计算机的输入输出接口技术剖析课件.ppt

1、2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术1-计算机控制系统计算机控制系统-2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术22023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术3-计算机控制系统计算机控制系统-2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术42023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术52023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术62023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术7 D/AD/A转换器的主要组成转换器的主要组成 基准电压基准电压V VREFREF T T型（型（R-2RR-2R）电阻网络）电阻网络 位切换开关位切换开关BSBSi i （i i=0=

2、0，1 1，n-1n-1）运算放大器运算放大器A A 输出电压输出电压V VOUTOUT与输入二进制数与输入二进制数D D0 0 D Dn-1n-1的关系的关系 V VOUT OUT=V VREFREF（D D0 02 20 0+D+D1 12 21 1+D+D2 22 22 2+D+Dn-1n-12 2n-1n-1）/2/2n n2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术8 T T型网络组成的型网络组成的D/AD/A转换器原理图转换器原理图VREF（基准电压）（基准电压）20212n-3 2n-2 2n-10101010110BSn-1BSn-2BSn-3BS1BS02R2R2R2R2

3、R2RRRRRRAVOUT2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术9 D/AD/A转换器性能指标转换器性能指标 分辨率分辨率 稳定时间（又称转换时间）稳定时间（又称转换时间）绝对精度绝对精度 相对精度相对精度 线性误差线性误差2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术10 D/AD/A转换器的种类转换器的种类 按数字量输入方式，有按数字量输入方式，有 并行输入和串行输入并行输入和串行输入 按模拟量输出方式按模拟量输出方式 电流输出和电压输出电流输出和电压输出 按按D/AD/A转换的分辩率转换的分辩率 低分辩率、中分辩率和高分辩率低分辩率、中分辩率和高分辩率2023-1-18第三章

4、 计算机输入输出接口技术11 主要组成部分主要组成部分 8 8位输入寄存器位输入寄存器 8 8位位DACDAC寄存器寄存器 采用采用T T型电阻网络的型电阻网络的8 8位位D/AD/A转换器转换器 输入控制电路输入控制电路 分辨率为分辨率为8 8位，电流输出，稳定时间位，电流输出，稳定时间1 1微秒微秒(s)(s)，2020脚双列直插式封装。脚双列直插式封装。2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术12 DAC0832DAC0832内部原理框图内部原理框图VREFIOUT2IOUT1RFBAGNDDGNDVCC8位位DAC转换器转换器8位位DAC寄存器寄存器8位位输入输入寄存器寄存器L

5、E1LE2当当LE1=1时，时，Q=D当当LE1=0时，锁存数据时，锁存数据（MSB）DQDQ（LSB）DI 7DI 0ILECSWR1XFERWR22023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术13 8 8位转换器芯片位转换器芯片DAC0832DAC0832引脚主要功能引脚主要功能 DIDI0 0DIDI7 7：数据输入线数据输入线 ILEILE、CSCS和和WRWR1 1同时有效时，输入寄存器的输同时有效时，输入寄存器的输出端出端QQ跟随输入端跟随输入端D D的电平变化而变化；当的电平变化而变化；当LELE1 1端为低电平端为低电平“0”0”时，原时，原D D端输入数据被锁存于端输入数据

6、被锁存于QQ端，端，D D端电平的变化不影响端电平的变化不影响QQ端端 当当WRWR2 2 和和XFERXFER同时有效时，同时有效时，DACDAC寄存器寄存器LELE2 2端为高电平端为高电平“1”1”，此时将第一级位输入寄存，此时将第一级位输入寄存器器QQ端的状态锁存到第二级端的状态锁存到第二级8 8位位DACDAC寄存器中，寄存器中，以便进行以便进行D/AD/A转换。转换。2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术14 与与8 8位位DAC0832DAC0832的的2 2点区别点区别 分 辨 率 为分 辨 率 为 1 21 2 位，有位，有 1 21 2 条 数 据 输 入 线条

7、数 据 输 入 线（DIDI0 0DIDI1111），采用），采用2424脚双列直插式封装。脚双列直插式封装。可用字节控制信号可用字节控制信号BYTE1/2BYTE1/2控制数据的输入控制数据的输入 该信号为高电平时，该信号为高电平时，1212位数据（位数据（DI0DI11DI0DI11）同时存入第一级的两个输入寄存器；同时存入第一级的两个输入寄存器；当 该 信 号 为 低 电 平 时，只 将 低当 该 信 号 为 低 电 平 时，只 将 低 4 4 位 数 据位 数 据（DI0DI3DI0DI3）存入低）存入低4 4位输入寄存器。位输入寄存器。2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术

8、15 DAC1210DAC1210原理框图原理框图VREFIOUT2IOUT1RFBAGNDDGNDVCC12位位D/A转转换换器器8位位输入输入寄存器寄存器LE1LE2（MSB）DQDQ（LSB）BYTE1/2CSWR1XFERWR2LE312位位DAC寄寄存存器器4位位输入输入寄存器寄存器DI 7DI 6DI 5DI 4DI 3DI 2DI 1DI 0DI 11DI 10DI 9DI 82023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术16 AD7543AD7543是分辨率为是分辨率为1212位的位的CMOSCMOS单片串单片串行输入行输入D/AD/A转换电路，其数字量输入端仅有转换电路，其

9、数字量输入端仅有一条引线，一条引线，1212位数字量由高位到低位逐次一位数字量由高位到低位逐次一位位输入位位输入 AD7543AD7543的组成的组成 一个一个1212位串行输入并行输出移位寄存器位串行输入并行输出移位寄存器 1212位输入寄存器位输入寄存器 1212位位D/AD/A转换电路转换电路2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术17 AD7543AD7543原理框图原理框图VREFIOUT2IOUT1RFBAGNDDGNDVCCSRI12位位D/A转换转换器器12位位DAC寄存寄存器器12位位串行串行输入输入移位寄移位寄存器存器STB4STB3STB2STB1LD1LD2CL

10、R2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术18 CPUCPU与与D/AD/A转换器间设置接口电路的功能转换器间设置接口电路的功能 数据传送数据传送 地址选择地址选择 读写控制读写控制 外加寄存器（如果外加寄存器（如果D/AD/A芯片内部无输入寄芯片内部无输入寄存器）存器）数据缓冲数据缓冲2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术19 8 8位位D/AD/A转换器接口电路示意图转换器接口电路示意图数数据据线线地地址址线线控制线控制线数据缓冲数据缓冲3:8地址译码地址译码电压输出电压输出2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术20 D D0 0DD7 7是从是从CPUCPU过

11、来的过来的8 8位数据线，也即是位数据线，也即是需要被转换的数据需要被转换的数据 数据线驱动数据线驱动74LS24474LS244 三三八译码器八译码器74LS13874LS138 V VOUTOUT输出对应的模拟电压输出对应的模拟电压2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术21 若用若用8 8位数据线（位数据线（D D0 0DD7 7）来传送）来传送 CPUCPU须分两次传送须分两次传送1212位被转换数位被转换数 将将D/AD/A转换的转换的1212位数据分成低位数据分成低4 4位和高位和高8 8位，先将低位，先将低4 4位数据传给低位数据传给低4 4位输入寄存位输入寄存器，再将高

12、器，再将高8 8位数据传给位数据传给8 8位输入寄存器，位输入寄存器，最后将最后将1212位输入寄存器的状态传给位输入寄存器的状态传给1212位位DACDAC寄存器，并启动寄存器，并启动D/AD/A转换转换2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术22 若采用若采用1616位或位或1616位以上的位以上的CPUCPU时，时，可以一次性的将可以一次性的将1212位数据传送给位数据传送给D/AD/A转换器转换器 将将D/AD/A转换的转换的1212位数据分成高位数据分成高4 4位和低位和低8 8位，低位，低8 8位通过数据线直接传送，高位通过数据线直接传送，高4 4位位是借助地址译码空闲的地

13、址线是借助地址译码空闲的地址线A A8 8AA1111来来实现实现2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术23 串行输入式串行输入式D/AD/A转换器具有接线少、易隔离、转换器具有接线少、易隔离、能远传等优点，可以很方便地与能远传等优点，可以很方便地与CPUCPU连接连接。串行输入、串行输入、12位位D/A转换接口电路示意图转换接口电路示意图数据输入数据输入清清D/A移位信号移位信号启动信号启动信号电压输出电压输出2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术24 隔离的必要性隔离的必要性 光电耦合器光电耦合器 由发光二极管和光敏三极管封装而成，具有类似由发光二极管和光敏三极管封装而

14、成，具有类似普通三极管的输入普通三极管的输入-输出特性输出特性 模拟信号隔离模拟信号隔离 利用光电耦合器的线性区，既满足转换的隔离，利用光电耦合器的线性区，既满足转换的隔离，又实现电压电流变换又实现电压电流变换 数字信号隔离数字信号隔离 利用光电耦合器的开关特性，实现数字信号隔离。利用光电耦合器的开关特性，实现数字信号隔离。2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术25 模拟信号隔离模拟信号隔离 只使用少量的光电耦合器，成本低；只使用少量的光电耦合器，成本低；但调试困难，若光电耦合器挑选不合适，但调试困难，若光电耦合器挑选不合适，将会影响转换的精度和线性度。将会影响转换的精度和线性度。数

15、字信号隔离数字信号隔离 调试简单，不影响转换的精度和线性度；调试简单，不影响转换的精度和线性度；缺点是使用较多的光电耦合器等元器件，缺点是使用较多的光电耦合器等元器件，成本高。成本高。2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术26 D/AD/A转换模板的设计原则转换模板的设计原则 硬件与软件的合理结合硬件与软件的合理结合 安全可靠安全可靠 性能与经济的统一性能与经济的统一 通用性通用性 符合总线标准符合总线标准 用户可任意选择接口地址：由基址和片址组成用户可任意选择接口地址：由基址和片址组成 用户可任意选择输出方式：电流或电压输出用户可任意选择输出方式：电流或电压输出2023-1-18第

16、三章 计算机输入输出接口技术27 D/AD/A转换模板的设计步骤转换模板的设计步骤 确定性能指标确定性能指标 设计电路原理图和选择集成电路芯片设计电路原理图和选择集成电路芯片 设计和制造电路印刷板设计和制造电路印刷板 焊接和调试电路板焊接和调试电路板2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术28 4 4路路8 8位位D/AD/A转换原理框图转换原理框图 转换电路原理图见教材转换电路原理图见教材D/AV/ID/AV/ID/AV/ID/AV/I8道道光电光电耦合器耦合器4道道光电光电耦合器耦合器数数 据据寄存器寄存器控控 制制寄存器寄存器数数 据据缓冲器缓冲器地址选地址选择及控择及控制电路制

17、电路A0A9 Iout0Iout1Iout2Iout348IOWAEND0D72023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术29-计算机控制系统计算机控制系统-2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术302023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术31 模拟量输入接口（又称为模拟量输入接口（又称为A/DA/D通道）通道）模拟量输入接口的组成模拟量输入接口的组成 多路模拟切换开关多路模拟切换开关 前置放大器前置放大器 采样保持器采样保持器 控制电路等控制电路等 A/DA/D转换器的性能指标类似于转换器的性能指标类似于D/AD/A转换器转换器2023-1-18第三章 计算机输入输出接

18、口技术32 逐位逼近式逐位逼近式A/DA/D的工作原理的工作原理 从从SARSAR输出的数码送至输出的数码送至D/AD/A，其输出电压，其输出电压VfVf与模拟与模拟量输入量输入Vin Vin 比较后，再控制比较后，再控制SARSAR的数字逼近的数字逼近Vin模拟量输入模拟量输入数字量数字量输出输出寄存器寄存器控制时序控制时序和逻辑电路和逻辑电路比较器比较器+Vf（反馈电压）（反馈电压）逐位逼近式逐位逼近式A/D转换器原理框图转换器原理框图 D0D72023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术33 理想的理想的2 2位位A/DA/D转换器示意图转换器示意图VREF+VREF1D1D0来自来

19、自SAR01001S00S01S02S03S10S11V0VINVfD/A转换的输出电转换的输出电压压Vf大小取决于正、大小取决于正、负基准电压源负基准电压源（VREF+，VREF-）和开关树中各位开和开关树中各位开关关Sij的状态的状态(来自来自于于SAR）2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术34 对一个对一个n n位的逐位逼近式位的逐位逼近式A/D A/D 转换输出的二进转换输出的二进制数字量制数字量B B与输入模拟电压与输入模拟电压V VININ、正基准电压、正基准电压V VREFREF+、负基准电压、负基准电压V VREFREF-的关系为的关系为 设设A/DA/D转换器为位

20、，转换器为位，V VREFREF+=5.00V+=5.00V，V VREFREF-=0V-=0V，则，则V VININ为为0V0V、2.5V2.5V、5.0V5.0V对应对应的数字量分别为的数字量分别为00H00H、7FH7FH、0FFH0FFH。nREFREFREFINVVVVB22023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术35 逐位逼近式逐位逼近式A/DA/D芯片品种很多，可满足芯片品种很多，可满足各种需要各种需要8 8位位A/DA/D转换器芯片转换器芯片1212位位A/DA/D转换器芯片转换器芯片2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术36 双积分式双积分式A/DA/D转换器

21、特点转换器特点 是一种间接是一种间接A/DA/D转换技术。转换技术。模拟电压先转换成积分时间，然后转换成计数脉模拟电压先转换成积分时间，然后转换成计数脉冲数，最后将代表模拟输入电压大小的脉冲数转冲数，最后将代表模拟输入电压大小的脉冲数转换成换成BCDBCD码输出。码输出。转换时间较长，一般需要四五十毫秒。转换时间较长，一般需要四五十毫秒。器件少、使用方便、抗干扰能力强、数据稳器件少、使用方便、抗干扰能力强、数据稳定、价格便宜，适用于非快速计算机过程控定、价格便宜，适用于非快速计算机过程控制系统或精度要求较高的地方。制系统或精度要求较高的地方。2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术37

22、 双积分式双积分式A/DA/D转换器的工作原理转换器的工作原理 先对模拟输入电压先对模拟输入电压V Vinin进行固定时间进行固定时间t t1 1的正向积分，的正向积分，积分器的输出电压上升的速率与输入电压积分器的输出电压上升的速率与输入电压V Vinin成正比成正比 当固定时间当固定时间t t1 1到后，计数器清零，对积分器进行反到后，计数器清零，对积分器进行反向积分，并自动按一定的频率进行计数。积分器的向积分，并自动按一定的频率进行计数。积分器的输出电压，从正向积分结束时的输出电压，从正向积分结束时的V VI I开始以恒定的斜开始以恒定的斜率下降，当反向积分使其积分器输出为零时，关闭率下降

23、，当反向积分使其积分器输出为零时，关闭计数器计数，完成一次计数器计数，完成一次A/DA/D转换工作。转换工作。2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术38 双积分式双积分式A/DA/D转换器示意图转换器示意图控制逻辑控制逻辑计数器计数器时钟时钟+比较器比较器+积分器积分器123积分电容积分电容VOVIK数据输出数据输出VinVREF（基准电压）（基准电压）双积分式双积分式A/D转换的原理框图转换的原理框图t1VO t2tAVO t1t3tBtt1VI积分输出积分输出 t2t3AB双积分双积分A/D的工作示意图的工作示意图2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术39 常用双积分式

24、常用双积分式A/DA/D转换器芯片介绍转换器芯片介绍 MC14433MC14433 廉价型三位半双积分式廉价型三位半双积分式A/D转换器转换器 其它芯片其它芯片 ICL7106/ICL7107/ICL7126系列系列,三位半（三位半（BCD）精度，具有自校零、自动极性、单参考电压、静精度，具有自校零、自动极性、单参考电压、静态七段显示码输出，可直接驱动态七段显示码输出，可直接驱动LED或或LCD显示显示器等功能器等功能 2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术40-型型A/DA/D利用取样频率为利用取样频率为F Fs s（f fs s）的一系）的一系列粗糙量化数据，由后续的数字抽取器计

25、算出列粗糙量化数据，由后续的数字抽取器计算出模拟信号所对应的低取样频率模拟信号所对应的低取样频率f fs s的高分辩率数的高分辩率数字信号。其实现主要基于过程取样、字信号。其实现主要基于过程取样、-调制调制和数字滤波。和数字滤波。抗混叠抗混叠模拟滤波器模拟滤波器-调制器调制器数字数字滤波器滤波器低位数据流低位数据流（1bit1bit）输入输入数字数字f fs s F Fs s模拟信号模拟信号F Fs s高位数据流高位数据流（16bit16bit）模拟模拟 -型型A/DA/D转换器的组成框图转换器的组成框图2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术41-型型A/DA/D转换芯片转换芯片AD

26、7715AD7715 价格便宜、分辨率高，不受噪声环境的影响价格便宜、分辨率高，不受噪声环境的影响 提供了一个增益为提供了一个增益为1 1、2 2、3232、128128倍可编程放倍可编程放大器，一个数字滤波器和一套自校准电路大器，一个数字滤波器和一套自校准电路 所提供的系统功能要比常用的积分型所提供的系统功能要比常用的积分型A/DA/D转换器转换器强，而且避免了必须提供一个高质量积分电容的强，而且避免了必须提供一个高质量积分电容的缺点缺点 是工业和过程控制应用中的理想器件是工业和过程控制应用中的理想器件2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术42 并行并行A/DA/D转换器转换器 n

27、 n位则需位则需2 2n n-1-1个比较器，成本高，故只应个比较器，成本高，故只应用于转换速度要求极高的场合用于转换速度要求极高的场合 计数器式计数器式A/DA/D转换器转换器 简单、便宜，但每输入一个时钟脉冲，计简单、便宜，但每输入一个时钟脉冲，计数器加（或减）数器加（或减）1 1，故要逼近输入值，需，故要逼近输入值，需输入许多个脉冲，因而转换很慢。输入许多个脉冲，因而转换很慢。电压电压/频率转换器件频率转换器件2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术43 A/DA/D转换器与转换器与CPUCPU的接口方式由它们之间数的接口方式由它们之间数据传输方式决定据传输方式决定 并行接口和串

28、行接口并行接口和串行接口 CPUCPU读取读取A/DA/D转换结果的方式有转换结果的方式有 查询法查询法 定时法定时法 中断法中断法2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术44 PCPC总线接口工作原理总线接口工作原理 PCPC由接口地址译码电路选中由接口地址译码电路选中I/OI/O端口地址端口地址 由由PCA0PCA0确定确定AD574AD574的转换位数（的转换位数（1212或或8 8位）位）定时方式的定时方式的A/DA/D接口接口 启动启动A/DA/D后，延时大于后，延时大于2525微秒后，从微秒后，从AD574AD574中即可读出中即可读出A/DA/D转换结果转换结果 查询方式

29、的查询方式的A/DA/D接口接口 计算机判断计算机判断D0D0位的状态，判断位的状态，判断A/DA/D是否结束是否结束2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术45 PCPC总线接口总线接口AD574与与PC总线接口原理图总线接口原理图 增益调节增益调节 零位调节零位调节 5V模拟输入模拟输入 10V模拟输入模拟输入 接口地址接口地址译码电路译码电路CSCS0 0 CS1CS1 PCPC地址总线地址总线PCA1PCA1PCA9PCA9 AENAEN IOWIOWPCA0PCA0PCD0PCD0 PCD1PCD1 PCD2PCD2 PCD3PCD3 PCD4PCD4 PCD5PCD5 PC

30、D6PCD6 PCD7PCD7 PCPC数数据据总总线线2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术46 RS-232CRS-232C接口（或串行接口）接口（或串行接口）通过计算机的串行接口（通过计算机的串行接口（RS-232CRS-232C接口），将接口），将模拟信号的模拟信号的A/DA/D转换结果送入计算机转换结果送入计算机 带单片机控制的智能型接口举例带单片机控制的智能型接口举例 由由89C205189C2051启动启动A/DA/D，转换结束后自动向单片，转换结束后自动向单片机请求中断，单片机响应中断后将机请求中断，单片机响应中断后将A/DA/D的转换结的转换结果取走，保存在内部果取

31、走，保存在内部RAMRAM中；启动下一次的中；启动下一次的A/DA/D转换。该过程一直循环进行。计算机可随时读取转换。该过程一直循环进行。计算机可随时读取A/DA/D转换结果。转换结果。缺点是受串行通讯波特率的影响，缺点是受串行通讯波特率的影响，A/DA/D数据的更数据的更新速度受到限制。新速度受到限制。2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术47 打印机接口（并行接口）打印机接口（并行接口）借助计算机的打印机接口，将借助计算机的打印机接口，将A/DA/D转换结果送到转换结果送到计算机中计算机中 AD574AD574就挂在打印机接口上就挂在打印机接口上 通过软件编程，启动通过软件编程，

32、启动A/DA/D 通过读取状态寄存器（通过读取状态寄存器（3BDH3BDH）判断）判断A/DA/D转换是转换是否结束否结束 将将A/DA/D转换结果读入计算机转换结果读入计算机2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术48 与微处理器间的接口与微处理器间的接口 AD1671AD1671转换器与转换器与MCS-96MCS-96单片机间的接口单片机间的接口 AD1671AD1671是高速是高速1212位位A/DA/D转换器件，它没有输转换器件，它没有输出缓冲器，出缓冲器，A/DA/D转换的结果，直接从转换的结果，直接从D0D11D0D11引引脚上送出，同时脚上送出，同时DAVDAV脚提供一个

33、数据锁存信号。脚提供一个数据锁存信号。为此，必须借助外接的、带三态门输出的数据锁为此，必须借助外接的、带三态门输出的数据锁存器存器74LS57474LS574（二片），将（二片），将A/DA/D转换结果锁住，转换结果锁住，再由再由80C196CPU80C196CPU通过控制片选线通过控制片选线CS0CS0，从二，从二片片74LS57474LS574上读走该上读走该1212位数据。位数据。2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术49 MC14433MC14433与与MCS-96MCS-96单片机之间的接口单片机之间的接口 MC14433MC14433的输出结果是动态分时轮流输的输出结果是

34、动态分时轮流输出出BCDBCD码，且为非总线方式。如果要挂码，且为非总线方式。如果要挂在在CPUCPU的数据总线中，需加接三态缓冲的数据总线中，需加接三态缓冲器如器如74LS24574LS245等。为了节省器件，现直等。为了节省器件，现直接挂在接挂在CPUCPU的的I/OI/O口上，见图口上，见图3-243-24中的中的P0P0口。这样口。这样A/DA/D转换结果就可以通过转换结果就可以通过P0P0口送入口送入CPUCPU2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术50 AD7715AD7715与与MCS-96MCS-96单片机之间的接口单片机之间的接口 由于由于AD7715AD7715为

35、串行接口，故接口电路十为串行接口，故接口电路十分简单。分简单。80C19680C196的的P2.5P2.5脚用作时钟输脚用作时钟输出，出，P2.6P2.6为数据输入，为数据输入，P2.7P2.7为数据输出。为数据输出。HSI0HSI0是是AD7715A/DAD7715A/D转换结束信号的输转换结束信号的输入端，可用高速输入中断源产生中断。入端，可用高速输入中断源产生中断。2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术51 多通道切换技术多通道切换技术 选用多通道选用多通道A/DA/D器件，如器件，如ADC0809ADC0809、ADC0816ADC0816 若对转换精度要求较高，可增加模拟开

36、关若对转换精度要求较高，可增加模拟开关的办法来实现多通道的的办法来实现多通道的A/DA/D转换转换 每个模拟输入通道用一片每个模拟输入通道用一片A/DA/D转换器件。转换器件。缺点是硬件成本成倍上升，体积成倍增加缺点是硬件成本成倍上升，体积成倍增加2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术52 多通道切换技术多通道切换技术采用模拟开关实现多道采用模拟开关实现多道A/D转换原理图转换原理图2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术53 采取隔离技术的必要性采取隔离技术的必要性 对于单通道输入的信号对于单通道输入的信号 可以采用与可以采用与D/AD/A隔离技术相一致的隔离方法隔离技术相

37、一致的隔离方法 对于多输入通道对于多输入通道 若只要求输入与计算机之间的隔离，同前若只要求输入与计算机之间的隔离，同前 若要求通道与通道之间隔离若要求通道与通道之间隔离 每个通道使用一个独立的每个通道使用一个独立的A/DA/D转换器件转换器件 选用特殊的切换开关选用特殊的切换开关2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术54 PCPC总线的总线的A/DA/D转换模板转换模板 微处理器的微处理器的A/DA/D转换模板转换模板 A/DA/D转换模板设计中应考虑转换模板设计中应考虑 采样保持器采样保持器 输入跟随或信号放大处理输入跟随或信号放大处理 多路模拟信号的切换技术多路模拟信号的切换技术

38、 隔离技术隔离技术 A/DA/D的转换精度的转换精度 参考基准电压参考基准电压2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术55-计算机控制系统计算机控制系统-2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术562023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术57 开关量（数字量）的概念开关量（数字量）的概念 开关的开断开关的开断 触点的闭合触点的闭合 设备的安全状况等等。设备的安全状况等等。开关量的输出可实现许多逻辑控制功能开关量的输出可实现许多逻辑控制功能 开关的闭合开关的闭合 指示灯的亮灭指示灯的亮灭 设备的停启等等设备的停启等等2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术58 开

39、关量（数字量）的种类开关量（数字量）的种类 按类型分有电平式和触点式两种按类型分有电平式和触点式两种 电平式为高电平或低电平电平式为高电平或低电平 触点式为触点闭合或触点断开触点式为触点闭合或触点断开 按电源分有有源和无源两种按电源分有有源和无源两种 有源即直接提供高、低电平有源即直接提供高、低电平 无源即提供物理触点，或感应器件无源即提供物理触点，或感应器件2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术59 DIDI的任务是把外界被控对象的开关状态信号、的任务是把外界被控对象的开关状态信号、或数字信号送至计算机或微处理器或数字信号送至计算机或微处理器 开关量信号开关量信号S1-S8S1-S

40、8用来控制光电耦合器件发光用来控制光电耦合器件发光二极管的亮灭。二极管的亮灭。通过光电耦合驱动光敏三极管，相应地在该三通过光电耦合驱动光敏三极管，相应地在该三极管的集电极上送出高或低电平。极管的集电极上送出高或低电平。计算机通过有效地址（计算机通过有效地址（/CS/CS），和读命令），和读命令（/RD/RD），将该），将该8 8位的开关信号读入位的开关信号读入CPUCPU中。中。2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术60 8 8道开关量输入接口原理图道开关量输入接口原理图输入缓冲器输入缓冲器2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术61 DODO的任务是把计算机送出的数字信号（

41、或开的任务是把计算机送出的数字信号（或开关信号）传送给开关器件，如指示灯、继电器，关信号）传送给开关器件，如指示灯、继电器，控制它们的通断、闭合或亮、灭等。控制它们的通断、闭合或亮、灭等。计算机通过选择地址有效（计算机通过选择地址有效（/CS/CS）和写有效）和写有效（/WR/WR），将要输出的开关量信号写入），将要输出的开关量信号写入U3U3（74LS57474LS574）数据锁存器中，再经光电耦合）数据锁存器中，再经光电耦合器器U1U1、U2U2，驱动继电器，驱动继电器J1J4J1J4或指示灯或指示灯LED1LED4LED1LED4动作。动作。2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技

42、术62 8 8道开关量输出接口原理图道开关量输出接口原理图数据锁存器数据锁存器2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术63 在计算机控制系统中，开关量的输入输在计算机控制系统中，开关量的输入输出接口极其普遍。在设计上，一般都将出接口极其普遍。在设计上，一般都将开关量的输入输出接口做在同一块模板开关量的输入输出接口做在同一块模板上，这样可以节省硬件成本，充分利用上，这样可以节省硬件成本，充分利用计算机的有限资源，方便用户使用计算机的有限资源，方便用户使用。PCPC总线的总线的DIODIO模板模板 微处理器的微处理器的DIODIO模板模板2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术64

43、-计算机控制系统计算机控制系统-2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术652023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术66 人人-机接口是操作人员与计算机之间相互机接口是操作人员与计算机之间相互交换信息的接口，通过这些接口，操作交换信息的接口，通过这些接口，操作人员可以对计算机进行操作，并能实时人员可以对计算机进行操作，并能实时了解到计算机控制的有关内容。了解到计算机控制的有关内容。人机接口包括键盘、打印机、显示器等人机接口包括键盘、打印机、显示器等2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术67 键盘的工作原理键盘的工作原理 通过操作人员按键，将键开关信息经过编码通过操作人

44、员按键，将键开关信息经过编码电路转换成系统可以接收的二进制字符编码电路转换成系统可以接收的二进制字符编码信息，然后输入计算机。信息，然后输入计算机。键盘的基本组成元件是一个个按键开关键盘的基本组成元件是一个个按键开关 触点式：机械式键盘触点式：机械式键盘 无触点式：电容式键盘无触点式：电容式键盘2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术68 击打式键盘击打式键盘 噪声大，不密封，不宜工业现场使用噪声大，不密封，不宜工业现场使用 薄膜式键盘薄膜式键盘 盘面用无缝隙的平面材料和硅胶制成。因此盘面用无缝隙的平面材料和硅胶制成。因此能防水防尘，便于清洗，比较适合周边环境能防水防尘，便于清洗，比较

45、适合周边环境恶劣、输入数据量不大的工业环境中使用。恶劣、输入数据量不大的工业环境中使用。标准键盘与专用键盘标准键盘与专用键盘2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术69 矩阵式键盘矩阵式键盘 将键盘上的按键开关按行列排列，形成二维矩阵的将键盘上的按键开关按行列排列，形成二维矩阵的结构，如结构，如8 88 8，16168 8等，这就是矩阵式键盘。等，这就是矩阵式键盘。对矩阵式键盘的处理，可以分为三步来完成，即键对矩阵式键盘的处理，可以分为三步来完成，即键扫描、键识别和键处理。扫描、键识别和键处理。智能式键盘智能式键盘 键盘的内部装有专门的微处理器如键盘的内部装有专门的微处理器如Inter

46、8048Inter8048等，等，由这些微处理器来完成键盘开关矩阵的扫描、键盘由这些微处理器来完成键盘开关矩阵的扫描、键盘扫描值的读取和键盘扫描值的发送。扫描值的读取和键盘扫描值的发送。2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术70 智能式键盘智能式键盘 增强型扩展键盘的结构增强型扩展键盘的结构 增强型的增强型的101101键的扩展键盘被广泛应用键的扩展键盘被广泛应用 键盘扫描码的发送键盘扫描码的发送 键盘内部的单片机根据按键的位置向主机接口发键盘内部的单片机根据按键的位置向主机接口发送的仅是该按键位置对应的键扫描码送的仅是该按键位置对应的键扫描码 不同的键盘结构，其按键的接通扫描码和断

47、开扫不同的键盘结构，其按键的接通扫描码和断开扫描码的格式是不同的描码的格式是不同的2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术71 常用的显示方式常用的显示方式 指示灯指示灯 LEDLED（发光二极管，（发光二极管，Light Emitting Diode）LCDLCD（液晶显示（液晶显示,Liquid Crystal Display）模拟屏等模拟屏等2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术72 常用的图形显示器常用的图形显示器 CRT（Cathode Ray Tube，阴极射线管）显，阴极射线管）显示器示器 FPD（平面显示器，（平面显示器，Flat Panel Display）

48、2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术73 CRT图形显示方式图形显示方式 是目前在工业控制计算机系统应用最多，是目前在工业控制计算机系统应用最多，技术最成熟的图形显示技术技术最成熟的图形显示技术 由一个图形监视器和相应的控制电路组成，由一个图形监视器和相应的控制电路组成，最常用的方式是插入一块图形控制卡来实最常用的方式是插入一块图形控制卡来实现图形显示功能现图形显示功能 特点是技术成熟、支持软件丰富、价格低特点是技术成熟、支持软件丰富、价格低廉，可以满足大部分工业控制现场的一般廉，可以满足大部分工业控制现场的一般性需要性需要2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术74 CR

49、TCRT显示技术具有如下特点显示技术具有如下特点 屏幕显示尺寸大屏幕显示尺寸大 图像分辨率高图像分辨率高 显示颜色丰富、逼真显示颜色丰富、逼真 显示和刷新速度快显示和刷新速度快 图像清晰且亮度高图像清晰且亮度高 允许工作温度范围广（允许工作温度范围广（-10-10+90+90）缺点是体积与功耗较大，易受振动和冲击，容易受缺点是体积与功耗较大，易受振动和冲击，容易受辐射线、磁场干扰辐射线、磁场干扰2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术75 高性能的平面显示一体机型高性能的平面显示一体机型 利用新型薄膜晶体管利用新型薄膜晶体管TFT TFT 技术，其特点技术，其特点 体积小巧，耗电省体积

50、小巧，耗电省 可靠性高，寿命长可靠性高，寿命长 不易受振动、冲击和射线的干扰不易受振动、冲击和射线的干扰 操作温度范围（操作温度范围（0 0+45+45），相对湿度范围），相对湿度范围20%90%20%90%颜色为颜色为256256种基色，可扩展种基色，可扩展2023-1-18第三章 计算机输入输出接口技术76 其他图形显示方式其他图形显示方式 等离子显示器等离子显示器（Plasma）有机发光二极管（有机发光二极管（OLED，Organic Light Emitting Diode）电致发光显示器电致发光显示器(EL，Electroluminescent)等等 2023-1-18第三章 计算机