须小于或 等于任一外围设备的最短响应时间”。,二、中断控制I/O方式,在8086系统中,有两类中断,即外部中断和内部中断,对I/O处理一般 都采用外部中断。所谓外部中断,就是通过I/O接口硬件向CPU发出中断求 救信号,从而引起一个中断处理过程。,中断处理特别是多重中断处理必须要解决四个问题。,第一,保存现场和恢复现场。,第二,正确判断中断源。,第三,实时响应,第四,按优先权顺序处理,(二)中断优先级问题的解决,通常在微型计算机系统及微型计算机控制系统中对于中断优先级采用 三种办法来解决。,(一)中断控制I/O时应解决的问题,使用软件查询方式时要借助于简单的硬件接口电路。如下图,2.雏菊链法,雏菊链法是得到中断优先级的一个简单硬件方法。其作法是在每个外围 设备对应的接口上连接一个逻辑电路,这些逻辑电路,电路构成一
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