• 一、 I/O接口的作用
• 1.实现和不同外设的速度匹配 • 2.信号变换 • 3.电平转换
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单元一 输入/输出(I/O)接口
• 二、输入/输出信息的传送方式
• CPU的数据总线都是并行的，但由于输入/输出设备有并行和串行之 分，或为了远距离传输的需要，输入/输出数据的传送除了有并行传 送方式外，还有串行传送方式，这两种传送方式各有特点，应用于不 同的场合。
模块三 数字量输入/输出系统
• 单元一输入/输出(I/O)接口 • 单元二开关量的隔离与检测识别 • 单元三输入/输出接口常用芯片 • 单元四开关量输入/输出电路
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单元一 输入/输出(I/O)接口
• 变电站综合自动化系统中，需采集的信息很多，但从它们的性质来说， 可分为模拟量、开关量、脉冲量和广义读表数(如数字频率计或脉冲 电能表等仪表通过串行口输出的数字量)等四大类。实质上，无论何 种类型的信息，在计算机内部都是以二进制的形式(即数字形式)存放 在存储器中的，可见数字量的输入、输出是计算机的基本操作之一。
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单元一 输入/输出(I/O)接口
• (3)控制信息。控制信息用于控制外部设备的工作，如外部设备的 “启动”和“停止”。在设备传送过程中，CPU发出命令给输入/输 出设备。一个输出字节的每一位可以定义为一个控制命令。
• 四、输入/输出的典型接口
• 从接口完成的工作看，CPU和外设间交换的信息有三类:数据信息、 状态信息、控制信息。因此，I/O接口必须能把外设送来的三种信息 加以区分，因此，在I/O接口内部，必须用不同的寄存器来存放，并 赋以不同的地址(端口地址)，以便确定当前经数据总线传送的信息是 哪一信息。
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单元一 输入/输出(I/O)接口
• 所以，一个外围设备所对应的接口电路可能需要分配几个端口地址。 CPU寻址的是端口，而不是笼统的外围设备。
• 图3一1是I/O接口的基本结构示意图。 I/O接口加上在它的基础上编制 的I/0程序，就构成了I/O技术。
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单元二 开关量的隔离与检测识别
• 1.隔离的作用 • 隔离的主要作用是:使低压输入电路与大功率的电源隔离;外部现场器
件与传输线同数字电路隔离，以免计算机受损;限制地回路电流与地 线的错接带来的干扰;多个输入电路之间的隔离。 • 2.开关量的隔离方法
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单元二 开关量的隔离与检测识别
• 常用的开关量的隔离方法主要有以下方式。 • (1)光电隔离。最常用的是利用光电耦合器作为开关量输入计算机的
• 变电站的开关量有断路器、隔离开关的状态，继电器和按键触点的通 断等。断路器和隔离开关的状态一般通过辅助触点给出信号，继电器 和按键则由本身的触点直接给出信号。
• 对开关量的检测有以下几个主要问题，即隔离、抗干扰(硬件、软件)、 变位识别和采集方式等，分述如下。
• 一、开关量的隔离
• 变电站的断路器和隔离开关的辅助触点距离主控室一般都比较远(十 几米至几十米)，同时，为了克服辅助触点的接触电阻，作为开关信 号的电压一般都比较高(110~ 220 V)，这种高电压是不能直接进入微 机接口电路的，因此必须加以隔离。
• 1.串行传送方式 • 串行传送方式是将要传送的数据的字节(或字)拆开，然后以位(bit )为
单位，一位一位地进行传送。串行传送方式的接口所需的传输电缆少、 硬件投资少，但传输速度比并行传送慢，适用于远距离传送。 • 配置串行接口的目的是适应远距离传送数据和交换信息的需要。
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单元一 输入/输出(I/O)接口
• 串行接口传送信息是按位传送的，它的速度虽然不如按字节传送的并 行接口快，但可节省许多引线，这对远距离通信是十分重要的。
•传送。这种传送方式要
求输入/输出接口的数据通道为8位(字节传送)或16位(字传送)，各位 数据同步收、发，传送速度快，但需要传输电缆数量多，硬件投资大， 适用于较近距离的传送。 • 并行接口主要传送数字量。例如，微机之间的近距离通信就可以采用 并行接口，微机与某些外设(如打印机)也可以用并行接口传送数据和 命令。
• 对于模拟量，必须先转换成数字量，CPU才能进行处理，断路器、隔 离开关、继电器的触点、按钮和普通的开关、刀闸等都具有分、合两 种工作状态，可以用0, 1表示。因此，它们的工作状态的输入和控制 信号输出，可以表示为数字量的输入和输出。
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单元一 输入/输出(I/O)接口
• 计算机的输入/输出，简称I/O。 I/O接口是CPU和外设间信息交换的 桥梁，通过接口电路，计算机直接与外界设备进行信息交换。外部设 备分为输入和输出设备，输入设备用于向计算机输入信息，输出设备 用于输出程序和运算结果。A/D转换器和键盘属于输入设备，CRT(阴 极射线管)和D/A转换器属于输出设备。
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单元二 开关量的隔离与检测识别
• 同时，断路器、隔离开关和继电器等，常处于强电场中，电磁干扰比 较严重，若没有采取适当措施，则当断路器或隔离开关动作时，可能 会干扰程序的正常执行，产生所谓“飞车”的软故障，甚至损坏接口 电路芯片或损坏CPU。因此，现场开关与逻辑电路之间要采用电隔离 技术。
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单元一 输入/输出(I/O)接口
• 并行接口速度较快，复杂，因为每一位信息必须用一根导线来传送。
• 三、输入/输出信息的组成
• 计算机直接与外界联系进行信息交换，这些信息可分为如下三种。 • (1)数据信息。继电器触点、断路器和隔离开关的状态或模拟量/数字
量转换的结果，按一定的编码标准(例如二进制数的格式或ASCII码标 准)输入计算机，每若干位(一般为8位、16位或32位)组合表示为一个 数字或符号，这是数字输入的主要内容。 • (2)状态信息。状态信息反映外部设备工作状态，CPU在传送数据前 必须先输入这些外设的状态信息，并逐位进行测试和判断它们的工作 状态，以确定能否传送数据。
隔离器件，其简单的原理图如图3-2所示。当有输入信号时，开关S闭 合，二极管导通，发出光束，使光敏三极管饱和导通，于是输出端Uo 表现一定电位。图3 -2中的两种接线方式，输出电平不同，在实际电 路设计时，可以灵活选用。在光电藕合器件中，信息的传递介质为光， 但输入和输出都是电信号，由于信息的传递和转换都是在密闭环境下 进行，没有电的直接联系，故不受电磁信号干扰，所以隔离效果比较 好。 • (2)继电器隔离。