主機及其接口

1、沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 1 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用主要內(nèi)容主要內(nèi)容1. 1. 主機電路主機電路2. 2. 測控接口及程序測控接口及程序3. 3. 人機接口及程序人機接口及程序4. 4. 通訊接口通訊接口第三章 主機及其接口沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 2 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用3.1 3.1 主機電路主機電路 一般將CPU、與其相連的存儲器、接口電路統(tǒng)稱為主機電路。 微機測控系統(tǒng)的主機有PC機與單片機兩種。 一、基于PC機的主機電路 基于PC機的測控系統(tǒng)分為：內(nèi)插式、外接式、組合式三種。 1. 內(nèi)插式 將輸入或輸出接口電路制成插板形式，直接插入PC機主機箱里的擴展槽內(nèi)。 圖3-1-1

2、。通過計算機的系統(tǒng)總線與CPU 交換信息。來自測量電路的測量信號 通過插板與計算機打交道，主機與控制電路系統(tǒng)之間也是通過插板進行聯(lián)系。 PC機擴展槽的總線形式：ISA總線、VESA總線、PCI總線或AGP總線。 沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 3 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用 2. 外接式 將輸入接口與輸出接口據(jù)均裝在PC機機箱外一個獨立的專用電箱中，并通過外部總線（如RS-232C串行總線或IEEE-488并行總線）與PC機通訊和傳遞數(shù)據(jù)。（圖3-1-2）沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 4 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用 3. 3. 組合式組合式 內(nèi)插式與外接式結(jié)合。（內(nèi)插式與外接式結(jié)合。（圖圖3-1-3

3、3-1-3） 輸入與輸出接口裝在PC機外的獨立電箱中，同時在PC機的擴展槽內(nèi)也插有接口板。測量信號和控制信號通過外接電箱后，再經(jīng)過接口板與計算機交換數(shù)據(jù)。沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 5 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用二、基于單片機的主機電路 單片機指在一塊芯片上集成了計算機的基本部件（CPU、存儲器、I/O接口、計數(shù)器/定時器等），一塊芯片就構(gòu)成一臺計算機。 MCS-51單片機的結(jié)構(gòu)如下：內(nèi)部總線時鐘電路CPUINT0T1T0并行接口串行接口P0 P1 P2 P3TXD RXD中斷系統(tǒng)ROMRAM定時/計數(shù)器INT1沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 6 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用1. MCS-51單片機

4、的引腳單片機內(nèi)部ROM 只有4K 字節(jié)（8051 、8751 ) , RAM 只有128 個字節(jié)，8031片內(nèi)無ROM，須外接EPROM，這樣P0和P2口就不能作為I/O 端口。P3口往往用于控制功能，真正能用于I/O 的只有Pl口，不夠。常需外接存儲器和接口電路。 沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 7 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用2. 外接存儲器和外接I/O接口（1）外接存儲器 8031外接存儲器時，P2口輸出存儲器地址的高8位，PO口分時輸出地址的低8 位和傳送指令或數(shù)據(jù)。PO口先輸出低8位地址信號，在ALE有效時將它鎖存到外部地址鎖存器中，然后P0口作為數(shù)據(jù)總線使用。地址鎖存器通常采用74LS3

5、73。常用的RAM 有6116 (2Kx8 ）、6264 ( 8Kx8 ）、62128 ( 16Kx8 ）、62256 ( 32Kx8 ）等，常用的EPROM 有2732 ( 4Kx8 ）、2764 ( 8Kx8 ）、27128 ( 16Kx8 ）、27256 ( 32Kx8 ）、27512 ( 64Kx8 ）等。當PSEN 有效時，ROM 的指令字節(jié)通過P0讀入CPU , RAM 的讀寫則由RD、WR控制。RD 和WR 信號是由專門的外部RAM 訪問指令產(chǎn)生的，累加器A 與外部RAM 單元之間的數(shù)據(jù)傳送可由下列兩類指令序列實現(xiàn)： 讀：MOV DPTR , # addr16 ; 16 位地址一

6、DPTR MOVX A , DPTR ; DPTR 指出的RAM 單元內(nèi)容一A 寫 MOV A , # data ；要寫入RAM 的數(shù)一A MOVX DPTR ,A ; A 的內(nèi)容一DPTR 指出的RAM 單元 讀：MOV P2 , # addrH.8 ；高8 位地址一P2口 MOV Ri , # addrL.8 ；低8 位地址一Ri (i =0,1) MOVX A , Ri ；由P2口、Ri 指出的RAM 單元內(nèi)容一A 寫：MOV A , # data ；要寫入RAM 的數(shù)一A MOVX Ri , A ; A 的內(nèi)容一P2和Ri 指出的RAM 單元 沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 8 頁計算

7、機測控技術(shù)與應(yīng)用（2）外接I/O接口 I/O接口可采用帶鎖存的三態(tài)緩沖器74LS373 、8212 或8282 等，也可采用可編程I/O 接口芯片8155 、8255 等。8155 是8031 系統(tǒng)中最常用的一個外圍器件，它具有256 個字節(jié)的RAM 、二個8 位并行口、一個6 位并行口和一個14 位的計數(shù)器。（3）基于8031 的主機電路實例（圖3-1-6） 由8031 加接其它芯片構(gòu)成的一種主機電路如圖3-1-6所示。由圖可見，8031 擴展了1片2764 , 2 片6116 和1 片8155 。其中6116 也可用E2ROM 2816 （引腳和6116 相同）代換，以防止掉電時數(shù)據(jù)丟失。

8、 8155 的AD0一AD7 直接連至8031 的P0口，而CE和I0 / M 則分別與P2.7和P2.0相連。 沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 9 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 10 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用3.2 測控接口及程序 測控系統(tǒng)中的輸入輸出通道與微機的接口統(tǒng)稱為測控接口。主要包括A/D與微機接口、VFC與微機接口、D/A與微機接口、功率接口。 3.2.1 A/D與微機接口及程序 各種型號的A / D 轉(zhuǎn)換器芯片均設(shè)有數(shù)據(jù)輸出、啟動轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換結(jié)束和控制等引腳。A / D 轉(zhuǎn)換器注明能直接和CPU 配接，這是指A / D 轉(zhuǎn)換器的輸出線可直接接到CPU 的數(shù)據(jù)總

9、線上，說明該轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)據(jù)寄存器具有可控的三態(tài)輸出功能。轉(zhuǎn)換結(jié)束，CPU 可用輸入指令讀入數(shù)據(jù)。一般8 位A / D 轉(zhuǎn)換器均屬此類。而10 位以上的A / D 轉(zhuǎn)換器，為了能和8 位字長的CPU 直接配接，輸出數(shù)據(jù)寄存器增加了讀數(shù)控制邏輯電路，把10 位以上的數(shù)據(jù)分時讀出。對于內(nèi)部不包含讀數(shù)據(jù)控制邏輯電路的A / D 轉(zhuǎn)換器，在和8 位字長的CPU 相連接時，應(yīng)增設(shè)三態(tài)門對轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)進行鎖存，以便控制10 位以上的數(shù)據(jù)分二次進行讀取。 A / D 轉(zhuǎn)換器需外部控制啟動轉(zhuǎn)換信號方能進行轉(zhuǎn)換，這一啟動轉(zhuǎn)換信號可由CPU 提供。不同型號的A / D 轉(zhuǎn)換器，對啟動轉(zhuǎn)換信號的要求不同，有脈沖啟動和

10、電平控制啟動兩種。脈沖啟動轉(zhuǎn)換，只需給A / D 轉(zhuǎn)換器的啟動控制轉(zhuǎn)換的輸入引腳上，加一個脈沖信號，即啟動A / D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。例如，ADC0804 、ADC0809 、ADC1210 等。電平控制轉(zhuǎn)換的A / D 轉(zhuǎn)換器，當電平加到控制轉(zhuǎn)換輸入引腳上時，立即開始轉(zhuǎn)換。此電平應(yīng)保持在轉(zhuǎn)換的全過程中，否則將會中止轉(zhuǎn)換的進行。 A / D轉(zhuǎn)換結(jié)束后輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束標志電平，以通知主機讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。主機從A / D 轉(zhuǎn)換器讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的聯(lián)絡(luò)方式，有中斷、查詢、定時三種方式。沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 11 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用一、 ADC0809與8031的接口 1. 等待延時方式(圖3-2

11、-1) ADCO809的時鐘頻率范圍要求在10一1280 kHZ , 8031 單片機的ALE 腳的頻率是單片機時鐘頻率的1/6 。如果單片機時鐘頻率采用6MHZ ，則圖3 -2-1和圖3-2-2中的ADCO809 輸入時鐘頻率分別為500kHZ和1000kHZ ，均符合要求。當CLK=500kHZ時，ADCO809的轉(zhuǎn)換速度為128s，因此若采取等待延時方式，延時時間須大于128s，即發(fā)生啟動脈沖后至少延時100s才可讀取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 由于ADC0809具有輸出三態(tài)鎖存器，故其8位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連。地址譯碼引腳A、B、C分別與地址總線的低三位AO、A1、A2 相連，以選通

12、INO 一IN7中的一個通道。將P2.7（或P2.3）作為片選信號，在啟動A/D轉(zhuǎn)換時，由單片機的寫信號WR和P2.7（或P2.3）控制ADC 的地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動。由于ALE與START連在一起，因此ADC0809 在鎖存通道地址的同時也啟動轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時，用單片機的讀信號面RD 和P2.7（或P2.3）引腳經(jīng)一級或非門后產(chǎn)生的正脈沖作為OE信號，用以打開三態(tài)輸出鎖存器。沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 12 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 13 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用 采用圖3-2-1，分別對8路模擬信號輪流采樣一次，并依次將A/D結(jié)果存到指定的數(shù)據(jù)區(qū)。程序如下

13、： MAIN: MOV R1, #data ；設(shè)置數(shù)據(jù)區(qū)首地址 MOV DPTR, #7FF8H ；P2.7=0,且指向通道0 MOV R7,#08H ；置通道數(shù) LOOP: MOVX DPTR,A ；啟動A/D轉(zhuǎn)換 MOV R6,#0AH ；軟件延時 DLAY: NOP NOP NOP DJNZ R6,DLAY MOVX A,DPTR ；讀轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV R1,A ；存儲數(shù)據(jù) INC DPTR ；指向下一通道 INC R1 ；修改數(shù)據(jù)區(qū)指針 DJNZ R7,LOOP ；8個通道全采樣完了嗎？ 沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 14 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用2.中斷方式 設(shè)某測控系統(tǒng)，采用圖3-

14、2-2的電路和中斷方式巡回檢測一遍8路模擬量輸入，將轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)依次存在片內(nèi)RAM的30H-37H單元中。 沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 15 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用 軟件由主程序和外部中斷服務(wù)程序組成。（1）主程序 功能：對外部中斷1初始化；控制8個通道模擬輸入量的轉(zhuǎn)換。 ORG 0000H AJMP START ORG 0013H AJMP INT1 START：MOV DPTR，#F7F8H MOV R0，#30H MOV R2，#08H SETB IT1 SETB EX1 SETB EA START1：MOVX DPTR，A沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 16 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用

15、HE: SJMP HE DJNZ R2,START1 DONZ: (2) 外部中斷服務(wù)程序 功能：ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束后申請中斷，完成A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取和存放。 INT1: MOVX A,DPTR ；讀數(shù)據(jù)入A MOVX R0,A ；將數(shù)據(jù)存入RAM單元 INC R0 ；數(shù)據(jù)區(qū)地址加1 INC DPTR ；通道號加1 RETI ；返回3. 查詢方式 功能：以圖3-2-2查詢方式；對IN3通道模擬輸入采樣10次，轉(zhuǎn)換結(jié)果存 到從0000H單元起的數(shù)據(jù)存儲器中。沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 17 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用 ORG 0000H AJMP STA1 STA1: MOV R1,#00H ;外

16、部RAM單元首地址初值 MOV R2,#00H MOV R7,#0AH ；循環(huán)計數(shù)置初值 STA2: MOV DPTR,#F7FBH ；選IN3通道地址 MOVX DPTR,A ；啟動0809 MOV R3,#20H ；延時 STA3: DJNZ R3,STA3 STA4: JB P3.3,STA4 ；詢問轉(zhuǎn)換完？ MOVX A,DPTR ；A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果送A MOV DPH,R1 MOV DPL,R2 MOVX DPTR,A ；結(jié)果送入外部RAM單元中 INC R2 ；置下一個單元地址 DJNZ R7,STA2 ；循環(huán)完？ HD: SJMP HD ；停止沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 18

17、頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用二、MC14433與8031接口(自看) MC14433是一個3位半（BCD碼）雙積分A/D芯片，其分辨率相當于二進制11位，轉(zhuǎn)換速率3-10次/秒；模擬輸入電壓范圍為0-1.999V或0-199.9mV3.2.2 VFC與微機接口及程序1. 某些長距離數(shù)據(jù)傳輸，精度要求高的情況可使用V/F轉(zhuǎn)換器代替A/D器件。 V/F轉(zhuǎn)換器是將電壓信號轉(zhuǎn)變成頻率信號的器件，具有良好的精度、線性和積分輸入特點。因此，在一些非快速A/D過程中，也可使用V/F技術(shù)。2. V/F轉(zhuǎn)換器與計算機接口的特點：（1）接口簡單、占用計算機硬件資源少 頻率信號可輸入微機的任一根I/O線或作為中斷源與計數(shù)

18、輸入等。（2）抗干擾性能好 V/F轉(zhuǎn)換是一個積分過程，且用V/F轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，就是頻率計數(shù) 過程，有較強的抗干擾能力。另外可在V/F轉(zhuǎn)換器與計算機之間使用光 電耦合器，實現(xiàn)光電隔離。（3）便于遠距離傳輸 可通過調(diào)制進行無線傳輸或光傳輸。由于以上這些特點，V/F轉(zhuǎn)換器適用于非快速而需進行遠距離信號傳輸?shù)腁/D 轉(zhuǎn)換過程。另外，還可以減化電路、降低成本、提高性價比。沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 19 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用3. V/F轉(zhuǎn)換器與8031單片機接口電路如圖3-2-4所示。為將VFC 輸出的頻率fx=SVx(S為頻率電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)）轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字Nx ，外部脈沖fx從8031

19、的T1(P3.5）腳引入，8031 片內(nèi)TO 置為定時方式，T1置為計數(shù)方式，分別如圖3-2-5( a ）和（b ）所示。 沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 20 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用開始時將TR0與TR1置1，使T0和T1分別對基準頻率f0（0.5MHz）和被測頻率fx進行計數(shù)。當T0從預(yù)置數(shù)m計數(shù)到溢出（即216）時申請中斷，CPU響應(yīng)中斷，將TR1清清0 0，并將T1中的計數(shù)值讀出，讀出值Nx與被測電壓Vx的關(guān)系為016)2(fSVmNxx沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 21 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用4. 例：取m=15536(3CB0H),轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在20H、21H；程序如下： 初始化

20、程序： MOV TMOD,#51H；設(shè)置工作方式 MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH ；設(shè)置T0初值 MOV TL1,#00H MOV TH1,#00H ；設(shè)置T1初值 SETB TR0 ；啟動T0 SETB TR1 ；啟動T1 SETB EA SETB ET0 ；允許T0中斷 中斷程序： AINT: CLR TR1 ；T1停止計數(shù) MOV R0,#20H MOV A,TL1 MOV R0,A ；TL1計數(shù)值送20H單元 INC R0 MOV A,TH1 MOV R0,A ；TH1計數(shù)值送21H單元沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 22 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用 MOV TL1,

21、#00H MOV TH1,#00H ;重置T1初值 MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH ;重置T0初值 SETB TR1 ;啟動T1 RETI沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 23 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用5. 5. 光電隔離（光電隔離（圖圖3-2-63-2-6）在一些電源干擾大、模擬電路部分容易對單片機產(chǎn)生電氣干擾在一些電源干擾大、模擬電路部分容易對單片機產(chǎn)生電氣干擾等比較惡劣的環(huán)境中，為減少干擾可采用光電隔離的方法使等比較惡劣的環(huán)境中，為減少干擾可采用光電隔離的方法使V V / F / F 轉(zhuǎn)換器與單片機無電路聯(lián)系。如圖轉(zhuǎn)換器與單片機無電路聯(lián)系。如圖3-2-63-2-6所示所

22、示。 沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 24 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用6. 6. 當當V/FV/F轉(zhuǎn)換器與單片機距離較遠時，要加驅(qū)動器以提高傳輸轉(zhuǎn)換器與單片機距離較遠時，要加驅(qū)動器以提高傳輸 能力。能力。 圖圖3-2-73-2-7中中SN75174 / 75175 SN75174 / 75175 是是RS RS 一一422 422 標標 準的四差分線路驅(qū)動接收器。準的四差分線路驅(qū)動接收器。 沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 25 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用3.2.3 D/A3.2.3 D/A與微機接口及程序與微機接口及程序一、無輸入鎖存的DAC與微機接口 內(nèi)部無輸入鎖存的DAC不能與微機的數(shù)據(jù)總線直接相

23、連，必須外接鎖存 器來保存微機輸出給D/A的待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。（1）如果DAC的位數(shù)與微機數(shù)據(jù)總線的位數(shù)相同，則只要需一個同樣位數(shù)的 鎖存器。（2）如果DAC的位數(shù)多于微機數(shù)據(jù)總線的位數(shù)，則需采用兩級鎖存器。 如圖 3-2-8沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 26 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用 AD7520是無輸入鎖存的10位DAC，而8031數(shù)據(jù)總線8位。8031先將高2位數(shù)據(jù)輸出到74LS74(1),再將低8位數(shù)據(jù)輸出到74LS377, 同時74LS377的片選信號也作為74LS74(2)的時鐘脈沖，將74LS74(1)的高2位打入74LS74(2)，從而使10位數(shù)據(jù)同時送入AD7520去轉(zhuǎn)換成電壓輸出

24、。74LS74(1)的口地址BFFFH, 74LS74(2)和74LS377的口地址均為7FFFH,沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 27 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用D/A轉(zhuǎn)換的子程序如下：MOV DPTR。#0BFFFH ；高兩位數(shù)據(jù)送入74LS74(1)MOV A，#DATAHMOVX DPTR，AMOV DPTR,#7FFFH ；低8位數(shù)據(jù)送入74LS377 MOV A,#DATAL ；同時將74LS74(1)高兩位數(shù)據(jù)MOVX DPTR，A ；送入74LS74(2）完成D/A轉(zhuǎn)換 RET沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 28 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用二、有輸入鎖存的二、有輸入鎖存的DACDAC與

25、微機的接口與微機的接口1.1. 單緩沖方式接口有些集成D/A芯片如AD558,AD7524等，內(nèi)部只有一級數(shù)據(jù)鎖存器。有些集成D/A芯片例如DAC0832，內(nèi)部有兩級數(shù)據(jù)鎖存器（如圖3-2-9），但可工作在單緩沖器方式。 （1）如果D/A的位數(shù)與微機數(shù)據(jù)總線的位數(shù)相同，則D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸入 端可直接連到微機的數(shù)據(jù)總線上。（2）如果D/A的位數(shù)多于微機數(shù)據(jù)總線的位數(shù)，則需增加高位數(shù)據(jù)的鎖存器 74LS74（1）（前圖3-2-8）。沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 29 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用二、有輸入鎖存的二、有輸入鎖存的DACDAC與微機的接口與微機的接口（3）若系統(tǒng)中只有一路D/A轉(zhuǎn)換 （

26、或雖然多路，但并不同步輸出）， 此時采用單緩沖方式接口。 （圖3-2-10 ） DAC0832單緩沖方式的D/A子程序如下： MOV DPTR,#7FFFH ；指向DAC0832 MOV A,#DATA ；數(shù)字裝入A MOVX DPTR,A ；數(shù)字量從P0口送到P2.7所指向的地址，WR有效時 ；完成一次D/A輸入與轉(zhuǎn)換沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 30 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用2. 雙緩沖方式接口 多路D/A，且需同步輸出（轉(zhuǎn)換不同步），則要采用雙緩沖方式接口。 圖3-2-11是一個兩路同步輸出的D/A接口電路。8031的P2.5和P2.6分別選擇兩路DAC0832的輸入鎖存器，控制輸入鎖存

27、；P2.7連到兩路DAC0832的XFER端控制同步轉(zhuǎn)換輸出；WR與所有的WR1、WR2端相連，在執(zhí)行MOVX 輸出指令時，8031自動發(fā)出WR控制信號。 沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 31 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用 兩路D/A同步輸出的子程序如下： MOV DPTR,#0DFFFH ；DAC0832(1) MOV A,#DATA1 MOVX DPTR,A ；DATA1送入DAC0832(1)中鎖存 MOV DPTR,#0BFFFH ；DAC0832(2) MOV A,#DATA2 MOVX DPTR,A ；DATA2送入DAC0832(2)中鎖存 MOV DPTR,#7FFFH MOVX D

28、PTR,A ；給兩個DAC0832提供WR信號， ；同時完成D/A轉(zhuǎn)換輸出沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 32 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用3.2.4 3.2.4 功率接口功率接口測控系統(tǒng)中，被控對象往往是強電設(shè)備，負載功率較大。因此微機系統(tǒng)必測控系統(tǒng)中，被控對象往往是強電設(shè)備，負載功率較大。因此微機系統(tǒng)必須具有將輸出的低電壓、小電流信號轉(zhuǎn)換成高電壓、大電流信號的裝置，須具有將輸出的低電壓、小電流信號轉(zhuǎn)換成高電壓、大電流信號的裝置，該裝置稱為功率接口。該裝置稱為功率接口。一、繼電器輸出驅(qū)動接口 電器隔離：光電偶合器 繼電器 繼電器觸點的負載能力遠遠大于光電偶合器的負載能力，能直接控制動 力電路。 采

29、用繼電器做開關(guān)量隔離輸出時，在輸出鎖存器（8031內(nèi)）與低壓小繼電器之間要采用集電極開路的OC門驅(qū)動器。如75452P，它的IoL=300mA,可驅(qū)動任意型號的小型繼電器。沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 33 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用 下圖3-2-12是繼電器與51單片機的接口電路。 驅(qū)動器的輸出由0變?yōu)?，繼電器由接通變?yōu)殛P(guān)斷，此時會產(chǎn)生很大的感應(yīng)電勢，二極管提供的泄流回路可保護驅(qū)動器不被反電勢擊穿。沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 34 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用二、繼電器一接觸器輸出驅(qū)動接口在啟停負荷很大時，可以采用全觸點式的間接控制設(shè)計，即由小型繼電器的觸點控制交流接觸器的線圈回路，再由交流接

30、觸器的觸點控制動力回路，如圖3 一2 一13 所示。 沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 35 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用1.缺點: 易引起強烈的干擾: (1)繼電器J 的通斷時觸頭產(chǎn)生電火花； (2)接觸器CJ 通斷時產(chǎn)生很強的電弧。2.采用固體繼電器代替通用型繼電器J ，可消除接觸器線圈通斷時J 觸點的電火花，但接觸器CJ 動作觸點的電弧干擾依然存在。3.徹底消除電火花和電弧的干擾，可以采用晶閘管組成的無 觸點開關(guān)。 4. 繼電器-小電流 接觸器-大電流三、光電耦合器-晶閘管輸出驅(qū)動接口 繼電器隔離的開關(guān)量輸出驅(qū)動電路適用響應(yīng)速度不高的啟停操作。因繼電器的響應(yīng)延遲需幾十ms。光電耦合器的延遲時間在

31、10微秒之內(nèi)。所以對響應(yīng)速度要求快的控制設(shè)備應(yīng)采用光電耦合器。光電耦合的發(fā)光二極管驅(qū)動電流一般選在10 一20mA 之內(nèi)就可。 沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 36 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用3.3 3.3 人人- -機接口及程序機接口及程序測控系統(tǒng)通常有人-機對話功能，其含義： 1.操作人員能向微機發(fā)布命令、輸入數(shù)據(jù)。 2.微機能向操作人員報告運行狀態(tài)和結(jié)果。3.3.1 顯示器接口及程序 測控系統(tǒng)常用的顯示器有發(fā)光二極管顯示器（LED）和液晶顯示器（LCD）。在無微機的測控系統(tǒng)，顯示器常與BCD碼輸出的A/D轉(zhuǎn)換器連接，在有微機的測控系統(tǒng)，這些顯示器常與微機接口連接。一、 LED顯示器接口及程序

32、 LED，共陰極，共陽極， 要使某一位數(shù)碼管顯示數(shù)字（0-9），必須在這個數(shù)碼管的段選端加上 與數(shù)字對應(yīng)的8位段選碼（即字形碼），在位選端加上高電平或低電平 （共陰極）。 從要顯示數(shù)字的BCD碼轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的段選碼稱為譯碼。有硬件譯碼和軟 件譯碼。 多位LED顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種形式。 靜態(tài)顯示：各位同時顯示。位選端連在一起（地或+5V） 。 動態(tài)顯示：逐位輪流顯示。段選端并在一起。沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 37 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用1.硬件譯碼顯示器接口-動態(tài)顯示（自看；提問。） 沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 38 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用1. 1. 硬件譯碼顯示器接口硬件譯

33、碼顯示器接口-靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 39 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用2.軟件譯碼顯示器接口（1）動態(tài)顯示器接口 圖3-3-5；8155擴展I/O口。PA口輸出字型碼， PB口輸出位選信號。 設(shè)8155 PA口地址為F9H, PB口地址為FAH,內(nèi)部命令/狀態(tài)寄存器地址為 F8H，工作方式命令字為F3H。顯示CPUready的程序如下：沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 40 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用 DISP: ORL P1,#80H ;選8155為I/O口 MOV R1,#0F8H ；置8155命令/狀態(tài)寄存器地址 MOV A,#0F3H MOVX R1,A ；送8155工作

34、方式命令字 START:MOV DPTR,#TAB MOV R0,#00H ；字型碼地址偏移量 MOV R2,#80H ；選第一位顯示 SCAN:MOV R1,#0FAH ；置8155 PB口地址 MOV A,#00H MOVX R1,A ；熄滅顯示器 MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR ；取字型碼 DEC R1 ；置8155 PA口地址 MOVX R1,A ；送字型碼 MOV A,R2 INC R1 MOVX R1,A ；送位選碼 ACALL DL1ms ；延時1ms沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 41 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用 INC R0 ；指向下一字型碼 MOV A,R2 CL

35、R C RRC A ；指向下一位 MOV R2,A XRL A,#00H ；8位未完，掃描顯示下一位 JNZ SCAN AJMP START ；開始下一輪掃描 DL1ms: SETB D3H MOV R2,#83H LL0: NOP NOP DJNZ R2,LL0 CLR D3H RET TAB: DB 0C6H,8CH,0C1H,0CEH,86H,88H,0A1H,91H;對應(yīng)CPUready字型（2）靜態(tài)顯示器接口-自看沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 42 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用3.3.2 鍵盤接口及程序1. 1. 鍵盤的結(jié)構(gòu)與類型 (1)按鍵閉合時能向微機輸入數(shù)字（0 一9 或0一F ）

36、的鍵稱為數(shù)字鍵，能向微機輸入命令以實現(xiàn)某項功能的鍵稱為功能鍵或命令鍵。 為了便于CPU 區(qū)分各個按鍵，必須給鍵盤上的每個按鍵賦以一個獨有的的編號，按鍵的編號或編碼稱為鍵號或鍵值。CPU 知道了按鍵的鍵號或鍵值，就能區(qū)分這個鍵是數(shù)字鍵還是功能鍵。如果是數(shù)字鍵，就直接將該鍵值送到顯示緩沖區(qū)進行顯示，如果是功能鍵則由該鍵值找到執(zhí)行該鍵功能的程序的入口地址，并轉(zhuǎn)去運行該程序即執(zhí)行該鍵的命令。(2)鍵盤接口與鍵盤程序的根本任務(wù)就是要監(jiān)測有沒有鍵按下？按下的是哪個位置的鍵？這個鍵的鍵值是多少？這個任務(wù)叫做鍵盤掃描。鍵盤掃描可以用硬件來實現(xiàn)，也可以用軟件來實現(xiàn)。 帶有鍵盤掃描硬件電路的鍵盤稱為編碼鍵盤，不帶

37、鍵盤掃描硬件電路的鍵盤稱為非編碼鍵盤，非編碼鍵盤的掃描靠軟件實現(xiàn)。為了節(jié)省成本起見，一般的微機化測控系統(tǒng)多采用非編碼鍵盤。 沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 43 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用(3)根據(jù)按鍵開關(guān)與CPU 的連接方式不同，鍵盤又可分為獨立式和和行列式（或矩陣式）兩大類:獨立式鍵盤的特點： 各按鍵相互獨立，每個按鍵的“接零端”均接地，每個按鍵的“測試端”各接一根輸入線，如圖3-3-8所示，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其它輸入線上的工作狀態(tài)。這樣，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易地判斷哪個按鍵被按下了，因此操作速度高而且軟件結(jié)構(gòu)很簡單。但是，由于獨立式鍵盤每個按鍵需占用一根輸入口線

38、，在按鍵數(shù)量較多時，輸入口浪費大，故此種鍵盤只適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。 行列式鍵盤的特點： 行線、列線分別接輸入線、輸出線，按鍵設(shè)置在行、列線的交叉點上，每一行線（水平線）和列線（垂直線）的交叉處不相通，而是通過按鍵來聯(lián)通，利用這種矩陣結(jié)構(gòu)只需m根行線和n根列線就可組成mxn個按鍵的鍵盤，因此矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場合。由于矩陣鍵盤中行、列線為多鍵共用，所以必須將行、列線信號配合起來并作適當處理，才能確定閉合鍵的位置，因此，軟件結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 44 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 45 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用沈陽航空工業(yè)學院

39、 自動控制系第 46 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 47 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 48 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用3.3.2 3.3.2 鍵盤接口及程序鍵盤接口及程序2、 鍵盤接口與鍵盤程序(1) 獨立式鍵盤接口及鍵盤程序 圖3-3-8(b)查詢方式的鍵盤程序如下： START: MOV A,#0FFH MOV P1,A MOV A,P1 JNB ACC.0,P0F ；0號鍵按下轉(zhuǎn)P0F標號地址 JNB ACC.1,P1F JNB ACC.2,P2F JNB ACC.3,P3F JNB ACC.4,P4F JNB ACC.5,P5F JNB A

40、CC.6,P6F JNB ACC.7,P7F ；7號鍵按下轉(zhuǎn)P7F標號地址 JMP START ；無鍵按下返回 P0F:JMP PROM0 P1F:JMP PROM1 P7F:JMP PROM7沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 49 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用 PROM0: . ；0號鍵功能程序 . JMP START ；0號鍵功能程序執(zhí)行完返回 PROM1: . . JMP START . PROM7: . . JMP START軟件設(shè)置了按鍵優(yōu)先級，順序為0-7。 沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 50 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用3 3.3.3 .3.3 鍵盤鍵盤/ /顯示器接口及程序顯示器接口及程序

41、 同時需要鍵盤與顯示器，做在一起，構(gòu)成鍵盤顯示電路。典型的鍵盤/顯示器接口有：8155并行擴展口、串行擴展口、專用鍵盤/顯示器接口芯片8279等。1. 擴展8155 I/O口的鍵盤/顯示器接口 LED采用動態(tài)顯示軟件譯碼，鍵盤采用逐列掃描查詢工作方式。 圖3-3-13 沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 51 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用（1） 鍵盤掃描子程序 KD1： MOV A，#00000011B ；8255初始化，PA、PB口為基本輸出方式，PC口輸入方式 MOV DPTR，#7F00H MOVX DPTR，A KEY1：ACALL KS1 JNZ LK1 ACALL DIS ；調(diào)顯示子程序,延

42、時6ms AJMP KEY1 LK1： ACALL DIS ; 調(diào)顯示子程序2次,延時12ms ACALL DIS ACALL KS1 JNZ LK2 ACALL DIS AJMP KEY1 LK2： 沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 52 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用2. 2. 采用采用82798279接口芯片的鍵盤接口芯片的鍵盤/ /顯示器接口顯示器接口沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 53 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用3.3.4 3.3.4 打印機接口打印機接口打印機是測控系統(tǒng)常用設(shè)備,主要種類:微型點陣式打印機、普通點陣式打印機、噴墨式打印機、激光式打印機等。普通點陣式打印機、噴墨式打印機、激光式打印

43、機與微機直接相連，采用通用打印機接口總線，并利用計算機中的打印機驅(qū)動程序控制打印機工作。安裝使用方便。微型打印機主要用于基于單片機的測控系統(tǒng)，可打印簡單的數(shù)字、字符等，打印速度慢、噪音大。目前國內(nèi)流行的微型打印機主要有GP16、TPuP-40A/16A、PP40等。本節(jié)介紹MCS-51單片機和GP16的接口圖3-3-19BUSY接INT1(P3.3),因此該連接方法既能用于中斷方式（INT1）；又可用于查詢方式（P3.3）。若使用其它I/O口或擴展I/O口，只需將P0口線換成其它I/O口或擴展I/O口可。沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 54 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用按圖3-3-19，GP16打印

44、機地址為7FFFH,讀取GP16狀態(tài)字時， MOV DPTR,#7FFFH MOVX A,DPTR將命令或數(shù)據(jù)寫入GP16時， 8031執(zhí)行下列程序段： MOV DPTR,#7FFFH MOV A,#DATACOM MOVX DPTR,A 沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 55 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用3.3.5 3.3.5 報警器接口及程序報警器接口及程序一、發(fā)光二極管指示燈接口 微機控制的指示燈數(shù)量較少時，可采用圖3-3-21直接鎖存驅(qū)動。當P2.7輸出0時，74LS377處于可接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，可作為地址為7FFFH只能寫入的外部存儲單元。電阻可選330歐或360歐.沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系

45、第 56 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用例：1、2、4燈亮，3、5、6、7、8燈滅，R2中為顯示控制數(shù)據(jù)， 則R2=11110100B。 LED: MOV DPTR,#7FFFH MOV A,R2 MOV DPTR,A RET思考：若是閃光報警，是否也可采用圖3-3-21電路，由程序控制交替點亮與 熄滅。程序如何編制。沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 57 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用二、單頻音報警電路二、單頻音報警電路單頻音報警常采用壓電蜂鳴器：3-15V直流電壓、10mA驅(qū)動電流。 控制連續(xù)鳴音30ms的子程序： SND:SETB P1.0 MOV R7,#1EH ;延時30ms DL: MOV R6,#

46、0F9H ;延時1ms DL1:DJNZ R6,DL1 DJNZ R7,DL CLR P1.0 ;停止鳴音 RET沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 58 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用三、音樂聲報警接口三、音樂聲報警接口兩部分組成：（1）樂曲發(fā)生器電路（由集成電子音樂芯片組成）（圖3-3-23）（2）放大電路當P1.0輸出1電平時，7920A的OUT便輸出華爾茲樂曲信號，經(jīng)放大電路M51182L放大后，揚聲器便發(fā)出樂曲，音量大小可由10K歐姆的電位器改變。START: SETB P1.0 ;啟動報警 STOP: CLR P1.0 ；停止報警 RET RET沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 59 頁計算機測

47、控技術(shù)與應(yīng)用3.4 3.4 通信接口通信接口1. 概念 通信接口、總線是計算機同測控儀器儀表間信息交換和傳輸?shù)穆?lián)絡(luò)裝 置。 總線是一條多芯無源電纜線，作信息傳輸用。 接口由各種邏輯電路組成，有串行和并行形式。它對信息進行發(fā)送、接收、編碼和譯碼。2. 世界各國都按同一標準來設(shè)計接口電路。 常用的串行通信接口標準：RS-232C、RS-422、RS-423等。 并行通信接口標準：IEEE-488等。3.4.1 串行通信接口 串行通信是將數(shù)據(jù)一位一位地傳送，只需一根數(shù)據(jù)線。并可使用現(xiàn)有的通信通道（如電話、電報等）。故在分散型控制系統(tǒng)等廣泛采用串行通信方式。沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 60 頁計算

48、機測控技術(shù)與應(yīng)用一、RS-232C標準1. 電氣特性 RS-232C使用負邏輯。邏輯1電平：-5V - -15V; 邏輯0電平：+5V - +15V; 最大電纜長度：15m 最大數(shù)據(jù)率： 20KB/s 其它電氣特性指標見書表3-4-1。2. 接口信號 RS-232C接口有25根線，采用標準的25芯的插頭插座。 25根線分為4類： 數(shù)據(jù)信號：4根線，主要是發(fā)送數(shù)據(jù)TXD和接收數(shù)據(jù)RXD。 控制信號：12根 定時信號：3 地： 2 具體見書表3-4-2（P104） 沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 61 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用3.3.通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多數(shù)通訊系統(tǒng)僅用25根信號線中的3到5根就

49、可工作。圖3-4-2為使用RS-232C標準接口的幾種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 62 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 63 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用4. RS-232C4. RS-232C與與TTLTTL器件接口器件接口因RS-232C的邏輯電平與TTL電平不兼容，因此要與TTL器件連接，必須進行電平轉(zhuǎn)換。1488驅(qū)動器和1489接收器是RS-232C通用的集成電路轉(zhuǎn)換器件，如圖3-4-3所示。圖(a)為MC1489四路RS-232C接收器引出線和功能原理圖，只要用一個電阻就可編排出每個接收器的門限電平。為了濾除干擾，控制輸入端可通過小電容旁路接地。圖(b)

50、為MC1488 RS-232C驅(qū)動器引出線和功能原理圖，惟一的外部元件是從每一個輸出端到地所接的小電容，用以限制轉(zhuǎn)換速度，有時也可不需要。MC1488的供電電壓為 或 ，MC1489的供電電壓為+5V。12V15V沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 64 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用三、三、MCS-51MCS-51單片機與單片機與IBM-PCIBM-PC計算機的數(shù)據(jù)通信計算機的數(shù)據(jù)通信以MCS-51單片機（8031）為核心的測控系統(tǒng)與上位計算機（例如IBM-PC機）之間的數(shù)據(jù)交換通常采用串行通信的方式。IBM-PC機內(nèi)裝有異步通信適配器板，其主要器件為可編程的8250UART芯片，它是該機有能力與其它具

51、有標準RS-232C串行通信接口的計算機或設(shè)備進行通信。而8031本身具有一個全雙工的串行口，因此，只要配以一些驅(qū)動、隔離電路就可組成一個簡單可行的通信接口。沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 65 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用多臺單片機和PC機的通信接口電路如圖3-4-11所示。圖中1488和1489分別為發(fā)送和接收電平轉(zhuǎn)換電路。從PC機通信適配器板引出的發(fā)送線（TXD）通過1489和8031接收端（RXD）相連。由于1488的輸出端不能直接連在一起，故它們均經(jīng)二極管隔離后才并接在PC機的接收端（RXD）上。沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 66 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用通信采用主從方式，由PC機確定與哪

52、個單片機進行通信。在通信軟件中，應(yīng)根據(jù)用戶的要求和通信協(xié)議規(guī)定，對8250初始化，即設(shè)置波特率（9 600波特）、數(shù)據(jù)位數(shù)（8位）、奇偶類型和停止位數(shù)（1位）。需要指出的是，這時奇偶校驗用作發(fā)送地址碼（通道號）或數(shù)據(jù)的特征位（1表示地址），而數(shù)據(jù)通信的校驗采用累計和校驗方法。數(shù)據(jù)傳送可用查詢方式或中斷方式。若采用查詢方式，在發(fā)送地址或數(shù)據(jù)時，先用輸入指令檢查發(fā)送器的保持寄存器是否為空。若空，則用輸出指令將一個數(shù)據(jù)輸出給8250即可，8250會自動地將數(shù)據(jù)一位一位發(fā)送到串行通信線上。接收數(shù)據(jù)時，8250把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，并送入接收數(shù)據(jù)寄存器中，同時把“接收數(shù)據(jù)就緒”信號置于狀態(tài)寄存器中。

53、CPU讀到這個信號后，就可以用輸入指令從接收器中讀入一個數(shù)據(jù)了。 若采用中斷方式，發(fā)送時，用輸出指令輸出一個數(shù)據(jù)給8250。若8250已將此數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，則發(fā)出一個中斷信號，說明CPU可以繼續(xù)發(fā)數(shù)據(jù)。若8250接收到一個數(shù)據(jù)，則發(fā)一個中斷信號，表明CPU可以取出數(shù)據(jù)。沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 67 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用采用查詢方法發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的程序框圖如圖3-4-12所示。沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 68 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用單片機采用中斷方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。串行口設(shè)置為工作方式3，由第9位判斷地址碼或數(shù)據(jù)。當某臺單片機與PC機發(fā)出的地址碼一致時，就發(fā)出應(yīng)答信號給PC機，而其它幾臺則不發(fā)應(yīng)答信號。這樣，在某一時刻PC機只與一臺單片機傳輸數(shù)據(jù)。單片機與PC機溝通聯(lián)絡(luò)后，先接收數(shù)據(jù)，再將機內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)往PC機。定時器T1作為波特率發(fā)生器，將其設(shè)置為工作方式2，波特率同樣為 9600。單片機的通信程序框圖如圖3-4-13所示。沈陽航空工業(yè)學院 自動控制系第 69 頁計算機測控技術(shù)與應(yīng)用通信程序如下（設(shè)某單片機地址為03H）： COMMN: MOV TMOD,#20H, ;設(shè)置T1工