第二章 输入输出接口和通道-地址范围确定

be i ng 第2章 习题参考答案1.什么是接口、接口技术和过程通道？答：接口是计算机与外设交换信息的桥梁，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减缓信息的技术。

过程通道是计算机与生产过程之间的信息传送和转换的连接通道。

2.采用74LS244和74LS273与PC/ISA 总线工业控制机接口，设计8路数字量（开关量）输入接口和8路数字量（开关量）输出接口，请画出接口电路原理图，并分别编写数字量输入和数字量输出程序。

答：数字量输入接口设片选端口地址为port MOV DX,portMOV DPTR,PORTMOVX A,@DPTRINAL,DX74LS244PC 总线*IOR(*RD)_数字量输出接口MOV AL,DATA MOV A,DATAMOV DX ，port MOV DPTR,PORT OUTDX,ALMOVX @DPTR,A3.用8位A/D 转换器ADC0809与8051单片机实现8路模拟量采集。

请画出接口原理图，并设计出8路模拟量的数据采集程序。

输出信号PC 总线(*WR)程序：ORG 0000HMOV R0，#30H ；数据区起始地址存在R0MOV R6，#08H ；通道数送R6MOV IE，#84H ；开中断SETB IT1 ；外中断请求信号为下跳沿触发方式MOV R1，#0F0H ；送端口地址到R1NEXT：MOVX @R1，A ；启动A/D转换LOOP:SJMP LOOPINC R0INC R1DJNZ R6，NEXT ；8路采样未接受，则转NEXTCLR EX1 ；8路采样结束，关中断END中断服务程序：ORG 0003H ；外中断1的入口地址AJMP 1000H ；转中断服务程序入口地址ORG 1000HMOVX A，@R1 ；读入A/D转换数据MOV @R0，A ；将转换的数据存入数据区RETI ；中断返回ORG 0000HMOV R1，#30HMOV R2，#0F0HA1: MOV DPTR, R2MOVX @DPTR, ALOOP: JNB P3.2 , LOOPMOVX A, @DPTRMOV @R1，AINC R2INC R1CJNE R2, 0F7H, A1END4.用12位A/D 转换器AD574与PC/ISA 总线工业控制机接口，实现模拟量采集。

微型计算机控制技术答案(赖寿宏)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200μs，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：1000ms/(200us*10)=500, 能可靠的管理全部50个终端3.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100μs、150μs、120μs，主程序执行时间（执行查询指令等）为80μs，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=300μsC2=8ms S2=1.3msC3=1ms S3=400μs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、8253 E1H 、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。

8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。

第2章思考与练习题（参考答案）填空题:1. S7-300 PLC一个机架最多可安装_____8____个信号模块，最多可扩展_____3____个机架，机架之间的通讯距离最大不超过___10m___，最大数字量I/O点数__1024__，2. 确定机架0的6号槽上SM323 DI8/DO8的地址范围_I8.0-8.7/Q9.0-9.7以及５号槽上SM334 AI4/AO2的地址范围_PIW272-278/PQW280、PQW282。

3. 高速、大功率的交流负载，应选用_晶闸管_输出的输出接口电路。

思考题：1. S7-300系列PLC的硬件系统由哪几部分组成?S7-300系列的PLC采用紧凑的、无槽位限制的模块结构，电源模块（PS）、CPU、信号模块（SM）、功能模块（FM）、接口模块（IM）和通信模块（CP）都安装在导轨上。

硬件系统主要由各种模板及人机界面（HMI），根据控制要求进行广泛的组合和扩展。

2. S7-300 数字模块的地址如何确定？I／O模块的地址与模块所在的机架号和槽位号有关，数字模块的位地址与信号线接在模块上的哪一个端子有关。

S7-300系列PLC的CPU为每个槽位的数字量I／O模板分配了4 个字节（32个I／O点）的地址范围。

依据数字模板的安装位置和类型,确定模块的地址。

数字量模板的地址:存储区标识符(输入-I、输出-Q）+字节地址+位地址。

（字节地址取决于其模块所在槽位的起始地址）3. 请填写以下配置的SIMATIC S7-300的可编程控制器的I/O地址。

0架4槽8路模拟量输入地址：PIW256, …，PIW 270；0架5槽8路模拟量输出地址：PQW272，…，PQW 286；0架6槽16点数字量输入地址：I8.0，…，I8.7，I9.0，…，I9.7；0架7槽32点数字量输出地址：Q12.0~12.7；Q13.0~13.7，Q14.0~14.7；Q15.0~15.7；0架8槽16点数字量输出地址：Q16.0，…，Q16.7，Q 17.0，…，Q17.7；4. S7-300的CPU314/CPU315 /CPU315-2DP 最多可扩展几个机架?用哪个接口模块连接?P19-20: S7-300的CPU314/CPU315 /CPU315-2DP 最多可扩展4个机架;用SM360/SM361接口模块连接5. 一个控制系统如果需要12点数字量输入、30点数字量输出、10点模拟量输入和2点模拟量输出，则问：(1) 如何选择输入/输出模块?(2) 各模块的地址如何分配?0架4槽 SM321 16点数字量输入地址：I0.0，…，I0.7， I1.0，…，I1.7；0架5槽 SM322 32点数字量输出地址：Q4.0~4.7；Q5.0~5.7，Q6.0~6.7；Q7.0~7.7； 0架6槽 SM331 8路模拟量输入地址：PIW288, …，PIW 302；0架7槽 SM334 模拟量4路输入/2路输出地址：PIW304, …，PIW310；PQW312，PQW 314；槽 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11①。

输入输出接口技术第一节接口技术的基本概念一、接口的概念和功能二、接口电路的典型结构三、接口功能第二节I/O端口的编址和译码一、I/O端口的编址方式二、输入/输出指令三、I/O端口的译码第三节CPU与外设间的数据传送方式一、无条件传送方式二、条件传送方式三、中断传送方式四、DMA传送方式一、接口的概念和功能1 接口：指CPU与存储器和外设之间通过总线进行连接的电路部分，是CPU与外界进行信息交换的中转站。

为什么要在CPU与外设之间设置接口电路？其一，CPU与外设两者的信号线不兼容，在信号线功能定义、逻辑定义和时序关系上都不一致；其二，两者的工作速度不兼容，CPU速度高，外设速度低； 其三，若不通过接口，而由CPU直接对外设的操作实施控制，就会使CPU处于穷于应付与外设打交道之中，大大降低CPU的效率；其四，若外部设备直接由CPU控制，也会使外设的硬件结构依赖于CPU，对外设本身的发展不利。

因此，有必要设置接口电路，以便协调CPU与外设两者的工作，提高CPU的效率，并有利于外设按自身的规律发展。

2 接口技术：是研究CPU如何与外部世界进行最佳耦合与匹配，实现双方高效、可靠地交换信息的一门技术，是软件、硬件结合的体现，是微机应用的关键。

微机接口技术综合性很强，所涉及的知识面很宽，包括微机原理、汇编语言（或高级语言）程序设计、电子技术、自控原理以及通信技术等多门课程的基础理论和专业知识。

3.接口技术在微机应用中的作用微机应用系统的研究和微机化产品的开发，从硬件角度来讲，就是接口电路的研究和开发，接口技术已成为直接影响微机系统的功能和微机推广应用的关键。

微机的应用是随着外部设备的不断更新和接口技术的发展而深入到各个领域的。

1从编程角度看，接口内部主要包括一个或多个CPU可以进行读/写操作的寄存器，又称为I/O端口。

2各I/O端口由端口地址区分。

3按存放信息的不同，I/O端口可分为三种类型数据端口：用于存放CPU与外设间传送的数据信息状态端口：用于暂存外设的状态信息控制端口：用于存放CPU对外设或接口的控制信息，控制外设或接口的工作方式。

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。

微型计算机控制专业技术课程答案《微型计算机控制技术》复习题纲1.1 计算机控制系统的结构。

1.2 计算机控制系统的典型形式有哪些? 各有什么优缺点? （P5）1.3 实时、在线⽅式和离线⽅式的含义是什么?2.1 采⽤74LS244和74LS273，设计与PC总线等⼯业控制机的数字量(开关量) 输⼊输出接⼝，要求:画出接⼝电路原理图，并采⽤8086汇编语⾔编写数字量输⼊输出程序。

2.2 ⽤8位A／D转换器ADC0809与PC总线等⼯业控制机接⼝，设计模拟输⼊通道以及数据采集程序流程图。

2.3 采样信号有何特点? 采样保持器的作⽤是什么?是否所有的模拟量输⼊通道中都需采样保持器? 为什么?2.4 什么是串模⼲扰和共模⼲扰? 如何抑制?2.5 计算机控制系统中地线有哪⼏种?2.6 什么是波反射? 如何消除波反射?3.1 插补计算程序流程：(1) 直线插补程序；(2) 圆弧插补程序。

3.2 给出⼀段直线或圆弧。

要求：(1) 按逐点⽐较法插补进⾏列表计算；(2) 作出⾛步轨迹图，并标明进给⽅向和步数。

3.3 三相步进电机的⼯作⽅式。

3.4 利⽤8255A设计x轴步进电机和y轴步进电机的控制电路，要求：(1) 画出接⼝电路原理图；(2) 分别列出x轴和y轴步进电机在三相单三拍、三相双三拍或三相六拍⼯作⽅式下的输出字表。

4.1 数字控制器的连续化设计步骤。

（P103）4.2 PID控制器的三个参数对系统性能的影响。

4.3 数字控制器的离散化设计步骤是什么?4.4 最少拍⽆纹波控制器的设计。

4.5 模糊推理的计算。

6.1 测量数据预处理技术包括哪些？(185~190)7.1 什么是现场总线?有哪⼏种典型的现场总线?7.2 分布式控制系统的设计原则是什么？DCS系统分为哪⼏层？各层实现哪些功能？⽅程段11 部分1第⼀章（绪论）作业1.1 什么是计算机控制系统？它由哪⼏部分组成？答：计算机控制系统就是利⽤计算机来实现⽣产过程控制的系统。

（0119）《微机接口及应用技术》复习思考题1、设计一个端口地址为2BFH的译码电路。

2、设计一个片内拥有8个端口的接口电路的I/O地址译码电路，其端口地址为310H~317H。

3、某微机应用系统，包含8个接口电路，每个接口拥有4个端口，试设计地址译码电路，其地址分配在200H~21FH。

4、设计一个地址可变的I/O地址译码电路，共分8组，每组拥有8个端口，并且每次只改变一组地址。

5、何谓时序配合？6、假设8253的端口地址为304H~307H，试按下列要求编写通道0的初始化及计数初值装入程序段（指令序列）。

计数器0：二进制计数，工作在方式0，计数初值为1234H。

7、计数通道0，工作在0方式，GATE0=1，GATE0=1,CLK0=1.19318MHz。

若将十进制数100写入计数器，试计算直到计数通道0的输出端出现正跳边时的延迟时间？8、计数通道1，工作在3方式，CLK1=1.19318MHz，GATE1=1，写入计数初值为十进制数15。

试问图中T1，T2和T的宽度是多少？9、采用计数通道0，设计一个循环扫描器。

要求扫描器每隔10ms输出一个宽度为1个时钟的负脉冲。

定时器的CLK0=100MHz，GATE0=1，端口地址为304H~307H，试编写出初始化程序段和计数初值装入程序段。

10、可屏蔽中断（INTR）有那些特点？它的用途如何？11、CPU利用什么方法在向量表中寻找中断向量？12、可编程中断控制器8259A，在协助CPU处理中断事务中起哪些作用？13、可屏蔽中断与8259A是什么关系？14、能否将8255A的A口或B口8位中的某几位作输出使用，而同时又将另外几位作输入使用？为什么？15、8255A端口与外设之间的单向和双向传送是指什么？3个并口中哪个并口具有双向传送功能？16、99H是8255A的什么命令？为什么？17、如果把04AH写入8255A的命令寄存器，则A组和B组的工作方式及引脚输入/输出将如何配置？18、假定8255A命令寄存器的端口地址是303H，试编写一个将代码为03H的”按位置1/置0”命令字装入命令寄存器的程序段？19、试说明联络信号STB#、IBF、ACK#、OBF#以及INTR A和INTR B的作用。

第一章计算机控制系统概述习题及参考答案1.计算机控制系统的控制过程是怎样的?计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。

(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。

(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。

2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。

(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。

(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。

3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？由四部分组成。

图微机控制系统组成框图(1)主机：(2)输入输出通道(3)外部设备(4)检测与执行机构4.微型计算机控制系统软件有什么作用？说出各部分软件的作用。

软件是指能够完成各种功能的计算机程序的总和。

整个计算机系统的动作，都是在软件的指挥下协调进行的，因此说软件是微机系统的中枢神经。

就功能来分，软件可分为系统软件、应用软件及数据库。

(1)系统软件：它是由计算机设计者提供的专门用来使用和管理计算机的程序。

对用户来说，系统软件只是作为开发应用软件的工具，是不需要自己设计的。

系统软件包括：a.操作系统：即为管理程序、磁盘操作系统程序、监控程序等；b.诊断系统：指的是调节程序及故障诊断程序；c.开发系统：包括各种程序设计语言、语言处理程序(编译程序)、服务程序(装配程序和编辑程序)、模拟主系统(系统模拟、仿真、移植软件)、数据管理系统等；d.信息处理：指文字翻译、企业管理等。