程序基本输入输出讲解
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单片机中的输入输出接口技术讲解单片机(Microcontroller Unit,简称MCU)作为一种集成了微处理器核心、内存、输入输出接口和外部设备接口的集成电路,广泛应用于各种嵌入式系统中。
其中,输入输出接口技术是单片机的核心组成部分之一,它能够实现单片机与外部设备的高效通信和数据交换。
本文将就单片机中的输入输出接口技术进行详细讲解。
一、基本概念输入输出接口(Input/Output Interface,简称I/O Interface)是单片机与外设之间传输数据、信号的桥梁。
它负责转换单片机内部的电信号与外部设备的电信号之间的逻辑和电平转换。
在单片机应用中,常见的外部设备包括按键、LED灯、LCD显示屏、步进电机等。
二、数字输入输出接口1. 数字输入接口数字输入接口主要通过端口的工作方式与外设通信,常见的数字输入接口有通用并行接口(General Purpose Parallel Interface,简称GPIO)和外部中断(External Interrupt)。
GPIO是单片机中最常见的通用输入输出接口,它具有多种工作模式,可以通过软件控制单片机与外设之间的数据传输。
GPIO的主要功能是将单片机的高低电平与外部设备的高低电平进行转换。
通过控制GPIO的输入输出状态,可以实现与外设之间的数据交换和通信。
外部中断是一种特殊的输入接口,它能够实现对外部事件的高效响应。
当外部事件触发时,单片机会立即跳转到相应的中断服务程序进行处理。
外部中断常用于读取按键输入、检测传感器状态等场合。
2. 数字输出接口数字输出接口是单片机将数据传输出给外部设备的接口。
常见的数字输出接口有通用并行接口(GPIO)、定时器(Timer)和比较器(Comparator)。
GPIO作为通用输入输出接口,在数字输出方面同样起到重要作用。
通过控制GPIO的输出状态,单片机可以向外设发送数据、控制外设的开关状态等。
定时器是一种重要的数字输出接口。
PLC的基本指令及程序设计PLC(可编程逻辑控制器)是一种常用的工业自动化设备,它通过运行预先编写好的程序控制工业设备和机器的运行。
在PLC中,程序是通过一系列基本指令来实现的。
本文将介绍PLC的基本指令及程序设计。
1.输入输出指令:用于与外部设备的输入输出进行交互。
常见的输入指令有I(输入)、X(通用输入)、IX(输入寄存器)等;常见的输出指令有O(输出)、Y(通用输出)、Q(输出寄存器)等。
2.数据处理指令:用于对数据进行处理和计算。
常见的数据处理指令有AND(与)、OR(或)、XOR(异或)、NOT(非)等逻辑指令;还有MOV(移动)、ADD(加)、SUB(减)、MUL(乘)、DIV(除)等算术指令。
3.定时器指令:用于实现定时控制功能。
常见的定时器指令有TON(ON延时)、TOF(OFF延时)、RTO(重新同步ON延时)等。
4.计数器指令:用于实现计数功能。
常见的计数器指令有CTU(上升沿计数)、CTD(下降沿计数)、CTC(脉冲计数)等。
5.转移指令:用于实现程序的跳转和转移。
常见的转移指令有JMP(无条件跳转)、CALL(调用)、RET(返回)等。
PLC的程序设计通常采用类似于传统计算机编程的方法。
首先需要将整个工程分解成一个个的功能模块,然后对每个模块编写相应的程序。
在编写程序时,需要按照以下步骤进行:1.了解需求:明确控制的目标和要求。
2.设计输入输出:确定需要使用的输入输出设备和信号,将其与PLC连接。
3.设计程序结构:根据需求将整个程序划分为多个功能模块,确定各个模块的输入输出。
4.编写程序:对每个功能模块编写相应的程序。
可以根据之前介绍的基本指令选择合适的指令进行编写。
6.优化程序:根据实际情况对程序进行优化,提高系统的性能和稳定性。
在程序设计过程中,还需要注意以下几点:1.确保程序的可读性:使用有意义的变量名和注释来提高程序的可读性,方便后续的维护与修改。
2.注意程序的实时性:PLC在工控系统中通常需要实时响应各种输入信号,因此需要确保程序的执行速度和响应快。
标准输入输出标准输入输出(Standard Input/Output,简称为STDIO)是计算机程序中常用的一种输入输出方式。
在很多编程语言中,都有对标准输入输出的支持,通过这种方式可以实现程序与用户或者其他程序之间的数据交互。
本文将对标准输入输出进行详细介绍,包括其基本概念、常见应用以及相关注意事项。
首先,我们来了解一下标准输入输出的基本概念。
标准输入是指程序从键盘或者其他输入设备中接收数据的过程,而标准输出则是指程序向屏幕或者其他输出设备输出数据的过程。
在大多数操作系统中,都有对标准输入输出的支持,程序可以通过操作系统提供的接口来进行输入输出操作。
标准输入输出是程序与外部世界进行数据交互的重要方式,也是计算机程序设计中的基础知识之一。
接下来,我们将介绍标准输入输出的常见应用。
标准输入输出在很多场景下都有着重要的作用,比如在命令行程序中,用户可以通过标准输入来向程序输入数据,程序则可以通过标准输出将结果输出给用户。
在编写脚本程序时,标准输入输出也是常用的数据交互方式。
此外,标准输入输出还可以用于程序之间的数据传递,比如一个程序的标准输出可以作为另一个程序的标准输入,实现两个程序之间的数据交换。
总之,标准输入输出是计算机程序设计中不可或缺的一部分,具有广泛的应用场景。
在使用标准输入输出时,我们需要注意一些事项。
首先,要确保输入输出的数据格式和类型是符合要求的,否则可能会导致程序出错。
其次,要及时关闭输入输出流,以释放系统资源,避免资源泄露。
另外,对于大量数据的输入输出,要考虑效率和性能的问题,避免出现性能瓶颈。
此外,要处理好异常情况,比如输入输出操作失败时的处理方式。
总之,在使用标准输入输出时,要谨慎对待,确保程序的稳定性和可靠性。
综上所述,标准输入输出是计算机程序设计中非常重要的一部分,具有广泛的应用场景。
通过标准输入输出,程序可以与用户或者其他程序进行数据交互,实现各种功能和需求。
在使用标准输入输出时,我们需要注意数据格式、资源释放、性能优化以及异常处理等方面的问题,确保程序的稳定性和可靠性。
第九课输入输出控制方式[课题] 输入输出控制方式[课型] 新课[授课课时][教学目标]理解输入输出控制方式的基本概念,理解中断的执行过程[教学重点]中断的执行过程[教学难点]中断的执行过程[教学过程]一、输入输出控制方式CPU控制输入输出设备工作的方式有三种:程序查询方式、中断方式和直接存储器访问方式。
二、程序查询方式程序查询方式是在程序控制下CPU与外设之间交换数据。
其工作过程首先是用程序向外设发出进行数据传送的控制信号,然后从外设读取外设状态,检查是否可以进行数据传送,若外设准备就绪,则进行数据传送;否则反复读外设状态并检查,直到外设准备就绪再进行数据传送。
程序查询方式主要用软件方式实现,它的特点是CPU工作效率低。
三、中断方式中断是主机在执行程序过程、中,遇到突发事件而中断程序的政党执行,转去对突发事件的处理,待处理完成后返回原程序继续执行。
计算机中使用中断方式由软件和硬件共同实现。
软件部分指中断处理程序。
硬件部分指中断控制电路,其作用是负责对中断请求、中断响应等进行相应的处理,保证中断过程的政党进行。
中断过程包括中断请求、中断响应、中断处理、中断返回等步骤。
(1)中断请求。
中断源向CPU中的控制器发出中断请求。
(2)中断响应。
中断响应过程中把被中断的程序的断点地址保存起来,把中断处理程序入口地址送入指令指针寄存器,开始执行中断处理程序。
(3)中断处理。
根据不同的中断原因,中断处理程序执行相应的处理,中断处理程序运行结束后转入中断返回。
(4)中断返回。
中断返回就是恢复断点。
四、直接存储器访问方式直接存储器访问方式(DMA)指高速外设与内存之间直接进行数据交换,不通过CPU,并且CPU不参加数据交换的控制。
DMA方式下高速外设和内存之间进行数据传输需要使用总线,所以DMA方式下要解决的问题主要是总线使用权的转移。
总线使用权一般情况下由CPU掌握,在DMA期间总线使用权交给DMA控制器。
DMA方式由硬件实现。
一、知识概述算法是解决问题的一种方法,我们把问题看成函数,那么可以把算法看成将输入转化为输出的一个过程.输入语句在一些算法中,变量的初始值要根据情况经常改变.一般我们把程序和初始数据分开,每次进行运算时,即使初始数据改变,也不必改变程序部分,只要每次运行程序时,输入相应的数据就可以了.这个过程在程序语言中要用“输入语句”来控制,我们以BASIC 语言为例.输入语句的意义是:在编写程序时可以把程序和初始数据分开,达到用程序解决一类问题的目的.换种说法,就是在程序中用字母(变量)代替数参与运算和执行.1、输入语句的格式INPUT“提示内容”;变量例如:INPUT“x=”;x注:程序语言中的变量与函数在设计算法的过程中,解决问题的基本思想常常很简单、很清楚,但表述参与运算的数值的频频变换却很麻烦.为了解决这个问题,需要在程序中引入变量.前面通过对函数概念的学习,我们已经了解了变量的含义:在研究问题的过程中可以取不同数值的量称为变量.程序中一些重要的函数也很有用处,如取平方根函数,取绝对值函数.变量与函数是中学数学里最重要的和最基本的概念,在算法的设计里面仍然发挥着重要的和基本的作用,它们会使算法的表达变得非常简捷、清楚.2、作用和要求功能:实现算法的输入变量信息(数值或字符).要求:(1)输入语句要求输入的值是具体的常量;(2)提示内容提示用户输入的是什么信息,必须加双引号,提示内容“原原本本”的在计算机屏幕上显示,提示内容与变量之间要用分号隔开;(3)一个输入语句可以给多个变量赋值,中间用“,”分隔;输入语句还可以是“提示内容1”;变量1,“提示内容2”;变量2,“提示内容3”;变量3,……的形式.例如:INPUT“a=,b=,c=,”;a,b,c.输出语句任何求解问题的算法,都要把求解的结果“输出”.由此可知,任何程序语言也必须有“输出语句”来控制输出,不同的程序语言都有自己的输出语句和表现形式.但功能都是一样的,也就是以某种形式把求解结果“输出”出来.下面我们还是以BASIC语言为例.1、输出语句的一般格式PRINT“提示内容”;表达式例如:PRINT“S=”;S2、作用和要求功能:实现算法的输出信息(表达式).要求:(1)表达式是指算法和程序要求输出的信息;(2)提示内容提示用户要输出的是什么信息,提示内容必须加双引号,提示内容要用分号和表达式分开;(3)如同输入语句一样,输出语句可以一次完成输出多个表达式的功能,不同的表达式之间可用“,”分隔;输出语句还可以是“提示内容1”;表达式1,“提示内容2”;表达式2,“提示内容3”;表达式3,……的形式;例如:PRINT“a,b,c:”;a,b,c.思考1:输出语句中的表达式和输入语句中的变量有什么区别与联系?输入语句提示内容后面跟的是变量,这是一个字母,它的作用是将用户输入的数值代入程序中,而输出语句后面跟的是表达式,如3x+2中含有变量,变量参与了运算后形成了表达式.单纯的变量也是一个表达式,也就是说变量是表达式的一种特殊情况,表达式可以是常量、变量或含有变量的运算式.如“PRINT 3”输出的结果为实数3,“PRINT x”是将变量“x”的值输出.【拓展·归纳】(1)输出语句又称“打印语句”,将表达式的值在屏幕上显示出来;(2)表达式可以是变量、计算公式或系统信息;(3)输出语句有计算功能,能直接输出计算公式的值.赋值语句在表述一个算法时,经常引入变量,并赋给该变量一个值.用来表明赋给某一个变量一个具体的确定值的语句叫做赋值语句.1、赋值语句的一般格式变量=表达式赋值语句中的“=”称做赋值号例如:a=3b=4c=5s=(a+b+c)/3A=SQR(s*(s-a)*(s-b)*(s-c))都是赋值语句.2、作用和要求作用:赋值语句的作用是将表达式所代表的值赋给变量.要求:(1)赋值语句左边只能是变量名字,而不能是表达式,右边表达式可以是一个常量、变量或含变量的运算式.如:2=x是错误的;(2)赋值号的左右两边不能对换.赋值语句是将赋值号右边的表达式的值赋给赋值号左边的变量.如“A=B”与“B=A”的含义、运行结果是不同的,如x=5是对的,5=x 是错的,A+B=C是错的,C=A+B是对的;(3)不能利用赋值语句进行代数式的演算(如化简、因式分解、解方程等),如y=x2-1=(x-1)(x+1)是实现不了的.在赋值号右边表达式中的每一个变量必须事先赋给确定的值.在一个赋值语句中只能给一个变量赋值.不能出现两个或两个以上的“=”.但对于同一个变量可以多次赋值.【拓展·归纳】赋值语句的特征:(1)在程序运行时给变量赋值;(2)“=”的右侧必须是表达式,左侧必须是变量;(3)一个语句只能给一个变量赋值;(4)赋值语句有计算功能;(5)将一个变量的值赋给另一个变量时,前一个变量的值保持不变;可先后给一个变量赋多个不同的值,但变量的取值只与最后一次赋值有关.程序语句中符号的变化在程序语句中变量和常量要参与算术运算、比较大小以及逻辑判断,加法、减法运算符以及大于、小于符号仍然保持不变.但有些算术符号发生了改变,详细情况见下表:数学符号程序符号×(代数运算中的乘法运算符)*(程序里面表示乘法的运算符)÷(代数运算中的除法运算符)/(程序里面表示除法的运算符)[]代数中取整运算(如[5÷3]=1)\(如5\3=1)a b(代数运算中的指数运算符)a^b(程序里面表示指数的运算符)≤(代数中小于等于符号)<=(程序里面表示小于等于的符号)≥(代数中大于等于符号)>=(程序里面表示大于等于的符号)≠(代数中不等号)<>(程序里面表示不等于的符号)∣x∣(代数运算中的取绝对值)ABS(x)(程序里面取绝对值的函数)SQR(x)(程序里面取算术平方根的函数)(代数运算中求算术平方根)且(逻辑中的“且”运算)AND(程序里面表示逻辑中的“且”运算)或(逻辑中的“或”运算)OR(程序里面表示逻辑中的“或”运算)程序运算也规定了运算符的优先级和结合性,在表达式求值时,按运算符的优先级级别的高低次序执行,例如先乘除后加减.如表达式a-b*c的左侧为减号,右侧为乘号,而乘号的优先级高于减号,因此相当于a-(b*c).如果在一个运算对象的两侧的运算符的优先级级别相同,如a+b-c,则按照规定的“结合方向”处理.BASIC语言中规定各种运算符的结合方向(结合性),还按算术运算的结合顺序“自左到右”即先左后右.二、例题讲解例1、请写出下面的运算输出的结果解析:(1)16;语句c=(a+b)/2是将a、b和的一半赋给变量c,语句d=c*c是将c 的平方赋给d,最后输出d的值.(2)1,2,3;语句c=a+b是将a、b的和赋给c,语句b=a+c-b是将a+c-b 的值赋给了b.(3)20,30,20;经过语句a=b后a,b,c的值是20,20,30.经过语句b=c后a,b,c的值是20,30,30.经过语句c=a后a,b,c的值是20,30,20.例2、根据下面伪代码编写的程序,画出程序框图.INPUT “输入边长A,B的值”;A,BINPUT “输入夹角C的角度值”;CC=C*3.1416/180P=A*A+B*B-2*A*B*cos(C)Y=SQR(P)PRINT “第三边”;YEND在basic语言中,求一个数的算术平方根要用SQR(X)函数.解:程序框图如下图所示:例3、编写一个程序,要求输入两个正数a和b的值,输出a b和b a的值.解:INPUT “正数a,b”;a,bA=a^bB=b^aPRINT “A=,B=”;A,BEND例4、编写一个程序,要求鸡兔同笼,已知鸡兔总头数为h,总脚数为f,求鸡兔各有多少只?解:INPUT “总头数h=”;hINPUT “总脚数f=”;fx=(4*h-f)/2y=(f-2*h)/2PRINT “鸡=”;x,“兔=”;y。
第5章基本输入输出系统【教学目的】掌握接口的基本概念、IO端口的编址方法和基本的数据传送方式【教学重点】IO端口的编址方法和基本的数据传送方式【教学难点】中断方式和DMA方式【教学方法和手段】课堂教学【课外作业】P193习题3,4,7,10【学时分配】6学时【自学内容】8237的使用【讲授内容】5.1 概述输入输出系统包括:①外部设备(输入输出设备和辅助存储器)②设备控制器----主机(CPU和存储器)之间的控制部件,诸如磁盘控制器、打印机控制器等,有时也称为设备适配器或接口,其作用是控制并实现主机与外部设备之间的数据传送。
5.1.1接口的基本概念1、什么是接口计算机在工作过程中,CPU要不断地与其它部件交换信息。
CPU不是直接与外部设备交换信息的,而是经过一个中间电路,这个电路就称为“接口电路”,简称“接口”。
所谓接口就是主机与外部设备连接的桥梁,由它来完成CPU与外部设备之间信息的传递。
一般将外部设备与接口合称为“I/O系统”。
接口又称为“设备控制器”或“适配器”。
2、为什么要有接口电路外部设备为什么要通过接口电路与CPU连接?为什么不直接与CPU的总线相连接呢?从CPU的角度来看,对外部设备的访问(读/写)与对存储器的访问是类似的,为什么存储器可以直接通过总线与CPU连接,而外部设备却要通过接口电路来与CPU连接呢?这是因为:存储器的基本结构简单(只有很少几种),只要求几个简单的控制信号,而且存储器的访问速度一般都比较快,CPU与存储器之间的定时与协调比较容易,因此存储器可以直接通过总线与CPU连接。
而外部设备一般具有以下特点:⑴外部设备的品种繁多从类型上看:有输入设备、输出设备、输入/输出设备、测量设备、通信设备、控制设备等。
从结构上看:有机械式的、电子式的、机电混合式的。
从原理上看:各类设备的工作原理又是各不相同的。
⑵外部设备的工作速度分布范围宽如:电传打字机每秒能传输100个信息单位,温度传感器有可能长达几分钟才改变一个数据,软盘的传输速率为每秒2.5兆位,硬盘的传输速率为每秒5兆位以上。
PLC零基础? PLC输入输出详解PLC(可编程控制器)是软硬结合的一门技术,因为我们编写的程序需要外部接线才能实现,而只有接线没有程序的PLC也是没有任何工程意义的,所以,入门学PLC的时候一定要端正一个观念,那就是PLC 不仅仅是编程,还包括PLC的外围线路。
PLC的接线可以分两部分,一是电源接线,一是IO接线,电源接线很简单,确认PLC的供电电源,市面上的PLC 一般是两种规格的供电,DC24V和AC220V,接线前,一定要确认PLC的电源,否则就是一阵青烟,一般PLC电源部分都会有标识,具体可以参考硬件手册。
一般PLC 的包装盒里也会有一张简易说明,需要注意的是,接地线一定要按,不能省略。
IO接线是PLC接线的重点,也就是PLC的输入输出接线,它包括数字量和模拟量。
从应用的角度出发,所谓PLC的输入,就是人发给PLC 的命令信号。
这些命令通过各种开关,按钮,限位,温度传感器,电位器等等实现的。
先讲解数字量的接线,它包含PNP和NPN两种形式,其实很简单,照手册接就可以,不过很多初学者没有耐心去看手册,这点是不对的。
这两种接线方式的区别就是公共端的接法不一样。
PNP又称正逻辑,源型接法,高电平有效。
NPN又称负逻辑,漏型接法,低电平有效。
一、初学入门怎样理解PLC的输入信号,以及NPN与PNP逻辑的接线与实现?如上图所示,这是施耐德PLC的硬件手册的接法说明,从图中可以看出0V和COM0端短接,当I0上的开关闭合后,输入10就会有24 V 输入,很明显这是PNP接法。
那么,具体我们在实际中是怎么应用的呢,可以参照一份图纸:大家可以看一下,这和手册中有什么区别呢?对了,图纸中并没有用PLC的DC24V电源,而是外接电源,一般在实际应用中,都采用此种方案,因为,当输入数量过多,或者是外部接线过长时,由于PLC 提供的电源功率比较低,可能会出现过载,因此建议,大家都配备DC24 V开关电源。
接下来就是现场接线了,按照图纸接好线,那么PLC的输入部分就算完成了。