输入输出过程通道
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第二章输入输出接口与过程通道接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁,包括输入接口和输出接口。
接口技术是研究计算机与外部设备之间如何交换信息的技术。
外部设备的各种信息通过输入接口送到计算机进行处理,计算机的各种信息通过输出接口送到外部设备进行控制。
尤其在工业过程的计算机控制系统中,输入输出接口无时无刻都在起着重要的作用,因为信息的交换是时刻发生的。
过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道,它包括模拟量输入通道(AI),模拟量输出通道(AO),数字量(开关量)输入通道(DI),数字量(开关量)输出通道(DO)。
在计算机控制系统中,工控机必须经过过程通道和生产过程相连,而过程通道中又包含有输入输出接口,因此输入输出接口和过程通道是计算机控制系统的重要组成部分。
本章对工业控制机的输入输出接口和过程通道进行设计和分析。
【补充知识】采用输入输出(I/O)接口的必要性:键盘,鼠标,磁盘,扫描仪,U盘等是大家熟悉的输入设备,而磁盘,CRT,打印机,绘图仪等则是最常见的输出设备。
所有这些设备可以统称为计算机的外围设备,简称外设(Peripherals),或I/O设备。
为了让这些设备能够按照计算机的要求有次序的输入或接收数据,CPU必须能够控制这些输入输出设备的启动和停止,以及了解它们的当前工作状态,并据此送出相应的控制命令。
通常,我们把计算机与外设之间的这种交换数据,状态,和控制命令的过程统称为通信(Communication)。
CPU与外设交换信息的过程,和它与存储器的交换数据一样,也是在控制信号的作用下,通过数据总线来完成的。
但后者要简单的多。
因为存储器芯片的存取速度与CPU是在同一数量级的,而且存储器本身具有数据缓冲的能力。
因此,CPU可以通过数据总线方便,迅速的与存储器进行数据交换。
而外设则不同,因为外部设备的种类繁多,要求也各不相同,容易带来以下许多问题,因此大多不能直接通过数据总线直接连接。
第二章过程通道与输入输出接口§1概述本章学习目的: 解决计算机和外部的连接问题,使计算机和外部构成一个整体,能正确、可靠、高效率的交换信息,这是设计一个计算机控制系统必须解决的基本问题。
重点介绍计算机过程控制中的过程通道和输入输出接口电路的设计技术。
一、通道、接口及其功能实现在过程信号与计算机数据之间变换传递的电路称为输入输出过程通道,简称过程通道。
过程通道按变换传递信号的种类分为模拟量通道和数字量通道。
模拟量是指在生产过程中连续变化的模拟信号,如电压、电流、有功功率、频率、压力、流量、温度、液位、转速等;数字量是指离散的数字信号,如表示开关、触点等开合位置的状态信号(开关量),电平高低、脉冲等。
过程通道按信号传输的方向分为输入通道和输出通道,或前向通道和后向通道。
输入输出接口技术——研究处理器和外部设备之间信息交换的技术。
外界的各种数据和信息通过输入设备送到微处理器,而处理器将计算结果或控制信号输出外部设备,以便显示、打印或实现各种控制。
外部设备品种很多,有机械式的、机电式的或电子式的等,其原理也多种多样,各不相同。
它们在与计算机系统交换信息时,往往存在着速度不匹配、数据类型不一样等问题,为了解决这些问题,必须设计一套介于主机和外部设备之间的控制逻辑部件,这就是所谓输入输出接口或简称接口。
I/O通道(过程通道):是计算机和控制对象之间信息传送和变换的连接通道。
如图,I/O通道分为:模拟量输入通道模拟量输出通道数字量输入通道数字量输出通道二、I/O信号的种类外部设备与CPU之间交换信息,如图2—1所示,通常有三类信息。
(1)数据信息在微型机中,数据通常为8位或16位,它可以分为以下三种:1)数字量: 由键盘、光电输入机、卡片机等读入的信息一般是以二进制形式表示的数或以ASCII码表示的数或字符。
2)模拟量: 当微处理器用于实时控制时,大量的现场信息经过传感器把非电量转换成的电量以及执行机构所能接受的控制量。
第二章输入输出接口与过程通道在计算机控制系统中,为了实现对生产过程的控制,要将对象的被控参数及运行状态,按要求的方式送人计算机处理,再将结果以数字量的形式输出,并将数字量变换为适合生产过程控制的量,因此在计算机接口和生产过程之间,必须设置信息的传递和变换装置,这个装置就称之为过程输入输出通道,也叫I/O通道。
2.1 过程输入输出通道概述2.1.1 过程输入输出通道的类型及功能根据过程信息的性质及传递方向,过程输入输出通道可分为模拟量输人通道、模拟量输出通道、数字量(开关量)输入通道、数字量(开关量)输出通道等几种类型。
生产过程的被调参数(如温度、压力、流量、速度、位移等),一般是随时间连续变化的模拟量,通过检测元件和变送器转换为对应的模拟电压和电流。
由于计算机只识别数字量,故模拟电信号必须通过模拟量输入通道转化为数字量后,才能送人计算机。
对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,因此数字量(开关量)输入通道将状态信号转变为数字量送入计算机。
计算机控制生产现场的控制通道也有两种,即模拟量输出通道和数字量输出通道。
计算机输出的控制信号以数字形式给出,若执行元件要求提供模拟电压或电流,则采用模拟量输出通道将数字量转换为模拟电压或电流,若执行元件要求数字量(开关量),则应采用数字量输出通道,将计算机输出的数字量经处理和放大后输出。
由此可见,过程输人输出通道是计算机和工业生产过程相互交换信息的桥梁。
2.1.2 过程输入输出通道与CPU交换的信息类型过程输入输出通道与CPU交换的信息类型有三种:(1)数据信息反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。
(3)控制信号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。
接口电路含这三类信息交换的端口。
2.1.3 过程通道的编址方式由于计算机控制系统一般都有多个过程输人输出通道,因此需对每一个过程输入输出通道安排地址。