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第5章 计算机采集与控制技术 通过传感器可以从实验物系中获取大量的参数信号，这些信号经过调理之后就成为标准的电信号，通过这些信号可以识别、分析并控制该系统，现在的关键在于如何构建计算机数据采集与控制系统。计算机处理的是数字量，因此需要对模拟信号进行采样、保持、模/数（Ａ/D）转换为数字量，然后用数字计算机对这些已经离散并量化的数字信号进行采集和处理。当需要进行控制时，还要将由计算机发出的数字（D）信号转化为模拟量（A）输出，这就是D/Ａ转换。图5-1即为该过程的框图。由于传感器、测量仪表在第四章已作介绍，本章主要讨论微型计算机I/Ｏ通道，多路模拟开关，采样保持电路，A/D和D/A转换电路，计算机采集和控制在化工原理实验中应用实例。 图5-1 计算机采集控制框图 5.1 微型计算机I/Ｏ通道 一个完整的微型计算机采集和控制系统由硬件和软件组成，它的核心是CPU。CPU与存储器和输入/输出电路部件的连接需要一个接口来实现。前者称为存储器接口，后者称为I/O接口。但存储器通常是在CPU的同步控制下工作的，其接口电路及相应的控制比较简单；而I/O设备品种繁多，其相应的I/O电路也各不相同，而计算机与外界的各种联系与控制均是通过I/O接口来实现的，故这里先介绍微机I/O通道的知识。 5.1.1 扩展槽与系统总线 微机一些芯片间、各部件间和外部设备间多采用总线进行连接。总线是许多信号线的集合，通过总线来实现相互的信息或数据交换。由于计算机内部这些定向的信息流和数据流在总线中的流动，就形成了计算机的各种操作，采用总线结构便于部件和设备的扩充；制定统一的总线标准，使不同设备间容易实现互连。 计算机中总线分内部总线、系统总线和外部总线。内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线，用于芯片一级的连接。系统总线是微机中各插件板与系统板之间的连接，用于插件板之间的连接。外部总线是计算机与外部设备之间的总线。计算机作为一种设备，通过外部总线与其它设备进行信息与数据交换，是设备级连接。 微机的系统总线用于连接I/O接插件与扩充的动态RAM，后以I/O通道形式经过扩充和经过驱动器以增加带负载能力而连至扩展槽上，作为I/O接口与主机系统之间的信息数据交换通道，以连接不同的接口。 微机的扩展槽在系统板上，一般有5个或8个。它实际上是系统总线的扩充和经过重新驱动，有时也称为I/O通道，IBM对该通道上的信号名称、性质、方向及时序、引脚排列都作了明确规定，它是用双列插槽引脚连接，分A面（相应于接口卡装元件面）和B面。这种规定又称为IBM PC总线标准。 引至扩展槽上的信号线均是TTL逻辑电平，1至７个插槽同各信号引脚均连通，第８个插槽要求有选中信号，一般用于插入扩展箱的扩展器卡，扩展槽还有+5V，-５V，+12V，-12V四种电源引脚及地线，每个扩展槽信号负载能力是两个低功耗肖特基TTL门，IBM设计的每个标准的I/O卡均为一个负载。 5.1.2 接口地址译码技术 计算机主机与I/O之间可能工作速度不同，也可能逻辑时序不同，因此必须在计算机I/O设备与主机之间有一个连接媒介，这样就出现了接口电路，即用该电路将双方连接起来。这样就用到了上面提到的扩展槽，接口电路就插在扩展槽内。 由于不同槽上，插有不同功能的接口电路卡，为了区分和识别它们，制作者赋予它们不同的接口地址，这样计算机就可以象访问存贮单元一样去访问这些接口电路卡，同时接口卡上若有寄存器或状态寄存器及命令寄存器等也对其赋以不同的地址，以便能正确地工作。为了将上述地址与存贮器地址相区别，故称它为接口地址。按接口地址去寻址，也就是接口地址译码问题。这一节将讨论接口地址译码技术。 （1） 接口的寻址方式 I/O接口地址的寻址方式一般有二种：一种是将接口地址和存贮器地址统一编址；一种是将接口地址和存贮器地址分别独立编址。PC系列计算机将接口地址独立编址。 由于PC机采用I/O独立编址方式，因而有专门的I/O指令。若采用直接寻址，则指令格式为 IN AL，口地址（输入指令） OUT 口地址，AL（输出指令） 即用一个字节表示地址，最多可寻址256个，在系统板上的I/O口地址均采用直接寻址方式来访问。若采用间接寻址方式，则其指令格式为： IN AL，DX 和IN AX，DX OUT DX，AL 和OUT DX，AX 这样用２个字节表示端口寻址，故可寻址64K个口地址。 （2） 微机I/O接口分配 PC系列机中仅使用A0～A9地址位来表示I/O口地址,即可有1024个口地址。编号从000H至3FFH。系统对I/