微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)

微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第1頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)項(xiàng)目項(xiàng)目一控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)思路項(xiàng)目二微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)項(xiàng)目三單片微型計(jì)算機(jī)項(xiàng)目四機(jī)電一體化技術(shù)系統(tǒng)中的接口技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目項(xiàng)目一P1口輸入、輸出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二8255輸入、輸出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目三AD轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)第2頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)項(xiàng)目項(xiàng)目一控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)思路

專用與通用、硬件與軟件的權(quán)衡與抉擇

1.專用與通用的抉擇

專用控制系統(tǒng)：

適合于大批量生產(chǎn)的而且較成熟的機(jī)電一體化產(chǎn)品。

通用控制系統(tǒng)：

適合還在不斷改進(jìn)，結(jié)構(gòu)還不十分穩(wěn)定的產(chǎn)品。

2.硬件與軟件的權(quán)衡

根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和可靠性的標(biāo)準(zhǔn)權(quán)衡決定。

例：分立元件組成硬件------軟件

利用LSI芯片組成電路-----軟件微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第3頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)步驟為：確定系統(tǒng)整體控制方案；確定控制算法；選用微型計(jì)算機(jī)；系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)等。

1、確定系統(tǒng)整體控制方案

（1）應(yīng)了解被控對(duì)象的控制要求，構(gòu)思控制系統(tǒng)的整體方案。

（2）考慮執(zhí)行元件采用何種方式。

（3）要考慮是否有特殊控制要求。

（4）考慮微機(jī)在整個(gè)控制系統(tǒng)中的作用，是設(shè)定計(jì)算、直接控制還是數(shù)據(jù)處理，微機(jī)應(yīng)承擔(dān)哪些任務(wù)，為完成這些任務(wù)，微機(jī)應(yīng)具備哪些功能，需要哪些輸入/輸出通道、配備哪些外圍設(shè)備。

（5）應(yīng)初步估算其成本。

第4頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)

2、確定控制算法

建立該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，確定其控制算法。

數(shù)學(xué)模型：就是系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式。它反映了系統(tǒng)輸入、內(nèi)部狀態(tài)和輸出之間的數(shù)量和邏輯關(guān)系。

控制算法：所謂計(jì)算機(jī)控制，就是按照規(guī)定的控制算法進(jìn)行控制，因此，控制算法的正確與否直接影響控制系統(tǒng)的品質(zhì)，甚至決定整個(gè)系統(tǒng)的成敗。

例如：機(jī)床控制中常使用的逐點(diǎn)比較法的控制算法和數(shù)字積分法的控制算法；

直線算法：或

圓弧算法：或

直接數(shù)字控制系統(tǒng)中常用的PID調(diào)節(jié)的控制算法；

位置數(shù)字伺服系統(tǒng)中常用的實(shí)現(xiàn)最少拍控制的控制算法；另外，

還有各種最優(yōu)控制的控制算法、隨機(jī)控制和自適應(yīng)控制的控制算法。

第5頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)3、選擇微型計(jì)算機(jī)

（1）較完善的中斷系統(tǒng)

（2）足夠的存儲(chǔ)容量

（3）完備的輸入／輸出通道和實(shí)時(shí)時(shí)鐘

（4）特殊要求：字長(zhǎng)、速度、指令

(1、單板機(jī)、單片機(jī)；

2、可編程控制器；

3、普通PC機(jī)；

4、STD總路線控制；

5、工業(yè)控制PC機(jī)。)第6頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)4、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中主要考慮硬件與軟件功能的分配與協(xié)調(diào)、接口設(shè)計(jì)、通道設(shè)計(jì)、操作控制臺(tái)設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)等問(wèn)題。

（1）接口設(shè)計(jì)

并行接口（8255A）

串行接口（8251A）

計(jì)數(shù)器／定時(shí)器（8253/8254）

選用方法：

①選用功能接口板（適用組成較大系統(tǒng)）。

②選用通用接口電路（適用較小的控制系統(tǒng)）。

③用集成電路自行設(shè)計(jì)接口電路。

接口設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：

第7頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)①擴(kuò)展接口；

②安排通過(guò)各接口電路輸入／輸出端的輸入／輸出信號(hào)，選定各信號(hào)輸入／輸出時(shí)采用何種控制方式。如果要采用程序中斷方式，就要考慮中斷申請(qǐng)輸入、中斷優(yōu)先級(jí)排隊(duì)等問(wèn)題。

（2）通道設(shè)計(jì)

輸入／輸出通道是計(jì)算機(jī)與被控對(duì)象相互交換信息的部件。每個(gè)控制系統(tǒng)都要有輸入／輸出通道。

開(kāi)關(guān)量、數(shù)字量的輸入／輸出比較簡(jiǎn)單。

模擬量輸入／輸出通道比較復(fù)雜。

第8頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)（3）操作控制臺(tái)設(shè)計(jì)

一般要單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)操作員控制臺(tái)。

①有一組或幾組數(shù)據(jù)輸入鍵（數(shù)字鍵或拔碼開(kāi)關(guān)等），用于輸入或更新給定值、修改控制器參數(shù)或其它必要的數(shù)據(jù)。

②有一組或幾組功能鍵或轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，用于轉(zhuǎn)換工作方式，起動(dòng)、停止或完成某種指定的功能。

③有一個(gè)數(shù)字顯示裝置或顯示屏，用于顯示各狀態(tài)參數(shù)及故障指示等。

④控制板上應(yīng)有一個(gè)“急?！卑粹o，用于在出現(xiàn)事故時(shí)停止系統(tǒng)運(yùn)行，轉(zhuǎn)入故障處理。

第9頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)5、軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)，通常這些軟件一般不需用戶設(shè)計(jì)，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，基本上只須了解其大致原理和使用方法就行了。

應(yīng)用軟件

應(yīng)采用模塊式結(jié)構(gòu)，盡量把共用的程序編寫成具有不同功能的子程序，如算術(shù)和邏輯運(yùn)算程序、A/D、D/A轉(zhuǎn)換程序、PID算法程序等。設(shè)計(jì)者的任務(wù)主要是把這些具有一定功能的子程序進(jìn)行排列組合，使其成為一個(gè)完成特定功能的應(yīng)用程序。

6、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)：對(duì)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和模擬裝置進(jìn)行調(diào)試。

第10頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)1、簡(jiǎn)述機(jī)電一體化系統(tǒng)控制微機(jī)的主要類型

2、高速運(yùn)行的機(jī)床和普通機(jī)床如線切割機(jī)床分別應(yīng)選用幾位的微機(jī)為佳。

3、如何選擇控制系統(tǒng)類型?課內(nèi)問(wèn)題第11頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)項(xiàng)目微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)項(xiàng)目二微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

一、微型計(jì)算機(jī)的基本構(gòu)成

“微機(jī)”是三個(gè)概念的統(tǒng)稱：微處理機(jī)（微處理器）、微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的統(tǒng)稱。

微處理機(jī)（Microprocessor）簡(jiǎn)稱μP或CPU。它是一個(gè)大規(guī)模集成電路（LSI）器件，或超大規(guī)模集成電路（VLSI）器件。

微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）簡(jiǎn)稱uC或MC。它是以微處理機(jī)（CPU）為中心，加上只讀存儲(chǔ)器（ROM）、讀寫存儲(chǔ)器（RAM），輸入/輸出接口電路、系統(tǒng)總線及其它支持邏輯電路組成的計(jì)算機(jī)。

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（MicrocomputerSystem），簡(jiǎn)稱MCS。配有系統(tǒng)軟件、外圍設(shè)備、系統(tǒng)總線接口的微型計(jì)算機(jī)。

第12頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件組成第13頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件組成第14頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)二、微型計(jì)算機(jī)的分類

1、按組裝形式分類

（1）單片機(jī)

在一塊集成電路芯片（LSI）上裝有CPU、ROM、RAM以及輸入/輸出端口電路，該芯片就被稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)，有：MCS-48系列、MCS-51系列、MCS-96系列等。

單片機(jī)已廣泛應(yīng)用于家用電器、機(jī)電產(chǎn)品、儀器儀表、辦公室自動(dòng)化產(chǎn)品、機(jī)械設(shè)備、機(jī)器人等的機(jī)電一體化。上至航天器、下至兒童玩具，均是單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。

第15頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)（2）可編程控制器

PLC應(yīng)用于邏輯控制的簡(jiǎn)單事例。輸入信號(hào)是由按鈕開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)等提供的各種開(kāi)關(guān)信號(hào)，通過(guò)接口進(jìn)入PC，經(jīng)PC處理后產(chǎn)生控制信號(hào)，通過(guò)輸出接口送給線圈、繼電器、指示燈、電動(dòng)機(jī)等輸出裝置。第16頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)（3）普通PC機(jī)

將微型計(jì)算機(jī)、ROM、RAM、I/O接口電路、電源等組裝在不同的印刷電路板上，然后組裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，再配上鍵盤、CRT顯示器、打印機(jī)、硬盤、軟盤驅(qū)動(dòng)器等多種外圍設(shè)備和足夠的系統(tǒng)軟件，就構(gòu)成了一個(gè)完整的微機(jī)系統(tǒng)。

如目前國(guó)內(nèi)使用較多的IBM-PC（IBM-PCXT、286、386、486、586等）

第17頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)（4）STD總線工業(yè)控制機(jī)

其突出特點(diǎn)是：模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)組成、修改和擴(kuò)展方便；各模塊間相對(duì)獨(dú)立，使檢測(cè)、調(diào)試、故障查找簡(jiǎn)便迅速；有多種功能模板可供選用，大大減少了硬件設(shè)計(jì)工作量；系統(tǒng)中可運(yùn)行多種操作系統(tǒng)及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的支持軟件，使控制軟件開(kāi)發(fā)的難度大幅降低。

第18頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第19頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)（5）微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

IBM公司的PC總線微機(jī)最初是為個(gè)人或辦公室使用而設(shè)計(jì)的，早期主要用于文字處理或一些簡(jiǎn)單的辦公室事務(wù)處理。早期產(chǎn)品是基于一塊大底板結(jié)構(gòu)，加上幾個(gè)I/O擴(kuò)充槽。

PC/AT總線的IBM兼容計(jì)算機(jī)由于價(jià)格低廉、使用靈活、軟件資源非常豐富，因而用戶眾多，在國(guó)內(nèi)更是主要流行機(jī)種之一

推出了PC/AT總線工業(yè)控制機(jī)，一般對(duì)原有微機(jī)作了以下幾方面的改進(jìn)

（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)加固，使微機(jī)的抗震性好。

（2）采用標(biāo)準(zhǔn)模板結(jié)構(gòu)。

（3）加上帶過(guò)濾器的強(qiáng)力通風(fēng)系統(tǒng)，加強(qiáng)散熱，增加系統(tǒng)抵抗粉塵的能力。

（4）采用電子軟盤取代普通的軟磁盤，使之能適于在惡劣的工業(yè)環(huán)境下工作。

（5）根據(jù)工業(yè)控制的特點(diǎn)，常采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。第20頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)幾種常用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的性能比較關(guān)系第21頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)2、按微處理機(jī)位數(shù)分類

一位、四位、八位、十六位、三十二位和六十四位等幾種。所謂位數(shù)是指微處理機(jī)并行處理的數(shù)據(jù)位數(shù)。

4位機(jī)目前多做成單片機(jī)。主要用于單機(jī)控制、儀器儀表、家用電器、游戲機(jī)等。

8位機(jī)有單片和多片之分，主要用于控制和計(jì)算。

16位機(jī)功能更強(qiáng)、性能更好，用于比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。它可以使小型機(jī)微型化。

32位和64位機(jī)是比小型機(jī)更有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。稱之為超級(jí)微型機(jī)。它具有面向高級(jí)語(yǔ)言的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有支持高級(jí)調(diào)度、調(diào)試以及開(kāi)發(fā)系統(tǒng)用的專用指令，大大提高了軟件的生產(chǎn)效率。

第22頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)3、按用途分類

分為控制用和數(shù)據(jù)處理用微型計(jì)算機(jī)。

對(duì)單片機(jī)來(lái)說(shuō)為通用型和專用型。

通用型單片機(jī)，如MCS—51。

專用單片機(jī)或稱專用微控制器，是專門為某一應(yīng)用領(lǐng)域或某一特定產(chǎn)品而開(kāi)發(fā)的一類單片機(jī)。其內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或指令系統(tǒng)都是特殊設(shè)計(jì)的（甚至內(nèi)部已固化好程序）。

第23頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)三、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言與微機(jī)軟件

1、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言

程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是編寫計(jì)算機(jī)程序所使用的語(yǔ)言，是人機(jī)對(duì)話的工具。

目前使用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言大致有三大類，即“機(jī)器語(yǔ)言”（machinelanguage）、“匯編語(yǔ)言”（assemblylanguage）、“高級(jí)語(yǔ)言”（highlevellanguage）。

2、操作系統(tǒng)

所謂操作系統(tǒng)，就是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的管理程序庫(kù)。

3、程序庫(kù)

計(jì)算機(jī)的可用程序和子程序的集合就是程序庫(kù)（或軟件包）。目前，微型計(jì)算機(jī)積累的程序非常豐富，而且可以通用。而在機(jī)械控制領(lǐng)域，由于被控對(duì)象（產(chǎn)品）的特殊性較強(qiáng)，其程序庫(kù)的形成較難。

第24頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)四、計(jì)算機(jī)在控制中的應(yīng)用方式

1、操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)

在操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)的輸出不直接用來(lái)控制生產(chǎn)對(duì)象。

如：在機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，對(duì)各物理參數(shù)進(jìn)行周期性或隨機(jī)性的自動(dòng)測(cè)量，并顯示，打印和記錄結(jié)果供操作人員觀測(cè)，對(duì)間接測(cè)量的參數(shù)或指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算、存貯、分析判斷和處理，并將信息反饋到控制中心，制定新的對(duì)策。

在具體的生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)加工零件的尺寸，刀具磨損情況進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)刀具補(bǔ)償量進(jìn)行修正，以保證加工的精度要求。第25頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)2、直接數(shù)字控制系統(tǒng)

直接數(shù)字控制DDC（DirectDigitalControl）系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)用于工業(yè)過(guò)程控制最普遍的一種方式。第26頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)3、監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

在監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制SCC（SupervisoryComputerControl）系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)根據(jù)工藝參數(shù)和過(guò)程參量檢測(cè)值，并按照所設(shè)計(jì)的控制算法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出最佳設(shè)定值后直接傳送給常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器或者DDC計(jì)算機(jī)，最后由模擬調(diào)節(jié)器或DDC計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)過(guò)程。

SCC系統(tǒng)有兩種類型，一種是SCC+模擬調(diào)節(jié)器，另一種是SCC+DDC控制系統(tǒng)。監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖如圖5-5所示。

（1）SCC+模擬調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)。

（2）SCC+DDC的控制系統(tǒng)。第27頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)(a）SCC＋模擬調(diào)節(jié)器系統(tǒng)；(b）SCC＋DDC系統(tǒng)第28頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)4、分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

過(guò)程控制級(jí)為最底層，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行直接數(shù)字控制；車間管理級(jí)負(fù)責(zé)本車間各設(shè)備間的協(xié)調(diào)管理；工廠管理級(jí)負(fù)責(zé)全廠各車間的生產(chǎn)協(xié)調(diào)，包括安排生產(chǎn)計(jì)劃、備品備件等；企業(yè)（公司）管理級(jí)負(fù)責(zé)總的協(xié)調(diào)，安排總生產(chǎn)計(jì)劃，進(jìn)行企業(yè)(公司)經(jīng)營(yíng)方向的決策等。第29頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)

5.直接滲透到產(chǎn)品中形成帶有智能性的機(jī)電一體化新產(chǎn)品，如機(jī)器人、智能儀器等。

機(jī)電一體化系統(tǒng)的微型化、多功能化、柔性化、智能化、安全、可靠、低價(jià)、易于操作的特性都是采用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)果，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)是機(jī)電一體化中最活躍、影響最大的關(guān)鍵技術(shù)。

第30頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)六、微機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域、選用要點(diǎn)及應(yīng)注意的問(wèn)題

用微機(jī)構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）具有以下效果：

①小型化——應(yīng)用LSI技術(shù)減少了元件數(shù)量，簡(jiǎn)化了裝配、縮小了體積；

②多功能化——利用了微機(jī)以信息處理能力、控制能力為代表的智能；

③通用性增大——容易用軟件更改和擴(kuò)展設(shè)計(jì)；

④提高了可靠性——用LSI技術(shù)減少了元件、焊點(diǎn)及接線點(diǎn)的數(shù)量，增加了用軟件進(jìn)行檢測(cè)的功能；

⑤提高了設(shè)計(jì)效率——將硬件標(biāo)準(zhǔn)化，用軟件適應(yīng)產(chǎn)品規(guī)格的變化，能大大縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。

⑥經(jīng)濟(jì)效果好——降低了零件費(fèi)、裝配成本、電源能耗，通過(guò)硬件標(biāo)準(zhǔn)化易于實(shí)現(xiàn)大量生產(chǎn)、進(jìn)一步降低成本；

⑦產(chǎn)品（或系統(tǒng)）標(biāo)難化——硬件易于標(biāo)準(zhǔn)化；

⑧提高了維修保養(yǎng)性能——產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化使維修保養(yǎng)人員易于掌握維修保養(yǎng)規(guī)則，易于運(yùn)用故障自診斷功能。

第31頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)（1）應(yīng)用領(lǐng)域

微機(jī)的應(yīng)用范圍十分廣泛，下面僅列舉一些典型應(yīng)用領(lǐng)域。

①工業(yè)控制和機(jī)電產(chǎn)品的機(jī)電一體化。生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化、機(jī)床自動(dòng)化、數(shù)控與數(shù)顯、測(cè)溫及控溫、可編程邏輯控制器（PLC）、縫紉機(jī)、編織機(jī)、升降機(jī)、紡織機(jī)械、電機(jī)控制、工業(yè)機(jī)器人、智能傳感器、智能定時(shí)器等。

②交通與能源設(shè)備的機(jī)電一體化。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火控制、汽車變速器控制、交通燈控制、爐溫控制等。

③家用電器的機(jī)電一體化。洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐、錄像機(jī)、攝像機(jī)、電飯鍋、電風(fēng)扇、照相機(jī)、電視機(jī)、立體聲音響設(shè)備等。

④

商用產(chǎn)品機(jī)電一體化。電子秤、自動(dòng)售貨（票）機(jī)、電子收款機(jī)、銀行自動(dòng)化系統(tǒng)等。

第32頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)⑤儀器、儀表機(jī)電一體化。三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、醫(yī)療電子設(shè)備、測(cè)長(zhǎng)儀、測(cè)溫儀、測(cè)速儀、機(jī)電測(cè)試設(shè)備等。

⑥辦公自動(dòng)化設(shè)備的機(jī)電一體化。復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、傳真機(jī)、繪圖儀、印刷機(jī)等。

⑦信息處理自動(dòng)化設(shè)備。語(yǔ)音處理、語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音分析、語(yǔ)言合成設(shè)備；圖像分析別設(shè)備；氣象資料分析處理、地震波分析處理設(shè)備。

⑧

導(dǎo)航與控制。導(dǎo)彈控制、魚雷制導(dǎo)、航空航天系統(tǒng)、智能武器裝置等。

第33頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)（2）選用要點(diǎn)

①不同領(lǐng)域可選用不同品種、不同檔次的微機(jī)。

②生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化、機(jī)床自動(dòng)化、數(shù)控機(jī)床一般應(yīng)用八位或十六位微機(jī)系統(tǒng)。

③家用電器、商用產(chǎn)品，計(jì)算機(jī)一般裝在產(chǎn)品內(nèi)，故應(yīng)采用單片機(jī)或微處理器。采用四位或八位微機(jī)。

④在要求很高的實(shí)時(shí)控制及復(fù)雜的過(guò)程控制、高速運(yùn)算及大量數(shù)據(jù)處理等場(chǎng)合，如智能機(jī)器人、導(dǎo)航系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)應(yīng)主要使用十六位與三十二位微機(jī)。

⑤對(duì)一般的工業(yè)控制設(shè)備及機(jī)電產(chǎn)品、汽車機(jī)電一體化控制、智能儀表、計(jì)算機(jī)外設(shè)控制、磅秤自動(dòng)化、交通與能源管理等，多采用八位機(jī)。

第34頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)換句話說(shuō)

①四位機(jī)常用于較簡(jiǎn)單、規(guī)模較小的系統(tǒng)（或產(chǎn)品）；

②八位機(jī)則用于中等規(guī)模的系統(tǒng)；

③十六位與三十二位機(jī)及六十四位機(jī)主要用于較復(fù)雜的大系統(tǒng)；

（3）機(jī)電一體化中使用計(jì)算機(jī)應(yīng)注意的問(wèn)題

1）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存貯器和通信部件性能/價(jià)格比的發(fā)展跟不上處理器的發(fā)展，其結(jié)果是快速的運(yùn)算系統(tǒng)與慢速的外部設(shè)備的矛盾。

2）人—機(jī)接口已成為計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用的主要問(wèn)題，開(kāi)發(fā)圖形窗口軟件的人—機(jī)接口技術(shù)是當(dāng)前計(jì)算機(jī)軟件發(fā)展的重要趨勢(shì)。

3）軟件的開(kāi)發(fā)仍然是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的巨大工作量所在。

七、未來(lái)計(jì)算機(jī)的發(fā)展對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的影響

第35頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)1.微型計(jì)算機(jī)的基本硬件其組成部分由哪些總線相聯(lián)。

2、高速運(yùn)行的機(jī)床和普通機(jī)床如線切割機(jī)床分別應(yīng)選用幾位的微機(jī)為佳。

3.選擇計(jì)算機(jī)時(shí)可單純追求微處理器的速度嗎？

4.隨著速度和字長(zhǎng)的增加CPU的成本上升而可靠性卻降低嗎?

5.機(jī)電一體化系統(tǒng)中的各組成部分的功能很強(qiáng)，則系統(tǒng)整體也一定能很好協(xié)調(diào)，從而使系統(tǒng)可靠、正常地工作嗎？課內(nèi)問(wèn)題第36頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)項(xiàng)目微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)項(xiàng)目三單片微型計(jì)算機(jī)一、MCS-51系列單片機(jī)配置一覽表：

有EPROM有ROM無(wú)54x8位1128字節(jié)805180C51(4K字節(jié))875187C51(4K字節(jié))2x16片內(nèi)RAM片內(nèi)ROM614x8位3x16256字節(jié)875287C52(8K字節(jié))805280C52(8K字節(jié))803280C32IntelMCS-52子系列803180C31IntelMCS-51子系列中斷源串行I/O并行I/O定時(shí)器計(jì)數(shù)器片內(nèi)存儲(chǔ)器（字節(jié)）系列511521285/61322/3128/25689C51(4K)/89C52(8K)（40條引腳DIP封裝）ATEML89C系列(常用型)第37頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第38頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)MCS-51單片機(jī)40腳Vcc,GND2XTAL1,XTAL22RESET1EA/Vpp1ALE/PROG1PSEN1P0.0—P0.78P1.0—P1.78P2.0—P2.78P3.0—P3.78第39頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)Vcc,GND:正電源端與接地端(+5V/3.3V/2.7V)XTAL1,XTAL2:片內(nèi)振蕩電路輸入/輸出端15～45pfx21～12MHz（MCS-51）0～24MHz（Atmel-89C）XTAL1XTAL2也可以由XTAL1端接入外部時(shí)鐘，此時(shí)應(yīng)將XTAL2接地：XTAL2XTAL1外部時(shí)鐘通常外接一個(gè)晶振兩個(gè)電容第40頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Vcc,GND:正電源端與接地端（+5V/3.3V/2.7V)XTAL1,XTAL2:片內(nèi)振蕩電路輸入、輸出端CPU總是按照一定的時(shí)鐘節(jié)拍與時(shí)序工作：振蕩周期/時(shí)鐘周期：

Tc=晶振頻率fosc（或外加頻率）的倒數(shù)狀態(tài)周期：Ts=2個(gè)時(shí)鐘周期(Tc)（很少用到此概念）機(jī)器周期：Tm=6個(gè)狀態(tài)周期(Ts)=12個(gè)振蕩周期(Tc)指令周期:Ti:執(zhí)行一條指令所需的機(jī)器周期(Tm)數(shù)牢牢記住：振蕩周期=晶振頻率fosc的倒數(shù)；1個(gè)機(jī)器周期=12個(gè)振蕩周期；1個(gè)指令周期=1、2、4個(gè)機(jī)器周期微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第41頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月RESET:復(fù)位端（正脈沖有效，寬度8mS）復(fù)位使單片機(jī)進(jìn)入某種確定的初始狀態(tài)：▼PC值歸零（0000H）；▼各個(gè)SFR被賦予初始值（見(jiàn)P.42）：P0～P3=0FFH，Acc=0，B=0，TH0=0，TL0=0，TH1=0，TL0=0，SP=7，PSW=0……▼退出處于節(jié)電工作方式的停頓狀態(tài)、退出一切程序進(jìn)程、退出程序的死循環(huán)，從頭開(kāi)始。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第42頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTCON00HA00HT2CON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0~P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUFXXHIE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第43頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月EA/Vpp:尋址外部ROM控制端/編程電源輸入端。低有效，片內(nèi)無(wú)ROM時(shí)必須接地；片內(nèi)有ROM時(shí)應(yīng)當(dāng)接高電平；對(duì)片內(nèi)ROM編程時(shí)編程正電源加到此端。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第44頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ALE/PROG:地址鎖存允許/編程脈沖輸入端。P0口尋址外部低8位地址時(shí)接外部鎖存器G端；ALE端平時(shí)會(huì)輸出周期正脈沖：ffosc/6；對(duì)片內(nèi)ROM編程時(shí)編程脈沖由此端加入。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第45頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月PSEN：尋址外部程序存儲(chǔ)器時(shí)選通外部EPROM的讀控制端（OE）低有效。單片機(jī)鎖存器74LS373P0.0-P0.7ALEPSENP2.0-P2.48D8QOEA8-A12A0-A7D0-D7GEAOECEEPROM微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第46頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月P1.0—P1.7:準(zhǔn)雙向I/O口（內(nèi)置了上拉電阻）輸出時(shí)一切照常，僅在作輸入口用時(shí)要先對(duì)其寫“1”。21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線Vcc引腳P1.X內(nèi)部上拉電阻單片機(jī)的引腳（P1口）微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第47頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線Vcc引腳P1.X內(nèi)部上拉電阻輸出數(shù)據(jù)=1時(shí)110截止=1P1.0—P1.7:準(zhǔn)雙向I/O口（內(nèi)置了上拉電阻）輸出時(shí)一切照常，僅在作輸入口用時(shí)要先對(duì)其寫“1”。單片機(jī)的引腳（P1口）-輸出1微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第48頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線Vcc引腳P1.X內(nèi)部上拉電阻輸出數(shù)據(jù)=0時(shí)001=0導(dǎo)通P1.0—P1.7:準(zhǔn)雙向I/O口（內(nèi)置了上拉電阻）輸出時(shí)一切照常，僅在作輸入口用時(shí)要先對(duì)其寫“1”。單片機(jī)的引腳（P1口）-輸出0微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第49頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月簡(jiǎn)單測(cè)控實(shí)例原理圖微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第50頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光路通暢，R亮2K光路阻斷，R暗400KR亮<2.2KR暗

>250KP1.3作輸入端口微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第51頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月JOB3:CLRP1.1;亮綠燈REDO:SETBP1.3;P1.3作輸入口必先置1CHECK:JNBP1.3,CHECK;檢測(cè)通道是否被阻斷？LOOP:…………;有入侵者，報(bào)警！

AJMPREDO;再跳回去檢測(cè)任務(wù)三：紅外防盜報(bào)警R亮<2.2K，紅外線光路通暢時(shí)，P1.3端＝低電平R暗>250K，紅外線光路阻斷時(shí)，P1.3端＝高電平P1.3口用于輸入狀態(tài)檢測(cè)的語(yǔ)句：微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第52頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月P0.0—P0.7:雙向I/O（內(nèi)置場(chǎng)效應(yīng)管上拉）尋址外部程序存儲(chǔ)器時(shí)分時(shí)作為雙向8位數(shù)據(jù)口和輸出低8位地址復(fù)用口；不接外部程序存儲(chǔ)器時(shí)可作為8位準(zhǔn)雙向I/O口使用。21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制引腳P0.X34Vcc單片機(jī)的引腳（P0口）微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第53頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月21DQCK/Q讀引腳=1讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制引腳P0.X34控制=0時(shí)，此腳作輸入口（事先必須對(duì)它寫“1”）00100截止截止=0Vcc單片機(jī)的引腳（P0口）P0.0—P0.7:雙向I/O（內(nèi)置場(chǎng)效應(yīng)管上拉）尋址外部程序存儲(chǔ)器時(shí)分時(shí)作為雙向8位數(shù)據(jù)口和輸出低8位地址復(fù)用口；不接外部程序存儲(chǔ)器時(shí)可作為8位準(zhǔn)雙向I/O口使用。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第54頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月控制=1時(shí)，此腳作地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口：（1）輸出地址/數(shù)據(jù)=0時(shí)21DQCK/Q讀引腳=0讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制=1引腳P0.X341011=0導(dǎo)通截止=0Vcc單片機(jī)的引腳（P0口）P0.0—P0.7:雙向I/O（內(nèi)置場(chǎng)效應(yīng)管上拉）尋址外部程序存儲(chǔ)器時(shí)分時(shí)作為雙向8位數(shù)據(jù)口和輸出低8位地址復(fù)用口；不接外部程序存儲(chǔ)器時(shí)可作為8位準(zhǔn)雙向I/O口使用。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第55頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月控制=1時(shí)，此腳作地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口：（2）輸出地址/數(shù)據(jù)=1時(shí)21DQCK/Q讀引腳=0讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制=1引腳P0.X341100=1截止導(dǎo)通=1Vcc單片機(jī)的引腳（P0口）P0.0—P0.7:雙向I/O（內(nèi)置場(chǎng)效應(yīng)管上拉）尋址外部程序存儲(chǔ)器時(shí)分時(shí)作為雙向8位數(shù)據(jù)口和輸出低8位地址復(fù)用口；不接外部程序存儲(chǔ)器時(shí)可作為8位準(zhǔn)雙向I/O口使用。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第56頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月控制=1時(shí)，此腳作地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口：（3）輸入數(shù)據(jù)時(shí)，輸入指令將使引腳與內(nèi)部總線直通21DQCK/Q讀引腳=1讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制=1引腳P0.X34Vcc單片機(jī)的引腳（P0口）P0.0—P0.7:雙向I/O（內(nèi)置場(chǎng)效應(yīng)管上拉）尋址外部程序存儲(chǔ)器時(shí)分時(shí)作為雙向8位數(shù)據(jù)口和輸出低8位地址復(fù)用口；不接外部程序存儲(chǔ)器時(shí)可作為8位準(zhǔn)雙向I/O口使用。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第57頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月P2.0—P2.7:雙向I/O（內(nèi)置了上拉電阻）尋址外部程序存儲(chǔ)器時(shí)輸出高8位地址；不接外部程序存儲(chǔ)器時(shí)可作為8位準(zhǔn)雙向I/O口使用。21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址高8位控制引腳P2.X3內(nèi)部上拉電阻Vcc單片機(jī)的引腳（P2口）微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第58頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月21DQCK/Q讀引腳=0讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址高8位控制引腳P2.X控制=0時(shí)，此腳作通用輸出口：輸出=1時(shí)110截止3內(nèi)部上拉電阻11Vcc=1=0單片機(jī)的引腳（P2口）P2.0—P2.7:雙向I/O（內(nèi)置了上拉電阻）尋址外部程序存儲(chǔ)器時(shí)輸出高8位地址；不接外部程序存儲(chǔ)器時(shí)可作為8位準(zhǔn)雙向I/O口使用。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第59頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月21DQCK/Q讀引腳=0讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址高8位控制引腳P2.X控制=0時(shí)，此腳作通用輸出口：輸出=0時(shí)001導(dǎo)通3內(nèi)部上拉電阻00Vcc=0=0單片機(jī)的引腳（P2口）P2.0—P2.7:雙向I/O（內(nèi)置了上拉電阻）尋址外部程序存儲(chǔ)器時(shí)輸出高8位地址；不接外部程序存儲(chǔ)器時(shí)可作為8位準(zhǔn)雙向I/O口使用。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第60頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月控制=1時(shí)，此腳作高8位地址A8—A15輸出口：當(dāng)輸出=1時(shí)21DQCK/Q讀引腳=0讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址高8位控制=1引腳P2.X10截止3內(nèi)部上拉電阻1=1Vcc=1單片機(jī)的引腳（P2口）P2.0—P2.7:雙向I/O（內(nèi)置了上拉電阻）尋址外部程序存儲(chǔ)器時(shí)輸出高8位地址；不接外部程序存儲(chǔ)器時(shí)可作為8位準(zhǔn)雙向I/O口使用。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第61頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月讀引腳=021DQCK/Q讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址高8位控制=1引腳P2.X01導(dǎo)通3內(nèi)部上拉電阻0=0Vcc=0控制=1時(shí)，此腳作高8位地址A8—A15輸出口：當(dāng)輸出=0時(shí)單片機(jī)的引腳（P2口）P2.0—P2.7:雙向I/O（內(nèi)置了上拉電阻）尋址外部程序存儲(chǔ)器時(shí)輸出高8位地址；不接外部程序存儲(chǔ)器時(shí)可作為8位準(zhǔn)雙向I/O口使用。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第62頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月P3.0—P3.7:雙功能口（內(nèi)置了上拉電阻）它具有特定的第二功能。在不使用它的第二功能時(shí)它就是普通的通用準(zhǔn)雙向I/O口。21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線第二功能輸出引腳P3.X3內(nèi)部上拉電阻Vcc第二功能輸入4單片機(jī)的引腳（P3口）微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第63頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線第二功能輸出（WR，RD，TxD）引腳P3.X3內(nèi)部上拉電阻Vcc4第二功能輸出時(shí)，內(nèi)部自動(dòng)D=1111反相器單片機(jī)的引腳（P3口）P3.0—P3.7:雙功能口（內(nèi)置了上拉電阻）它具有特定的第二功能。在不使用它的第二功能時(shí)它就是普通的通用準(zhǔn)雙向I/O口。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第64頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線此端自動(dòng)＝1引腳P3.X3內(nèi)部上拉電阻Vcc

第二功能輸入（RxD，T0，T1，INT0，INT1）4第二功能輸入時(shí)，信號(hào)經(jīng)緩沖器4直接進(jìn)入內(nèi)總線1110截止單片機(jī)的引腳（P3口）P3.0—P3.7:雙功能口（內(nèi)置了上拉電阻）它具有特定的第二功能。在不使用它的第二功能時(shí)它就是普通的通用準(zhǔn)雙向I/O口。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第65頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月P3口第二功能表（P.35）引腳第二功能P3.0RxD:串行口接收數(shù)據(jù)輸入端P3.1TxD:串行口發(fā)送數(shù)據(jù)輸出端P3.2INT0:外部中斷申請(qǐng)輸入端0P3.3INT1:外部中斷申請(qǐng)輸入端1P3.4T0:外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端0P3.5T1:外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端1P3.6WR:寫外設(shè)控制信號(hào)輸出端P3.7RD:讀外設(shè)控制信號(hào)輸出端微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第66頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月51單片機(jī)的8個(gè)特殊引腳Vcc,GND:電源端XTAL1,XTAL2:片內(nèi)振蕩電路輸入、輸出端RESET:復(fù)位端正脈沖有效（寬度8mS）EA/Vpp:尋址外部ROM控制端。低有效片內(nèi)有ROM時(shí)應(yīng)當(dāng)接高電平。ALE/PROG:地址鎖存允許控制端。PSEN：選通外部ROM的讀(OE)控制端。低有效微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第67頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月51單片機(jī)的4個(gè)8位的I/O口P0.0—P0.7:8位數(shù)據(jù)口和輸出低8位地址復(fù)用口(復(fù)用時(shí)是雙向口；不復(fù)用時(shí)也是準(zhǔn)雙向口)P1.0—P1.7:通用I/O口（準(zhǔn)雙向口）P2.0—P2.7:輸出高8位地址（用于尋址時(shí)是輸出口；不尋址時(shí)是準(zhǔn)雙向口）P3.0—P3.7:具有特定的第二功能（準(zhǔn)雙向口）注意：在不外擴(kuò)ROM/RAM時(shí)，P0～P3均可作通用I/O口使用，而且都是準(zhǔn)雙向I/O口(例如:AT89C51)！微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第68頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月P3口第二功能表引腳第二功能P3.0RxD:串行口接收數(shù)據(jù)輸入端P3.1TxD:串行口發(fā)送數(shù)據(jù)輸出端P3.2INT0:外部中斷申請(qǐng)輸入端0P3.3INT1:外部中斷申請(qǐng)輸入端1P3.4T0:外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端0P3.5T1:外部計(jì)數(shù)脈沖輸入端1P3.6WR:寫外設(shè)控制信號(hào)輸出端P3.7RD:讀外設(shè)控制信號(hào)輸出端微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第69頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)

單片機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)成：

二、單片機(jī)控制系統(tǒng)的組成形式第70頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)最小應(yīng)用系統(tǒng)是指用一片單片機(jī)，加上晶振電路、復(fù)位電路、電源與外設(shè)驅(qū)動(dòng)電路組配成的控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)往往使用片內(nèi)帶有ROM或EPROM作程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)。

注塑機(jī)單片控制系統(tǒng)

1、最小應(yīng)用系統(tǒng)第71頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)在有些控制系統(tǒng)中，單片機(jī)本身硬件資源的限制而需要對(duì)它進(jìn)行擴(kuò)展，經(jīng)擴(kuò)展后的單片機(jī)控制系統(tǒng)稱為擴(kuò)展應(yīng)用系統(tǒng)。

2、擴(kuò)展應(yīng)用系統(tǒng)第72頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)（1）基本系統(tǒng)擴(kuò)展

指對(duì)片外EPROM、RAM的擴(kuò)展。

（2）人—機(jī)對(duì)話通道擴(kuò)展

最常用的是鍵盤和顯示器。

（3）前向通道擴(kuò)展

對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)監(jiān)視的信息通道稱為前向通道。

第一，被測(cè)參數(shù)（如位置、位移、速度、加速度、壓力、溫度等）被傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)換成電量后，還需要將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，才能被單片機(jī)接受；有的雖已被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，如開(kāi)關(guān)信號(hào)、頻率信號(hào)等，但與單片機(jī)的數(shù)字電平不匹配，需進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能接受的TTL數(shù)字信號(hào)。

第二，被測(cè)參數(shù)較多時(shí)，單片機(jī)I/O口在數(shù)量上有時(shí)不夠用。

前向通道的擴(kuò)展包括：輸入信號(hào)通道數(shù)目的擴(kuò)展和信號(hào)轉(zhuǎn)換兩個(gè)技術(shù)處理問(wèn)題。

（4）后向通道擴(kuò)展

在單片機(jī)系統(tǒng)中，對(duì)控制對(duì)象輸出控制信息的通道稱為后向通道。在后向通道設(shè)計(jì)中，必須解決單片機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如電磁鐵、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、伺服電功機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)等）功率驅(qū)動(dòng)模塊的接口問(wèn)題，這時(shí)也會(huì)遇到信號(hào)轉(zhuǎn)換、隔離及輸出通道數(shù)的擴(kuò)展等技術(shù)問(wèn)題。

第73頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片

一類是程序存儲(chǔ)器芯片擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器常用的芯片是EPROM（紫外線可擦除型），如2716（2K×8）、2732（4K×8）、2764（8K×8）、27128（16K×8）、27256（32K×8）、27512（64K×8）等。另外，還有+5V電可擦除EEPROM，如2816（2K×8）、2864（8K×8）等等。另一類是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片。常用的靜態(tài)RAM芯片有6116（2K×8位）、6264（8K×8位）、62256（32K×8位）,讀/寫速度高，易于擴(kuò)展。動(dòng)態(tài)RAM芯片有2186、2187等集成度高，成本低，功耗相對(duì)較低，缺點(diǎn)是需要增加一個(gè)刷新電路，附加另外的成本。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第74頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖3-15常用EPROM芯片管腳圖微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第75頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖3-17單片機(jī)擴(kuò)展2764EPROM電路微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第76頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖3-18單片機(jī)擴(kuò)展27128EPROM電路微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第77頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖3-19單片機(jī)擴(kuò)展2732EPROM電路微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第78頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2764是8K×8位的EPROM，單一+5V供電，工作電流為75mA，維持電流為35mA，讀出時(shí)間最大為250ns，DIP28封裝。2764A有13條(A0～A12)地址線，數(shù)據(jù)輸出線O0～O7， 為片選線，為數(shù)據(jù)輸出允許線， 為編程脈沖輸入端，VPP為編程電源，VCC為工作電源。

EPROM2764微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第79頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月擴(kuò)展2732EPROM電路說(shuō)明①地址線。擴(kuò)展片外存儲(chǔ)器時(shí)，地址是由P0和P2口提供的。2732的12條地址線（A0～A11）中，低8位A0～A7通過(guò)鎖存器74LS373與P0口連接，高4位A8～A11直接與P2口的P2.0～P2.3連接，P2口本身有鎖存功能。注意，鎖存器的鎖存使能端G必須和單片機(jī)的ALE管腳相連。②數(shù)據(jù)線。2732的8位數(shù)據(jù)線直接與單片機(jī)的P0口相連。因此，P0口是一個(gè)分時(shí)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)線。③控制線。CPU執(zhí)行2732中存放的程序指令時(shí)，取指階段就是對(duì)2732進(jìn)行讀操作。注意，CPU對(duì)EPROM只能進(jìn)行讀操作，不能進(jìn)行寫操作。2732控制線的連接有以下幾條：直接接地：由于系統(tǒng)中只擴(kuò)展了一個(gè)程序存儲(chǔ)器芯片，因此，2732的片選端直接接地，表示2732一直被選中。若同時(shí)擴(kuò)展多片，需通過(guò)譯碼器來(lái)完成片選工作。：接8031的讀選通信號(hào)端。在訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，只要端出現(xiàn)負(fù)脈沖，即可從2732中讀出程序。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第80頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖3-16常用EEPROM管腳圖微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第81頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖3-17單片機(jī)擴(kuò)展2817AEEPROM電路

微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第82頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2817A的寫入過(guò)程如下：CPU向2817A發(fā)出字節(jié)寫入命令后，2817A便鎖存地址、數(shù)據(jù)及控制信號(hào)，從而啟動(dòng)一次寫操作。2817A的寫入時(shí)間大約為16ms左右，在此期間，2817A的腳呈低電平，表示2817A正在進(jìn)行寫操作，此時(shí)它的數(shù)據(jù)總線呈高阻狀態(tài)，因而允許CPU在此期間執(zhí)行其它的任務(wù)。當(dāng)一次字節(jié)寫入操作完畢，2817A便將線置高，由此來(lái)通知CPU。(2)硬件電路圖。單片機(jī)擴(kuò)展2817A的硬件電路圖如圖3-17所示。擴(kuò)展2817EEPROM電路說(shuō)明微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第83頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)連線說(shuō)明：①地址線。圖6.5中，2817A的11條地址線（A0～A10，容量為2K×8位，211=2×1024=2K）中的低8位A0～A7通過(guò)鎖存器74LS373與P0口連接，高3位A8～A10直接與P2口的P2.0～P2.2連接。②數(shù)據(jù)線。2817A的8位數(shù)據(jù)線直接與單片機(jī)的P0口相連。③控制線。單片機(jī)與2817A的控制線連接采用了將外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間和程序存儲(chǔ)器空間合并的方法，使得2817A既可以作為程序存儲(chǔ)器使用，又可以作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用。2817連線說(shuō)明微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第84頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月——控制程序存儲(chǔ)器的讀操作，執(zhí)行指令的取指階段和執(zhí)行MOVCA,@A+DPTR指令時(shí)有效；——控制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀操作，執(zhí)行MOVX@DPTR,A和MOVX@Ri,A時(shí)有效；——控制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫操作，執(zhí)行MOVXA,@DPTR和MOVXA,@Ri時(shí)有效。在圖6.5中，2817A控制線的連線方法如下：：直接接地。由于系統(tǒng)中只擴(kuò)展了一個(gè)程序存儲(chǔ)器芯片，因此片選端直接接地，表示2817A一直被選中。2817管腳說(shuō)明微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第85頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月：8031的程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀信號(hào)經(jīng)過(guò)“與”操作后，與2817A的讀允許信號(hào)相連。這樣，只要、中有一個(gè)有效，就可以對(duì)2817A進(jìn)行讀操作了。也就是說(shuō)，對(duì)2817A既可以看作程序存儲(chǔ)器取指令，也可以看作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀出數(shù)據(jù)。：與8031的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫信號(hào)相連，只要執(zhí)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫操作指令，就可以往2817A中寫入數(shù)據(jù)。：與8031的P1.0相連，采用查詢方法對(duì)2817A的寫操作進(jìn)行管理。在擦、寫操作期間，腳為低電平，當(dāng)字節(jié)擦、寫完畢時(shí)，為高電平。2817管腳說(shuō)明微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第86頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月其實(shí)，檢測(cè)2817A寫操作是否完成也可以用中斷方式實(shí)現(xiàn)，方法是將2817A的反相后與8031的中斷輸入腳相連。當(dāng)2817A每擦、寫完一個(gè)字節(jié)，便向單片機(jī)提出中斷請(qǐng)求。圖4.5中，2817A的地址范圍是0000H～07FFH（無(wú)關(guān)的管腳取0，該地址范圍不是惟一的）。(4)2817A的使用。按照?qǐng)D3-17連接好后，如果只是把2817A作為程序存儲(chǔ)器使用，使用方法同EPROM相同。EEPROM也可以通過(guò)編程器將程序固化進(jìn)去。2817管腳說(shuō)明微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第87頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖3-186116管腳圖6116的管腳與EPROM2716管腳兼容，管腳如圖所示。6264管腳微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第88頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)硬件電路。單片機(jī)與6116的硬件連接如圖所示。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第89頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖3-20單片機(jī)與6264SRAM的連接微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第90頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用譯碼法擴(kuò)展多片E2PROM微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第91頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6264是8K×8位的靜態(tài)RAM，它采用CMOS工藝制造，單一+5V供電，額定功耗200mW，典型讀取時(shí)間200ns，封裝形式為DIP28，管腳如圖6.13所示。其中，A0～A12為13條地址線；I/O0～I(xiàn)/O7為8條數(shù)據(jù)線，雙向；為片選線1，低電平有效；CE2為片選線2，高電平有效；為讀允許信號(hào)線，低電平有效；為寫信號(hào)線，低電平有效。靜態(tài)RAM芯片6264說(shuō)明微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第92頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖3-21iRAM2186、2187管腳圖微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第93頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2186/2187片內(nèi)具有8K×8位集成動(dòng)態(tài)RAM，單一+5V供電，工作電流70mA，維持電流20mA，存取時(shí)間250ns，管腳與6264兼容。兩者的不同之處在于2186的引腳1是同CPU的握手信號(hào)RDY，而2187的引腳1是刷新控制輸入端REFEN?？觳翆懶痛鎯?chǔ)器（FlashMemory）

快擦寫型存儲(chǔ)器是一種電可擦除型、非易失性存儲(chǔ)器，也稱為閃存，其特點(diǎn)是快速在線修改，且掉電后信息不丟失。近年來(lái)，F(xiàn)lashMemory大量用來(lái)制作存儲(chǔ)器卡（也稱為閃卡），例如，數(shù)碼相機(jī)中使用的存儲(chǔ)器卡就是一種閃卡。動(dòng)態(tài)RAM芯片微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第94頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)可編程I/O擴(kuò)展芯片①8255：可編程通用并行接口電路，可擴(kuò)展3×8位并行I/O口。②8243：可編程通用并行接口電路，可擴(kuò)展4×4位并行I/O口。③8155：編程RAM/IO擴(kuò)展電路，可擴(kuò)展2×8位并行口、6位并行口、256×8位靜態(tài)RAM和14位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。④8755：可編程EPROM/IO擴(kuò)展電路，可擴(kuò)展2×8位并行I/O口和2k×8位EPROM。⑤8253：可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，可擴(kuò)展3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。⑥8251：可編程串行口電路。⑦8279：可編程鍵盤、顯示器接口電路，可擴(kuò)展64個(gè)鍵（或開(kāi)關(guān)點(diǎn)）和16位七段數(shù)碼顯示器。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第95頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖3-22簡(jiǎn)單I/O口擴(kuò)展電路微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第96頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月輸出控制信號(hào)由P2.0和相“或”后形成。當(dāng)二者都為0后，74LS273的控制端有效，選通74LS273，P0上的數(shù)據(jù)鎖存到74LS273的輸出端，控制發(fā)光二極管LED，當(dāng)某線輸出為0時(shí)，相應(yīng)的LED發(fā)光。因?yàn)?4LS244和74LS273都是在P2.0為0時(shí)被選通的，所以二者的口地址都為FEFFH（這個(gè)地址不是惟一的，只要保證P2.0=0，其它地址位無(wú)關(guān)）。但是由于分別由和控制，因而兩個(gè)信號(hào)不可能同時(shí)為0（執(zhí)行輸入指令，如MOVXA，@DPTR或MOVXA，@Ri時(shí)，有效；執(zhí)行輸出指令，如MOVX@DPTR，A或MOVX@Ri，A時(shí)，有效），所以邏輯上二者不會(huì)發(fā)生沖突。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第97頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8155內(nèi)部結(jié)構(gòu) (b)8155引腳配置圖可編程RAMI/O接口芯片8155內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第98頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月AD0~AD7選中寄存器A7A6A5A4A3A2A1A0×××××000內(nèi)部命令寄存器×××××001通用I/O口A寄存器×××××010通用I/O口B寄存器×××××011口C：通用I/O口或控制口×××××100定時(shí)/計(jì)數(shù)器的低8位寄存器×××××101定時(shí)/計(jì)數(shù)器的高8位寄存器8155的RAM和I/O口地址編碼微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第99頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8155的工作方式與基本操作微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第100頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖7-138155命令狀態(tài)寄存器格式微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第101頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月表7-48155定時(shí)器編程方式及相應(yīng)的輸出波形M2M1方式定時(shí)器輸出波形00110101單方波連續(xù)方波單脈沖連續(xù)脈沖微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第102頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月表7?28155的RAM和I/O口地址分配P2.4P2.3選擇地址00RAME700H～E7FFH(256B)01I/O口EF00H命令口/狀態(tài)口EF01H通用I/O口AEF02H通用I/O口BEF03H口CEF04H計(jì)數(shù)值低8位EF05H計(jì)數(shù)值高8位和計(jì)數(shù)方式圖7?158155和8031單片機(jī)接口微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第103頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)鍵盤接口技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第104頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月獨(dú)立鍵盤與單片機(jī)接口微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第105頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月矩陣鍵盤接口技術(shù)及工作原理微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第106頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖7-20定時(shí)鍵盤掃描程序框圖矩陣鍵盤工作方式微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第107頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月 (a)管腳圖 (b)共陰極 (c)共陽(yáng)極圖LED顯示器與通用I/O口的連線MCS-51單片機(jī)顯示器接口技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第108頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖通過(guò)8255A連接的3位LED靜態(tài)顯示器靜態(tài)LED顯示器接口微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第109頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖通過(guò)8155連接的6位LED動(dòng)態(tài)顯示電路動(dòng)態(tài)LED顯示器接口微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第110頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月動(dòng)態(tài)顯示子程序流程圖微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第111頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.8279的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可編程鍵盤/顯示器接口芯片Intel8279微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第112頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.8279引腳功能微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第113頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8279與單片機(jī)的接口微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第114頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖8×8鍵盤的鍵值與鍵號(hào)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第115頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展地址譯碼2.單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展地址譯碼對(duì)擴(kuò)展芯片進(jìn)行片選控制片內(nèi)地址選擇

(1)單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)地址譯碼規(guī)則。

①單片機(jī)一般采用哈佛（Haward）結(jié)構(gòu)，它把程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間完全分開(kāi)，采用不同的尋址方式。例如MCS-51系列，PC指針總是指向程序存儲(chǔ)器的單元，而用DPTR指針指向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元。②外圍芯片與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址，而且必須使用讀、寫控制線。③8位單片機(jī)的地址總線寬度為16位，也就是說(shuō)片外程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均可直接尋址64k字節(jié)。

(2)地址譯碼方法。地址譯碼的方法有線選法和全地址譯碼法兩種。

①線選法：把地址線直接接到外圍擴(kuò)展芯片的片選端上，只要該地址線為低電平，相應(yīng)的芯片就被選中。

②全地址譯碼：當(dāng)擴(kuò)展芯片所需的片選線要比可提供的地址線多時(shí)，要采用全地址譯碼方式產(chǎn)生片選信號(hào)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第116頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)3.總線驅(qū)動(dòng)與總線負(fù)載當(dāng)系統(tǒng)擴(kuò)展所用的外圍芯片較多時(shí)，就需要在單片機(jī)相應(yīng)的總線上設(shè)計(jì)總線驅(qū)動(dòng)器，使單片機(jī)的總線與外圍擴(kuò)展芯片通過(guò)驅(qū)動(dòng)器連接起來(lái)，而不是直接相連，因?yàn)閱纹瑱C(jī)總線的驅(qū)動(dòng)能力總是有限的，如MCS-5l作為數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線的P0口只能驅(qū)動(dòng)8個(gè)74LSTTL系列的門電路，而其他I/O口僅能驅(qū)動(dòng)4個(gè)74LSTTL電路。另一方面，外圍芯片工作時(shí)有一個(gè)輸入電流，不工作時(shí)也有漏電流存在，因此，過(guò)多的外圍芯片可能會(huì)加重總線負(fù)載，致使系統(tǒng)因驅(qū)動(dòng)能力不足而不能可靠地工作。采用總線驅(qū)動(dòng)器后，不管驅(qū)動(dòng)器后面接多少個(gè)集成電路芯片，對(duì)單片機(jī)來(lái)講，相當(dāng)于每條線只帶動(dòng)一個(gè)LSTTL門電路的負(fù)載，而驅(qū)動(dòng)器在高電平時(shí)能驅(qū)動(dòng)100多個(gè)74LSTTL門電路，這就提高了單片機(jī)總線的驅(qū)動(dòng)能力。圖3.13為單片機(jī)總線驅(qū)動(dòng)擴(kuò)展原理圖。

第117頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)4.編程I/O擴(kuò)展芯片的應(yīng)用方法(1)在選用I/O擴(kuò)展芯片時(shí)，必須對(duì)該芯片提供的資源及各引腳的含義正確地理解，如8155提供了256字節(jié)RAM、3個(gè)并行I/O口及1個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器資源。(2)可編程I/O芯片各資源都有地址編碼，這些地址編碼一般采用單片機(jī)低8位地址，如8155中PA、PB、PC、計(jì)數(shù)器及RAM均有地址定義。對(duì)于有復(fù)合功能的芯片，其功能選擇引腳也需進(jìn)行地址編碼，如8155的IO/引腳。(3)各資源均有若干工作方式，如8155并行口有兩種工作方式，定時(shí)/計(jì)數(shù)器有4種工作方式，并行口還需定義數(shù)據(jù)輸入/輸出的方向等。各資源在某一時(shí)刻只能有一種工作方式，并行口的數(shù)據(jù)只有一種流向。

(4)在應(yīng)用定時(shí)/計(jì)數(shù)器時(shí)，既要向其寫入定時(shí)/計(jì)數(shù)常數(shù)，又要定義工作方式，然后，再通過(guò)命令寄存器啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)。

第118頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.3.6前向通道接口設(shè)計(jì)

1.A/D轉(zhuǎn)換接口技術(shù)

根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換芯片與單片機(jī)連接方式以及控制系統(tǒng)的要求，A/D轉(zhuǎn)換采樣的方式主要有以下三種：中斷方式、程序查詢方式、定時(shí)采樣方式。

2.開(kāi)關(guān)信號(hào)及頻率信號(hào)的接口技術(shù)

微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第119頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.5.7后向通道接口設(shè)計(jì)后向通道在單片機(jī)一側(cè)主要有兩種類型：數(shù)據(jù)總線及并行I/O口。信號(hào)形式主要有數(shù)字量、開(kāi)關(guān)量和頻率量三種

微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第120頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖7-37DAC0832引腳圖數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口及應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第121頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

DAC0832的引腳排列 DAC0832結(jié)構(gòu)圖微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第122頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.DAC0832與MCS-51的接口設(shè)計(jì)（1）單緩沖工作方式圖7-38單極性單緩沖器電路接口圖微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第123頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）雙緩沖工作方式圖7-40工作于雙緩沖方式時(shí)DAC0832與8031的連接微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第124頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月AD7542與單片機(jī)接口微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)第125頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)二、單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括:硬件設(shè)計(jì)、應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)仿真調(diào)試三個(gè)部分。

1、硬件設(shè)計(jì)

單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)選型、基本系統(tǒng)擴(kuò)展設(shè)計(jì)、I/O口擴(kuò)展設(shè)計(jì)、人一機(jī)通道設(shè)計(jì)、前向通道接口設(shè)計(jì)和后向通道接口設(shè)計(jì)等。

在擴(kuò)展和通道接口設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循如下原則：

（1）盡可能選擇典型電路，并且要符合常規(guī)用法。

（2）系統(tǒng)擴(kuò)展、I/O口擴(kuò)展要留有一定的裕量。

（3）硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。

（4）單片機(jī)片外電路應(yīng)與單片機(jī)的電氣性能參數(shù)及工作時(shí)序匹配。

（5）應(yīng)十分重視可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)。

第126頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)選擇可靠性高的元器件、合理分配可靠度、采用通道隔離、電路板合理布局及去耦濾波、設(shè)計(jì)自診斷功能等等。

（6）單片機(jī)外接電路較多時(shí)，必須考慮其負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力。

2、軟件設(shè)計(jì)

（1）軟件結(jié)構(gòu)清晰、簡(jiǎn)捷、流程合理。

（2）各功能程序應(yīng)采用模塊化編程。

（3）程序存儲(chǔ)區(qū)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)規(guī)劃合理。

（4）運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)標(biāo)志化管理。設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志（位或字節(jié)），以便主程序查詢。

（5）軟件抗干擾設(shè)計(jì)。

（6）為了提高系統(tǒng)的可靠性，在控制軟件中應(yīng)設(shè)計(jì)自診斷程序。系統(tǒng)在工作運(yùn)行前先運(yùn)行自診斷程序，檢查各硬件的待征狀態(tài)參數(shù)是否正常。

第127頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)三、單片機(jī)芯片選擇

1、正確選擇單片機(jī)芯片的重要性

2、建議選擇單片機(jī)芯片時(shí)考慮以下因素

（1）要盡可能選擇設(shè)計(jì)者較為熟悉，曾經(jīng)接觸過(guò)的單片機(jī)系列。單片機(jī)發(fā)展至今已有二三十余年的歷史，形成約50個(gè)系列四百余種機(jī)型。

（2）要選擇有豐富的應(yīng)用軟件、開(kāi)發(fā)工具及成熟輔助電路支持的單片機(jī)系列。

（3）根據(jù)系統(tǒng)性能要求選擇合適的單片機(jī)。

目前單片機(jī)的產(chǎn)量占全部微機(jī)產(chǎn)量的70％以上，其中8位單片機(jī)產(chǎn)量占整個(gè)單片機(jī)的60％以上，而Intel公司的MCS-51在8位單片機(jī)市場(chǎng)所占的份額最大，達(dá)50％左右。

第128頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)1.MCS-51系列單片機(jī)設(shè)有四個(gè)并行的I/O口，使用時(shí)有哪些特點(diǎn)和分工？簡(jiǎn)述各并行I/O口結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

2.說(shuō)明單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展的必要性和主要類型。

3.INTEL公司只讀存儲(chǔ)器EPROM2764芯片的容量是多少？

4.機(jī)電一體化中單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展的主要類型有哪些？課內(nèi)問(wèn)題第129頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)項(xiàng)目微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)項(xiàng)目四機(jī)電一體化技術(shù)系統(tǒng)中的接口技術(shù)一、前向通道接口設(shè)計(jì)

將傳感器測(cè)量的被測(cè)對(duì)象信號(hào)輸入到單片機(jī)數(shù)據(jù)總線的通道為前向通道。前向通道在單片機(jī)一側(cè)有三種類型：數(shù)據(jù)總線、并行I/O口和定時(shí)/計(jì)數(shù)器口。

第130頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)1、A/D轉(zhuǎn)換接口技術(shù)

A/D轉(zhuǎn)換采樣的方式主要有以下三種：中斷方式；程序查詢方式；定時(shí)采樣方式。

（1）中斷方式

①接高電平：ICL7109進(jìn)行連續(xù)轉(zhuǎn)換；

②接低電平：ICL7109進(jìn)行點(diǎn)轉(zhuǎn)換；

③STATUS端與8031的相連，每完成一次轉(zhuǎn)換便向8031發(fā)出一次中斷請(qǐng)求。

④使能端HBEN/LBEN為“10”時(shí)讀低字節(jié)、為“01”時(shí)讀高字節(jié)。

第131頁(yè)，課件共172頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)ICL7109連續(xù)轉(zhuǎn)換時(shí)的轉(zhuǎn)換程序：

ORG0003H

LJMPINT0

ORG××××H；主程序

┇

SET