外部信号与设备的接口课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices,第三部分第二单元课文,A,外部信号与设备的接口,A,外部信号与设备的接口,1.,课文内容简介：主要介绍,计算机控制技术,中接口的概念和作用、并行输入接口、并行输出接口、数模转换接口、模拟数字转换接口等内容。,2.,温习,计算机控制技术,中有关,A/D,、,D/A,、,PIO,板卡的内容。,3.,生词与短语,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices,第三部分第二单元课文,A,外部信号与设备的接口,autonomous,adj.,自治的,bus-compatible,adj.,总线兼容的,temporal,adj.,暂时的,handshaking,n.,握手,direct memory access(DMA),直接存储器访问,strobe,v.,选通，发选通脉冲,poll,v.,登记，通信，定时询问,latch,v.,抓住，占有；,n.,寄存器,full-,scall,adj.,满量程的,most-significant bit(MSB),最高有效位,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices,第三部分第二单元课文,A,外部信号与设备的接口,least-significant bit(LSB),最低有效位,resolution,n.,分辨率,slew rate,转换速度,sample,v.,采样,successive approximation,逐次逼近,dual slop,双积分,flash converter,闪速转换器,sample-and-hold,n.,采样保持,spectrum,n.,（光）谱，波谱，系列，领域，范围,multiplexer,n.,多路器（开关）,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices,第三部分第二单元课文,A,外部信号与设备的接口,4.,难句翻译,1 In this interface,there is a“,tristate,”buffer which when it is enabled will force the processor bus to have the same binary value as the external data lines.,在这种接口中，有一个三态缓冲器，当它被激活的时候，它能迫使处理器总线与外部数据线有相同的二进制值。,2,U,i,is then removed and a known negative constant reference voltage,U,is integrated which produces a ramp down.,然后去掉,U,i,，对一个已知的负常数参考电压,U,积分以产生一个下降的斜坡。,5.,参考译文,A,外部信号与设备的接口,系统总线上的信号以非常有序的顺序发生。每个信号以事件的特定顺序来启动并在一固定时间后或被另外时间的顺序而终止。在仅有存储器和微处理器的系统中，由微处理器直接启动总线事件。,概述,独立的外部设备和无总线兼容的信号以及与系统总线信号无时态关系的信号都不能直接连到系统总线上。系统总线通信是通过输入,/,输出接口来完成的。输入,/,输出接口的主要作用是协调处理器与外部设备之间的数据传输，以及转换为处理器可识别形式的数据。接口的其他作用可提供电隔离、噪声抑制、临时数据存储或数据格式转换。,有几种类型的接口，例如并行输入,/,输出、数字模拟转换、模拟数字转换、实时时钟、直接存储器访问，都是常用的。这里，我们仅限于讨论并行,I/O,和,A/D,及,D/A,。,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices,第三部分第二单元课文,A,外部信号与设备的接口,术语“输入”和“输出”通常指,CPU,和,CPU,的输出。如图,3-2A-1,所示的一个简单接口的标准图。输入接口仅受处理器控制。无论何时处理器寻址输入口，外部数据总线上的数据被允许放到处理器数据总线上，并且当,CPU,把数据放到总线上时，这一数据是可用的。,并行输入接口,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices,第三部分第二单元课文,A,外部信号与设备的接口,图,3-2A-1,简单的并行输入接口,图,3-2A-2,带有寄存器的并行输入接口,在这种接口中，有一个三态缓冲器，当它被激活时，它能迫使处理器总线与外部数据线有相同的二进制值。当在不允许状态时，缓冲器输出进入高阻“第三态”，它能从总线上有效地移开数据线，允许其他数据利用系统总线。,在某些情况下，同步交换信号的使用是必要的，如图,3-2A-2,。当数据可用时，外设使可用数据线求反，且数据存在接口内。同时，在状态寄存器中设定“准备好”标志以指示给,CPU,数据可使用。为了了解这一点，,CPU,必须连续查询接口（读状态寄存器），最终锁存数据。,输入任务也可由,DMA,（直接存储器寻址）,I/O,来实现。,并行输出接口,输入与输出接口的一个区别是输出接口必须有个数据寄存器，因为在,CPU,数据总线上，处理器数据仅在很短的时间内是一个常数。图,3-2A-3,所示为一简单接口形式，无论何时,CPU,发布接口数据寄存器的正确地址并完成一个“写”操作，便可接收数据。锁存后，数据可用于外部世界。,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices,第三部分第二单元课文,A,外部信号与设备的接口,数模转换接口,图,3-2A-4,所示的数字模拟转换器是用于产生一个模拟电压和电流，在给定的“满标度”范围内，与二进制数字成比例。,图,3-2A-4,数模转换器,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices,第三部分第二单元课文,A,外部信号与设备的接口,模拟电压的数字表示,：直接二进制表示，任何一个数字值的输出电压可从下式得到：,Vout=VFS(b72-1+b02-8),对于偏移二进制，例如在,-1,和,+1V,电压之间可获得一个双极型输出。,双补码,表示极性输出的另一种方法是用双补码数。如果最高有效位表示一个符号，那么最高正数为,01111111,，最高负数为,10000000,。,其他可能的表示是二进制码十进制和加号大小。也有几种可生产的可选跨接模拟电压范围。最常用的电压为,5/10,，,5/12,或,10/24V,。,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices,第三部分第二单元课文,A,外部信号与设备的接口,根据数字表示和可用的满标度电压，,D/A,转换器的说明书应至少给出它的,1.,分辨率；,2.,转换速率；,3.,稳定时间；,4.,线性化；,5.,增益和偏移的温度系数。,模拟数字转换接口,图,3-2A-5,为一个模拟信号采集系统。它的作用是在特定的瞬时时间，即采样时间对,N,个模拟输入信道中的一个电压产生数字表示。象在,D/A,转换器中，希望的数字表示是一个设计参数，其可能根据不同的,A/D,接口而有所不同（二进制、偏移二进制、双补码）。,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices,第三部分第二单元课文,A,外部信号与设备的接口,图,3-2A-5,模拟信号采集系统,A/D,转换器可分为模拟边和数字边。在数字边，设计者必须考虑：,1,集成电路技术；,2,逻辑电平和三态能力；,3,分辨率；,4,转换速度；,5,CPU,信息交换；,6,外部控制。,在接口的模拟处，设计者必须关注：,1,）输入电压范围（产生最大、最小数字值的的模拟电压的差值）；,2,）各种不同的误差源；,3,）在,A/D,模拟部分产生的等效输入噪声。,就如同,D/A,转换器，有一个可能出现的增益和偏移误差及线性误差。这些误差的温度系数也很重要，它们对于总误差的作用应在温度范围内计算出来。,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices,第三部分第二单元课文,A,外部信号与设备的接口,逐次逼近型,A/D,应用在,A/D,转换器结构上有很广泛的技术。最普通的是逐次逼近型转换器。它具有适度速度和适度分辨率的优点。,它的作用：第一次将输入电压与设为满量程,A/D,参考电压一半的测试电压相比较。利用标准的,D/A,转换器来得到测试电压。如果第一次比较后，输入电压大于满量程的一半，那么设定最高有效输出位。如果输入电压小于满量程的一半，那么从测试电压中删掉满量程电压的一半，否则电压保持同一值。,下一次，四分之一的满量程参考电压加到测试电压上，将输入电压与测试电压再一次比较，如果输入电压超过测试电压，那么下一个最高有效位被设定，测试电压，第二位设为,0,，四分之一满量程参考电压被删除。,这一过程逐次以更小的加权二进制电压重复，直到测试完最低有效位。,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices,第三部分第二单元课文,A,外部信号与设备的接口,双积分,A/D,双积分,A/D,转换器适于性能频谱的高精度端。这种转换器，在一确定的时间,T,内，一个未知正输入电压,Ui,作用在电子集成块上，从,0,伏开始，产生一个斜比为,U,i,T,的正向增长输出电压。然后去掉,Ui,，让一个已知的页常数参考电压,U,积分以产生一个下降的斜坡。从参考电压作用时间的,U,i,T/U,秒后，第二个斜坡通过零点，时间由高速计数器测量；由于,T,和,U,是常数，因此计数器保持的值正比于输入电压。例如，如果输入电压等于参考电压,U,，两个积分时间相等，计数器将设为达到最大值。这种类型的转换器通常为线性的，转换器可达到,20,位，但转换时间相对长一些。,快速转换器,在性能频谱的高速端，并行（快速）转换器可提供大于,100MHz,的转换率。这由将模拟电压分为,2N-1,份，通过对每一份来提供内部电压参考来完成。由一串其输出产生二进制输出量的高速比较器将模拟信号立刻与所有参考电压相比较。由于这种,A/D,所要求的部件的数目和质量的原因，设备更常为,8,位或小于,8,位的。快速转换器常常是很贵的。,采样保持电路,模拟转换系统中,A/D,转换器前面常有一个采样保持电路。在逐次逼近转换器中特别需要一个恒定输入，因为在转换过程中，输入量要与参考量比较几次。,多路器,图,3-2A-5,所示的多路器概念上更象旋转开关，它能在处理器控制下旋转“寻址”任何一个输入通道。对有,N,个通道的多路器，每个通道都有效。机械开关和固态设备都能构成多路器。多路转换可用不同方法，例如“单端的”和“差分”连接来实现。当是参考地的信号，单端连接很有用。当你对两电压例如应变仪两桥臂电压的差值感兴趣时，差分多路器会很有用的。,P3U2B The Applications of Computers,第三部分第二单元课文,B,计算机的应用,B,计算机的应用,1.,课文内容简介：这是一篇介绍计算机应用的综述性文章。文章从科学计算、数据处理、自动控制等九个方面阐述了使用计算机的优越性，通过本篇文章的学习，可使学生从更广泛的层面上理解在现代社会中使用计算机的重要性。,2.,查阅计算机控制系统研发、应用方面的文章。,3.,生词与短语,P3U2B The Applications of Computers,第三部分第二单元课文,B,计算机的应用,artillery shell,炮弹,census,n.,人口统计,overwhelming,adj.,压倒一切的,retrieve,v.,检索,invent