自动化专业英语P3U2教学

P3U2AInterfacestoExternalSignalsandDevices第三部分第二单元课文A外部信号与设备接口A外部信号与设备接口概述 系统总线上信号以非常有序次序发生。每个信号以事件特定次序来开启并在一固定时间后或被另外时间次序而终止。在仅有存放器和微处理器系统中，由微处理器直接开启总线事件。独立外部设备和无总线兼容信号以及与系统总线信号无时态关系信号都不能直接连到系统总线上。系统总线通信是经过输入/输出接口来完成。输入/输出接口主要作用是协调处理器与外部设备之间数据传输，以及转换为处理器可识别形式数据。接口其它作用可提供电隔离、噪声抑制、暂时数据存放或数据格式转换。有几个类型接口，比如并行输入/输出、数字－模拟转换、模拟－数字转换、实时时钟、直接存放器访问，都是惯用。这里，我们仅限于讨论并行I/O和A/D及D/A。1/18P3U2AInterfacestoExternalSignalsandDevices第三部分第二单元课文A外部信号与设备接口并行输入接口术语“输入”和“输出”通常指CPU和CPU输出。如图3-2A-1所表示一个简单接口标准图。输入接口仅受处理器控制。不论何时处理器寻址输入口，外部数据总线上数据被允许放处处理器数据总线上，而且当CPU把数据放到总线上时，这一数据是可用。在这种接口中，有一个三态缓冲器，它能迫使处理器总线与外部数据线有相同二进制值。当在不允许状态时，缓冲器输出进入高阻“第三态”，它能从总线上有效地移开数据线，允许其它数据利用系统总线。

图3-2A-1简单并行输入接口图3-2A-2带有存放器并行输入接口2/18P3U2AInterfacestoExternalSignalsandDevices第三部分第二单元课文A外部信号与设备接口在一些情况下，同时交换信号使用是必要，如图3-2A-2。当数据可用时，外设使可用数据线求反，且数据存在接口内。同时，在状态存放器中设定“准备好”标志以指示给CPU数据可使用。为了了解这一点，CPU必须连续查询接口（读状态存放器），最终锁存数据。输入任务也可由DMA（直接存放器寻址）I/O来实现。并行输出接口输入与输出接口一个区分是输出接口必须有个数据存放器，因为在CPU数据总线上，处理器数据仅在很短时间内是一个常数。图3-2A-3所表示为一简单接口形式，不论何时CPU公布接口数据存放器正确地址并完成一个“写”操作，便可接收数据。锁存后，数据可用于外部世界。3/18P3U2AInterfacestoExternalSignalsandDevices第三部分第二单元课文A外部信号与设备接口数－模转换接口 图3-2A-4所表示数字－模拟转换器是用于产生一个模拟电压和电流，在给定“满标度”范围内，与二进制数字成百分比。图3-2A-4数模转换器4/18P3U2AInterfacestoExternalSignalsandDevices第三部分第二单元课文A外部信号与设备接口模拟电压数字表示 直接二进制表示，任何一个数字值输出电压可从下式得到：Vout=VFS(b72-1+…+b02-8)对于偏移二进制，比如在-1和+1V电压之间可取得一个双极型输出。双补码 表示极性输出另一个方法是用双补码数。假如最高有效位表示一个符号，那么最高正数为01111111，最高负数为10000000。其它可能表示是二进制码十进制和加号大小。也有几个可生产可选跨接模拟电压范围。最惯用电压为5/10，5/12或10/24V。依据数字表示和可用满标度电压，D/A转换器说明书应最少给出它1.分辨率；2.转换速率；3.稳定时间；4.线性化；5.增益和偏移温度系数。5/18P3U2AInterfacestoExternalSignalsandDevices第三部分第二单元课文A外部信号与设备接口模拟－数字转换接口

图3-2A-5为一个模拟信号采集系统。它作用是在特定瞬时时间，即采样时间对N个模拟输入信道其中之一电压产生一个数字表示。象在D/A转换器中，希望数字表示是一个设计参数，其可能依据不一样A/D接口而有所不一样（二进制、偏移二进制、双补码）。图3-2A-5模拟信号采集系统6/18P3U2AInterfacestoExternalSignalsandDevices第三部分第二单元课文A外部信号与设备接口A/D转换器可分为模拟边和数字边。在数字边，设计者必须考虑：1．集成电路技术； 2．逻辑电平和三态能力；3．分辨率；4．转换速度；5．CPU信息交换；6．外部控制。在接口模拟处，设计者必须关注：输入电压范围（产生最大、最小数字值模拟电压差值）；各种不一样误差源；在A/D模拟部分产生等效输入噪声。就如同D/A转换器，有一个可能出现增益和偏移误差及线性误差。这些误差温度系数也很主要，它们对于总误差作用应在温度范围内计算出来。7/18P3U2AInterfacestoExternalSignalsandDevices第三部分第二单元课文A外部信号与设备接口逐次迫近型A/D应用在A/D转换器结构上有很广泛技术。最普通是逐次迫近型转换器。它含有适度速度和适度分辨率优点。它作用：第一次将输入电压与设为满量程A/D参考电压二分之一测试电压相比较。利用标准D/A转换器来得到测试电压。假如第一次比较后，输入电压大于满量程二分之一，那么设定最高有效输出位。假如输入电压小于满量程二分之一，那么从测试电压中删掉满量程电压二分之一，不然电压保持同一值。下一次，四分之一满量程参考电压加到测试电压上，将输入电压与测试电压再一次比较，假如输入电压超出测试电压，那么下一个最高有效位被设定，测试电压，第二位设为0，四分之一满量程参考电压被删除。这一过程逐次以更小加权二进制电压重复，直到测试完最低有效位。8/18P3U2AInterfacestoExternalSignalsandDevices第三部分第二单元课文A外部信号与设备接口双积分A/D 双积分A/D转换器适于性能频谱高精度端。这种转换器，在一确定时间T内，一个未知正输入电压Ui作用在电子集成块上，从0伏开始，产生一个斜比为UiT正向增加输出电压。然后去掉Ui，让一个已知页常数参考电压U积分以产生一个下降斜坡。从参考电压作用时间UiT/U秒后，第二个斜坡经过零点，时间由高速计数器测量；因为T和U是常数，所以计数器保持值正比于输入电压。比如，假如输入电压等于参考电压U，两个积分时间相等，计数器将设为到达最大值。这种类型转换器通常为线性，转换器可到达20位，但转换时间相对长一些。快速转换器 在性能频谱高速端，并行（快速）转换器可提供大于100MHz转换率。这由将模拟电压分为2N-1份，经过对每一份来提供内部电压参考来完成。由一串其输出产生二进制输出量高速比较器将模拟信号立刻与全部参考电压相比较。因为这种A/D所要求部件数目和质量原因，设备更常为8位或小于8位。快速转换器经常是很贵。9/18P3U2AInterfacestoExternalSignalsandDevices第三部分第二单元课文A外部信号与设备接口采样保持电路 模拟转换系统中A/D转换器前面常有一个采样保持电路。在逐次迫近转换器中尤其需要一个恒定输入，因为在转换过程中，输入量要与参考量比较几次。多路器 图3-2A-5所表示多路器概念上更象旋转开关，它能在处理器控制下旋转“寻址”任何一个输入通道。对有N个通道多路器，每个通道都有效。机械开关和固态设备都能组成多路器。多路转换可用不一样方法，比如“单端”和“差分”连接来实现。当是参考地信号，单端连接很有用。当你对两电压比如应变仪两桥臂电压差值感兴趣时，差分多路器会很有用。10/18P3U2BTheApplicationsofComputers第三部分第二单元课文B计算机应用5.参考译文B计算机应用在发达国家，计算机使用几乎遍布备行各业。这里列举计算机应用一些例子：1.科学计算。最早计算机就是为作科学计算而创造出来，计算包括复杂高难数学或消耗时间、令人厌烦、重复性数值计算。比如，计算炮弹轨迹要求在几秒钟内解一组微分方程，设计一座大坝包括解包含数百个变量联立代数方程组可能要花费数学家几年时间，但计算机程序能够在几小时内完成此计算。11/18P3U2BTheApplicationsofComputers第三部分第二单元课文B计算机应用2.数据处理。计算机已被广泛地用于数据处理，比如，会计，统计，人口调查。包括计算非常简单——加，减，乘和除，但数据量极大，超出人类能力和耐心程度。数据库产品如Lotus-1，2，3给使用者提供正式数据结构，用来对数据作分类，归类，贮存，选取，检索。安装了数据库软件，计算机就能处理数据，令使用者满意。3.自动控制。以前，只有那些有专门技能和知识人才能够做事，比如，控制生产过程，操纵机器，检验产品质量，管理生产计划，管理库存，等等，现在都可由计算机来接管，全都实现自动化，效率和精度都高。NC(数字控制)系统，PID控制系统，伺服控制系统，群控控制系统，最优控制和自适应控制系统中，计算机作为中央控制单元把自动控制过程包括一切计算都接管过去，而且为系统中全部其它工作单元要求时刻表。CIMS(计算机集成制造系统)不但包含生产控制系统，还有生产计划和管理系统，意在把工厂自动化(FA)与办公室自动化(OA)结合起来，组成全家企业计算机网络。12/18P3U2BTheApplicationsofComputers第三部分第二单元课文B计算机应用HIMS(人类一体化制造系统)是高水平计算机控制一个形式。经过使用高性能计算机和特定软件，虚拟现实技术被用来为人类操作员创造虚拟空间。4.计算机仿真。计算机仿真是广泛地用于科研和工程设计强有力分析工具，表现出无与伦比优点。有了计算机仿真，科学家和工程师们在观察未知现象，分析复杂过程，设计机器或建筑物时就不需建造真实硬件模型了。当被研究对象很昂贵，或者不可能把它建造成模型时，那么，计算机仿真就尤其主要了。实际上，计算机仿真是建立在反应被研究或被考查对象实质数学模型基础之上。数学模型包含一系列用数学思维和方法描述该对象内在过程方程式。每一计算机仿真程序都包含从这些方程式推导出来算法。已开发出许多计算机仿真系统，已证实它们在成本--效果上是合算。因为采取了计算机仿真程序，工程师们每次输入不一样方案和参数到他们计算机模型中即可完成重复性设计过程而无须建造许多、不一样真实模型。13/18P3U2BTheApplicationsofComputers第三部分第二单元课文B计算机应用5.机器人学。在机器人中控制器大多数是计算机---从微型计算机到小型计算机。NC(数值控制)和SC(伺服控制)用得很广泛。它们可重复编程以产生机器人依据该程序将要采取运动和行动所需指令序列。举例来说，控制器把一系列脉冲发送到机器人臂一个关节内步进电机，正如那程序所要求那样使它旋转一角度。当全部关节都以这种方式驱动时，机器人臂将伸到预期位置，含有预期姿态，装在臂端终端执行机构就按照控制器指示做它工作。运动精度决定于控制器本身。6.CAD和CAM。CAD(计算机辅助设计)是一个软件，能帮助工程师们设计新产品、建筑物、印刷电路板、土木工程如桥梁、机场，把他们从令人厌烦、劳累和消耗时间工作中解放出来，如画图(草图和工程图)。当工程师们从事设计时，他们经常参阅各种手册，其中列出了相关结构、零件、材料和辅助材料细节，供设计者为他们设计而选择。CAD产品把全部这些手册内容归入到软件产品库中，为工程师们提供信息，如产品名称、尺寸、功效、性能、规格、形状、颜色、制造厂家、机器、零伴、组件、工具、材料等等和价格，都是工程设计所必需。14/18P3U2BTheApplicationsofComputers第三部分第二单元课文B计算机应用CAM(计算机辅助制造)是帮助工程师们分析一个产品或一项工程并对制造或建造它提出提议软件。要按照软件要求输入表示它形状、大小、结构、装配、制造它所用原材料等数据、图、表等。然后，该软件就会给出相关它制造提议，比如，机器加工过程，要使用机床和设备，技术参数如完成限期，精度以及特殊处理等。7.管理。管理是一切银行、企业、商店、大学、研究机关在竞争中成功还是失败决定性原因之一。管理是综合性技术，包括该单位每首先——任务(产品、创造、创造、专利)、人员(管理人员、职员、技术人员、服务人员)，财政、不动产、设备，等等。计算机化管理是指在任何专业中提供管理伎俩软件，比如，对各种人员，会计，销售，仓库，税收，工资等管理。每一个软件都表达了该软件所包括专业最新理论和方法，而且相当轻易就能学会。越来越多管理软件出现了，取代了人管理。15/18P3U2BTheApplicationsofComputers第三部分第二单元课文B计算机应用8.计算机化通讯。在这一领域进步始于60年代初，那时问题是把偏僻地域计算机终端联入中央计算机。这一问题处理方法是以异步、低速线为基础，或者按星形拓朴结构组织用专线联络每一台终端机，或者以树形拓朴结构用多端线，联结多台终端机。到了60年代末，因为出现分布式资源共享网络，这一领域向前前进一大步。目标是把地理上分布各处计算机和用户互联起来，使联结到网络中全部用户都可共享在这些地点开发出来硬件和软件资源。这类网络最显著一个例子就是