1、I/O接口电路

    I/O接口电路也简称接口电路。它是主机和外围设备之间交换信息的连接部件（电路）。它在主机和外围设备之间的信息交换中起着桥梁和纽带作用。接口电路主要作用如下： 本文来自www.eadianqi.com

    （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

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    主机的CPU是高速处理器件，比如8086-1的主频为10MHz，1个时钟周期仅为100ns，一个最基本的总线周期为400ns。而外围设备的工作速度比CPU的速度慢得多。如常规外围设备中的电传打字机传送信息的速度是毫秒级；工业控制设备中的炉温控制采样周期是秒级。为保证CPU的工作效率并适应各种外围设备的速度配合要求，应在CPU和外围设备间增设一个I/O接口电路，满足两个不同速度系统的异步通信联络。

    I/O接口电路为完成时序配合和通信联络功能，通常都设有数据锁存器、缓冲器、状态寄存器以及中断控制电路等。通过接口电路，CPU通常采用查询或中断控制方式为慢速外围设备提供服务，就可保证CPU和外围设备间异步而协调的工作，既满足了外围设备的要求，又提高了CPU的利用率。

    （2）解决CPU和外围设备之间的数据格式转换和匹配问题 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    CPU是按并行处理设计的高速处理器件，即CPU只能读入和输出并行数据。但是，实际上要求其发送和接收的数据格式却不仅仅是并行的，在许多情况下是串行的。例如，为了节省传输导线，降低成本，提高可靠性，机间距离较长的通信都采用串行通信。又如，由光电脉冲编码器输出的反馈信号是串行的脉冲列，步进电动机要求提供串行脉冲等等。这就要求应将外部送往计算机的串行格式的信息转换成CPU所能接收的并行格式，也要将CPU送往外部的并行格式的信息转换成与外围设备相容的串行格式，并且要以双方相匹配的速率和电平实现信息的传送。这些功能在CPU控制下主要由相应的接口芯片来完成。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    （3）解决CPU的负载能力和外围设备端口选择问题

    即使是CPU和某些外围设备之间仅仅进行并行格式的信息交换，一般也不能将各种外围设备的数据线、地址线直接挂到CPU的数据总线和地址总线上。这里主要存在两个问题，一是CPU总线的负载能力的问题：二是外围设备端口的选择问题。因为过多的信号线直接接到CPU总线上，必将超过CPU总线的负载能力，采用接口电路可以分担CPU总线的负载，使CPU总线不致于超负荷运行，造成工作不可靠。CPU和所有外围设备交换信息都是通过双向数据总线进行的，如果所有外围设备的数据线都直接接到CPU的数据总线上，数据总线上的信号将是混乱的，无法区分是送往哪一个外围设备的数据还是来自哪一个外围设备的数据。只有通过接口电路中具有三态门的输出锁存器或输入缓冲器，再将外围设备数据线接到CPU数据总线上，通过控制三态门的使能（选通）信号，才能使CPU的数据总线在某一时刻只接到被选通的那一个外围设备的数据线上，这就是外围设备端口的选址问题。使用可编程并行接口电路或锁存器、缓冲器就能方便的解决上述问题。

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    此外，接口电路可实现端口的可编程功能以及错误检测功能。一个端口通过软件设置既可作为输入口又可作为输出口，或者作为位控口，使用非常灵活方便。同时，多数用于串行通信的可编程接口芯片都具有传输错误检测功能，如可进行奇/偶校验、冗余校验等。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    2、I/O通道 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    I/O通道也称为过程通道。它是计算机和控制对象之间信息传送和变换的连接通道。计算机要实现对生产机械、生产过程的控制，就必须采集现场控制对象的各种参量，这些参量分两类：一类是模拟量，即时间上和数值上都连续变化的物理量，如温度、压力、流量、速度、位移等。另一类是数字量（或开关量），即时间上和数值上都不连续的量。如表示开关闭合或断开二个状态的开关量；按一定编码的数字量和串行脉冲列等。同样，被控对象也要求得到模拟量（如电压、电流）或数字量两类控制量。但是如前所述，计算机只能接收和发送并行的数字量，因此，为使计算机和被控对象之间能够连通起来，除了需要I/O接口电路外，还需要I/O通道，由它将从被控对象采集的参量变换成计算机所要求的数字量（或开关量）的形式，送入计算机。计算机按某一数学公式计算后，又将其结果以数字量形式或转换成模拟量形式输出至被控制对象，这就是I/O通道所要完成的功能。

    应当指出，I/O接口和I/O通道都是为实现主机和外围设备（包括被控对象）之间信息交换而设的器件，其功能都是保证主机和外围设备之间能方便、可靠、高效率的交换信息。因此，接口和通道紧密相连，在电路上往往结合在一起了。例如，目前大多数大规模集成电路A/D转换器芯片，除了完成A/D转换，起模拟量输入通道的作用外，其转换后的数字量保存在片内具有三态输出的输出锁存器中，同时具有通信联络及I/O控制的有关信号端，可以直接挂到主机的数据总线及控制总线上去，这样A/D转换器也就同时起到了输入接口的作用，有的书中把A/D转换器也统称为接口电路。大多数集成电路D/A转换器也一样，都可以直接挂到系统总线上，同时起到输出接口和D/A转换的作用。但是在概念上应当注意到两者之间的联系和区别。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有