微型機控制技術(shù)

微機控制技術(shù)電子教案科技學(xué)院制作陶善宏E-mail:taoshh@tshdrhtmj@126.com電話微機控制技術(shù)》研究的內(nèi)容及特點研究的內(nèi)容：

主要研究控制理論、計算機技術(shù)（軟、硬件技術(shù)）、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、測量技術(shù)、信號處理技術(shù)等在微機控制中的應(yīng)用、以及微機的控制方法及其應(yīng)用。主要的特點：

1）理論性強：控制理論、信號處理理論等

2）綜合性強：控制理論、計算機硬件技術(shù)、編程技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、測量技術(shù)、信號處理技術(shù)、電子技術(shù)等

3）實踐性強：設(shè)計、計算必須要反復(fù)進行實驗；在實踐中積累了大量的經(jīng)驗方法、經(jīng)驗數(shù)據(jù)等

4）理論與實踐相結(jié)合

5）實用性強

6）應(yīng)用廣泛等課程參考書教材：《微機控制技術(shù)》

郭敬樞等編著，重慶大學(xué)出版社，1995年參考教材：1.

《微型計算機控制技術(shù)（第3版）》

謝劍英等 編著，國防工業(yè)出版社，20012.《微型計算機控制技術(shù)及應(yīng)用》

徐大誠等編著，高等教育出版社，2003年3．《機械控制工程基礎(chǔ)》

朱驥北編著，機械工業(yè)出版社，1999年10月5．《微型計算機技術(shù)》

賴壽宏等編著，機械工業(yè)出版社，1994年6.《單片機基礎(chǔ)》

李廣第等編著，北京航空航天大學(xué)出版社，2001年目錄微機控制系統(tǒng)概述輸入輸出接口技術(shù)輸入輸出過程通道順序控制系統(tǒng)與數(shù)字程序控制系統(tǒng)過程控制與數(shù)字PID控制器設(shè)計微機控制系統(tǒng)設(shè)計第一章微機控制系統(tǒng)概述微機控制的概念微機控制系統(tǒng)的組成微機控制系統(tǒng)的類型1.1微機控制的概念一、概念1、自動控制：利用控制裝置自動地使機器設(shè)備或生產(chǎn)過程的某一物理量按預(yù)期的規(guī)律運行，實現(xiàn)該控制目的所需裝置構(gòu)成了一個自動控制系統(tǒng)。2、計算機控制系統(tǒng)：用數(shù)字計算機控制生產(chǎn)過程或設(shè)備的系統(tǒng)。3、生產(chǎn)過程控制：1）由給定的原料，生產(chǎn)給定的產(chǎn)品，對生產(chǎn)過程中所有可控的物理量都有一定的要求。2）外界條件改變或原材料改變時，仍要求生產(chǎn)原來的產(chǎn)品。3）某些生產(chǎn)過程的啟動和關(guān)閉，必須按照規(guī)定的先后次序操作。4）市場情況和經(jīng)營目標(biāo)改變時，必須改變生產(chǎn)過程參數(shù)。5）作出控制決策，使原材料最省、設(shè)備利用的最好、生產(chǎn)率最高等4、典型工業(yè)控制對象：1）連續(xù)生產(chǎn)過程

不間斷的生產(chǎn)過程2）離散生產(chǎn)過程。

單件形態(tài)產(chǎn)品生產(chǎn)過程3）批次（量）生產(chǎn)過程

兼有連續(xù)和離散的過程二、自動控制系統(tǒng)實例

電熱恒溫箱自動控制系統(tǒng)控制量操作量被控量三、自動控制系統(tǒng)與微機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖偏差給定值調(diào)節(jié)器執(zhí)行機構(gòu)被控對象測量裝置反饋值微機執(zhí)行機構(gòu)被控對象測量裝置操作量被控量控制量給定值反饋值D/AA/D四、電熱恒溫箱微機控制系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)1、控制核心電路1、溫度信號輸入通道3、控制信號輸出通道Y恒溫箱溫度傳感器執(zhí)行機構(gòu)模入模出接口接口接口運行操作臺主機總線恒溫箱撥碼盤顯示裝置按鍵：啟、停健電機、調(diào)壓器：用模擬量輸出通道繼電器、晶閘管：用開關(guān)量輸出通道控制程序初始化啟動輸入溫度值處理顯示輸入設(shè)定值計算偏差控制算法輸出控制信號N控制過程可歸納為：1）實時數(shù)據(jù)采集（檢測）對來自測量變送裝置的被控變量的瞬時值進行檢測和輸入。2）實時數(shù)據(jù)處理（決策）對采集到的被控變量進行分析和處理，并按已定的控制規(guī)律，決定將要采取的控制行為。3）實時控制根據(jù)控制決策，適時地對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。4）信息管理五、幾個常用術(shù)語在線（聯(lián)機方式

Online）：生產(chǎn)過程和計算機直接連接，并受計算機控制的方式。離線（脫機方式

Offline）：生產(chǎn)過程不和計算機相連，且不受計算機控制，而是靠人進行聯(lián)系并作相應(yīng)操作的方式。實時（Realtime）：計算機輸入、輸出和計算都在規(guī)定時間內(nèi)完成在線與實時的關(guān)系

一個在線系統(tǒng)不一定是實時系統(tǒng)一個實時系統(tǒng)必定是在線系統(tǒng)主機被控對象···························1.2微機控制系統(tǒng)的組成傳感器執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)傳感器模入模出接口開入開出接口CPUROMRAM軟件外部設(shè)備運行操作臺網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備總線···接口接口接口接口接口一、硬件1、主機

系統(tǒng)核心，通過執(zhí)行程序控制。檢測、數(shù)據(jù)處理、判斷、計算、控制、報警等。2、I/O接口與總線

各部分信息傳遞的橋梁。并行接口、串行接口、直接數(shù)據(jù)傳輸控制器、中斷控制器、定時器/計數(shù)器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器等3、通用外部設(shè)備

輸入輸出顯示、打印、存儲、傳輸數(shù)據(jù)。4、操作臺

系統(tǒng)對微機進行控制時，操作員進行人工干預(yù)的設(shè)備，用于輸入設(shè)置參數(shù)。功能鍵、數(shù)字鍵、開關(guān)、LED數(shù)碼管或CRT顯示器1000用于開關(guān)量時，表示四個開關(guān)的不同狀態(tài)，當(dāng)K1段開時，輸入量為+5VK1閉合時，輸入接地，為為0VTTL電平，大于4V為高電平，接近0V為低電平P1.0K1+5V5、輸入/輸出通道實現(xiàn)計算機與被控對象的電氣隔離模入（輸入信號為模擬量，輸出為數(shù)字量）開入（輸入信號為數(shù)字量，輸出為數(shù)字量）模出（輸入信號為數(shù)字量，輸出為模擬量）開出（輸入信號為數(shù)字量，輸出為數(shù)字量）過程通道是微機控制系統(tǒng)必須的，也是最重要的二、軟件軟件是指能完成各種功能的計算機程序、文檔的總和。軟件通常分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。系統(tǒng)軟件：使用、維護計算機系統(tǒng)應(yīng)用軟件：實現(xiàn)控制任務(wù)的控制軟件。應(yīng)用軟件功能結(jié)構(gòu)為：1、過程監(jiān)控包括的程序有：巡回檢測、數(shù)據(jù)處理、報警、操作面板服務(wù)、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、判斷、過程分析等2、過程控制計算包括的程序有：控制算法（PID算法、最優(yōu)控制、串級調(diào)節(jié)、比值調(diào)節(jié)、前饋調(diào)節(jié)、系統(tǒng)辯識等）、事故處理、信息管理（信息生成調(diào)度、文件管理、輸出、打印、顯示等）3、公共服務(wù)包括的程序有：基本運算、函數(shù)運算、數(shù)碼轉(zhuǎn)換、格式編輯等。一、微型計算機控制系統(tǒng)分類（一）數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)監(jiān)視系統(tǒng)（二）操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)（三）直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）（四）計算機監(jiān)督系統(tǒng)（SCC）（五）分布控制系統(tǒng)（DCS）（六）分級計算機控制系統(tǒng)（七）計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）（八）集散控制系統(tǒng)1.3微機控制系統(tǒng)的類型二、微型計算機控制系統(tǒng)分類（一）數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)監(jiān)視系統(tǒng)DataAcquisitionSystem對一個物理過程的參數(shù)，按照所需要的時間進行周期性的或隨機的采集。計算機控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集功能。工業(yè)對象采樣A/D轉(zhuǎn)換計算機顯示打印報警開關(guān)量數(shù)字量（二）操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)計算機輸出不直接用來控制生產(chǎn)對象，而只是對系統(tǒng)過程參數(shù)進行收集、加工處理，然后輸出數(shù)據(jù)，操作人員根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行必要的操作。該系統(tǒng)的特點是較簡單、安全可靠。常用于試驗調(diào)試過程。該系統(tǒng)的缺點是要人工操作，速度慢、對象少。操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)組成框圖（三）直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）

DDC（DirectDigitalControl）控制是用一臺微機對多個被控參數(shù)進行巡回檢測，檢測結(jié)果與設(shè)定值進行比較，再按PID規(guī)律或直接數(shù)字控制方法進行控制運算，然后輸出到執(zhí)行機構(gòu)，使被控參數(shù)穩(wěn)定在給定值上。特點：可一機多控而經(jīng)濟、靈活、可靠?？蓪崿F(xiàn)各種復(fù)雜控制，如串級、前饋、自選控制、大滯后控制等。直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）DDC控制系統(tǒng)原理圖（四）計算機監(jiān)督系統(tǒng)（SCC）

計算機監(jiān)督系統(tǒng)（SupervisoryComputerControl）簡稱為SCC。1、計算機監(jiān)督系統(tǒng)SCC

在SCC系統(tǒng)，由計算機按照生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型，計算出最佳給定值，將其值送給模擬調(diào)節(jié)器或DDC計算機控制生產(chǎn)過程。2、SCC系統(tǒng)的優(yōu)點與問題優(yōu)點：可以進行給定值控制、順序控制、最優(yōu)控制和自適應(yīng)。是操作指導(dǎo)系統(tǒng)和DDC系統(tǒng)的綜合與發(fā)展。問題：由于生產(chǎn)過程的復(fù)雜性，其數(shù)學(xué)模型的建立比較困難，因此該系統(tǒng)實現(xiàn)比較困難。3、SCC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

SCC+模擬調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)

SCC+DDC的控制系統(tǒng)

計算機監(jiān)督系統(tǒng)的兩種結(jié)構(gòu)如下圖所示：SCC+模擬調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)原理圖SCC+DCC控制系統(tǒng)原理圖（五）分布控制系統(tǒng)（DCS）

分布控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem）。1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由三級組成：底層的分散過程控制級（DDC）、中間層的監(jiān)督控制級（SCC）、上層的生產(chǎn)管理級（MIS）。是計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)、測量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等有機結(jié)合的產(chǎn)物。

2、各級功能

分散過程控制級DDC，用于直接生產(chǎn)控制，完成數(shù)據(jù)采集、順序控制或某一閉環(huán)控制，向監(jiān)控級發(fā)送數(shù)據(jù)，并接受監(jiān)控級來的信息。該級由多個以計算機為核心的工作站組成。

監(jiān)督控制級SCC，任務(wù)是對生產(chǎn)過程的監(jiān)視與操作，與管理級、分散控制級傳送數(shù)據(jù)和指令。

管理級MIS，是整個系統(tǒng)的中樞，根據(jù)下級提供的信息及生產(chǎn)任務(wù)要求，選擇數(shù)學(xué)模型和控制策略，對下一級下達指令及編制報表等。3、分布控制系統(tǒng)的特點通用性強、系統(tǒng)組態(tài)靈活、控制功能完善、數(shù)據(jù)處理方便、顯示操作集中、系統(tǒng)規(guī)范、調(diào)試方便、運行安全可靠，能提高自動化水平、管理水平等、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率，降低消耗，創(chuàng)造最佳經(jīng)濟效益社會效益等。分布控制系統(tǒng)原理圖（六）分級計算機控制系統(tǒng)又稱：遞階控制系統(tǒng)分級計算機控制系統(tǒng)是一個四級系統(tǒng)，各級計算機的功能如圖1-9所示。裝置控制級（DDC級）車間監(jiān)督級（SCC級）工廠集中控制級（MIS）企業(yè)管理級（MIS）分級計算機控制系統(tǒng)返回本節(jié)（七）計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）

CIMS：ComputerIntegratedManufacturingSytem1、計算機集成制造系統(tǒng)CIMS的概念

CIMS是把企業(yè)的計劃、采購、生產(chǎn)、銷售等各個環(huán)節(jié)作為整體，將其信息進行采集、傳遞、加工、協(xié)調(diào)、回控，做整體優(yōu)化決策。CIMS體現(xiàn)了一種對企業(yè)生產(chǎn)過程與生產(chǎn)管理進行優(yōu)化的新哲理。2、計算機集成制造系統(tǒng)CIMS的結(jié)構(gòu)

CIMS采用的是多任務(wù)、分層體系結(jié)構(gòu)。

有多種結(jié)構(gòu)方案，如五層遞階控制結(jié)構(gòu)、面向集成平臺的CIMS結(jié)構(gòu)、連續(xù)型CIMS結(jié)構(gòu)和局域網(wǎng)型CIMS結(jié)構(gòu)等。其基本思想都是“遞階控制（HierarchicalControl）”。遞階控制是一種把所需完成的任務(wù)按層次分級的層狀或樹狀的命令/反饋控制方式。高一級的控制次一級的，次一級的功能更具體。圖為清華大學(xué)CIMS工程技術(shù)研究中心提出的四層遞階控制體系結(jié)構(gòu)。

工廠/車間層：主要是預(yù)測、規(guī)劃、生產(chǎn)計劃。

單元層：主要是制定詳細計劃、工藝過程、對工作站進行調(diào)度和監(jiān)控等。

工作站層：控制設(shè)備進行生產(chǎn)。

設(shè)備層：生產(chǎn)設(shè)備。（八）集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)是分散型綜合控制系統(tǒng)（TotalDistributedControlSystems）或分散型微處理器控制系統(tǒng)（DistributedMicroprocessorControlSystems）的簡稱。下圖是集散控制系統(tǒng)的組成框圖。它以微型計算機為核心，把微型機、工業(yè)控制計算機、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、顯示操作裝置、輸入/輸出通道、模擬儀表等有機地結(jié)合起來，采用組合組裝式結(jié)構(gòu)組成系統(tǒng)，為實現(xiàn)工程大系統(tǒng)的綜合自動化創(chuàng)造了條件。集散系統(tǒng)組成框圖小結(jié)１、計算機控制系統(tǒng)２、計算機控制系統(tǒng)組成（硬件、軟件）主機

I/O接口與總線外設(shè)操作臺輸入/輸出通道３、在線、離線、實時概念第二章輸入輸出接口技術(shù)概述接口的編址方式接口的數(shù)據(jù)傳輸方式接口的擴展可編程并行接口芯片8255A打印機及接口鍵盤及其接口顯示器接口1、概念

輸入輸出接口：簡稱接口，CPU與外部設(shè)備及過程通道等之間的連接部件。接口技術(shù)：研究微處理器和外部設(shè)備之間信息交換的技術(shù)。

2、類型

有通用、專用、可編程（多功能）、不可編程、串行、并行等。外設(shè)、通道經(jīng)接口與總線相連，CPU、內(nèi)存則直接與總線相連（稱之為將接口與內(nèi)存、CPU掛在總線上），為總線結(jié)構(gòu)。2.1概述3、為何要用I/O接口

1）單片機I/O口有限

2）外部設(shè)備復(fù)雜

a、速度匹配

b、種類多（機械式、機電式）

c、信號形式多樣（電壓、電流）。4、功能：

1）編址功能：CPU利用該功能對外部設(shè)備與通道進行選擇。

2）數(shù)據(jù)輸入輸出功能：根據(jù)CPU送來的讀/寫信號將數(shù)據(jù)輸入/輸出。

3）數(shù)據(jù)的寄存和緩沖功能：實現(xiàn)CPU與外設(shè)之間的速度匹配，適應(yīng)雙方的讀寫時間的需要。

4）定時和協(xié)調(diào)、中斷控制邏輯、DMA控制邏輯等功能：實現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)傳輸方式。

5）數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能：進行信號類型轉(zhuǎn)換。5、數(shù)據(jù)信號種類

1）數(shù)據(jù)信息數(shù)字量、模擬量、開關(guān)量

2）狀態(tài)信息握手信息應(yīng)答信息

3）控制信息CPU外部設(shè)備數(shù)據(jù)狀態(tài)控制2.2接口的編址方式一、概念

CPU通過地址線輸出地址信號，經(jīng)譯碼后產(chǎn)生選中相應(yīng)接口的選通信號，這種接口選擇稱為接口的編址。二、編址方式

二種編址方式（取決于CPU類型）

1、統(tǒng)一編址方式：接口的地址與內(nèi)存單元的地址統(tǒng)一安排，將每一接口看作是一個內(nèi)存單元，訪問接口（稱為I/O操作或輸入/輸出操作）使用的指令與訪問內(nèi)存（稱為讀/寫操作）使用的指令一樣，擴展接口與擴展內(nèi)存使用的控制信號也相同。譯碼譯碼A0～A14A15A0～A14A15CBDBABWRRDRDWR至I/O口至

內(nèi)存1×······×32K0×······×32K······統(tǒng)一編址方式將代碼表示的原意"翻譯"出來的過程叫譯碼,實現(xiàn)譯碼功能的電路稱為譯碼器。1）統(tǒng)一編址方式的優(yōu)點：?

數(shù)據(jù)處理能力強?輸入輸出部分可以和存儲器部分共用譯碼和控制電路?

CPU不需區(qū)分訪內(nèi)操作及訪問輸入輸出操作的控制信號，可以相應(yīng)減少引腳?

I／O端口數(shù)目不受限制2）統(tǒng)一編址方式的缺點：?

每個I／O操作需全字長地址譯碼，整個指令執(zhí)行時間較長?程序中較難區(qū)分I／O操作?

I／O端口占用了存儲空間地址2、獨立編址方式：接口地址與內(nèi)存地址相互獨立，訪問I/O口使用的指令與訪問內(nèi)存使用的指令不同，擴展內(nèi)存與擴展I/O口使用的控制信號也不完全相同。在接口中一般有多個寄存器或特定的電路，CPU對接口的訪問實際上是直接對它們的讀寫。根據(jù)按地址訪問的原則，每一接口一般應(yīng)有多個地址對應(yīng)于這些寄存器或特定電路，它們稱為端口。獨立編址方式譯碼譯碼A0～A7A0～A15CBDBABWRRDRDWR至I/O

口至

內(nèi)存······IO/MIO/M1）獨立編址方式的優(yōu)點：?可尋址256個端口，執(zhí)行I／O指令時間短，譯碼電路簡單?程序清晰易讀?硬件設(shè)計簡單2）獨立編址方式的缺點：?專門I／O指令的功能有限，不如訪問內(nèi)存指令豐富；?增加了微處理器本身控制邏輯的復(fù)雜性。CPU與外設(shè)或通道間經(jīng)接口傳遞數(shù)據(jù)條件：

1）時間上同步。

2）允許二者能相互等待。

按傳輸方式：

一、直接傳輸方式P1.0P1.75V2.3接口的數(shù)據(jù)傳輸方式Y(jié)N設(shè)備n就緒？NYNY查詢設(shè)備1接口1內(nèi)存CPU接口n設(shè)備n設(shè)備n服務(wù)設(shè)備1就緒？設(shè)備2就緒？設(shè)備2服務(wù)設(shè)備1服務(wù)二、程序查詢方式三、中斷方式設(shè)備1接口1內(nèi)存CPU接口n設(shè)備nINT斷點主程序中斷服務(wù)程序中斷申請主程序四、DMA方式設(shè)備1內(nèi)存CPU接口1接口n設(shè)備nDMA控制器BUS請求BUS響應(yīng)DMA響應(yīng)DMA請求2.4接口的擴展（接口電路的設(shè)計）一、譯碼及譯碼電路在自行設(shè)計的控制系統(tǒng)中，根據(jù)實際需要，常需擴展接口及內(nèi)存，以便增加外設(shè)、通道和滿足存貯量的需要。擴展接口與內(nèi)存的第一步是設(shè)計地址譯碼電路。譯碼電路的作用就是根據(jù)CPU由地址線給出的地址編號（地址線狀態(tài)），產(chǎn)生相應(yīng)的接口或內(nèi)存的選通信號，以選中它。譯碼電路的設(shè)計要根據(jù)需擴充的接口數(shù)量、內(nèi)存容量進行。常采用譯碼集成電路芯片構(gòu)成一些較復(fù)雜的譯碼電路。1、譯碼芯片

8205輸入端輸出端使能選擇E3A2A1A011111111000000000000000000001111001100110101010101111111101111111101111111101111111101111111101111111101111111100

1

1

11111111111111111111111182052、一種譯碼電路設(shè)計方案A0A1A2E1E2E3A0A1A2E1E2E3A0A1A2E1E2E3O0O718205#O0O7O0O72#3#··················A0A1A2A3A4A5A73、非可編程輸入/輸出接口擴展設(shè)計方案。之一A0A1A2A3A4A5A6+A0A1A2E2E3O0O7A0A1A2E1E2E3O0O71G2G2441#1A1~1A42A1~2A41Y1~1Y42Y1~2Y41G2G2448#+++·········+······3771#CLK1D~8D1Q~8Q···3778#CLKA0A1A2RDWRCBDBAB82058205GGE1A7A0A1A2A3A4A5A6+A0A1A2E2E3O0O71G2G2441#1A1~1A42A1~2A41Y1~1Y42Y1~2Y41G2G2448#+++·········+3771#CLK1D~8D1Q~8Q···3778#CLKRDWRCBDBAB8205GGE1之二二、簡單的輸入輸出接口簡單的I/O接口的擴展通常用74LS244/245(8位三態(tài)緩沖器及總線驅(qū)動器)擴展輸入口，用74LS273(8位鎖存器)擴展輸出口。三態(tài)緩沖器：解決輸入數(shù)據(jù)緩沖問題（三態(tài)），達到當(dāng)輸入設(shè)備被選通時，使數(shù)據(jù)源能與數(shù)據(jù)總線直接連通；而當(dāng)輸入設(shè)備處于非選通狀態(tài)時，則把數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)總線相隔離。緩沖器輸出呈高阻抗?fàn)顟B(tài)。鎖存器：用于存儲數(shù)據(jù)來進行交換，使數(shù)據(jù)穩(wěn)定下來保持一段時間不變化，直到新的數(shù)據(jù)將其替換。1、74LS244/245引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖74LS24474LS2452、74LS273引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖74LS377CKDQQENCKDQQENCKDQQENCKDQQENCKDQQENCKDQQENCKDQQENCKDQQENCLKG1D1Q2D2Q3D3Q4D4Q5D5Q6D6Q7D7Q8D8Q3、簡單I/O接口擴展電路若要求當(dāng)某鍵按下時，相應(yīng)的LED發(fā)光，則接口程序如下：

LOOP：MOVDPTR,#PORT1MOVXA,@DPTRMOVDPTR,#PORT2MOVX@DPTR,AJMPLOOPPORT1：PORT2：2.5 可編程并行接口芯片8255A一、概述

通用的可編程序并行I/O接口芯片，又稱“可編程外設(shè)接口芯片”。1）多功能的可編程并行接口電路芯片

三態(tài)緩沖器和鎖存器與微處理器、外設(shè)間的接口電路：狀態(tài)寄存器和控制寄存器端口的譯碼和控制電路、中斷控制電路2）共24個外設(shè)引腳，分3個端口、2組控制3）三種輸入輸出工作方式數(shù)據(jù)總線緩沖器內(nèi)部控制線內(nèi)部數(shù)據(jù)線D0～D7A組控制A組端口AA組端口C高4位B組控制B組端口BB組端口C低4位讀寫控制邏輯PC0～PC3PB0～PB7PC4～PC7PA0～PA7RDWRA0A1CSRESET二、邏輯結(jié)構(gòu)和信號引腳1、邏輯結(jié)構(gòu)2.8255A的引腳功能PA0~PA7A口PB0~PB7B口PC7~PC4C口高4位PC3~PC0C口低4位D7~D0數(shù)據(jù)總線片選信號讀信號寫信號A0,A1端口選擇信號RESET復(fù)位信號A1A0所選端口操作00001A口讀端口A00101B口讀端口B01001C口讀端口C00010A口寫端口A00110B口寫端口B01010C口寫端口C01110控制寄存器寫控制字1××××/高阻抗3、讀寫控制4、8255A的工作方式與初始化1）工作方式①方式0－基本輸入∕輸出無需選通信號。A口、B口及C口的高4位和低4位均可設(shè)定為輸入或輸出。作為輸出口時，輸出的數(shù)據(jù)部被鎖存；作為輸入口時，輸入數(shù)據(jù)不鎖存。數(shù)據(jù)總線D0~D7A0A1控制總線地址總線ABCPA0~PA7PB0~PB7PC0~PC3PC4~PC7②方式1－選通輸入∕輸出方式1輸入時的信號及時序圖PAPC4PC5PC3PC6PC7PC1PC2PC0PBD0~D7STBAIBFAINTRAIBFBSTBBINTRBD0~D7RDD0~D7選通信號輸入緩沖器滿信號中斷申請信號讀信號STBIBFINTRRDPAPC7PC6PC3PC5PC4PC1PC2PC0PBD0~D7OBFAACKAINTRAOBFBACKBINTRBD0~D7WRD0~D7寫信號輸出緩沖器滿信號中斷申請信號外設(shè)應(yīng)答(響應(yīng))信號WROBFINTRACK方式1輸出時的信號及時序圖方式2的信號PAPC3PC7PC6PC4PC5PC3~PC0PBOBFINTRAIBFRDD0~D7WRACKSTB出入③方式2（雙向選通輸入/輸出）2）控制字的定義D0D7D6D5D4D3D2D1標(biāo)志為“1”方式選擇00：方式001：方式110：方式2方式選擇0：方式01：方式1

A口1：輸入0：輸出A組選擇B組選擇

C口上1：輸入0：輸出

B口1：輸入0：輸出

C口下1：輸入0：輸出“方式選擇控制字”D0D7D6D5D4D3D2D1標(biāo)志為“0”1：置位0：清零位選擇000：PC0::111：PC7“位設(shè)置控制字”3）控制字初始化：示例要求：A端口：方式1輸入C端口上半部：輸出，C口下半部：輸入B端口：方式0輸出方式控制字：10110001B或0B1H初始化的程序段：

movdptr,0fffeh ；假設(shè)控制端口為0FFFEH

mova,#0b1h ；方式控制字

movx@dptr,a

；送到控制端口4）寫端口C方法對端口C的數(shù)據(jù)輸出有兩種辦法通過端口C的I/O地址：向C端口直接寫入字節(jié)數(shù)據(jù)。這一數(shù)據(jù)被寫進C端口的輸出鎖存器，并從輸出引腳輸出，但對設(shè)置為輸入的引腳無效。通過控制端口：向C端口寫入位控字，使C端口的某個引腳輸出1或0，或置位復(fù)位內(nèi)部的中斷允許觸發(fā)器。例：MOVA,#00001111MOVR0,#03HMOVX@R0,A5、接口應(yīng)用舉例

1）擴展8255A接口電路A11CS8A0A1A2E1E2E3O0O78205A0D0~D7WRPAPBPC#A0A1D0~D7RDWRPAPBPC#CSA13A14A15A5A6A7RDWRA1A0CBDBAB············RD5V2）8031與8255A的連接803174LS373D0D7～D0D7～Q0Q7～A0A1RESETRESETP2.7P2.6P2.5ABC74LS138～P0PA0PA7～PB0PB7～PC0PC7～ALEGE3）8255A方式0應(yīng)用PC6PC2PAPC5PC1PBPC0PC4DSTB

字符

打印機紙帶

穿孔機

紙帶

讀入機BUSYSTREYRDYDRWRRDD0~D7DSTB：數(shù)據(jù)選通信號BUSY：忙信號ST：啟動信號REY：就緒信號RDY：就緒信號DR：啟動信號8255A方式0應(yīng)用：與字符打印機、紙帶穿孔機和紙帶讀入機接口。

各口均為方式0，A組為輸出，C上為控制端口，B組為輸入，C下為狀態(tài)端口，采用查詢數(shù)據(jù)傳輸方式8255AY打印機流程初始化輸入BUSY忙？輸出數(shù)據(jù)到A口選通打印機N返回設(shè)8255A地址8000H-8003HMOVDPTR,#8003HMOVA,#10000011BMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#8002HMOVXA,@DPTRJBACC.2,L1MOVDPTR,#8000HMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#8003HMOVA,#00001101BMOVX@DPTR,AMOVA,#00001100BMOVX@DPTR,ARETL1:Y穿孔機流程初始化輸入C口忙？輸出數(shù)據(jù)到A口選通穿孔機N返回讀入機流程Y啟動讀入機輸入C口就緒？停讀入機從B口輸入數(shù)據(jù)N返回設(shè)8255A地址8000H-8003HMOVDPTR,#8003HMOVA,#00001001BMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#8002HMOVXA,@DPTRJNBACC.0,L1MOVDPTR,#8003HMOVA,#00001000BMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#8001HMOVXA,@DPTRRETL1:初始化3）8255A方式1應(yīng)用PAPC7PC4PC5PC3PBA/D開始忙單穩(wěn)采樣

保持器

S/H模入模擬信號STBAIBFAINTRAD/A模出8255A方式1應(yīng)用：與A/D、D/A接口。A口為方式1輸入，B口為方式0輸出。查詢方式輸入Y啟動A/D輸入C口IBFA=1？從A/D輸入數(shù)據(jù)N返回初始化中斷方式輸入主程序啟動A/D等待初始化中斷程序恢復(fù)現(xiàn)場保護現(xiàn)場從A/D輸入數(shù)據(jù)返回2.6 鍵盤及其接口一、概述在設(shè)計鍵盤接口時，解決以下幾個問題：

開關(guān)狀態(tài)的可靠輸入——可設(shè)計硬件去抖動電路或設(shè)計去抖動軟件。

鍵盤狀態(tài)的監(jiān)測方法——中斷方式還是查詢方式。

鍵盤編碼方法。

鍵盤控制程序的編制。1、鍵盤分為獨立式和矩陣（行列）式獨立式：一組相互獨立的按鍵直接與單片機的I/O口線連接。每個按鍵獨占一條口線。獨立式按鍵電路行列式鍵盤原理電路矩陣式：鍵按行列組成矩陣。2、鍵盤操作功能鍵盤掃描：以判定是否有鍵被按下（閉合鍵）鍵識別：以確定閉合鍵的行列位置產(chǎn)生閉合鍵的鍵碼排除多鍵、串鍵（復(fù)鍵）及去抖動。以上內(nèi)容通過軟硬件結(jié)合的方式來完成。在軟件配合下由硬件接口電路來完成。3、實現(xiàn)鍵盤接口的方法和接口芯片使用單片機本身的并行口使用單片機本身的串行口使用通用接口芯片（8255A）使用專用接口芯片（8279）111110111111輸入口輸出口A+5V第二步D0D7101111011111輸入口輸出口A+5V第三步D0D7二、鍵盤接口和鍵功能的實現(xiàn)1、鍵盤接口處理的內(nèi)容

1）鍵掃描掃描法和翻轉(zhuǎn)法兩種。掃描法使用普遍。掃描過程：先判斷有無鍵按下；再判定按鍵的位置。111101111111輸入口輸出口A+5V第一步D0D72）去抖動抖動原因：機械觸點的彈性及電壓突變。抖動時間：5~10ms去抖措施：硬件、軟件去抖鍵按下鍵穩(wěn)定前沿抖動后沿抖動3）鍵碼計算鍵碼=行首號×列數(shù)+列號4）等待鍵釋放目的：保證鍵的一次閉合僅進行一次處理2、鍵盤接口的控制方式何時執(zhí)行鍵盤掃描和處理，有以下三種情況：1）隨機方式：CPU空閑時執(zhí)行鍵盤掃描；2）中斷方式：每當(dāng)鍵閉合時向CPU申請中斷；3）定時方式：每隔一定時間執(zhí)行一次鍵盤掃描。74LS24574LS374鍵掃描子程序框圖一、LED顯示器接口1、顯示原理LED(LightEmittingDisplay)發(fā)光二極管是一種將2.7 顯示器接口電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件，流過電流，發(fā)光二極就會發(fā)光。七段LED顯示器由七個發(fā)光段構(gòu)成，每段均是一個LED二極管?？娠@示16進制數(shù)字0～9和A、B、C、D、E、F，也能顯示H、E、L、P等字符。多數(shù)7段LED顯示器中還有一個小數(shù)點Dp位段，用來顯示小數(shù)。也把這種顯示器叫做8段LED顯示器。2、連接方法LED顯示器有共陽極和共陰極兩種結(jié)構(gòu)。1）共陽極結(jié)構(gòu)各LED二極管的陽極被連在一起，使用時要將它與十5V相連，而把各段的陰極連到器件的相應(yīng)引腳上。

2）共陰極結(jié)構(gòu)各LED二極管的陰極連在一起后接地，各陽極段接到器件的引腳上。七段LED的段選碼3、字形代碼2．顯示方式在微機應(yīng)用系統(tǒng)中使用LED顯示塊構(gòu)成N位LED顯示器。LED顯示器有兩種方式：（1）LED靜態(tài)顯示方式（2）LED動態(tài)顯示方式N位LED顯示器四位靜態(tài)LED顯示器電路八位LED動態(tài)顯示器電路二、LED數(shù)碼顯示器的接口

LED顯示器的一個段發(fā)光時，通過該段的平均電流約為10mA～20mA。計算機輸出的TTL電平信號不能直接提供這么大的電流，所以必須用驅(qū)動電路對TTL電平的控制信號進行驅(qū)動后，才能提供足夠大的電流。驅(qū)動器可以用三極管設(shè)計，也可用現(xiàn)成的集成電路驅(qū)動器，如DM7404等。

為了在一個LED顯示器上顯示一個4位二進制編碼的十進制或16進制數(shù)，需要將4位二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成LED的七段顯示代碼。一種方法是采用專用的帶驅(qū)動器的LED段譯碼器，實現(xiàn)硬件譯碼。硬件有多種LED譯碼／驅(qū)動器芯片可供選用。常使用輸入為BCD碼，輸出為段碼的芯片。另一種常用的方法是軟件譯碼。

軟件譯碼法如圖是一種由8255A接口芯片、反相驅(qū)動器和共陰極LED顯示器構(gòu)成的數(shù)字顯示電路。由圖可見，CPU送來的二進制數(shù)字代碼從8255A的A口輸出，并經(jīng)反相驅(qū)動器驅(qū)動后與LED相連。若要顯示數(shù)字0，應(yīng)使g段熄滅，其余段均點亮。為此，可編程使PA6輸出高電平(經(jīng)反相后輸出低電平)，其余位輸出低電平(經(jīng)反相后輸出高電平)，即數(shù)字0的編碼為01000000B＝40H，其中PA7未派用處，我們也將它置為0。同樣，可求出l的編碼為79H，2的編碼為24H等等。將數(shù)字0～F(也可以是0～9)所對應(yīng)的七段代碼組成一個表，利用XLAT指令進行查表，就可求得各數(shù)字對應(yīng)的七段代碼值。把要顯示的數(shù)字的七段代碼從8255A輸出，就可點亮相應(yīng)的段，顯示這個數(shù)字。

顯示單個數(shù)字硬件譯碼法對于共陽極LED顯示器，可利用帶驅(qū)動電路的專用接口芯片7447對BCD碼進行譯碼。用7447驅(qū)動單個七段LZD顯示器的電路如圖所示，這種電路只能對BCD碼數(shù)字0～9進行譯碼，不能用于顯示16進制數(shù)字A～F。

7447有4個BCD碼輸入端A、B、C和D，其中D為最高有效位，A為最低有效位，它們分別與輸出端口中的4位相連。7447的7個輸出引腳a～g直接與LED的相應(yīng)引腳相連，每個段中都串接一個限流電阻，其阻值為15Ω。

當(dāng)從A、B、C和D端輸入一個BCD碼時，就能在LED上顯示相應(yīng)的數(shù)字。

多個數(shù)字顯示法

實際系統(tǒng)中經(jīng)常要顯示多位數(shù)字。若仍采用上述電路，每位需用一片7447，這不僅增大了顯示器的體積和增加了成本，還會加大系統(tǒng)的功耗。比如，某系統(tǒng)中需要顯示7位數(shù)字，當(dāng)7個數(shù)位都顯示8時，每個數(shù)字的7個段都要點亮。一個LED中流過的電流為20mA，顯示7位數(shù)字時，流過的總電流將達到20mA×7×7＝980mA。這樣的設(shè)計顯然無可取之處。為此，在需要顯示多位數(shù)字時，常采用多路轉(zhuǎn)換方法來控制顯示器的工作。下面介紹實施這種方法的接口電路和編程思想。

如圖為一個以8255A為接口的多路轉(zhuǎn)換lED顯示器的電路。

圖中，8255A的A口和B口都作為輸出口，CPU輸出的BCD數(shù)碼，經(jīng)B口送到7447的4個輸入端，7447的7個輸出引腳并行地接到7個LED顯示器的各段輸入端(也稱為段總線)，同名端都連在一起。每一位共陽極LED的陽極電路中都串接一個晶體管Q，晶體管起開關(guān)作用，并由8255A來控制其導(dǎo)通或截止。當(dāng)晶體管的基極加上低電平時它便導(dǎo)通，使相應(yīng)的LED顯示器的陽極與+5V電壓接通，LED顯示器才有可能點亮；基極的高電平輸入使晶體管截止，+5V斷開，LED顯示器不能點亮。通過編程，可使各個晶體管輪流導(dǎo)通，讓7個LED輪流點亮。但任何時候只讓一個晶體管導(dǎo)通，即只有一個LED點亮，這樣可使功耗顯著降低。具體工作過程如下：

先將第一位數(shù)(LSD)的BCD碼從8255A的B口輸出到7447，由7447將轉(zhuǎn)換后的七段代碼輸出到段總線的各條線上。為了僅使第一位LED點亮，可向8255A端口A的D0位輸出0，其余位輸出l，即向A口輸出數(shù)字llllll10。這樣就使Q7導(dǎo)通，第一位(最低位)LED點亮，其余各位都熄滅。經(jīng)l～2ms后，向A口各位輸出高電平，使Q7也截止。接著從B口輸出第二位BCD數(shù)字，再向A口的D1位輸出0，其余位輸出l，去點亮第二個LED顯示器。如此重復(fù)上述過程，使7個LED顯示器輪流點亮。若需顯示7位數(shù)字，每位點亮的時間為2ms，經(jīng)14ms后又返回去將每位數(shù)字點亮一次，也就是每秒大約刷新70次。由于人眼可以接受的刷新速率范圍約為每秒40～200次。因此，這個刷新速率不會讓人的眼睛感到字符在閃爍，就好象這些顯示器在同時發(fā)光。

在多路轉(zhuǎn)換顯示器中，只用了一片7447，而且每個時刻只有一個數(shù)位被點亮，這就顯著地節(jié)省了元器件和減小了功耗。通常，為了增強亮度，還故意將每段的電流增加大到40～60mA，使它的顯示效果更好，看上去更象在同時發(fā)光。即便如此，電路中的功耗也還是明顯減小了。

3．LED顯示器接口實例從LED顯示器的原理可知，為了顯示字母與數(shù)字，必須最終轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的段選碼。這種轉(zhuǎn)換可以通過硬件譯碼器或軟件進行譯碼。硬件譯碼器LED顯示器接口軟件譯碼LED顯示器接口利用硬件譯碼器的七段LED接口電路開始初始化顯示參數(shù)關(guān)所有位顯示取顯示數(shù)據(jù)輸出段碼數(shù)據(jù)8段碼完成輸出位選通信號延時位選通信號移位指向下一個顯示數(shù)據(jù)返回6位完成是否否是顯示框圖

是開始輸出列掃描信號列掃描信號移位該列有鍵輸入？讀入行信號返回6列掃描完？初始化地址參數(shù)按照行列計算鍵值查表得鍵碼等待按鍵釋放返回是否鍵輸入框圖

開始顯示緩沖區(qū)初始化

LED顯示讀取鍵值鍵值轉(zhuǎn)換為顯示數(shù)據(jù)有鍵輸入?是否主程序框圖

OUTBITequ08002h;位控制口OUTSEGequ08004h;段控制口INequ08001h;鍵盤讀入口LEDBuf

equ60h;顯示緩沖

ljmpStartLEDMAP:;八段管顯示碼db3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07hdb7fh,6fh,77h,7ch,39h,5eh,79h,71hDelay:;延時子程序

movr7,#0DelayLoop:

djnzr7,DelayLoop

djnzr6,DelayLoopretDisplayLED:

movr0,#LEDBuf

movr1,#6;共6個八段管

movr2,#00100000b;從左邊開始顯示Loop:

mov

dptr,#OUTBIT

mova,#0

movx@dptr,a;關(guān)所有八段管

mova,@r0

mov

dptr,#OUTSEG

movx@dptr,a

mov

dptr,#OUTBIT

mova,r2

movx@dptr,a;顯示一位八段管

movr6,#1callDelay

mova,r2;顯示下一位

rra

movr2,aincr0

djnzr1,LoopretTestKey:

mov

dptr,#OUTBIT

mova,#0

movx@dptr,a;輸出線置為0

mov

dptr,#IN

movxa,@dptr;讀入鍵狀態(tài)

cpla

anla,#0fh;高四位不用

retKeyTable:;鍵碼定義

db16h,15h,14h,0ffhdb13h,12h,11h,10hdb0dh,0ch,0bh,0ahdb0eh,03h,06h,09hdb0fh,02h,05h,08hdb00h,01h,04h,07hdb00h,01h,04h,07hGoon1:movr1,a;鍵值=列X4+行

mova,r2

deca

rla

rla

movr2,a;r2=(r2-1)*4

mova,r1;r1中為讀入的行值

movr1,#4LoopC:

rrca;移位找出所在行

jcExitincr2;r2=r2+行值

djnzr1,LoopCExit:

mova,r2;取出鍵碼

mov

dptr,#KeyTable

movca,@a+dptr

movr2,aGetKey:

mov

dptr,#OUTBIT

movP2,dph

movr0,#Low(IN)

movr1,#00100000b

movr2,#6KLoop:

mova,r1;找出鍵所在列

cpla

movx@dptr,a

cpla

rra

movr1,a;下一列

movxa,@r0

cpla

anla,#0fh

jnzGoon1;該列有鍵入

djnzr2,KLoop

movr2,#0ffh;沒有鍵按下,返回0ffh

sjmpExitWaitRelease:

mov

dptr,#OUTBIT;等鍵釋放

clra

movx@dptr,a

movr6,#10callDelaycallTestKey

jnz

WaitRelease

mova,r2retStart:

movsp,#40h

movLEDBuf+0,#0ffh;顯示.

movLEDBuf+1,#0ffh

movLEDBuf+2,#0ffh

movLEDBuf+3,#0ffh

movLEDBuf+4,#0

movLEDBuf+5,#0MLoop:callDisplayLED;顯示

callTestKey;有鍵入?

jz

MLoop;無鍵入,繼續(xù)顯示

callGetKey;讀入鍵碼

anla,#0fh;顯示鍵碼

mov

dptr,#LEDMap

movca,@a+dptr

movLEDBuf+5,a

ljmp

MLoopend2.8 打印機及接口

一、微型打印機簡介1、概述點陣式打印機（熱敏式），打印機內(nèi)部有一個單片機系統(tǒng)，固化有控打程序，智能化程度高，功能強，與主機接口簡單CPU字庫ROM程序ROM數(shù)據(jù)RAM數(shù)據(jù)狀態(tài)并行接口串行接口針控數(shù)據(jù)并行接口ROM：控制程序和字庫。RAM：存放打印信息，即打印緩沖區(qū)。并行（串行）接口：接受打印命令和需要打印的信息。可接受人工干預(yù)（如：停機、走紙、自檢等）2468101214161820GNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7BUSY1357911131517192、μp系列打印機具有標(biāo)準(zhǔn)的Centronic并行接口標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)部具有2Kb固化的控打程序。能打印全部標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼和圖符，還能打印點陣圖形，繪制曲線等。20線扁平插座：DB7~DB0：數(shù)據(jù)線：數(shù)據(jù)選通信號BUSY：打印機“忙”信號。：打印機應(yīng)答信。：出錯信號。二、打印機接口和打印驅(qū)動程序803174LS373D0D7～D0D7～Q0Q7～A0A1RESETRESETP0PA0PA7～PB0PB7～PC0DB0DB7～ALEGEBUSYPC7R1：緩沖區(qū)首址R2：緩沖區(qū)長度PRINT:MOVR0,#07FHMOVA,#88HMOVX@R0,ATP::MOVR0,#7EHTP1:MOVXA,@R0JBACC.7,TP1MOVR0,#7CHMOVA,@R1MOVX@R0,A

INCR1MOVR0,#7FHMOVA,#00HMOVX@R0,AMOVA,#01HMOV@R0,ADJNZR2,TPRET1、I/O數(shù)據(jù)信號種類2、I/O編址方式3、I/O數(shù)據(jù)傳送方式4、簡單I/O接口5、8255A：接口、工作方式、初始化6、鍵盤接口：原理、應(yīng)用7、顯示器接口：LED顯示器原理、應(yīng)用8、打印機接口：原理、應(yīng)用本章總結(jié)課后習(xí)題：1.發(fā)光二極管（LED）組成的8段數(shù)碼顯示器有哪兩種接法？不同接法對字符的顯示有什么影響？2.多位LED顯示器采用動態(tài)掃描顯示和靜態(tài)顯示有什么區(qū)別？3.無論靜態(tài)顯示還是動態(tài)顯示都有軟件譯碼和硬件譯碼之分，這兩種段、位譯碼方法各有什么特點和優(yōu)缺點？4.用8255A的A口和B口分別作為某MCS-51微機系統(tǒng)中8位8段LED顯示器的段碼和位碼的輸出端口，要求按動態(tài)掃描、分時顯示的原理循環(huán)顯示“1927.8.1”8個字符，試設(shè)計硬件接口電路和顯示驅(qū)動程序。5.什么是鍵抖動？如何消除按鍵抖動？6.簡述在正常工作狀態(tài)下，鍵盤電路和鍵盤接口電路的工作過程。共陰極和共陽極。

2.靜態(tài)顯示是指每個數(shù)碼LED對應(yīng)一個字形鎖存器，顯示數(shù)據(jù)在鎖存器中不變；動態(tài)掃描顯示是指所有數(shù)碼LED共用一個字形鎖存器，循環(huán)顯示字形。

軟件譯碼需要軟件開銷，速度較慢，但價格低；硬件譯碼速度快，但硬件開銷大。5.

鍵抖動是在按鍵閉合、斷開過程中，由于機械觸點的彈性作用，在閉合和斷開瞬間均有抖動現(xiàn)象。消除鍵抖動軟件方法就是延時，硬件方法就是采用RC濾波電路或穩(wěn)態(tài)電路。6.

PC鍵盤電路完成鍵掃描，形成鍵盤掃描碼值，送PC機的鍵盤接口電路。鍵盤接口電路將串行鍵掃描碼轉(zhuǎn)換為并行，并向CPU發(fā)中斷請求。鍵盤中斷服務(wù)程序負責(zé)將接口電路中的鍵掃描碼讀入PC機內(nèi)部的鍵盤緩沖區(qū)。第三章輸入輸出過程通道概述

模擬量輸入通道開關(guān)量輸入通道模擬量輸出通道

開關(guān)量輸出通道

D/A轉(zhuǎn)換器及接口技術(shù)

A/D轉(zhuǎn)換器及接口技術(shù)過程通道應(yīng)用舉例3.1概述一、概述過程通道解決二類基本問題：

1）將外部傳感器信號轉(zhuǎn)換成計算機能接受的數(shù)字信號。該任務(wù)由輸入通道（前向通道）完成。

2）將計算機輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為外部執(zhí)行器能接受的信號。該任務(wù)由輸出通道（后向通道）完成。根據(jù)處理信號類型的不同，過程通道分為模擬量通道、數(shù)字量（開關(guān)量）通道兩種。在模擬量輸入通道中進行信號轉(zhuǎn)換時有三步要做：采樣、量化、編碼。

1、過程通道組成微機控制系統(tǒng)組成框圖主機被控對象···························傳感器執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)傳感器模入模出接口開入開出接口CPUROMRAM軟件外部設(shè)備運行操作臺網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備總線···接口接口接口接口接口2、過程通道功能模入通道的功能：把從檢測對象檢測得到的時間連續(xù)模擬信號（電壓、電流等）變換成二進制的數(shù)字信號，然后經(jīng)接口送入計算機。模出通道的功能：把計算機輸出的數(shù)字信號，通過接口，變換成相應(yīng)的模擬量信號（電壓、電流或位移等），輸出給控制對象，以實現(xiàn)預(yù)定要求。數(shù)字量輸入通道的功能：把從控制對象檢測得到的數(shù)字量（開關(guān)量、脈沖量等），經(jīng)過緩沖器處理，在接口的控制下，送給計算機。數(shù)字量輸出通道的功能：把計算機輸出的數(shù)字信號，通過接口，輸出數(shù)據(jù)信號、脈沖信號或開關(guān)信號，以控制生產(chǎn)現(xiàn)場的開關(guān)、報警器或顯示器的動作。二、信號轉(zhuǎn)換中的采樣、量化和編碼計算機控制系統(tǒng)，就必須首先解決模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換問題。轉(zhuǎn)換過程大體上要解決如下3個問題：

—采樣（Sample）

—量化（Quantity）

—編碼（Coding）

1、信號的采樣把時間連續(xù)的信號轉(zhuǎn)換為一連串時間不連續(xù)的脈沖信號，這個過程稱為“采樣”，又稱為“抽樣”、“取樣”采樣過程：以周期時間間隔T，把時間與幅值連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐贿B串時間不連續(xù)的脈沖信號的過程，也稱離散化過程。τ為采樣寬度，即K閉合的時間。

采樣后的脈沖序列f*(t)是離散的，稱為“采樣信號”。T,2T,3T…各時間點稱為采樣時刻執(zhí)行采樣動作的開關(guān)S，稱為采樣器或采樣開關(guān)

2、量化

采樣信號經(jīng)過整量化成為數(shù)字信號的過程稱為整量化過程

量化：用一組數(shù)碼逼近離散模擬信號的幅值。

量化過程：模擬信號數(shù)字信號。

量化單位：A/D轉(zhuǎn)換器的最低有效位LSB對應(yīng)的模擬量。

q=(ymax-ymin)/(2n-1)

量化誤差：±1/2q 模擬通道上的信號變換模擬信號采樣器現(xiàn)場采樣信號離散模擬數(shù)字信號離散數(shù)字量化A/DCPU3、編碼把量化信號轉(zhuǎn)換為二進制代碼的過程稱為編碼。編碼的任務(wù)由ADC完成雙極性(正負)信息的3種表示方法

—符號－數(shù)值碼

—偏移二進制碼

—補碼表示法4、香農(nóng)定理香農(nóng)（Shannon）采樣定理：設(shè)隨時間變化的連續(xù)信息（包含噪聲干擾在內(nèi)），信號變化的最高頻率為fmax，只要采樣頻率f

≥2fmax，那么，取出的樣品序列（f1*(t)、f2*(t)…）就足以完全代表（或恢復(fù)）f(t)。香農(nóng)定理的理解一、模擬量輸入通道的一般組成1、基本組成及功能一般由信號檢測、信號處理、多路轉(zhuǎn)換器、放大器、采樣/保持器和A/D轉(zhuǎn)換器組成3.2模擬量輸入通道把非電量的工藝參數(shù)（如溫度、壓力、流量等）通過傳感器轉(zhuǎn)換為電量（一般為直流電壓或電流）包括信號濾波、小信號放大、信號衰減、阻抗匹配、電平變換、非線性補償、電流/電壓轉(zhuǎn)換等信號檢測：信號處理：將傳感器輸出的微弱電信號放大到A/D轉(zhuǎn)換器需要的信號范圍。放大器：多路開關(guān)的作用是分時地選擇多路模擬量中之一路進行傳輸。可以是輸入，多到一進行A/D轉(zhuǎn)換；也可以是輸出，一到多將D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出。前者叫多路開關(guān)，后者叫多路分配器。在采樣時，其輸出能夠跟隨輸入變化；而在保持狀態(tài)時，能使輸出值不變。它把模擬量轉(zhuǎn)換成微型機能識別的的數(shù)字量采樣/保持器：多路開關(guān)：A/D轉(zhuǎn)換器：2、模入通道的結(jié)構(gòu)形式取決于不同的應(yīng)用要求。

1）一般結(jié)構(gòu)：各路共用所有元器件，多路模擬信號由多路開關(guān)切換。如圖所示：多

路

開

關(guān)隔離

放大采樣

保持A/D接口控制··················過

程

參

數(shù)

檢測

信號處理

檢測

信號處理2）其它幾種結(jié)構(gòu)：采用多個單通道方案：各路所有元器件獨立，無共用元件。如圖所示各路只共用部分元器件。隔離

放大采樣

保持A/D接口過

程

參

數(shù)

檢測

信號處理

檢測

信號處理隔離

放大采樣

保持A/D接口二、多路開關(guān)實現(xiàn)多路信號的選擇、分時輸入/輸出。典型的多路開關(guān)有CD4051(雙向8選1)、CD4052(雙向2個4選1)等。它們是早期產(chǎn)品，性能已不能滿足控制系統(tǒng)要求，其改進型為AD公司的ADG658/659(差分輸入)。如圖所示。譯碼······S1S8········D····A0A1A2ENADG658······S1AS4A········DA······S1BS4B········DB譯碼···A0A1ENADG659可將多片適當(dāng)組合，形成多路開關(guān)群，以實現(xiàn)對大量模擬信號的切換。如圖所示。S1S8DADG6581#ENA0A1A2S1S8DADG6582#ENA0A1A2A0A1A2A3三、放大器將傳感器輸出的微弱電信號放大到A/D轉(zhuǎn)換器需要的信號范圍。主要采用以下幾類放大器：測量放大器、隔離放大器、可編程放大器等。A1+_A2_+A3_+RRR2R1R2RRVi1Vi2V0A1+_A2_+A3_+RRR2R2RRVi1Vi2V0AG658·····R11R10R17A0A1A2其放大倍數(shù)K=1+2R2/R1（利用多路開關(guān)改變R1）可編程放大器的原理圖（1）可編程放大器的原理圖（2）

A+_R2R1ViV0A+_R1ViAG658······R21R20R27A0A1A2V0其放大倍數(shù)K=1+R2/R1（利用多路開關(guān)改變R2）四、采樣保持器在A/D轉(zhuǎn)換期間保持輸入信號不變，以防引起轉(zhuǎn)換誤差。采樣保持器原理圖見圖

控制信號為“1”時采樣，V0=Vi

控制信號為“0”時保持，V0不變A1+A2+KV0Vi控制CH控制信號為“1”時K閉合，采樣。控制信號為“0”時K打開，保持。采樣保持器集成電路芯片LM198、SMP04。A1_+··A2_+A3+KR1····_··V_V+1245·補償輸出R2CH387輸入邏輯控制邏輯參考電位6保持電容······VSSVi1S/H1Vi4S/H4V01V04······3.3開關(guān)量輸入通道輸入電路輸入電路接口BUS把來自生產(chǎn)過程的開關(guān)通斷信號、高低電平信號等轉(zhuǎn)換為計算機能夠接受的邏輯電平信號（TTL電平、CMOS電平）。其主要功能為：信號變換、電平轉(zhuǎn)換、整形濾波、隔離、保護等。1、其一般結(jié)構(gòu)圖2、輸入調(diào)理電路

把現(xiàn)場信號經(jīng)轉(zhuǎn)換、保護、濾波、隔離轉(zhuǎn)換成

計算機能夠接收的邏輯信號。1）小功率輸入調(diào)理電路－開關(guān)去抖電路

AOAOOA1積分電路2）大功率輸入調(diào)理電路

－采用光電隔離

3.4模擬量輸出通道

它是執(zhí)行機構(gòu)的信號源。執(zhí)行機構(gòu)中很多是需要由連續(xù)信號驅(qū)動（開度連續(xù)調(diào)節(jié)的閥門、速度連續(xù)變化的電機等），這需要它將微機輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號，并進行放大驅(qū)動，對多路輸出應(yīng)有保持的功能，以實現(xiàn)分時輸出。有二種結(jié)構(gòu)：

1）數(shù)字量保持方案：將微機分時輸出的數(shù)字量保持在各自獨立的接口鎖存器中，并供其D/A轉(zhuǎn)換。

2）模擬量保持方案：將微機分時輸出的數(shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后保持在各自獨立的保持器中。功率驅(qū)動：提高D/A輸出的功率驅(qū)動能力。接口隔離D/A功率驅(qū)動執(zhí)行······BUS接

口隔離D/A多

路

開

關(guān)采樣/保持功率驅(qū)動執(zhí)行采樣/保持功率驅(qū)動執(zhí)行······BUS模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)接口隔離D/A功率驅(qū)動執(zhí)行3.5開關(guān)量輸出通道若執(zhí)行器所需的控制命令為二態(tài)開關(guān)量，則它來自該通道。其結(jié)構(gòu)如圖。接口輸出電路輸出電路執(zhí)行BUS執(zhí)行微機送出控制命令后要保持控制狀態(tài)，直到下次給出新的值為止，這就需鎖存（接口即為輸出鎖存器）。從微機送出的開關(guān)或數(shù)字信號一般是不能直接驅(qū)動輸出設(shè)備或執(zhí)行器的，需驅(qū)動電路。根據(jù)不同的執(zhí)行器，需不同的驅(qū)動能力。1）小功率驅(qū)動電路J··········J~220VDR2VR1+5V+24V27K5K3KT1····T2OBDAJ···DB+VCCAOMC14132）中功率驅(qū)動電路達林頓管，可用非門表示3)大功率驅(qū)動電路之一LR1R2R3C····~220VVCC固態(tài)繼電器，SSR光敏雙向晶閘管T2T1DR2R1R34321R2觸發(fā)電路R1C4321L+VC4321TR1R2ACSSR之二3.6D/A轉(zhuǎn)換器及接口技術(shù)一、D/A轉(zhuǎn)換器工作原理············A_+········+VRV0D0D1Dn-2Dn-1K0K1Kn-2Kn-12Rn2Rn-12R22R1i0i1in-2in-1IAI0∑Rf二、D/A轉(zhuǎn)換器