計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)中的總線與接口

計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)中的總線與接口

1總線及其標(biāo)準(zhǔn)

2I/O接口

3過程通道

4信息傳輸介質(zhì)

1總線及其標(biāo)準(zhǔn)

一套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)除中央處理器件外，還有存儲(chǔ)

器、系統(tǒng)總線、接口電路、外部設(shè)備等多個(gè)部

分。各類外部設(shè)備和存儲(chǔ)器，都通過各種接口

電路連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的總線上，用戶可根據(jù)

不同應(yīng)用，選擇不同類型的外部設(shè)備，設(shè)置相

應(yīng)的接口電路，把它掛接到系統(tǒng)總線上，構(gòu)成

不同用途、不同規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

L1總線的概念

所謂總線就是在模塊和模塊之間或設(shè)備與設(shè)備之間

的一組進(jìn)行互連和傳輸信息的信號(hào)線，信息包括指

令、數(shù)據(jù)和地址。

總線就是一組信號(hào)線的集合，用這個(gè)集合可以組成

系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)信息通道，它定義了各引線的信號(hào)、電

氣、機(jī)械特性，使計(jì)算機(jī)內(nèi)部各組成部分之間以及

不同的計(jì)算機(jī)之間建立信號(hào)聯(lián)系，進(jìn)行信息傳送和

通信。

總線可以把計(jì)算機(jī)或控制系統(tǒng)的模板或各種設(shè)備連

成一個(gè)整體以便彼此間進(jìn)行信息交換。

1.2總線的類別

按其傳送數(shù)據(jù)的方式可分為串行總線和并行總線；

按應(yīng)用的場合可分為芯片總線、板內(nèi)總線、機(jī)箱總線、設(shè)

備互連總線、現(xiàn)場總線及網(wǎng)絡(luò)總線等；

按用途可分為計(jì)算機(jī)總線、外設(shè)總線和控制系統(tǒng)總線；

按總線的作用域可分為全局總線和本地總線；

按標(biāo)準(zhǔn)化程度可分為標(biāo)準(zhǔn)總線和非標(biāo)準(zhǔn)化（專用）總線等。

按使用位置可為分內(nèi)部總線和外部總線。

內(nèi)部總線是計(jì)算機(jī)內(nèi)部功能模板之間進(jìn)行通信的總線，它按

功能又可分為數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線和電源總線四

部分，每種型號(hào)的計(jì)算機(jī)都有自身的內(nèi)部總線。

1.數(shù)據(jù)總線

數(shù)據(jù)總線用于CPU與其他部件之間傳送信息（數(shù)

據(jù)和指令代碼）。具有三態(tài)（高阻、“1”和“0”

三種狀態(tài)）控制功能，而且是雙向傳輸?shù)模?/p>

CPU通過數(shù)據(jù)總線可以接收來自其它部件的信息,

也可以通過數(shù)據(jù)總線向其它部件發(fā)送信息。如

ISA總線數(shù)據(jù)線是16位，PCI總線是32位或64位。

數(shù)據(jù)線的寬度表示了總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?，反?/p>

了總線的性能。

2.地址總線

地址總線用來傳送CPU要訪問的存儲(chǔ)單元或I/O接口

地址信號(hào)。地址信號(hào)一般由CPU發(fā)往其它芯片，屬

于單向總線，但也具有三態(tài)控制功能。

地址總線的數(shù)據(jù)位數(shù)決定了該總線構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)

的尋址能力。例如，ISA總線有24位地址線，可尋

址16MB,PCI總線有32位地址線，可尋址至U4GB。

地址總線的寬度視CPU所能直接訪問的存儲(chǔ)空間的

容量而定。

3.控制總線

控制總線用于傳輸控制命令和狀態(tài)信息。根據(jù)不

同的使用條件，控制總線有的為單向，有的為雙

向；有的為三態(tài)，有的為非三態(tài)。

控制總線用于傳送控制信息、時(shí)序信息和狀態(tài)信

息。比如，I/O讀寫信號(hào)、存儲(chǔ)器讀寫信號(hào)和中斷

信號(hào)等等。控制總線是最能體現(xiàn)總線特色的信號(hào)

線，它決定總線功能的強(qiáng)弱和適應(yīng)性。

4.電源線與地線

電源線與地線為掛在總線上的模塊或設(shè)備提供了

電能以及電流通路。電源的區(qū)別在一定程度上也

體現(xiàn)了總線標(biāo)準(zhǔn)的特色。例如，ISA采用+12V和

+5V,PCI采用+5V和+3V。

一般來說，越是先進(jìn)的總線標(biāo)準(zhǔn)，采用的電壓越

低。

1.3采用總線的優(yōu)點(diǎn)

1.簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.簡化了硬件與軟件的設(shè)計(jì)

3.便于系統(tǒng)的擴(kuò)充與更新

4.便于組織生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品造價(jià)

5.可維護(hù)性好

1.4總線標(biāo)準(zhǔn)

1.總線標(biāo)準(zhǔn)的含義

對(duì)于總線上的各個(gè)單元如芯片之間、擴(kuò)展卡之間以及系統(tǒng)

之間，如果要進(jìn)行正確的連接與傳輸信息，就應(yīng)遵守一些

協(xié)議與規(guī)范，這些協(xié)議與規(guī)定就被稱為總線標(biāo)準(zhǔn)。

總線標(biāo)準(zhǔn)包括：各個(gè)信號(hào)線的功能定義、總線工作的時(shí)鐘

頻率、總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、總線仲裁機(jī)構(gòu)與配置機(jī)構(gòu)、信號(hào)

的邏輯電平、時(shí)序要求、電路驅(qū)動(dòng)能力、抗干擾能力、機(jī)

械規(guī)范（包括接插件的幾何形狀與尺寸）和實(shí)施總線協(xié)議

的驅(qū)動(dòng)與管理程序。

2.常用的總線標(biāo)準(zhǔn)

1）PC總線

這里所說的PC總線是狹義的。1982年IBM公司在推出其IBM

PC/XT個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)，在其主板上設(shè)計(jì)有5s8個(gè)總線插槽

（I/O通道），用于插入各種適配器以擴(kuò)展系統(tǒng)的功能，這就

是IBMPC/XT總線，簡稱PC總線。

PC總線共有62條信號(hào)線，用雙列插槽連接，分A面（元件面）

和B面。PC總線實(shí)際上是8088CPU核心電路總線的擴(kuò)充與重

新驅(qū)動(dòng)。

PC總線共有8條數(shù)據(jù)線、20條地址線（尋址空間為1MB）、

總線時(shí)鐘頻率為4MHz、總線最大傳輸速率為4MB/S、最大負(fù)

載能力為8個(gè)、采用半同步的工作方式。

2)ISA總線

ISA(IndustryStandardArchitecture)總線是

IBM公司1984年為推出PC/AT機(jī)而建立的系統(tǒng)總

線標(biāo)準(zhǔn)，所以也叫AT總線，它是對(duì)XT總線的擴(kuò)

展，以適應(yīng)8位或16位數(shù)據(jù)總線要求。它推出后

得到廣大計(jì)算機(jī)同行的認(rèn)可，兼容這一標(biāo)準(zhǔn)的微

型計(jì)算機(jī)紛紛問世，直到現(xiàn)在，許多以Pentium

芯片為CPU的計(jì)算機(jī)上仍然有ISA插槽。

ISA總線的主要特點(diǎn)

(1)它有比XT總線更強(qiáng)的支持能力，它支持：1KI/O地址

空間(0000H?03FFH)；24位存儲(chǔ)器地址；8位或16位數(shù)據(jù)

存?。?5級(jí)硬件中斷，7級(jí)DMA通道；產(chǎn)生I/O等待狀態(tài)等。

(2)它是一種多主控(MultiMaster)總線，除主CPU外,

DMA控制器、DRAM刷新控制器和帶處理器的智能接口控

制卡都可以成為ISA總線的主控設(shè)備(但它只支持一個(gè)智能

接口控制卡)。

(3)可支持8種類型的總線周期：8位或16位的存儲(chǔ)器讀周

期；8位或16位的存儲(chǔ)器寫周期；8位或16位的I/O讀周期，8

位或16位的I/O寫周期；中斷請(qǐng)求和中斷響應(yīng)周期；DMA周

期；存儲(chǔ)器刷新周期；總線仲裁周期。

3)PCI總線

PCI(PeripheralComponentInterconnect)是計(jì)

算機(jī)外圍設(shè)備互連的意思。1992年由Intel發(fā)布，

很快就成為了商用計(jì)算機(jī)的總線標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)展至今,

PCI實(shí)際上已經(jīng)不是一個(gè)簡單的總線標(biāo)準(zhǔn)，而是

一類標(biāo)準(zhǔn)。例如，從使用的電源電壓來分，就有

5V和3.3V兩個(gè)版本；從總線時(shí)鐘頻率來分可以有

33.3MHz和66MHz兩種；從總線的寬度來分可以

有32位和64位兩種。

歸納起來，PCI總線具有以下特點(diǎn)：

(1)總線傳輸速率高

最大允許64位并行數(shù)據(jù)傳送，采用地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用方式，若總線時(shí)鐘頻

率為33.3MHz,總線寬度為32位，則傳輸速率為133MB/§；若總線時(shí)鐘頻

率為66MHz，總線寬度為64位，則傳輸速率為528MB/S。如此之高的傳輸

速率是其它總線難以比擬的，它大大地緩解了數(shù)據(jù)I/O瓶頸，使高性能

CPU得以充分發(fā)揮作用，并滿足了高速設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?/p>

(2)不受處理器限制

PCI總線通過CPU局部總線到PCI總線之間的橋接器形成了一種獨(dú)特的中

間緩沖器設(shè)計(jì)方式，它將中央處理器子系統(tǒng)與外圍設(shè)備分開，使PCI總線

具有獨(dú)立于處理器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。一般來說，在中央處理總線上增加更多的

設(shè)備或部件會(huì)降低系統(tǒng)的性能和可靠程度。而有了緩沖器的設(shè)計(jì)方式，用

戶可隨意增添外圍設(shè)備，以擴(kuò)展電腦系統(tǒng)而不必?fù)?dān)心在不同時(shí)鐘頻率下會(huì)

導(dǎo)致系統(tǒng)性能的降低。

（3）兼容性強(qiáng)

PCI總線通過各種總線橋接器達(dá)到與目前已得到廣泛應(yīng)用的各種總線標(biāo)準(zhǔn)的

完全兼容，對(duì)保護(hù)用戶的已有投資和PCI總線的推廣應(yīng)用以及更新?lián)Q代發(fā)揮

了重要作用。目前，微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)均通過PCI/ISA總線橋?qū)崿F(xiàn)PCI總線與ISA總

線的完全兼容，保證了通用的ISA總線技術(shù)到高性能PCI總線的平穩(wěn)過渡，

這正是PCI總線的生命力所在。PCI總線通過專用橋接器還可保證與ISA、

VESA及MCA總線的完全兼容，并實(shí)現(xiàn)不同總線之間的隔離。PCI總線橋的

這一特點(diǎn)為計(jì)算機(jī)提供了一種簡單科學(xué)的多總線結(jié)構(gòu)形式，使各總線之間能

協(xié)調(diào)同步工作，有效地提高了計(jì)算機(jī)的處理能力，如當(dāng)CPU通過局部總線從

Cache中存取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，PCI總線可同時(shí)對(duì)DRAM進(jìn)行讀寫操作，而

ISA總線則可進(jìn)行I/O操作。

（4）自動(dòng)配置功能

PCI總線標(biāo)準(zhǔn)為PCI接口提供了一套完整的自動(dòng)配置功能，使PCI接口所需要

的各種硬件資源如中斷、內(nèi)存、I/O地址等通過即插即用的BIOS在系統(tǒng)啟動(dòng)

時(shí)進(jìn)行自動(dòng)配置，達(dá)到對(duì)計(jì)算機(jī)資源的優(yōu)化使用和合理配置，從而使PCI接

口達(dá)到真正的即插即用（（PnP）目的，使接口的設(shè)計(jì)和應(yīng)用更加簡單容易。

(5)高性能價(jià)格比，是立足現(xiàn)在放眼未來的標(biāo)準(zhǔn)

PCI總線的接口芯片將大量系統(tǒng)功能高度集成，節(jié)省了邏輯

電路，耗用較小的電路板空間，使成本降低。PCI總線采用

地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用方式，使PCI總線上的接口引腳數(shù)減至

50以下。

PCI局部總線既迎合了當(dāng)今的技術(shù)要求，又能滿足未來的發(fā)

展需要，是計(jì)算機(jī)界公認(rèn)的最具發(fā)展前景的局部總線標(biāo)準(zhǔn)。

PCI總線的高性能、高效率及與現(xiàn)有總線標(biāo)準(zhǔn)的兼容性和充

裕的發(fā)展?jié)摿Γ瞧渌偩€不可及的。

5-2

引腳名稱引腳名稱引腳名稱引腳名稱

B1-12VAl#TRSTB48AD10A48GND

B2TCKA24-12VB49GNDA49AD9

B3GNDA3TMSB50GNDA5OGND

B4TDOA4TDIB51GNDA51GND

B5+5VA5+5VB52AD8A52C/#BEO

B64-5VA6itINTAB53AD7A53+3.3V

B7ttINTBA7#INTCB54+3.3VA54AD6(

PCI總線信號(hào)分為地B8#INTDA8+5VB55AD5A55AD4

B9#PRSNT1A9NAB56AD3A56GND

B10NAA104-3.3VB57GNDA57AD2

址線、數(shù)據(jù)線、接口B11#PRSNT2AllNAB58ADIA58ADO

B12KEYA12KEYB594-3.3VA59+3.3V]

B13KEYA13KEYB60#ACK64A604REQ64\

控制線、仲裁線、系V

B14NAA14NAB61+5VA61+5V

B15GNDA15#RSTB62+5VA62+5V

統(tǒng)線、中斷請(qǐng)求線、B16CLKA16+3.3VB63NAA63GND

B17GNDA17#GNTB64GNDA64C/#BE7

B18#PRQA18GNDB65C/#BE6A65C/#BE5

高速緩存支持、出錯(cuò)B19+3.3VA19NAB66C/#BE4A664-3.3V

B20AD31A20AD30B67GNDA67PAR64

B21AD29A21+3.3VB68AD63A68AD62

報(bào)告等信號(hào)線，共B22GNDA22AD28B69AD61A69GND

B23AD27A23AD26B70+3.3VA70AD60

B24AD25A24GNDB71AD59A71AD58

188根。具體情況如B25+3.3VA25AD24B72AD57A72GND

B26C/#BE3A26IDSELB73GNDA73AD56

表5-2所示。B27AD23A27+3.3VB74AD55A74AD54

B28GNDA28AD22B75AD53A75+3.3V

B29AD21A29AD20B76GNDA76AD52

B30ADI9A30GNDB77AD51A77AD5O

B31+3.3VA31ADI8B78AD49A78GND

B32ADI7A32AD16B79+3.3VA79AD48

B33C/#BE2A33+3.3VB80AD47A8OAD46

B34GNDA34#FRAMEB81AD45A81GND

續(xù)表

引腳名稱引腳名稱引腳名赤引腳名稱

B35#IRDYA35GNDB82GNDA82AD44

B36+3.3VA36#TRDYB83AD43.A83AD42

B37#DEVSELA37GNDB84AD41A84+3.3V

B38GNDA38#STOPB85GNDA85AD40

B39#LOCKA39+3.3VB86AD39A86AD38

B40#PERRA40SDONEB87AD37A87GND

B41+3.3VA41#SB0B88+3.3VA88AD36

B42#SERRA42GNDB89AD35A89AD34

B43+3.3VA43PARB90AD33A90GND

B44C/#BE1A44AD15B91GNDA91AD32

B45ADI4A45+3.3VB92NAA92NA

B46GNDA46ADI3B93NAA93GND

B47ADI2A47AD11B94GNDA94NA

PCI插槽

ISA插槽

不要打了，我再聊會(huì)就去學(xué)習(xí)了…

所謂接口就是微處理器CPU與外部連接

的部件，是CPU與外部設(shè)備進(jìn)行消息交

換的中轉(zhuǎn)站。

所謂標(biāo)準(zhǔn)接口，就是指明確定義了幾何

尺寸、信號(hào)功能、信號(hào)電平等的接口。

2.1I/O設(shè)備與I/O接口

1.I/O設(shè)備

外部設(shè)備是微機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。首先，任何計(jì)算機(jī)必

須有一條接受程序和數(shù)據(jù)的通道，才能接收外界的信息來進(jìn)

行處理，這就必須有輸入設(shè)備，如鍵盤、操縱桿、鼠標(biāo)器、

光筆、觸摸屏和掃描儀等；而處理的結(jié)果還必須送給要求進(jìn)

行信息處理的人或設(shè)備，才能為人或設(shè)備所利用，這就必須

有輸出設(shè)備，如CRT顯示終端、打印機(jī)和繪圖儀等。為了將

計(jì)算機(jī)應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集、參數(shù)檢測和實(shí)時(shí)控制等領(lǐng)域，必須

向計(jì)算機(jī)輸入反映測控對(duì)象的狀態(tài)和變化的信息，經(jīng)過中央

處理器處理后，再向控制對(duì)象輸出控制信息。這些輸入信息

和輸出信息的表現(xiàn)形式是干差萬別、千姿百態(tài)的，可能是開

關(guān)量或數(shù)字量，更可能是各種不同性質(zhì)的模擬量，如溫度、

濕度、壓力、流量、長度、剛度和濃度等等，因此需要把各

種傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)與微處理器或微機(jī)連接起來。所有這些

設(shè)備統(tǒng)稱為外部設(shè)備或輸入/輸出設(shè)備，即I/O設(shè)備。

CPU在與I/O設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)存在以下問題：

1）速度不匹配。I/O設(shè)備的工作速度一般要比CPU慢許多，而且由于種類不

同，它們之間的速度差異也很大，例如硬盤的傳輸速度就要比打印機(jī)快很

多。

2）時(shí)序不匹配。各個(gè)I/O設(shè)備都有自己的定時(shí)控制電路，以自己的速度傳

輸數(shù)據(jù)，無法與CPU的時(shí)序取得統(tǒng)一。

3）信息格式不匹配。不同的I/O設(shè)備存儲(chǔ)和處理信息的格式不同，例如可

以分為串行和并行兩種；也可以分為二進(jìn)制格式、ASCH編碼和BCD編碼等。

4）信息類型不匹配。不同I/O設(shè)備采用的信號(hào)類型不同，有些是數(shù)字信號(hào),

有些是模擬信號(hào)，因此所采用的處理方式也不同。

基于以上原因，I/O設(shè)備一般不和微機(jī)內(nèi)部直接相連，而是必

須通過I/O接口與微機(jī)內(nèi)部進(jìn)行信息交換。

接口的作用主要就是為了解決計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備連接時(shí)存在的

各種矛盾。

2.I/O接口與接口電路

接口是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中一個(gè)部件與另一些部件的相互聯(lián)系，它是

系統(tǒng)各部分之間進(jìn)行信息交換的橋梁。我們知道，在計(jì)算機(jī)系

統(tǒng)內(nèi)各部件之間或計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間，或更一般的智能設(shè)備與

智能設(shè)備之間的聯(lián)系實(shí)際上都是部件與總線的聯(lián)系，這樣，接

口又可定義為部件（此處部件所指小至單一元件、大至一個(gè)智

能系統(tǒng)）與某一具體總線之間的一切聯(lián)系，介于該部件與總線

之間為實(shí)現(xiàn)這種聯(lián)系所必需的全部電路稱之為接口電路。

接口電路的作用就是將來自外部設(shè)備的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送給CPU,

CPU對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸ず笤偻ㄟ^接口傳回外部設(shè)備，所以

接口的基本功能就是對(duì)數(shù)據(jù)傳送控制。

其中接口1為程序存儲(chǔ)器ROM接口，接口2為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM

接口；接口3為打印機(jī)接口，接口4為顯示器接口；接口5為鍵

盤接口；接口6為系統(tǒng)間接接口；RS-232C為通用串行接

2.2接口信息與接口地址

1.接口信息

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與I/O外部設(shè)備之間交換信息通常需要以下一些接

口信息。

1）數(shù)據(jù)信息

2）狀態(tài)信息

3）控制信息

圖2?4接口信息傳送端口

2.接口地址

CPU要和I/O設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，在接口中就必須有一些寄

存器或特定的硬件電路供CPU直接存取訪問，這就是接口

電路。為了區(qū)分不同的接口電路，也必須像存儲(chǔ)器一樣給它

們編號(hào)，這就是接口電路的地址，這樣CPU就可以象訪問

存儲(chǔ)單元一樣按地址訪問這些接口電路，從而與外設(shè)發(fā)生聯(lián)

系。

一個(gè)接口電路中根據(jù)需要可能有多個(gè)存儲(chǔ)器，如數(shù)據(jù)寄存器、

狀態(tài)寄存器和命令寄存器等，為了區(qū)別它們，也給予不同的

地址，以便CPU能正確找到它們。為了將這些地址和存儲(chǔ)

器地址相區(qū)別，稱它們?yōu)榻涌诘刂贰?/p>

有時(shí)也將上述提到的接口中可被CPU直接

訪問的一些寄存器稱為端口。一個(gè)接口常

常有幾個(gè)端口，如數(shù)據(jù)端口、狀態(tài)端口、

命令端口等，每個(gè)端口的地址叫端口地址,

如何實(shí)現(xiàn)對(duì)這些接口地址、端口地址的訪

問，就是I/O地址的尋址問題。

2.3I/O接口的功能

1.數(shù)據(jù)緩沖功能

2.設(shè)備選擇功能

3.信號(hào)轉(zhuǎn)換功能

4.提供信息交換的握手信號(hào)

5.驅(qū)動(dòng)功能

6.中斷管理功能

7.可編程功能

2.4接口的分類

1.按接口的功能劃分

1）人機(jī)對(duì)話接口。這類接口主要為操作者與計(jì)算機(jī)之間的信

息交換服務(wù)，如鍵盤接口、顯示器接口、圖形設(shè)備接口和語音

輸入輸出接口等。

2）過程控制接口（I/O接口）。這類接口是為實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程

進(jìn)行檢測與控制的接口。它一般包括傳感器接口和控制接口兩

部分，前者輸入各種外界信息，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的檢測，后

者輸出經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后的控制信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的控制。

所以過程接口是計(jì)算機(jī)應(yīng)用于控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。

3）通用外設(shè)接口（標(biāo)準(zhǔn)接口）。這類接口是通用外設(shè)（如打

印機(jī)、磁盤機(jī)、繪圖儀等）與計(jì)算機(jī)之間的接口。

電源開關(guān)

電源插座

PS/2鍵盤插座（紫）PS/2鼠標(biāo)才再座Q錄

USB2接口（黑），USB1接口（黑）

串口COM1（綠）

井口LPT1（棗紅）

串口COM2（綠）

音頻輸出（淡綠）游戲操縱桿（黃）

音頻輸入（淡藍(lán)）

顯示器接口（藍(lán)）

麥克風(fēng)輸入（粉紅）

MODEMPhone接口MODEMLine才妾口

網(wǎng)絡(luò)RJ45接口（黑）

圖2?5是某型號(hào)個(gè)人計(jì)算機(jī)的外設(shè)接口示意圖

2.按接口與總線的關(guān)系劃分

接口是某一部件與總線的聯(lián)系，它與總線密切相關(guān)。

1）元件級(jí)接口。元件級(jí)接口是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部某一具體元件如存儲(chǔ)

器、定時(shí)器、中斷控制器等與內(nèi)部總線之間的聯(lián)系。元件級(jí)接口是接口電

路的基本部分，任何檔次的接口都必須涉及元件級(jí)接口，因?yàn)樗菍?shí)現(xiàn)各

種接口電路的基礎(chǔ)。元件級(jí)接口電路比較簡單，特別是現(xiàn)代LSI接口芯片均

與CPU兼容，只需外加譯碼器電路等即可直接與CPU相連。

2）插板級(jí)接口。插板級(jí)接口又稱系統(tǒng)內(nèi)接口，它是系統(tǒng)某一部分與

系統(tǒng)內(nèi)總線之間的一切聯(lián)系。如鍵盤接口、顯示器接口、打印機(jī)接口、磁

盤驅(qū)動(dòng)器接口等，這種接口都比較復(fù)雜。

3）系統(tǒng)「可接口。系統(tǒng)間接口又稱通信接口，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與另外

一系統(tǒng)或智能設(shè)備之間的聯(lián)系，因這種聯(lián)系不外乎就是數(shù)據(jù)的通信聯(lián)系，

故常稱之為通信接口。數(shù)據(jù)信息都是通過總線傳輸?shù)?，因此通信接口是?/p>

種總線與另一種總線之間的接口，即計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線與通信總線之間的接

口。如RS-232C接口、IEEE-488接口、USB接口等。

2.5I/O接口的實(shí)現(xiàn)方式

1.整體方式

將控制系統(tǒng)制作成一個(gè)獨(dú)立的裝置，在這種方

式中，計(jì)算機(jī)（CPU）與I/O接口是安裝在同一

塊印刷線路板上的。例如，用單片機(jī)開發(fā)的系統(tǒng)

或單板計(jì)算機(jī)。這種方式的特點(diǎn)是：體積小、重

量輕、成本也比較低。由于接口裝置與CPU是

做在一起的，一旦系統(tǒng)開發(fā)完成，就不能輕易改

變。這種方式一般用于小型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，

特別是嵌入式系統(tǒng)中。

2.板卡方式

利用計(jì)算機(jī)的擴(kuò)展功能，將I/O接口裝置按照計(jì)算

機(jī)擴(kuò)展槽的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)，并根據(jù)實(shí)際需要制成多種類

型的板卡，有的板卡同時(shí)包含了A/D和D/A功能。板

卡直接插在個(gè)人計(jì)算機(jī)的擴(kuò)展槽上，板卡通過總線

與計(jì)算機(jī)互連和傳輸信息。

3.模塊方式

在這種方式中，將各種I/O功能以模塊的形式來實(shí)現(xiàn)。

I/O模塊與計(jì)算機(jī)之間以及I/O模塊與I/O模塊之間的物

理連接可以很靈活，例如，可以采用雙絞線連接或同

軸電纜連接，也可以采用并行總線（底板總線）連接。

由于生產(chǎn)廠家已經(jīng)生產(chǎn)了許多類型的I/O模塊，因此，

系統(tǒng)的構(gòu)成與擴(kuò)充非常方便。這種方式非常適合于大

中型的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控。目前，無論是

集散控制系統(tǒng)，還是可編程序控制器以及現(xiàn)場總線都

使用該方式。

3過程通道

3.1過程通道的含義

過程通道是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)與被監(jiān)控過程的

現(xiàn)場設(shè)備之間的物理信息通道。

輸入通道的作用是將傳感器或變送器的電流/電壓信

號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。

輸出通道的作用則是將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為

可直接推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電氣信號(hào)。

過程通道的模式

-現(xiàn)

場

1設(shè)

<?備

過程通道

圖2?12過程通道模式1

/數(shù)據(jù)總線卜、

串外

現(xiàn)

部

/檢制總線卜行場

一

o、

CPU設(shè)

通

接備

/地址總線道

N

過程通道

圖2/3過程通道模式2

圖2」4U0通道示意圖

3.3模擬量輸入通道

模擬量輸入通道是計(jì)算機(jī)用于工業(yè)控制、自動(dòng)

測試、計(jì)算機(jī)輔助醫(yī)療診斷、機(jī)器人等科學(xué)研

究時(shí)必需的模擬數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。它把各類傳感

器從現(xiàn)場檢測到的模擬量信號(hào)如溫度、壓力等

轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接收的數(shù)字量信號(hào)。建立模

擬量輸入通道的目的，通常是為了進(jìn)行參數(shù)測

量或數(shù)據(jù)采集。它的核心部件是A/D轉(zhuǎn)換器及

其微處理機(jī)的接口。

1.模擬量輸入通道的基本結(jié)構(gòu)

模擬量輸入通道一般應(yīng)包括：傳感器、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、放

大器、采樣保持器、A/D轉(zhuǎn)換器等幾個(gè)組成部分，其組成

如圖2.15所示。

多

現(xiàn)采

版

傳路A/D

場祥計(jì)

大ID

感

參轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)

____一

?器保ST篁

器F

數(shù)換換

持機(jī)

罌

需

A

圖2-15模擬量輸入通道組成

2.模擬量輸入通道的結(jié)構(gòu)形式

模擬輸入通道按米樣保持器S/H可分為共享S/H形式和多路S/H

形式。共享A/D和S/H形式的模擬量輸入通道如圖2?16所示。

傳感器一?信號(hào)調(diào)1

多

路

信號(hào).睡轉(zhuǎn)

換

開

關(guān)

邏輯瞞

傳感器—>信號(hào)雕

圖2-16共享S/H和A/D形式的模擬量輸入通道

4.4模擬量輸出通道

在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，被采樣的過程參數(shù)經(jīng)運(yùn)算處理后輸

出控制量，但計(jì)算機(jī)輸出的是數(shù)字信號(hào)，必須轉(zhuǎn)換為模擬

信號(hào)才能驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件工作。眾所周知，計(jì)算機(jī)輸出的控

制量僅在程序執(zhí)行瞬時(shí)有效，無法被利用，因此，如何把

瞬時(shí)輸出的數(shù)字信號(hào)保持，并轉(zhuǎn)換為能推動(dòng)執(zhí)行元件工作

的模擬信號(hào)，以便可靠地完成對(duì)過程的控制作用，就是模

擬量輸出通道的任務(wù)。

模擬量輸出通道的作用就是將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為

執(zhí)行機(jī)構(gòu)能接收的模擬電壓或模擬電流，去驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)

行機(jī)構(gòu)，以達(dá)到用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制的目的。

模擬量輸出通道一般應(yīng)包括：接口電路、D/A轉(zhuǎn)換器、多路開

關(guān)、保持電路、V/I變換器等幾個(gè)組成部分，如圖2-17所示。

82-17閱娓輸出通道組成

3.5開關(guān)量輸入通道

開關(guān)量輸入通道的任務(wù)主要是將現(xiàn)場輸入的開關(guān)信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換、

保護(hù)、濾波、隔離等措施轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠接收的邏輯信號(hào)。

開關(guān)量輸入通道在控制系統(tǒng)中主要起以下作用：

1）定時(shí)記錄生產(chǎn)過程中某些設(shè)備的狀態(tài)，例如電動(dòng)機(jī)是否在

運(yùn)轉(zhuǎn)、閥門是否開啟等。

2）對(duì)生產(chǎn)過程中某些設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行檢查，以便發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)

行處理。若有異常，及時(shí)向主機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，申請(qǐng)故

障處理，保證生產(chǎn)過程的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

開關(guān)量輸入通道主要由輸入接口電路、接口地址譯

碼器以及相關(guān)的輸入電路組成，如圖2?18所示。

在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中往往采用光電隔離技術(shù)，使計(jì)算機(jī)與

外部輸入設(shè)備之間只存在光路聯(lián)系而無電路上的聯(lián)系。圖

2?19所示為電平轉(zhuǎn)換及光電隔離電路。

圖2-19電平轉(zhuǎn)換及光電隔離電路

3.6開關(guān)量輸出通道

對(duì)于只有兩種工作狀態(tài)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)或器件，用計(jì)算

機(jī)控制系統(tǒng)輸出開關(guān)量來控制它們，例如控制馬達(dá)

的啟動(dòng)和停止，信號(hào)指示燈的亮和滅，電磁閥的打

開與關(guān)閉，繼電器的接通與斷開，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行

等。

開關(guān)量輸出通道的任務(wù)就是把計(jì)算機(jī)輸出的開關(guān)信

號(hào)傳送給這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)或器件。

開關(guān)量輸出通道主要由輸出鎖存器、接口地址譯碼器

以及相應(yīng)的輸出驅(qū)動(dòng)電路組成，如圖2-20所示。

開關(guān)量輸出隔離的目的在于隔斷微型計(jì)算機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之

間的直接電氣聯(lián)系，以防地電位差、外界電磁場等干擾因

素造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的誤動(dòng)作，甚至導(dǎo)致計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)本身

的損壞。

4信息傳輸介質(zhì)

4.1有線傳輸介質(zhì)

1.雙絞線電纜

雙絞線電纜（簡稱雙絞線）是將一對(duì)或一對(duì)以上的雙絞線

封裝在一個(gè)絕緣外套中而形成而一種傳輸介質(zhì)。

1）非屏蔽雙絞線

2）屏蔽雙絞線

絕域?qū)?/p>

塑料封套屏蔽層銅線導(dǎo)體

（各種顏色）

圖2-23屏蔽雙絞線