第二章输入输出接口和输入输出通道2-2

第二章 输入输出接口技术和输入输出通道1. 何谓I/O 接口？在计算机控制系统中为什么要有 I/O 接口电路？答：是主机和外围设备之间交换信息的连接部件。

2. 一个微处理机(CPU )采用程序控制查询方式时，管理 50个键盘显示中断，要求将各终端打入的任一字符在显示器上立即显示出来。

已知 CPU 查询每个终端并完成每一字符的接收和处理时间需200卩s ,若程序员以每秒打10个字符的速度同时连续打入字符，问 CPU 是否能按要求，可靠的管理全部50个终端？又问CPU 最多能管理多少个这种终端？ 答：5003. 在本章第二节，查询式 I/O 方式应用举例中，假设 X 、Y 、Z 三轴服务子程序的执行时间分别为 100卩s 、150卩s 、120卩s ,主程序执行时间(执行查询指令等)为 80卩s ,试估算不造成控制失误三轴所能达到的最高速度是多少？(速 度以脉冲/s 计算) 答：27024. 某微机实时控制系统有 1#、2#、3#三个外围设备。

由一个 CPU 进行管理，已知各外围设备的最短响应时间和服务 时间分别是：C1=5ms S1=300 (is C2=8ms S2=1.3ms C3=1msS3=400 (is问若采用查询方式是否能可靠管理这三个外围设备？为什么？若不行的话，试提出改进方答：不行。

可采用中断嵌套 的方式解决。

6•计算机与外围设备交换信息有哪几种控制方式？它们各有什么优缺点》 答：见教材7.某8086最大模式系统中，需扩展 8255A 、8253和DAC0832芯片各一片。

采用 74LS138译码器，若已指定给各芯 片的地址范围是：8255A E0H 、E2H 、E4H 、E6H 、 8253E1H 、 E3H 、 E5H 、 E7H 、DAC0832 F0H试设计接口扩展的译码电路(除74LS138外，可增加必要的其他逻辑电路芯片。

A 18255A/CS8某8088最大模式系统中，需扩展 8255A 四片，指定各芯片的地址范围分别是 90~93H 、94~97H 、98~9BH 、9C~9FH,采用74LS 译码器，试设计接口地址译码电路。

A
—
采集电路
测控系统中根据需要还可能设置其他的滤波 此时电路的截止频率由所有的滤波电路决定。 器，此时电路的截止频率由所有的滤波电路决定。
滤波器截止频率f 和斜率S 滤波器截止频率fh和斜率S的确定
消除采样引起的信号失真的条件
被采样信号的最高频率必须为有限值 采样频率要大于被采样信号最高频率的两倍
模 拟 多 路 切 换 开 关
采集电路 采样/ 保持器 微 机
A/D 转换器
控制 逻辑
分散式采集结构
采样/ 保持器 采样/ 保持器
电路较复杂， 电路较复杂，成本较 高。适于对速度要求 较高的采样系统中。 较高的采样系统中。
传感器 传感器
调理电路 调理电路
A/D 转换器 A/D 转换器
计 算 机
传感器
量化特性及量化误差
A/D转换器位数的确定 A/D转换器位数的确定
设：模拟输入的最大值：Vimax 模拟输入的最大值： 模拟输入的最小值： 模拟输入的最小值： Vimin 前置放大器的增益： 前置放大器的增益：kg m位A/D转换器的满量程：E A/D转换器的满量程： 转换器的满量程 能转换的最小模拟量： 能转换的最小模拟量： 则：
测控技术与系统
第二章 输入/输出通道技术 输入/
第二章 测控系统的输入/输出通道 测控系统的输入/
本章内容： 本章内容： 模拟输入通道 模拟输出通道 开关量输入/输出通道 开关量输入 输出通道 单元电路的级联设计
第一节 模拟输入通道
测控通道
模拟输入通道是指被测量与微机之 间的通道，它一般由以下部分组成： 间的通道，它一般由以下部分组成：
∵K >1
∴VIN < VIN
信号调理通道中常用的放大器

地址译码器

开关量输入通道的典型结构示意图
12
Ge Sibo,Department of Automation
2.1.2 数字量输入通道--信号调理电路
2. 信号调理电路
数字量(开关量)输入通道的基本功能就是接受生产过程 的状态信号。这些状态信号的形式可能是电压、电流、开 关的触点，瞬时高压，过电压、接触抖动等现象。这些状 态信号必须经过转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计 算机能够接受的逻辑信号，比如电平匹配，这些过程称为 信号调理。 对于开关量来说，主要是将开关、继电器等触点的接
0 0
D1

D6 D7
74LS273

Q1
当执行 CS OUT指令周期时，产生 写信号，进行数据锁存，并输 IOW 出。
10
输出 Q6 接口 Q7
CS IOW
数字量输出接口
RESET
Ge Sibo,Department of Automation
2.1.1 数字量输入输出接口技术--数字量输出接口
通和断开的动作转换成TTL电平信号与计算机相连，并且要 消除由于触点抖动和反跳形成的振荡信号。
13 Ge Sibo,Department of Automation
2.1.2 数字量输入通道--信号调理电路（小功率）
（1）消除机械抖动影响 操作按钮、继电器触点、行程开关等机械装置在接通或断 开时均要产生机械抖动，体现在计算机的输入上就是输入信号在 变化瞬间在0和1之间多次振荡，对其如不进行适当处理就会导致 计算机的误动作。下图所示为消除由于接点的机械抖动而产生的 振荡信号，并转换成TTL电平信号与计算机相连。 如图所示为一种简单的采用积分电路消除开 关抖动的方法。电阻R和电容C组成一个积分 电路，输出跃变发生在积分器积分到门的转 折电压时刻，只要积分电路的时间常数足够

安全地的目的是使设备机壳与大地等电位，以 避免机壳带电而影响人身及设备安全。
系统地就是上述几种地的最终回流点，直接与 大地相连。
交流地是计算机交流供电电源地，即动力线地， 它的地电位很不稳定。
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接地理论分析，低频电路应单点接地，高频电路应就近多点接地。
当频率小于1MHz时，可以采用单点接地方式；
干扰：就是有用信号以外的噪声或造 成计算机设备不能正常工作的破坏因 素。
抗干扰措施：硬件措施，软件措施， 软硬结合的措施。
1
干扰的来源：外部干扰和内部干扰
外部干扰：指那些与系统结构无关，而是由外界 环境因素决定的。外部干扰主要是空间电或磁的 影响，环境温度、湿度等气象条件。
内部干扰：是由系统结构、制造工艺等决定的。 内部干扰主要是分布电容、分布电感引起的耦合 感应，电磁场辐射感应，长线传输的波反射，多 点接地造成的电位差引起的干扰，寄生振荡引起 的干扰，甚至元器产生的噪声。
所以必须采用双端输入不对地方式，如下图所示：
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(2)共模干扰的抑制方法
①变压器隔离 利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔
离开来，也就是把模拟地与数字地断开，以使共模 干外扰，电隔压 离Ｕ 前c和m隔不离成回后路应，分从别而采抑用制两了组共互模相干独扰立。的另电 源，切断两部分的地线联系。
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②光电隔离 光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管封装
还会出现波反射现象。
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(2)长线传输干扰的抑制方法
采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以 消除长线传输中的波反射或者把它抑制到最低 限度。
①终端匹配：终端并联电阻 ②始端匹配：始端串联电阻
为了避免外界干扰的影响，在计算机中常常采用双绞线（双绞线是由 两条导线按一定扭距相互绞合在一起的类似于电话线的传输媒体，每根线 加绝缘层并有颜色来标记）和同轴电缆（同轴电缆可分为两类：粗缆和细 缆，这种电缆在实际应用中很广，比如有线电视网，就是使用同轴电缆。 不论是粗缆还是细缆，其中央都是一根铜线，外面包有绝缘层）作信号线。