的基础上增加一个36引脚的射扩展插座，形城了AT总线。这种结构也称为ISA(Industry Standard Architecture)工业标准结构 PCT总线的IBM兼容计算机由于价格低廉，使用灵活，软件资源非常丰富，因而用户众 多，在国内更是主要流行机种之一。一些公司研制了与PCT总线兼容的诸如数据采集、数字量、 模拟量IVO等模板，在实验室或一些过程闭环控制系统中使用。但是未经改进的PCT总线微机， 其设计组装形式不适于在恶劣工业环境下长期运行。比如，PCAT总线模板的尺寸不统一、没有 严格规定的模板导轨和其他固定措施，抗振动能力差：大底板结构功耗大，没有强有力的散热措 施，不利于长期涟续运行：0扩充槽少(5一8个)，不能满足许多工业现场的需要。 为克服上述缺点，使PCAT总线微机适用于工业现场控制，近几年来许多公司推出了PCAT 总线工业控制机，一般对原有微机作了以下几方面的改进： (1)机械结构加固，使微机的抗振性好。 (2)采用标准模板结构。改进整机结构，用CPU模板取代原有的大底板，使硬件构成积木 化，便于维修更换，也便于用户组织硬件系统。 (3)加上带过滤器的强力通风系统，加强散热，增加系统抵抗粉尘的能力 (4)采用电子软盘取代普通的软磁盘，使之能适于在恶劣的工业环境下工作。 (5)根据工业控制的特点，常采用实时多任务操作系统。 采用PC总线工业控制机有许多优点，尤其是支持软件特别丰富，各种软件包不计其数，这可 大大减少软件开发的工作量，而且PC机联网方便，容易构成多微机控制与管理一体化的综合系 统、分级计算机控制系统和集散控制系统。 表5-1给出了三种常用工业控制计算机的性能比较关系 表5-1三种常用工业控制计算机的性能比技 过算机机型 PC计算机 单片微型计算机 可编程序挖制器总线工控机 比较项目 (PLC) 控制系统的设 般不用作工业控 自行设计（非标准 标准化接口配置相 标准化接口配置相 制（标准化设计） 化) 关接口模板 关接口模板 系统功能 指、图螺、文子处 简单的逻辑控制和 逻粗控制为主，也可 逻辑控制和模拟量 模拟量控制 配置模拟量模板 控制功能 硬件设计 无颈设计（标准化整 复杂 简单 简单 机，可扩展) 程序语言 老种语言 汇编语言 梯形图 多种语言 软件开发 复杂 复 简单 较复杂 运行速度 快 较慢 很快 带负载能力 强 抗干扰能力 差 差 强 强 成本 较高 很低 狠高 适用场合 实验室环境的信号 家用电气，智能 逻辑控制为主的 较大规模的工业现 采集及控制 器、单机简单控制 业现场控制 场控制 6
16 的基础上增加一个36 引脚的扩展插座，形成了 AT总线。这种结构也称为 ISA（Industry Standard Architecture）工业标准结构。 PC/AT 总线的 IBM 兼容计算机由于价格低廉，使用灵活，软件资源非常丰富，因而用户众 多，在国内更是主要流行机种之一。一些公司研制了与PC/AT 总线兼容的诸如数据采集、数字量、 模拟量I/O等模板，在实验室或一些过程闭环控制系统中使用。但是未经改进的PC/AT 总线微机， 其设计组装形式不适于在恶劣工业环境下长期运行。比如，PC/AT 总线模板的尺寸不统一、没有 严格规定的模板导轨和其他固定措施，抗振动能力差；大底板结构功耗大，没有强有力的散热措 施，不利于长期连续运行；I/O 扩充槽少（5～8 个），不能满足许多工业现场的需要。 为克服上述缺点，使PC/AT 总线微机适用于工业现场控制，近几年来许多公司推出了PC/AT 总线工业控制机，一般对原有微机作了以下几方面的改进： （1）机械结构加固，使微机的抗振性好。 （2）采用标准模板结构。改进整机结构，用 CPU 模板取代原有的大底板，使硬件构成积木 化，便于维修更换，也便于用户组织硬件系统。 （3）加上带过滤器的强力通风系统，加强散热，增加系统抵抗粉尘的能力。 （4）采用电子软盘取代普通的软磁盘，使之能适于在恶劣的工业环境下工作。 （5）根据工业控制的特点，常采用实时多任务操作系统。 采用PC 总线工业控制机有许多优点，尤其是支持软件特别丰富，各种软件包不计其数，这可 大大减少软件开发的工作量，而且 PC 机联网方便，容易构成多微机控制与管理一体化的综合系 统、分级计算机控制系统和集散控制系统。 表 5-1 给出了三种常用工业控制计算机的性能比较关系。 表 5-1 三种常用工业控制计算机的性能比较 计算机机型 比较项目 PC 计算机 单片微型计算机 可 编 程 序 控 制 器 （PLC） 总线工控机 控制系统的设计 一般不用作工业控 制（标准化设计） 自行设计（非标准 化） 标准化接口配置相 关接口模板 标准化接口配置相 关接口模板 系统功能 数据、图象、文字处 理 简单的逻辑控制和 模拟量控制 逻辑控制为主，也可 配置模拟量模板 逻辑控制和模拟量 控制功能 硬件设计 无须设计（标准化整 机，可扩展） 复杂 简单 简单 程序语言 多种语言 汇编语言 梯形图 多种语言 软件开发 复杂 复杂 简单 较复杂 运行速度 快 较慢 慢 很快 带负载能力 差 差 强 强 抗干扰能力 差 差 强 强 成本 较高 很低 较高 很高 适用场合 实验室环境的信号 采集及控制 家用电气、智能仪 器、单机简单控制 逻辑控制为主的工 业现场控制 较大规模的工业现 场控制
第三节计算机接口技术 计算机控制系统的硬件，除主机外，通常还包括两类外围设备，一类是常规外围设备，如键 盘、CT显示器、打印机、磁盘机等：另一类是被控设各和检测仪表、显示装置、操作台等。由 于计算机存储器的功能单一（保存信息）、品种有限(ROM、RAM)、存取速度与CPU的工作速 度基本匹配，因此，存储器可以直接连接到CPU总线上。而外围设备种类繁多，有机械式、机电 式和电子式：有的作为输入设备、有的作为输出设备：工作速度不一，外围设各的工作速度通常 比CPU的速度低得多，且不同外围设备的工作速度往往又差别很大：信息类型和传送方式不同 有的使用数字量，有的使用模拟量，有的要求并行传送信息，有的要求串行传送信息。因此，仅 靠CPU及其总线是无法承担上述工作的，必须增加O接口电路和VO通道才能完成外围设备与 CPU的总线相连。O接口是计算机控制系统不可缺少的组成部分。 一、接口、通道及其功能 1、O接口电路 VO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若桥梁和纽带作用。接口电路主要作用如下： (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 主机的CPU是高速处理器件，比如80861的主频为10MH2,1个时钟周期仅为10Os, 个最基本的总线周期为4OOs。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IO接 口电路，满足两个不同速度系统的异步通信联络。 0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、状态寄有 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CU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 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 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】所能接收的并行格式，也要将CU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 功能在CPU控制下主要由相应的接口芯片米完成。 (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 总线的负截能力的问题：一是外用投名瑞口的洗择问题。因为时多的信县线直接接到©U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。PU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，无法风分 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
17 第三节 计算机接口技术 计算机控制系统的硬件，除主机外，通常还包括两类外围设备，一类是常规外围设备，如键 盘、CRT 显示器、打印机、磁盘机等；另一类是被控设备和检测仪表、显示装置、操作台等。由 于计算机存储器的功能单一（保存信息）、品种有限（ROM、RAM）、存取速度与 CPU的工作速 度基本匹配，因此，存储器可以直接连接到 CPU总线上。而外围设备种类繁多，有机械式、机电 式和电子式；有的作为输入设备、有的作为输出设备；工作速度不一，外围设备的工作速度通常 比 CPU的速度低得多，且不同外围设备的工作速度往往又差别很大；信息类型和传送方式不同， 有的使用数字量，有的使用模拟量，有的要求并行传送信息，有的要求串行传送信息。因此，仅 靠 CPU及其总线是无法承担上述工作的，必须增加 I/O接口电路和 I/O通道才能完成外围设备与 CPU 的总线相连。I/O 接口是计算机控制系统不可缺少的组成部分。 一、接口、通道及其功能 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： （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 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 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。 （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， 这就是外用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。 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。 2、1/0通道 LO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涟续变化的物理量，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V0接口电路外，还需要V0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出军被控制对象，这就是1 通道所要完成的功能 应当指出，/O接口和/O通道都是为实现主机和外围设备（包括被控对象）之间信总交换 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 口和通道紧窑相连，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AD转换器 芯片，除了完成AD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AD转换器也就同时起到了输入接口的作用，有的书中把AD转换器也 统称为接口电路。大多数集成电路D八转换器也一样，都可以直接挂到系统总线上，同时起到输 出接口和DA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 二、10信号的种类 在微机控制系统或微机系统中，主机和外围设备间所交换的信息通常分为数据信息、状态信 息和控制信息二类 1、数据信息 数据信息是主机和外围设备交换的基本信息，通常是8位或16位的数据，它可以用并行格 式传送，也可以用串行格式传送。数据信息又可以分为数字量、模拟量、开关量和脉冲量。 (1)数字量数字量是指由健盘、磁盘机、拨码开关、编码器等输入的信息，或者是主材 送给打印机、磁盘机、显示器、被控对象等的输出信息。它们是二进制码的数据或是以ASCI码 表示的数据或字符（通常为8位的）。 (2)模拟量来自现场的温度、压力、流量、速度、位移等物理量也 一类数据信息。 般通过传感器将这些物理量转换成电压或电流，电压和电流仍然是连续变化的模拟量，要经过AD 转换变成数字量，最后送入计算机。反之，从计算机送出的影字量要经过D/A转换，变成模拟量， 最后控制执行机构。所以模拟量代表的数据信息都必须经过变换才能实现交换 (3)开关量开关量表示两个状态，如开关的闭合和断开、电动机的启动和停止、阀门的 打开和关闭等。这样的量只要用一位二进制数就可以表示。 (4)脉冲量它是一个一个传送的脉冲列。脉冲的频率和脉冲的个数可以表示某种物理量 18
18 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。 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。 2、I/O 通道 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。 二、I/O信号的种类 在微机控制系统或微机系统中，主机和外围设备间所交换的信息通常分为数据信息、状态信 息和控制信息三类。 1、数据信息 数据信息是主机和外围设备交换的基本信息，通常是 8 位或 16 位的数据，它可以用并行格 式传送，也可以用串行格式传送。数据信息又可以分为数字量、模拟量、开关量和脉冲量。 （1）数字量 数字量是指由键盘、磁盘机、拨码开关、编码器等输入的信息，或者是主机 送给打印机、磁盘机、显示器、被控对象等的输出信息。它们是二进制码的数据或是以 ASCII 码 表示的数据或字符（通常为 8 位的）。 （2）模拟量 来自现场的温度、压力、流量、速度、位移等物理量也是一类数据信息。一 般通过传感器将这些物理量转换成电压或电流，电压和电流仍然是连续变化的模拟量，要经过 A/D 转换变成数字量，最后送入计算机。反之，从计算机送出的数字量要经过 D/A转换，变成模拟量， 最后控制执行机构。所以模拟量代表的数据信息都必须经过变换才能实现交换。 （3）开关量 开关量表示两个状态，如开关的闭合和断开、电动机的启动和停止、阀门的 打开和关闭等。这样的量只要用一位二进制数就可以表示。 （4）脉冲量 它是一个一个传送的脉冲列。脉冲的频率和脉冲的个数可以表示某种物理量
如检测装在电机轴上的脉冲信号发生器发出的脉冲，可以获得电机的转速和角位移数据信息。 2、状态信 状态信息是外围设备通过接口向CPU提供的反映外围设备所处的工作状态的信息。它作为两 者交换信息的联络信号。输入时，CPU读取准备好(READY)状态信息，检查待输入的数据是 否准备就绪，若准备就绪则读入数据，未准备就绪就等待。输出时，CPU读取忙(BUSY)信号 状态信息，检查输出设备是否己处空闲状态，若为闲状态则可向外围设备发送新的数据，否则等 待。 3、控制信 控制信息是CPU通过接口传送给外围设备的。控制信总随外围设备的不同而不同，有的控 制外围设备的启动、停止：有的控制数据流向，控制输入还是输出：有的作为端口寻址信号等。 三、计算机和外部的通信方式 计算机和外部交换信息又称为通信(Communication)。按数据传送方式分为并行通信和串行 通信两种基本方式。 1、并行通信 并行通信就是把传送数据的n位数用条传输线同时传送。其优点是传送速度快、信息率高。 并且，通常只要提供二条控制和状态线，就能完成CPU和接口及设备之间的协调、应答，实现异 步传输。它是计算机系统和计算机控制系统中常常采用的通信方式。但是并行通信所需的传输线 (通常为电缆线)多，增加了成本，接线也较麻烦，因此在长距离、多数位数据的传送中较少采 用。 为适应并行通信的需要，目前已设计出许多种并行接口电路芯片。如乙一8)系列的P列O, M6800系列的PIA、Intel系列的8255A等，都是可编程的并行VO接口芯片，其中的各个端口既 可以设定为输入口，又可以设定为输出口，具有必要的联络、控制信号端，在微机控制系统中选 用这些接口芯片构成并行通信通路十分方便。 2、串行通信 串行通信是数据按位进行传送的。在传输过程中，每一位数据都占据一个固定的时间长度， “位一位的串行传送和接收。串行通信又分为全双工方式和半双工方式、同步方式和异步方式 (1)全双工方式CPU通过串行接口和外围设备相接。串行接口和外围设备间除公共地线 外，有二根数据传输线，串行接口可以同时输入和输出数据，计算机可同时发送和接收数据，这 种串行传送方式就称为全双工方式，信总传输效率较高。 (2)半双工方式CU也通过串行接口和外围设备相接。但是串行接口和外围设备间除公 共地线外：只有一根数据传输线，某一时刻数据只能一个方向传送，这称半双工方式，信息传输 效率低些。但是对于像打印机这样单方向传输的外围设备，只用此半双工方式就能满足要求了 不必采用全双工方式，可省一根输线。 (3)同步通信采用同步通信时，将许多字符组成一个信息组，通常称为信息帧。在每顿 信息的开始加上同步字符，接字符一个接一个地传输（在没有信息要传输时，要填上空字符。 同步传输不允许有间隙)。接收端在接收到规定的同步字符后，按约定的传输速率，接收对方发来 的一串信息。相对于异步通信来说，同步通信的传输速度略高些。 (4)异步通信 标准的异步通信格式如图5-17所示。由图可见，每个字符在传输时，由 个“1跳变到“0”的起始位开始。其后是5到8个信息位（也称字符位），信息位由低到高排列， 即第一位为字符的最低位，最后一位为字符的最高位。其后是可选择的奇偶校验位，最后为“1” 的停止位，停止位为1位、1位半或2位。如果传输完一个字符后立即传输下一个字符，那么后
19 如检测装在电机轴上的脉冲信号发生器发出的脉冲，可以获得电机的转速和角位移数据信息。 2、状态信息 状态信息是外围设备通过接口向 CPU 提供的反映外围设备所处的工作状态的信息。它作为两 者交换信息的联络信号。输入时，CPU 读取准备好（READY）状态信息，检查待输入的数据是 否准备就绪，若准备就绪则读入数据，未准备就绪就等待。输出时，CPU 读取忙（BUSY）信号 状态信息，检查输出设备是否已处空闲状态，若为闲状态则可向外围设备发送新的数据，否则等 待。 3、控制信息 控制信息是 CPU 通过接口传送给外围设备的。控制信息随外围设备的不同而不同，有的控 制外围设备的启动、停止；有的控制数据流向，控制输入还是输出；有的作为端口寻址信号等。 三、计算机和外部的通信方式 计算机和外部交换信息又称为通信（Communication）。按数据传送方式分为并行通信和串行 通信两种基本方式。 1、并行通信 并行通信就是把传送数据的 n位数用 n条传输线同时传送。其优点是传送速度快、信息率高。 并且，通常只要提供二条控制和状态线，就能完成 CPU和接口及设备之间的协调、应答，实现异 步传输。它是计算机系统和计算机控制系统中常常采用的通信方式。但是并行通信所需的传输线 （通常为电缆线）多，增加了成本，接线也较麻烦，因此在长距离、多数位数据的传送中较少采 用。 为适应并行通信的需要，目前已设计出许多种并行接口电路芯片。如 Z—80 系列的 PIO、 M6800系列的PIA、Intel系列的 8255A等，都是可编程的并行I/O 接口芯片，其中的各个端口既 可以设定为输入口，又可以设定为输出口，具有必要的联络、控制信号端，在微机控制系统中选 用这些接口芯片构成并行通信通路十分方便。 2、串行通信 串行通信是数据按位进行传送的。在传输过程中，每一位数据都占据一个固定的时间长度， 一位一位的串行传送和接收。串行通信又分为全双工方式和半双工方式、同步方式和异步方式。 （1）全双工方式 CPU 通过串行接口和外围设备相接。串行接口和外围设备间除公共地线 外，有二根数据传输线，串行接口可以同时输入和输出数据，计算机可同时发送和接收数据，这 种串行传送方式就称为全双工方式，信息传输效率较高。 （2）半双工方式 CPU 也通过串行接口和外围设备相接。但是串行接口和外围设备间除公 共地线外；只有一根数据传输线，某一时刻数据只能一个方向传送，这称半双工方式，信息传输 效率低些。但是对于像打印机这样单方向传输的外围设备，只用此半双工方式就能满足要求了， 不必采用全双工方式，可省一根传输线。 （3）同步通信 采用同步通信时，将许多字符组成一个信息组，通常称为信息帧。在每帧 信息的开始加上同步字符，接着字符一个接一个地传输（在没有信息要传输时，要填上空字符， 同步传输不允许有间隙）。接收端在接收到规定的同步字符后，按约定的传输速率，接收对方发来 的一串信息。相对于异步通信来说，同步通信的传输速度略高些。 （4）异步通信 标准的异步通信格式如图 5-17 所示。由图可见，每个字符在传输时，由一 个“1跳变到“0”的起始位开始。其后是 5到 8 个信息位（也称字符位），信息位由低到高排列， 即第一位为字符的最低位，最后一位为字符的最高位。其后是可选择的奇偶校验位，最后为“1” 的停止位，停止位为 l 位、1 位半或 2 位。如果传输完一个字符后立即传输下一个字符，那么后