第2章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)技術(shù)

1、滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022 滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/20221 1 。滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022理論上講，并行傳輸理論上講，并行傳輸N N位位數(shù)據(jù)的時(shí)間為數(shù)據(jù)的時(shí)間為t t，那么串，那么串行傳送的時(shí)間至少為行傳送的時(shí)間至少為NtNt，實(shí)際上總是大于實(shí)際上總是大于N

2、tNt，右圖，右圖所示為并行和串行通信的所示為并行和串行通信的連接示意圖。連接示意圖。 其突出優(yōu)點(diǎn)是使用的傳輸線少，只需要一對(duì)傳輸線其突出優(yōu)點(diǎn)是使用的傳輸線少，只需要一對(duì)傳輸線就可以滿足要求，這樣大大降低了傳送的成本，特別適就可以滿足要求，這樣大大降低了傳送的成本，特別適用于遠(yuǎn)距離通信，當(dāng)然其傳輸速度比并行通信要慢。用于遠(yuǎn)距離通信，當(dāng)然其傳輸速度比并行通信要慢。滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022 滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/20223.3.異步通信異步通信

3、 異步通信中，數(shù)據(jù)是一幀一幀的傳送，所謂數(shù)異步通信中，數(shù)據(jù)是一幀一幀的傳送，所謂數(shù)據(jù)的幀是指包含一個(gè)據(jù)的幀是指包含一個(gè)字符代碼字符代碼或或一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，的數(shù)據(jù)，每一個(gè)串行幀的數(shù)據(jù)格式如下圖所示。每一個(gè)串行幀的數(shù)據(jù)格式如下圖所示。滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022 滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022 RS232RS232的信號(hào)傳輸模式如圖所示。的信號(hào)傳輸模式如圖所示。滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022 滁州學(xué)院

4、機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022 滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022 輸入輸出過程通道是計(jì)算機(jī)與生產(chǎn)過程之間進(jìn)行信

5、息輸入輸出過程通道是計(jì)算機(jī)與生產(chǎn)過程之間進(jìn)行信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道，簡(jiǎn)稱過程通道。過程通道按傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道，簡(jiǎn)稱過程通道。過程通道按變換傳遞信號(hào)的種類分為模擬量通道和數(shù)字量通道。變換傳遞信號(hào)的種類分為模擬量通道和數(shù)字量通道。滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022 滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022滁州學(xué)院機(jī)械與電

6、子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022 滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022 滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022 滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022驅(qū)動(dòng)功能驅(qū)動(dòng)功能 由于計(jì)算機(jī)總線的信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力有限，當(dāng)需要連接多臺(tái)由于計(jì)算機(jī)總線的信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力有限，當(dāng)需要連接多臺(tái)外部設(shè)備時(shí)，總線資源可能不夠。利用接口電路可以提高總外部設(shè)備時(shí)，總線資源可能不夠。利用接口電路可以提高總線的負(fù)載能力，使一個(gè)接口與多個(gè)外部設(shè)備相連接，充分利線的負(fù)載能力，使一個(gè)接口與多個(gè)外部設(shè)備相連接，充分利用計(jì)算機(jī)

7、的硬件資源。用計(jì)算機(jī)的硬件資源。中斷管理中斷管理 外部設(shè)備與計(jì)算機(jī)的溝通，一個(gè)重要的手段就是采用中外部設(shè)備與計(jì)算機(jī)的溝通，一個(gè)重要的手段就是采用中斷處理技術(shù)。采用具有中斷控制管理功能的接口，便于計(jì)算斷處理技術(shù)。采用具有中斷控制管理功能的接口，便于計(jì)算機(jī)處理有關(guān)中斷事物，包括提出中斷請(qǐng)求、中斷優(yōu)先級(jí)排隊(duì)機(jī)處理有關(guān)中斷事物，包括提出中斷請(qǐng)求、中斷優(yōu)先級(jí)排隊(duì)等。等。 滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/20221. 滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/20222. 2. 輸入輸出通道接口實(shí)現(xiàn)輸入輸出通道接口實(shí)現(xiàn) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由于規(guī)模、開發(fā)目的不同

8、，采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由于規(guī)模、開發(fā)目的不同，采用不同的芯片以及測(cè)控對(duì)象的多樣化，結(jié)構(gòu)形式多種不同的芯片以及測(cè)控對(duì)象的多樣化，結(jié)構(gòu)形式多種多樣，相應(yīng)的過程通道的接口也有所不同。多樣，相應(yīng)的過程通道的接口也有所不同。 若用硬件實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)性好，速度快；若用軟件實(shí)現(xiàn)，若用硬件實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)性好，速度快；若用軟件實(shí)現(xiàn)，可以方便系統(tǒng)功能的改變。可以方便系統(tǒng)功能的改變。1).1).采用采用I/OI/O接口芯片實(shí)現(xiàn)接口芯片實(shí)現(xiàn) 硬件設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用通用硬件設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用通用I/OI/O接口芯片實(shí)現(xiàn)，接口芯片實(shí)現(xiàn)，也可選用現(xiàn)成的也可選用現(xiàn)成的I/OI/O接口模板實(shí)現(xiàn)。采用通用接口模板實(shí)現(xiàn)。采用通用I/OI/O接接

9、口芯片自行開發(fā)設(shè)計(jì)，針對(duì)性強(qiáng)、成本低，但周期口芯片自行開發(fā)設(shè)計(jì)，針對(duì)性強(qiáng)、成本低，但周期長(zhǎng)；選用現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)；選用現(xiàn)場(chǎng)的I/OI/O接口模板開發(fā)周期短。接口模板開發(fā)周期短。 滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022 常見的接口集成芯片有地址和數(shù)據(jù)鎖存器常見的接口集成芯片有地址和數(shù)據(jù)鎖存器74LS27374LS273、74LS37374LS373，8 8位并行位并行I/OI/O接口接口82128212，8 8位雙向三態(tài)輸出數(shù)位雙向三態(tài)輸出數(shù)據(jù)緩沖器據(jù)緩沖器82668266、82878287，8 8位三態(tài)雙向驅(qū)動(dòng)器位三態(tài)雙向驅(qū)動(dòng)器74LS24574LS245，外部地址譯碼

10、器外部地址譯碼器74LS13874LS138、74LS13974LS139等。等。 另一類功能極強(qiáng)的接口芯片為可編程接口芯片。芯另一類功能極強(qiáng)的接口芯片為可編程接口芯片。芯片內(nèi)部設(shè)置有控制寄存器，片內(nèi)部設(shè)置有控制寄存器，CPUCPU通過向控制寄存器寫入通過向控制寄存器寫入控制命令來(lái)決定接口的功能。可編程接口具有硬件的控制命令來(lái)決定接口的功能。可編程接口具有硬件的快速性，又具有軟件編程的靈活性，在計(jì)算機(jī)控制系快速性，又具有軟件編程的靈活性，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中獲得廣泛的應(yīng)用。統(tǒng)中獲得廣泛的應(yīng)用。常用的可編程接口芯片有并行接口常用的可編程接口芯片有并行接口8255A/8155/81568255A/8

11、155/8156、串行接口串行接口8251A8251A、中斷控制器、中斷控制器8259A8259A、計(jì)數(shù)器、計(jì)數(shù)器/ /定時(shí)器定時(shí)器8253/82548253/8254、DMADMA控制器控制器8237A8237A以及鍵盤和顯示器接口以及鍵盤和顯示器接口82798279等。等。滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院滁州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院5/24/2022 2). 2).單板式整體結(jié)構(gòu)單板式整體結(jié)構(gòu) 將測(cè)控系統(tǒng)制作成一個(gè)獨(dú)立的裝置，接口設(shè)備與將測(cè)控系統(tǒng)制作成一個(gè)獨(dú)立的裝置，接口設(shè)備與CPUCPU制制作成一體，就形成了單板式結(jié)構(gòu)，直接進(jìn)行軟件開發(fā)就可以作成一體，就形成了單板式結(jié)構(gòu)，直接進(jìn)行軟件開發(fā)就可以了

12、。了。3).3).標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)擴(kuò)展版標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)擴(kuò)展版 計(jì)算機(jī)擴(kuò)展插槽從計(jì)算機(jī)擴(kuò)展插槽從ISAISA標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)、VISAVISA標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)展到現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)展到現(xiàn)在的PCIPCI標(biāo)準(zhǔn)。利用計(jì)算機(jī)的擴(kuò)展功能，將標(biāo)準(zhǔn)。利用計(jì)算機(jī)的擴(kuò)展功能，將I/OI/O接口裝置按照計(jì)算機(jī)接口裝置按照計(jì)算機(jī)擴(kuò)展槽的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)，并制成多種類型的板卡，可直接插在計(jì)擴(kuò)展槽的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)，并制成多種類型的板卡，可直接插在計(jì)算機(jī)的擴(kuò)展槽上。這些板卡功能強(qiáng)大，可以接收各種輸入輸算機(jī)的擴(kuò)展槽上。這些板卡功能強(qiáng)大，可以接收各種輸入輸出信號(hào)，便于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，靈活性好、可出信號(hào)，便于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，靈活性好、可靠性高?？啃愿摺?).4).模塊化模塊化 模塊化輸入輸出接口的實(shí)現(xiàn)是將模塊化輸入輸出接口