,July 28, 2007,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices 第三部分第二單元課文A 外部信號與設備的接口,A 外部信號與設備的接口 1.課文內容簡介：主要介紹計算機控制技術中接口的概念和作用、并行輸入接口、并行輸出接口、數模轉換接口、模擬數字轉換接口等內容。 2.溫習計算機控制技術中有關A/D、D/A、PIO板卡的內容。 3. 生詞與短語,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices 第三部分第二單元課文A 外部信號與設備的接口,autonomous adj. 自治的 bus-compatible adj. 總線兼容的 temporal adj. 暫時的 handshaking n. 握手 direct memory access (DMA) 直接存儲器訪問 strobe v. 選通，發(fā)選通脈沖 poll v. 登記，通信，定時詢問 latch v. 抓住，占有；n. 寄存器 full-scall adj. 滿量程的 most-significant bit (MSB) 最高有效位,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices 第三部分第二單元課文A 外部信號與設備的接口,least-significant bit (LSB) 最低有效位 resolution n. 分辨率 slew rate 轉換速度 sample v. 采樣 successive approximation 逐次逼近 dual slop 雙積分 flash converter 閃速轉換器 sample-and-hold n. 采樣保持 spectrum n. （光）譜，領域，范圍 multiplexer n. 多路器（開關）,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices 第三部分第二單元課文A 外部信號與設備的接口,4. 難句翻譯 1 In this interface, there is a “tristate” buffer which when it is enabled will force the processor bus to have the same binary value as the external data lines. 在這種接口中，有一個三態(tài)緩沖器，它能迫使處理器總線與外部數據線有相同的二進制值。 2 Ui is then removed and a known negative constant reference voltage U is integrated which produces a ramp down. 然后去掉Ui，對一個已知的負常數參考電壓U積分以產生一個下降的斜坡。 5. 參考譯文,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices 第三部分第二單元課文A 外部信號與設備的接口,A 外部信號與設備的接口 概述 系統總線上的信號以非常有序的順序發(fā)生。每個信號以事件的特定順序來啟動并在一固定時間后或被另外時間的順序而終止。在僅有存儲器和微處理器的系統中，由微處理器直接啟動總線事件。 獨立的外部設備和無總線兼容的信號以及與系統總線信號無時態(tài)關系的信號都不能直接連到系統總線上。系統總線通信是通過輸入/輸出接口來完成的。輸入/輸出接口的主要作用是協調處理器與外部設備之間的數據傳輸，以及轉換為處理器可識別形式的數據。接口的其他作用可提供電隔離、噪聲抑制、臨時數據存儲或數據格式轉換。 有幾種類型的接口，例如并行輸入/輸出、數字模擬轉換、模擬數字轉換、實時時鐘、直接存儲器訪問，都是常用的。這里，我們僅限于討論并行I/O和A/D及D/A。,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices 第三部分第二單元課文A 外部信號與設備的接口,并行輸入接口 術語“輸入”和“輸出”通常指CPU和CPU的輸出。如圖3-2A-1所示的一個簡單接口的標準圖。輸入接口僅受處理器控制。無論何時處理器尋址輸入口，外部數據總線上的數據被允許放到處理器數據總線上，并且當CPU把數據放到總線上時，這一數據是可用的。 在這種接口中，有一個三態(tài)緩沖器，它能迫使處理器總線與外部數據線有相同的二進制值。當在不允許狀態(tài)時，緩沖器輸出進入高阻“第三態(tài)”，它能從總線上有效地移開數據線，允許其他數據利用系統總線。,圖3-2A-1 簡單的并行輸入接口,圖 3-2A-2 帶有寄存器的并行輸入接口,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices 第三部分第二單元課文A 外部信號與設備的接口,在某些情況下，同步交換信號的使用是必要的，如圖3-2A-2。當數據可用時，外設使可用數據線求反，且數據存在接口內。同時，在狀態(tài)寄存器中設定“準備好”標志以指示給CPU數據可使用。為了了解這一點，CPU必須連續(xù)查詢接口（讀狀態(tài)寄存器），最終鎖存數據。 輸入任務也可由DMA（直接存儲器尋址）I/O來實現。 并行輸出接口 輸入與輸出接口的一個區(qū)別是輸出接口必須有個數據寄存器，因為在CPU數據總線上，處理器數據僅在很短的時間內是一個常數。圖3-2A-3所示為一簡單接口形式，無論何時CPU發(fā)布接口數據寄存器的正確地址并完成一個“寫”操作，便可接收數據。鎖存后，數據可用于外部世界。,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices 第三部分第二單元課文A 外部信號與設備的接口,數模轉換接口 圖3-2A-4所示的數字模擬轉換器是用于產生一個模擬電壓和電流，在給定的“滿標度”范圍內，與二進制數字成比例。,圖3-2A-4 數模轉換器,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices 第三部分第二單元課文A 外部信號與設備的接口,模擬電壓的數字表示 直接二進制表示，任何一個數字值的輸出電壓可從下式得到： Vout = VFS(b72-1 + +b02-8) 對于偏移二進制，例如在-1和+1V電壓之間可獲得一個雙極型輸出。 雙補碼 表示極性輸出的另一種方法是用雙補碼數。如果最高有效位表示一個符號，那么最高正數為01111111，最高負數為10000000。 其他可能的表示是二進制碼十進制和加號大小。也有幾種可生產的可選跨接模擬電壓范圍。最常用的電壓為5/10，5/12或10/24V。 根據數字表示和可用的滿標度電壓，D/A轉換器的說明書應至少給出它的1.分辨率；2.轉換速率；3.穩(wěn)定時間；4.線性化；5.增益和偏移的溫度系數。,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices 第三部分第二單元課文A 外部信號與設備的接口,模擬數字轉換接口 圖3-2A-5為一個模擬信號采集系統。它的作用是在特定的瞬時時間，即采樣時間對N個模擬輸入信道其中之一的電壓產生一個數字表示。象在D/A轉換器中，希望的數字表示是一個設計參數，其可能根據不同的A/D接口而有所不同（二進制、偏移二進制、雙補碼）。,圖3-2A-5 模擬信號采集系統,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices 第三部分第二單元課文A 外部信號與設備的接口,A/D轉換器可分為模擬邊和數字邊。在數字邊，設計者必須考慮： 1集成電路技術； 2邏輯電平和三態(tài)能力； 3分辨率； 4轉換速度； 5CPU信息交換； 6外部控制。 在接口的模擬處，設計者必須關注： 輸入電壓范圍（產生最大、最小數字值的的模擬電壓的差值）； 各種不同的誤差源； 在A/D模擬部分產生的等效輸入噪聲。 就如同D/A轉換器，有一個可能出現的增益和偏移誤差及線性 誤差。這些誤差的溫度系數也很重要，它們對于總誤差的作用應 在溫度范圍內計算出來。,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices 第三部分第二單元課文A 外部信號與設備的接口,逐次逼近型A/D 應用在A/D轉換器結構上有很廣泛的技術。最普通的是逐次逼近型轉換器。它具有適度速度和適度分辨率的優(yōu)點。 它的作用：第一次將輸入電壓與設為滿量程A/D參考電壓一半的測試電壓相比較。利用標準的D/A轉換器來得到測試電壓。如果第一次比較后，輸入電壓大于滿量程的一半，那么設定最高有效輸出位。如果輸入電壓小于滿量程的一半，那么從測試電壓中刪掉滿量程電壓的一半，否則電壓保持同一值。 下一次，四分之一的滿量程參考電壓加到測試電壓上，將輸入電壓與測試電壓再一次比較，如果輸入電壓超過測試電壓，那么下一個最高有效位被設定，測試電壓，第二位設為0，四分之一滿量程參考電壓被刪除。 這一過程逐次以更小的加權二進制電壓重復，直到測試完最低有效位。,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices 第三部分第二單元課文A 外部信號與設備的接口,雙積分A/D 雙積分A/D轉換器適于性能頻譜的高精度端。這種轉換器，在一確定的時間T內，一個未知正輸入電壓Ui作用在電子集成塊上，從0伏開始，產生一個斜比為UiT的正向增長輸出電壓。然后去掉Ui ，讓一個已知的頁常數參考電壓U積分以產生一個下降的斜坡。從參考電壓作用時間的UiT /U秒后，第二個斜坡通過零點，時間由高速計數器測量；由于T和U是常數，因此計數器保持的值正比于輸入電壓。例如，如果輸入電壓等于參考電壓U，兩個積分時間相等，計數器將設為達到最大值。這種類型的轉換器通常為線性的，轉換器可達到20位，但轉換時間相對長一些。 快速轉換器 在性能頻譜的高速端，并行（快速）轉換器可提供大于100MHz的轉換率。這由將模擬電壓分為2N-1份，通過對每一份來提供內部電壓參考來完成。由一串其輸出產生二進制輸出量的高速比較器將模擬信號立刻與所有參考電壓相比較。由于這種A/D所要求的部件的數目和質量的原因，設備更常為8位或小于8位的?？焖俎D換器常常是很貴的。,P3U2A Interfaces to External Signals and Devices 第三部分第二單元課文A 外部信號與設備的接口,采樣保持電路 模擬轉換系統中A/D轉換器前面常有一個采樣保持電路。在逐次逼近轉換器中特別需要一個恒定輸入，因為在轉換過程中，輸入量要與參考量比較幾次。 多路器 圖3-2A-5所示的多路器概念上更象旋轉開關，它能在處理器控制下旋轉“尋址”任何一個輸入通道。對有N個通道的多路器，每個通道都有效。機械開關和固態(tài)設備都能構成多路器。多路轉換可用不同方法，例如“單端的”和“差分”連接來實現。當是參考地的信號，單端連接很有用。當你對兩電壓例如應變儀兩橋臂電壓的差值感興趣時，差分多路器會很有用的。,P3U2B The Applications of Computers 第三部分第二單元課文B 計算機的應用,B 計算機的應用 1.課文內容簡介：這是一篇介紹計算機應用的綜述性文章。文章從科學計算、數據處理、自動控制等九個方面闡述了使用計算機的優(yōu)越性，通過本篇文章的學習，可使學生從更廣泛的層面上理解在現代社會中使用計算機的重要性。 2.查閱計算機控制系統研發(fā)、應用方面的文章。 3. 生詞與短語,P3U2B The Applications of Computers 第三部分第二單元課文B 計算機的應用,artillery shell 炮彈 census n. 人口統計 overwhelming adj. 壓倒一切的 retrieve v. 檢索 inventory n. 倉庫管理 servo control system 伺服控制系統 group control system 群控系統 virtual reality 虛擬現實 computer simulation 計算機仿真 prototype n. 原型（機）,P3U2B The Applications of Computers 第三部分第二單元課文B 計算機的應用,cost-effective adj. 性能價格比（高）的 iterative adj. 重復的，反復的 interactive adj. 交互式的 step motor n. 步進電動機 end effector 終端執(zhí)行機構 embark v. 從事，著手 auxiliary material 輔助材料 specification n. （復）規(guī)格 machine tool 機床 fabrication n. 構成，組成，制作 allowance for finish 加工余量,P3U2B The Applications of Computers 第三部分第二單元課文B 計算機的應用,comprehensive adj. 綜合（性）的 real estate 不動產 asynchronous adj. 異步的 topology n. 拓樸結構 transponder n. 發(fā)射機應答器 terminal n. 終端（機） stereotyped adj. 僵化的 AI 人工智能 comprehensive adj. 綜合（性）的 real estate 不動產 asynchronous adj. 異步的 topology n. 拓樸結構 transponder n. 發(fā)射機應答器 terminal n. 終端（機） stereotyped adj. 僵化的,P3U2B The Applications of Computers 第三部分第二單元課文B 計算機的應用,4. 難句翻譯 1 Computer simulation as a powerful analytic tool widely used in scientific research and engineering design demonstrates unrivalled advantages. 作為一種廣泛應用于科學研究和工程設計的有力分析工具，計算機仿真顯示出無與倫比的優(yōu)點。 2 Data, diagrams, tables, etc. showing its shape, dimension, structure, fabrication and the material it is made from are input as the software requires. 表示產品形狀、尺寸、結構、組成和制造材料的數據、圖形和表格等將按軟件的需求輸入。 3 The solution to that problem was then based on asynchronous low-speed lines organized in either a star topology with a line dedicated to each terminal, or a tree topology with multidrop lines.,P3U2B The Applications of Computers 第三部分第二單元課文B 計算機的應用,此問題的解決基于異步低速的傳輸線，其結構可以是每臺終端單配一線的星狀拓撲結構，也可以是多分支線的樹狀拓撲結構。 solution、answer、key、guide等詞在表示所屬關系時用介詞to而不用of。 5. 參考譯文 B 計算機的應用 在發(fā)達國家，計算機的使用幾乎遍及備行各業(yè)。這里列舉計算機應用的一些例子： 1.科學計算。最早的計算機就是為作科學計算而創(chuàng)造出來的，計算涉及復雜的高難的數學或消耗時間的、令人厭煩的、重復性的數值計算。例如，計算炮彈的軌跡要求在幾秒鐘內解一組微分方程，設計一座大壩涉及解包含數百個變量的聯立代數方程組可能要耗費數學家?guī)啄甑臅r間，但計算機程序可以在幾小時內完成此計算。,P3U2B The Applications of Computers 第三部分第二單元課文B 計算機的應用,2.數據處理。計算機已被廣泛地用于數據處理，例如，會計，統計，人口調查。涉及的計算非常簡單加，減，乘和除，但數據量極大，超出人類的能力和耐心的限度。數據庫產品如Lotus-1，2，3給使用者提供正式的數據結構，用來對數據作分類，歸類，貯存，選取，檢索。安裝了數據庫軟件，計算機就能處理數據，令使用者滿意。 3.自動控制。以前，只有那些有專門技能和知識的人才可以做的事，例如，控制生產過程，操縱機器，檢驗產品質量，管理生產計劃，管理庫存，等等，現在都可由計算機來接管，全都實現自動化，效率和精度都高。NC(數字控制)系統，PID控制系統，伺服控制系統，群控控制系統，最優(yōu)控制和自適應控制系統中，計算機作為中央控制單元把自動控制過程涉及的一切計算都接管過去，而且為系統中的所有的其他工作單元規(guī)定時刻表。CIMS(計算機集成制造系統)不僅包含生產控制系統，還有生產計劃和管理系統，旨在把工廠自動化(FA)與辦公室自動化(OA)結合起來，構成全家公司的計算機網絡。,P3U2B The Applications of Computers 第三部分第二單元課文B 計算機的應用,HIMS(人類一體化制造系統)是高水平計算機控制的一種形式。通過使用高性能的計算機和特定的軟件，虛擬現實技術被用來為人類操作員創(chuàng)造虛擬的空間。 4.計算機仿真。計算機仿真是廣泛地用于科研和工程設計的強有力的分析工具，表現出無與倫比的優(yōu)點。有了計算機仿真，科學家和工程師們在觀察未知現象，分析復雜過程，設計機器或建筑物時就不需建造真實的硬件模型了。當被研究對象很昂貴，或者不可能把它建造成模型時，那么，計算機仿真就特別重要了。 事實上，計算機仿真是建立在反映被研究或被考察對象的實質的數學模型的基礎之上的。數學模型包含一系列用數學的思維和方法描述該對象的內在過程的方程式。每一計算機仿真程序都包括從這些方程式推導出來的算法。 已開發(fā)出許多計算機仿真系統，已證明它們在成本-效果上是合算的。因為采用了計算機仿真程序，工程師們每次輸入不同的方案和參數到他們的計算機模型中即可完成重復性的設計過程而不必建造許多的、不同的真實模型。,P3U2B The Applications of Computers 第三部分第二單元課文B 計算機的應用,5.機器人學。在機器人中的控制器大多數是計算機-從微型計算機到小型計算機。NC(數值控制)和SC(伺服控制)用得很廣泛。它們可重復編程以產生機器人根據該程序將要采取的運動和行動所需的指令序列。舉例來說，控制器把一系列脈沖發(fā)送到機器人臂的一個關節(jié)內的步進電機，正如那程序所要求的那樣使它旋轉一角度。當所有的關節(jié)都以這種方式驅動時，機器人臂將伸到預期的位置，具有預期的姿態(tài)，裝在臂端的終端執(zhí)行機構就按照控制器的指示做它的工作。運動的精度決定于控制器本身。 6.CAD和CAM。CAD(計算機輔助設計)是一種軟件，能幫助工程師們設計新產品、建筑物、印刷電路板、土木工程如橋梁、機場，把他們從令人厭煩的、勞累的和消耗時間的工作中解放出來，如畫圖(草圖和工程圖)。當工程師們從事設計時，他們常常參閱各種手冊，其中列出了有關結構、零件、材料和輔助材料的細節(jié)，供設計者為他們的設計而選擇。CAD產品把所有這些手冊的內容歸入到軟件產品的庫中，為工程師們提供信息，如產品名稱、尺寸、功能、性能、規(guī)格、形狀、顏色、制造廠家、機器、零伴、組件、工具、材料等等和價格，都是工程設計所必需的。,P3U2B The Applications of Computers 第三部分第二單元課文B 計算機的應用,CAM(計算機輔助制造)是幫助工程師們分析一種產品或一項工程并對制造或建造它提出建議的軟件。要按照軟件的要求輸入表示它的形狀、大小、結構、裝配、制造它所用的原材料等的數據、圖、表等。然后，該軟件就會給出有關它的制造的建議，例如，機器加工過程，要使用的機床和設備，技術參數如完成限期，精度以及特殊的處理等。 7.管理。管理是一切銀行、公司、商店、大學、研究機關在競爭中成功還是失敗的決定性因素之一。管理是綜合性技術，涉及該單位的每一方面任務(產品、發(fā)明、創(chuàng)造、專利)、人員(管理人員、職員、技術人員、服務人員)，財政、不動產、設備，等等。計算機化的管理是指在任何專業(yè)中提供管理手段的軟件，例如，對各種人員，會計，銷售，倉庫，稅收，工資等的管理。每一種軟件都體現了該軟件所涉及的專業(yè)的最新理論和方法，而且相當容易就能學會。越來越多的管理軟件出現了，取代了人的管理。,P3U2B The Applications of Computers 第三部分第二單元課文B 計算機的應用,8.計算機化的通訊。在這一領域的進步始于60年代初，那時的問題是把偏僻地區(qū)的計算機終端聯入中央計算機。這一問題的解決辦法是以異步的、低速的線為基礎，或者按星形拓樸結構組織用專線聯絡每一臺終端機，或者以樹形拓樸結構用多端線，聯結多臺終端機。到了60年代末，由于出現分布式資源共享網絡，這一領域向前邁進一大步。目的是把地理上分布各處的計算機和用戶互聯起來，使聯結到網絡中的全部用戶都可共享在這些地