第4章接口设计概述解析.doc

第四章 接口设计概述 系统接口设计的基本概念 机电一体化系统常用总线 人机接口和机电接口设计 1 2 3  本章导读 随着电子技术的迅速发展，内部系统和外围设备也在不断 发展和复杂化，使接口技术也成为了现代工业中一门关键的技 术，目前，不仅出现了可以执行不同的接口功能的接口芯片， 另外，一些接口芯片还自带处理器，可执行接口内部的固化程 序，形成智能接口，这些技术使机电一体化系统更加安全和高 效。  4.1 接口设计概述 ? 接口的基本概念 机电一体化系统通常都由许多要素和子系统构成，为了确保 各个要素与系统之间能够顺利的进行信息，物质能量的传输 和转换，在它们之间必须具备有一定的联系条件，这些联系 条件都统称为接口。  4.1 接口设计概述 ? 接口设计的任务及主要类型 在机电一体化系统中，在外设与系统之间，常常会出现信号 不能匹配的问题，这些问题都需要用接口来解决。例如： （1）信号电平 （2）数据传输 （3）信号类型 （4）数据格式  4.1 接口设计概述 传 感 器 信息 采集 接口 人 机 对 话 设 备 机 械 分 系 统 人 机 接 口 控 制 微 机 执 行 元 件 控制 输出 接口 机电接口 图4-1 人机接口与机电接口  4.1 接口设计概述 ? 接口设计的基本原则及要求 ?机电一体化系统中的接口通常是由接口电路与之 配套的驱动程序组成，就是我们通常说的硬件设计 和软件设计。 ?接口电路是接口的骨架，用来实现在被传输的数 据、信息在电气上、时间上的匹配；接口程序是接 口的中枢，完成接口数据的输入输出，传送可编程 接口器件的方式设定、中断设定等控制信息。  4.1 接口设计概述 ? 接口设计需要满足信息传输和转换的要求 ?信息采集（信号输入） ?驱动控制（信号输出） ?变送单元  4.2 常用总线 ? 任何一个微处理器都要与一定数量的部件和外围设 备连接，但如果将各部件和每一种外围设备都分别 用一组线路与CPU直接连接，连线将会错综复杂， 甚至难以实现。 ? 为了简化硬件电路设计、简化系统结构，常用一组 线路，配置以适当的接口电路，与各部件和外围设 备连接，这组共用的连接线路被称为总线。  4.2 常用总线 ? 微机系统中总线的分类： ?内部总线：是微机内部外围芯片与处理器之间的 总线，用于芯片一级的互联； ?系统总线：是微机中各个功能部件之间相互联结 的总线，也叫板级总线； ?外部总线：是计算机系统之间互联的通信总线。  4.2 常用总线 ? 微机系统中总线 ?总线的主要功能是传送数据；总线的数据传送能 力可以用以下3个主要指标来衡量： （1）总线宽度：指总线能同时传送的数据位数。 （2）总线频率：总线每秒钟传输的数据次数。 （3）总线带宽：指单位时间内总线上可传送的 数据量；总线宽度越宽，频率越高，带宽就越大。 ?总线带宽=总线位宽/8×总线工作频率（B/s）  4.2 常用总线 ? ISA总线 ?ISA（industrial standard architecture）总线标 准是IBM 公司1984年为推出PC/AT机而建立的系统 总线标准，所以也叫AT总线。它是对XT总线的扩展， 以适应8/16位数据总线要求。 ?ISA总线采用独立于CPU的总线时钟，因此CPU可 采用比总线频率更高的时钟，有利于CPU性能的提 高。但ISA总线没有支持总线仲裁的硬件逻辑，因此 不支持多台主设备系统，且ISA上的所有数据的传送 必须通过CPU或DMA接口来管理，因此使CPU花费 了大量时间来控制与外部设备交换数据。ISA总线时 钟频率为8MHz，最大传输率为16MB/s。  4.2 常用总线 ? ISA总线插槽：（黑色）  4.2 常用总线 ? ISA总线 ?ISA总线扩展槽的62根信号线分为五类：地址线、 数据线、控制线、状态线、辅助线和电源线。 AEN A0～A19 ALE IOR * IOW * 地址线/ 数据线 D0～D7 MEMR * MEMW * T/C DMA 控制信号 状态线 ISA总线 I/O-CHRDY IRQ2～IRQ7 DRQ1～DRQ3 OSC CLK VCC GND 辅助线 电源线 DACK0～DACK3 * RESET DRV  4.2 常用总线 ? EISA总线 ?EISA(Extended Industrial Standard Architecture)总线是一种在ISA基础上扩充开放的 总线标准， 它与ISA完全兼容，它从CPU中分离出