输入输出通道接口技术

计算机控制系统的接口技术接口有通用和专用之分，外部信息的不同，所采纳的接口方式也不同，一般可分为如下几种：人机通道及接口技术一般包括：键盘接口技术、显示接口技术、打印接口技术、软磁盘接口技术等。

检测通道及接口技术一般包括：A/D转换接口技术，V/F转换接口技术等。

掌握通道及接口技术一般包括：F/V转换接口技术，D/A转换接口技术，光电隔离接口技术，开关接口技术等。

系统间通道及接口技术一般包括：公用RAM区接口技术，串行口技术等。

一、并行输入/输出接口并行接口传输的是数字量和开关量。

输入/输出(I/O) 接口有二种寻址方式：存储器寻址方式和输入输出口寻址方式。

1．无条件传送2．查询式传送3．中断式传送4．8255A可编程并行接口芯片(1) 8255A内部结构1) 数据总线驱动器图1 8255A内部结构图2) 并行I/O端口3) 读/写掌握规律4) A组和B组掌握（2）8255A工作方式8255A有3种工作方式，端口A可以工作在方式0、方式1和方式2，端口B只能工作在方式0和方式1。

1）方式0：基本输入/输出方式。

2）方式1：选通输入/输出方式。

3）方式2：双向选通输入/输出方式。

（3）8255A编程8255A的编程是通过对掌握端输入掌握字的方式实现的。

二、数/模(D/A) 转换接口D/A转换器是指将数字量转换成模拟量的电路，它由权电阻网络、参考电压、电子开关等组成。

图2 DAC0832原理图三、模/数(A/D)转换接口A/D转换器是将模拟电压转换成数字量的器件，它的实现方法有多种，常用的有逐次靠近法、双积分法。

图3 ADC0809结构框图应用案例：基于51单片机的车用数字仪表设计与实现此案例是一种以MCS 51单片机为主控器，以ADC0809为核心，以气压、油压、温度、霍尔元件等传感器为主要外围元件的车用数字仪表（VDI）的设计框图。

应用此方案，能使汽车仪表系统具有显示直观、精确，使用便利牢靠等优点，代表了车用仪表的最新进展趋势。

单片机数字输入输出接口扩展设计方法单片机作为一种常见的微控制器，其数字输入输出接口的扩展设计方法是我们在电子工程领域中经常遇到的任务之一。

在本文中，我们将讨论单片机数字输入输出接口的扩展设计方法，并探讨其中的原理和应用。

在单片机系统中，数字输入输出（I/O）接口在连接外围设备时起着至关重要的作用。

通过扩展数字 I/O 接口可以为单片机系统提供更多的输入输出通道，从而提高系统的功能和性能。

下面将介绍几种常见的单片机数字 I/O 接口扩展设计方法。

1. 并行输入输出接口扩展并行输入输出接口扩展是最常见和直接的扩展方法之一。

通常，单片机的内部I/O口数量有限，无法满足一些复杂的应用需求。

通过使用外部并行输入输出扩展芯片，可以将单片机的I/O口扩展到更多的通道，同时保持高速数据传输。

这种方法可以使用注册器和开关阵列来实现数据的输入和输出。

2. 串行输入输出接口扩展串行输入输出接口扩展是一种节省外部引脚数量的方法。

使用串行输入输出扩展器，可以通过仅使用几个引脚实现多个输入输出通道。

这种方法适用于具有较多外设设备且外围设备数量有限的应用场景。

通过串行接口（如SPI或I2C）与扩展器通信，可以实现高效的数据传输和控制。

3. 矩阵键盘扩展矩阵键盘扩展是一种常见的数字输入接口扩展方法。

很多应用中，需要通过键盘输入数据或控制系统。

通过矩阵键盘的使用，可以大大减少所需的引脚数量。

通过编程方法可以实现键盘按键的扫描和解码，从而获取用户输入的数据或控制信号。

4. 脉冲编码调制（PCM）接口扩展脉冲编码调制是一种常见的数字输出接口扩展方法。

它通过对数字信号进行脉冲编码，将数字信号转换为脉冲信号输出。

这种方法适用于需要输出多个连续的数字信号的应用，如驱动器或步进电机控制。

通过适当的电路设计和编程，可以实现高效的数字信号输出。

5. PWM（脉冲宽度调制）接口扩展PWM接口扩展是一种常用的数字输出接口扩展方法。

PWM技术通过改变信号的脉冲宽度来实现模拟信号输出。

（1）作为测控系统，模拟量输入通道要对被测对象拾取必要 的原始参量信号作为测控的依据。因此，必须将传感器输出的 次级电信号转换成满足计算机要求的TTL逻辑电平。 （2）由于传感器常常是模拟信号输出，且输出信号比较微弱， 转换成计算机要求的电平时，要经过一定量的放大。这部分内 容要运用一些模拟电路技术。因此，模拟量输入通道常常是一 个模拟、数字等的混杂电路，是传感器集成化和微机功能集成 的边界区域。这部分的电路处理技术有一定难度。 （3）模拟量输入通道靠近现场，易受干扰。由于传感器输出 信号一般都比较微弱，常常需要构成一个增益系统，这也是微 机控制系统中最重要的一个干扰进入渠道。因此，模拟量输入 通道的抗干扰设计是一个重要内容。
编码
NUAA 506
为了方便处理，通常将量化值进行二进制编码，对 相同范围的模拟量，编码位数越多，量化误差越小。 对无正负区分的单极性信号，所有的二进制编码位均 表示其数值大小。对有正负的双极性信号则必须有一 位符号位表示其极性，通常有三种表示方法： 1）符号---数值法：与计算机的原码表示法相同。 2）补码：与计算机的补码表示法相同。 3）偏移二进制码：符号位特征与补码相反，其余数 值部分与补码相同。这种编码常用于双极性模拟量 的转换。
特点
结构简单、原理清楚 转换速度慢、精度低，实际少用 精度高、转换速度慢 转换速度较快、精度较高 实际常用 转换速度快,价格高
双积分式A／D
NUAA 506
双积分式A／D转换器具有抗干扰能力强、转换 精度高、价格便宜等优点，缺点是转换速度较慢。因 此，这种转换器主要用于速度要求不高的场合。
目前常用的双积分式A／D转换器芯片有：
NUAA 506
D/A输出电压V 0（V） 5.0 2.5
3.75 4.375 4.69 4.84 4.76 4.80

PC总线接口逻辑部分由8位数据总线缓冲器、基址 译码器、输入和输出片址译码器组成。 I/O功能逻辑部分只有简单的输入缓冲器和输出锁 存器。其中，输入缓冲器起着对外部输入信号的缓冲、 加强和选通作用；输出锁存器锁存CPU 输出的数据或 控制信号，供外部设备使用。I/O缓冲功能可以用可 编程接口芯片如8255A构成，也可以用74LS240、244、 373、273等芯片实现。 I/O电气接口部分的功能主要是：电平转换、滤波、 保护、隔离、功率驱动等。 各种数字量I/O模板的前两部分大同小异，不同的 主要在于I/O电气接口部分，即输入信号的调理和输 出信号的驱动，这是由生产过程的不同需求所决定的。
1、
三极管驱动电路
对于低压情况下的小电流开关量， 用功率三极管就可作开关驱动组件， 其输出电流就是输入电流与三极管增 益的乘积。
（1）普通三极管驱动电路
当驱动电流只有十几 mA或几十 mA时，只要采用一个普通的功 率三极管就能构成驱动电路，如图所示。
（2）达林顿驱动电路
当驱动电流需要达到几百毫安时，如驱 动中功率继电器、电磁开关等装置，输出电 路必须采取多级放大或提高三极管增益的办 法。达林顿阵列驱动器是由多对两个三极管 组成的达林顿复合管构成，它具有高输入阻 抗、高增益、输出功率大及保护措施完善的 特点，同时多对复合管也非常适用于计算机 控制系统中的多路负荷。
当然，在实际使用中，要特别注意 固态继电器的过电流与过电压保护以及 浪涌电流的承受等工程问题，在选用固 态继电器的额定工作电流与额定工作电 压时，一般要远大于实际负载的电流与 电压，而且输出驱动电路中仍要考虑增 加阻容吸收组件。具体电路与参数请参 考生产厂家有关手册。
四、
DI/DO模板
把上述数字量输入通道或数字量输出 通道设计在一块模板上, 就称为DI模板或 DO模板，也可统称为数字量I/O模板。图314为含有DI通道和DO通道的PC总线数字量 I/O模板的结构框图，由PC总线接口逻辑、 I/O功能逻辑、I/O电气接口等三部分组成。 如图3-14所示。