第三章作业.docx
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第三章作业
在运算机控制系统中为何要有I/O接口？
答：
I/O接口电路简称接口电路。
它是主机与外围设备之间互换信息得连接部件（电路），它在主机与外围设备之间的信息互换中起着桥梁和纽带作用。
设置接口电路的目的是：
（1）解决主机CPU和外围设备之间的时序配合和通信联络问题。
（2）解决CPU和外围设备之间的数据格式转换和匹配问题。
（3）解决CPU的负载能力和外围设备端口选择问题。
因为即即是CPU和某些外围设备之间仅仅进行并行格式的信息互换，一般也不能将外围设备直接挂到CPU的数据总线，地址总线上。
因为
a，CPU总线的负载能力有限。
b，外围设备的端口需选择。
另外，接口电路可实现端口的可编程功能和错误检测功能。
运算机与外围设备互换信息有那几种控制方式？
各有什么优缺点？
答：
为了使外围设备在CPU统一管理，调度，控制下成为一个有机的整体，高效，协调，靠得住而有条不紊的工作，从而完成对生产进程的实时控制，就要规定CPU控制各个外围设备的控制策略，或叫控制方式，实际上就是CPU与外围设备信息互换方式，或数据传送方式。
（1）程序控制方式：
CPU和设备之间的信息传送，是在程序控制下进行的。
它又可分为无条件I/O方式和查询式I/O方式。
a，所谓无条件I/O方式是指没必要查询外围设备的状态即可进行传送的I/O方式。
即在此种方式下，外围设备老是处于就绪状态。
b，查询式I/O方式，也称为条件传送方式。
按查询式传送，CPU和外围设备的I/O接口除需设置数据端口外，还要有状态端口。
优缺点：
查询式I/O方式的优缺点及利用条件
从原理上看，查询式比无条件传送方式靠得住，接口电路简单，不占用中断输入线，同时查询程序也简单，易于调试。
由于查询式I/O方式是通过CPU执行程序来完成的，因此各外设的工作与程序的执行维持同步关系，特别适合于多个按必然规律顺序工作的生产机械或生产进程的控制。
可是在查询式I/O方式下，CPU要不断的读取状态字和检测状态字，无论那个外围设备是不是有请求，都必需一一查询，许多次的重复查询，可能都是无用的，而又占用了CPU的时刻，效率较低。
（2）中断控制方式
为了提高CPU的效率和是系统具有良好的实时性，能够采用中断控制I/O。
在8086系统中，有两类中断，即外部中断和内部中断，对I/O处置一般是采用外部中断。
中断优先级采用软件查询方式和硬件查询方式加以解决。
优缺点：
采用中断方式控制就没必要花费大量时刻去查询各外围设备的状态了，而是当外围设备需要请求服务时，向CPU发出中断请求，CPU响应外围设备的中断，停止执行当前程序，转去执行一个外围设备服务程序。
采用中断控制I/O方式时，只要外设外设不提出中断请求，CPU允许主程序完成控制系统设计中所指定的工作，没必要循环检测各外设的状态，浪费CPUde时刻，只有应外设的请求才临时中断当前工作去为外设服务。
因此采用中断控制I/O方式解决了慢速的外设和高速的CPU之间信息互换在时刻配合上的矛盾，充分利用了CPU的时刻，也提高了输入输出的速度。
（3）直接存储器存取方式（DMA方式）
DMAI/O方式是不经CPU，而在外设和存储器之间直接高速互换数据。
优缺点：
DMAI/O方式克服了中断方式对要求高速数据传输场合，速度显得慢的缺点。
同时节省了时刻。
某8088最大模式系统中，需要扩展8255A,8253A和DAC0832芯片各一片。
采用74LS138做译码器，若以指定分派给芯片的地址范围是：
8255AFFE0H,FFE2H,FFE4H,FFE6H
8253FFE1H,FFE3H,FFE5H,FFE7H
DAC0832FFF0H
试设计接口扩展的地址译码电路（除74LS138外，可增加必要的其他逻辑电路芯片）。
某8088最大模式系统中，需扩展8255A四片，指定各芯片的地址范围别离是90H~93H,
94H~97H,98H~9BH,9CH~9FH，采用74LS138做译码器，试设计接口地址译码器。
模拟量输入通道中为何要加采样维持器？
采样维持器的组成及要求是什么？
答：
这要从如何保证模拟信号采样的精准度来分析。
A/D转换器将模拟信号转换成数字量总需要必然的时刻，完成一次A/D转换所需的时刻称之为孔径时刻。
对于随时刻转变的模拟信号来讲，孔径时刻决定了每一个采样时刻的最大转换误差。
因此若是采样模拟信号的转变频率相对于A/D转换速度来讲是较高的话，为了保证转换精度，就要在A/D转换之前家上采样维持电路，使得在A/D转换期间维持输入模拟信号不变。
同时采样几个模拟信号时，用于进行数据处置和测量。
组成：
采样维持器通常由维持电容、输入输出缓冲放大器、模拟开关等组成。
要求：
对理想的采样维持电路，要求开关没有偏移并能随控制信号快速动作，断开的阻抗要无穷大，同时还要求存储原件的电压能无延迟地跟踪模拟信号的电压，并可在任意长的时刻内维持数值不变。
模拟量输出通道中为何要加输出维持器？
试分析输出维持器与输入采样维持器在作用上，电路上的异同？
答：
加维持器是将运算机送出来的该通道的离散模拟控制信号维持到下一个采样输出时刻，以保证该通道上的模拟执行机构得以正常运转；用于维持运算机输出持续一个采样周期，让数字量在时刻上持续化。
输出维持器与采样维持器原理相同，参数有区别（工作时刻不同）。
一般输出维持器用于减少D/A转换器的输出“毛刺”；把一个D/A转换器的输出分派到几个输出点，以保证输出电压的稳固性。
采样维持器的原理就是两个运放，一个采样，一个维持。
采样运放把输入传到维持电容，要求能够驱动大电容负载。
维持时采样运放输出和电容断开。
维持运放把维持点容上的电压送到输出。
要求运放输入电流小。
输出维持器一种是只有电容和场效应管组成的模拟存储器；还有一种是用步进电机组存储器，由它带动多圈电位器做恒流输出，因为步进电机在停转后能维持角唯一不改变。
有一个四位满量程5V的逐次逼近型A/D转换器，设输入模拟量电压，利用列表达和图示法表示其逐次逼近的转换进程。
答：
量化单位
当最高位为1时，对应的转换模拟电压为
=
，得其余列位为1时，对应的转换模拟电压为
。
当给定电压值为时
进程转换表
步骤
SAR内容
转换后
电压
与
比较
该位去留
8
4
2
1
1
1
0
0
0
＞
保留
2
1
1
0
0
4V
＞
保留
3
1
1
1
0
＜
去掉
4
1
1
0
1
＜
去掉
结果
1
1
0
0
误差－4V=
转换进程图示
用ADC0808测量某罐温度，其温度波动范围30—50C，要求温度变送器输出0—5V，试求测量该温度的分辨率和精度。
答：
分辨率=
=
绝对精度=
相对精度=5X100%=%
试在CPU为8088的PC槽上扩展一片DAC0832，要求为双缓冲器工作方式，直接接数据总线，使它的地址为唯一，且为XX97H及XX98H。
答：
方案1——用4-16译码器，74LS154
Inputs输入
Outputs输出
G1
G2
D
C
B
A
L
L
0
1
1
1
0
L
L
1
0
0
0
0
方案2——用74LS1378与逻辑器件
有DAC0832,CD4051芯片各一片，各常常利用数字及线性集成电路，电阻，电容，电位器并有各类电源。
系统已扩展8255A一片，它的口C能够供用户利用。
试在CPU为8086的系统PC总线槽上扩展8路模拟量输出通道，并知足下列条件：
a,线路的技术/经济指标高，误差尽可能小。
b,输出信号范围：
0~3通道：
0~+5V
4,5通道：
0~-2V
6,7通道：
-3~+3V
c,要求DAC0832直接与数据总线DB连线，而且为单缓冲方式，其地址为唯一的，并要等于88H。
d,计算输出数字量00H和0AAH时各通道对应的输出电路是各多少？
DAC0809一片和常常利用数字及线性集成电路，电阻，电容，电位器若干，并有各类电源。
试在CPU为8086的系统PC总线槽上扩展8路模拟量输入通道，知足下列条件：
a,线路的技术/经济指标高，误差尽可能小。
b,输入信号为：
0~1通道：
0~5V
2~3通道：
0~10mA
4~5通道：
4~20mA
6~7通道：
8sin10t
c,地址为80H~87H
设计8路模拟控制输出电路。
要求以8088为CPU,最小工作方式，利用一片8位D/A转换器DAC0832，双缓冲器输入，双极性输出，模拟量输出通道地址为80H~87H。
设计一个带隔离的8位数字量输入接口，地址为88H。
设计以带隔离的8位开关信号输出接口，接口地址为98H。
试设计一个8路模拟数据收集电路。
要求进行多路同时采样，即采样同不时刻的8路模拟数据，采样8位D/A转化器ADC0809,8088CPU（最小工作方式）。
模拟量输入通道地址为90H~97H。
8路模拟量中有4路为0~5V的电压信号，4路4~20mA的电流信号。
3-16试设计采样电路，采样三相感应电机定子A、B相电流、转速与温度等信号。
现有一片AD574、CD4051模拟开关、LF398采样维持器、74LS138等芯片，请你设计那个4路模拟量收集电路，要求与条件如下：
（1）8088PC插槽工作模式为最小方式；
（2）为保证控制质量，必需收集同一时刻的定子电流，分辨率12位；
（3）可用的地址90H～98H；
（4）电流、转速信号转变范围-5V～+5V，温度信号为4～20mA标准信号；
（5）采用中断方式读取AD结果；
（6）工作电源、其他元器件应有尽有，给出收集电路详细设计图。
模拟量输入部份：
A/D部份：
操作
A7
A6
A5
A4
A3
RD
Y6
A2
A1
A0
WR
Y7
总线
74LS138
AD574
CD4051
LF398
C
G2A
G2B
B
A
Y6
Y7
R/C
CS
A0
B
A
写
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0#A/D启动
写
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1#A/D启动
写
1
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
2#A/D启动
写
1
0
0
1
0
0
0
0
0
1
1
3#A/D启动
读
1
0
0
1
0
0
1
0
0
×
×
读取高8位
读
1
0
0
1
0
0
1
0
1
×
×
读取低4位
写
1
0
0
1
1
1
0
1
0
0
四路同时采样
3-17试设计2路模拟控制输出电路，输出信号如下图所示。
要求以8088为CPU，最小工作方式，利用一片8位D/A转换器DAC0832，双缓冲器输入、双极性输出，模拟量输出通道地址为80H~87H。
画出程序流程框图。
:
80H~83H，
：
84H~87H，LF398：
L1——84H、86H；L2——85H、87H
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