1、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),微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)認(rèn)識項(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),微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)認(rèn)識項(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

2、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),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

3、估算其成本。,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?？刂扑惴ǎ核^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。,微型計(jì)算機(jī)控

4、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、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)。 ),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： 選用功能接口板（適用組成較大系統(tǒng)）。 選用通用接口電路（適用較小的控制系統(tǒng)）。 用集成電路自行設(shè)計(jì)接口電

5、路。接口設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì), 擴(kuò)展接口； 安排通過各接口電路輸入輸出端的輸入輸出信號，選定各信號輸入輸出時(shí)采用何種控制方式。如果要采用程序中斷方式，就要考慮中斷申請輸入、中斷優(yōu)先級排隊(duì)等問題。（2）通道設(shè)計(jì)輸入輸出通道是計(jì)算機(jī)與被控對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。開關(guān)量、數(shù)字量的輸入輸出比較簡單。模擬量輸入輸出通道比較復(fù)雜。,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)。 有一組或幾組數(shù)據(jù)輸入鍵（數(shù)字鍵或拔碼開關(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)。 有一組或幾組功能鍵或轉(zhuǎn)換開

6、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。 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。 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。,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)，對用戶來說，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

7、的應(yīng)用程序。 6、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)：對工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場和模擬裝置進(jìn)行調(diào)試。,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),1、簡述機(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)問題,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)認(rèn)識項(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）簡稱P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)（Microcompu

8、ter）簡稱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)（Microcomputer System），簡稱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)。,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,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,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)，簡稱單片機(jī)，有

9、：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。,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)用于邏輯控制的簡單事例。輸入信號是由按鈕開關(guān)、限位開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)等提供的各種開關(guān)信號，通過接口進(jìn)入PC，經(jīng)PC處理后產(chǎn)生控制信號，通過輸出接口送給線圈、繼電器、指示燈、電動(dòng)機(jī)等輸出裝置。,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

10、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)。如目前國內(nèi)使用較多的IBM-PC（IBM-PC XT、286、386、486、586等）,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；各模塊間相對獨(dú)立，使檢測、調(diào)試、故障查找簡便迅速；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)開發(fā)的支持軟件，使控制軟件開發(fā)的難度大幅降低。,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),（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

11、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)。,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

12、業(yè)控制計(jì)算機(jī)的性能比較關(guān)系,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)更有競爭力的產(chǎn)品。稱之為超級微型機(jī)。它具有面向高級語言的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有支持高級調(diào)度、調(diào)試以及開發(fā)系統(tǒng)用的專用指令，大大提高了軟件的生產(chǎn)效率。,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)

13、算機(jī)。對單片機(jī)來說為通用型和專用型。通用型單片機(jī)，如MCS51。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）。,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)語言與微機(jī)軟件1、程序設(shè)計(jì)語言程序設(shè)計(jì)語言是編寫計(jì)算機(jī)程序所使用的語言，是人機(jī)對話的工具。目前使用的程序設(shè)計(jì)語言大致有三大類，即“機(jī)器語言”（machine language）、“匯編語言”（assembly language）、“高級語言”（high level language）。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。3、程

14、序庫計(jì)算機(jī)的可用程序和子程序的集合就是程序庫（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，由于被控對象（產(chǎn)品）的特殊性較強(qiáng)，其程序庫的形成較難。,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)的輸出不直接用來控制生產(chǎn)對象。如：在機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)的過程中，對各物理參數(shù)進(jìn)行周期性或隨機(jī)性的自動(dòng)測量，并顯示，打印和記錄結(jié)果供操作人員觀測，對間接測量的參數(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，制定新的對策。 在具體的生產(chǎn)過程中對加工零件的尺寸，刀具磨損情況進(jìn)行測量，并對刀具補(bǔ)償量進(jìn)行修正

15、，以保證加工的精度要求。,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)過程控制最普遍的一種方式。,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)和過程參量檢測值，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

16、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)。,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）SCCDDC系統(tǒng),微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),4、分級計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)過程控制級為最底層，對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行直接數(shù)字控制；車間管理級負(fù)責(zé)本車間各設(shè)備間的協(xié)調(diào)管理；工廠管理級負(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)營方向的決策等。,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

17、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)。,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：小型化應(yīng)用LSI技術(shù)減少了元件數(shù)量，簡化了裝配、縮小了體積；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；通用性增大容易用軟件更改和擴(kuò)展設(shè)計(jì)；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)行檢測的功能；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)品開發(fā)周期。經(jīng)濟(jì)效果好降低了零件費(fèi)、裝

18、配成本、電源能耗，通過硬件標(biāo)準(zhǔn)化易于實(shí)現(xiàn)大量生產(chǎn)、進(jìn)一步降低成本；產(chǎn)品（或系統(tǒng)）標(biāo)難化硬件易于標(biāo)準(zhǔn)化；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。,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。 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。 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。 家用電器的機(jī)電一體化。

19、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。 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。,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì), 儀器、儀表機(jī)電一體化。三坐標(biāo)測量儀、醫(yī)療電子設(shè)備、測長儀、測溫儀、測速儀、機(jī)電測試設(shè)備等。 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。 信息處理自動(dòng)化設(shè)備。語音處理、語音識別、語音分析、語言合成設(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。 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。,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)不同領(lǐng)

20、域可選用不同品種、不同檔次的微機(jī)。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)。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)。在要求很高的實(shí)時(shí)控制及復(fù)雜的過程控制、高速運(yùn)算及大量數(shù)據(jù)處理等場合，如智能機(jī)器人、導(dǎo)航系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)應(yīng)主要使用十六位與三十二位微機(jī)。對一般的工業(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)。,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),換句話說四位機(jī)常用于較簡單、規(guī)模較小的系統(tǒng)（或產(chǎn)品）；八位機(jī)則用于中等規(guī)模的系統(tǒng)；十六位與三十二位機(jī)及六十四位機(jī)主要用于較

21、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)用的主要問題，開發(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。3）軟件的開發(fā)仍然是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的巨大工作量所在。七、未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展對機(jī)電一體化技術(shù)的影響,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.隨著速度和字長的增加CPU的成本

22、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)問題,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)認(rèn)識項(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：,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),MCS-51單片機(jī)40腳 Vcc, GND 2 XTAL1, XTAL2 2 RESET 1 EA/Vpp 1 ALE/PROG 1 PSEN 1,P0.0P0.7 8 P1.0P1.7 8 P2.0P2.7 8 P3.0P3.7 8,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),Vc

23、c, 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,1545pfx2,112MHz（MCS-51） 024MHz（Atmel-89C）,XTAL1,XTAL2,也可以由 XTAL1端接入外部時(shí)鐘，此時(shí)應(yīng)將 XTAL2接地：,XTAL2,XTAL1,外部時(shí)鐘,通常外接一個(gè)晶振兩個(gè)電容,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)

24、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),RESET: 復(fù)位端（正脈沖有效，寬度8 mS） 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P.42）： P0P3 = 0FFH，Acc = 0，B = 0，TH0=0，TL0=0， TH1=0，TL0=0， SP=7，PSW=0 退出處于

25、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)， 從頭開始。,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),EA/Vpp: 尋址外部ROM控制端/編程電源輸入端。 低有效，片內(nèi)無ROM時(shí)必須接地； 片內(nèi)有ROM時(shí)應(yīng)當(dāng)接高電平； 對片內(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),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：f fosc/6 ； 對片內(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),PSEN：尋址外部程序存儲(chǔ)器時(shí)選通外部EPROM

26、的 讀控制端（OE）低有效。,單片機(jī),鎖存器74LS373,P0.0-P0.7,ALE,PSEN,P2.0-P2.4,8D,8Q,OE,A8-A12,A0-A7,D0-D7,G,EA,OE,CE,EPROM,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),P1.0P1.7: 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)要先對其 寫“1”。,2,1,D,Q,CK,/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),2,1,D,Q,CK,/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

27、阻,輸出數(shù)據(jù) = 1 時(shí),1,1,0,截止,=1,P1.0P1.7: 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),2,1,D,Q,CK,/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),0,0,1,=0,導(dǎo)通,P1.0P1.7: 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),簡單測控實(shí)例原理圖,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),光路通暢，R

28、亮2K 光路阻斷，R暗 400K ,R亮 250K ,P1.3作輸入端口,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),JOB3: CLR P1.1 ;亮綠燈 REDO: SETB P1.3 ;P1.3作輸入口必先置1 CHECK:JNB P1.3,CHECK ;檢測通道是否被阻斷？ LOOP: ;有入侵者，報(bào)警！ AJMP REDO ;再跳回去檢測,任務(wù)三：紅外防盜報(bào)警,R亮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)檢測的語句：,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),P0.0P0.7: 雙向I/O （內(nèi)置場效應(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

29、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。,2,1,D,Q,CK,/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.X,3,4,Vcc,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),單片機(jī)的引腳（P0口）,P0.0P0.7: 雙向I/O （內(nèi)置場效應(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),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),單片機(jī)的引腳（P0口）,P0.0P0.7: 雙向I/O （內(nèi)置場效應(yīng)管上拉） 尋址外部程

30、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),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),單片機(jī)的引腳（P0口）,P0.0P0.7: 雙向I/O （內(nèi)置場效應(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),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,單片機(jī)的引腳（P0口）,P0.0P0.7: 雙向I/O （內(nèi)置場效應(yīng)管上拉）

31、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),P2.0P2.7: 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。,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),單片機(jī)的引腳（P2口）,P2.0P2.7: 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),單片機(jī)的引腳（P2口）,P2.0P2.7: 雙向I/O （內(nèi)置了

32、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),控制=1 時(shí)，此腳作高8位地址A8A15輸出口：當(dāng)輸出 =1 時(shí),單片機(jī)的引腳（P2口）,P2.0P2.7: 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),控制=1 時(shí)，此腳作高8位地址A8A15輸出口：當(dāng)輸出 =0 時(shí),單片機(jī)的引腳（P2口）,P2.0P2.7: 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)

33、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),P3.0P3.7: 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。,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),單片機(jī)的引腳（P3口）,P3.0P3.7: 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),單片機(jī)的引腳（P3口）,P3.0P3.7: 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),P3口第二

34、功能表（P.35 ）,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),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8 mS） 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),51單片機(jī)的4個(gè)8位的I/O口,P0.0P0.7:8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) P1.0P1.7: 通用I/O口（準(zhǔn)雙向口）,P2.0P2.7

35、: 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） P3.0P3.7: 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)，P0P3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),P3口第二功能表,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),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,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

36、小應(yīng)用系統(tǒng),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),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 指對片外EPROM、RAM的擴(kuò)展。（2）人機(jī)對話通道擴(kuò)展 最常用的是鍵盤和顯示器。（3）前向通道擴(kuò)展 對被控對象進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或現(xiàn)場參數(shù)監(jiān)視的信息通道稱為前向通道。第一，被測參數(shù)（如位置、位移、速度、加速度、壓力、溫度等）被傳感器檢測轉(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，如開關(guān)信號、頻率信號等，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)

37、能接受的TTL數(shù)字信號。第二，被測參數(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：輸入信號通道數(shù)目的擴(kuò)展和信號轉(zhuǎn)換兩個(gè)技術(shù)處理問題。 （4）后向通道擴(kuò)展在單片機(jī)系統(tǒng)中，對控制對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)模塊的接口問題，這時(shí)也會(huì)遇到信號轉(zhuǎn)換、隔離及輸出通道數(shù)的擴(kuò)展等技術(shù)問題。,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（2K8）、2732（4K8）、2764（8K8）、27128（16K8）、27256（32

38、K8）、27512（64K8）等。 另外，還有+5 V電可擦除EEPROM，如2816（2K8）、2864（8K8）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（2K8位）、6264（8K8位）、62256（32K8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),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),圖3-17 單片機(jī)擴(kuò)展2764 EPROM電路,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),圖3-18 單片機(jī)擴(kuò)展27128 EPROM

39、電路,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),圖3-19 單片機(jī)擴(kuò)展2732 EPROM電路,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),2764是8K8位的EPROM，單一+5 V供電，工作電流為75 mA，維持電流為35 mA，讀出時(shí)間最大為250 ns，DIP28封裝。2764A有13條(A0A12)地址線，數(shù)據(jù)輸出線O0O7， 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。,EPROM 2764,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),擴(kuò)展2732 EPROM電路說明, 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（A0A11）中，低8位A0A7通

40、過鎖存器74LS373與P0口連接，高4位A8A11直接與P2口的P2.0P2.3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。 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。 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2732進(jìn)行讀操作。 注意，CPU對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，需通過譯碼器來完成片選工作。 ：接803

41、1的讀選通信號端。在訪問片外程序存儲(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),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),圖3-17 單片機(jī)擴(kuò)展2817A EEPROM電路,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),2817A的寫入過程如下：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，從而啟動(dòng)一次寫操作。2817A的寫入時(shí)間大約為16 ms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

42、置高，由此來通知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電路說明,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),(3) 連線說明： 地址線。圖6.5中，2817A的11條地址線（A0A10，容量為2K8位，211=21024=2K）中的低8位A0A7通過鎖存器74LS373與P0口連接，高3位A8A10直接與P2口的P2.0P2.2連接。 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。 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

43、儲(chǔ)器使用。,2817連線說明,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),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MOVC A,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MOVX A,DPTR和MOVX A,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管腳說明,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),：8031的程序存儲(chǔ)器讀選通信號和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀信號經(jīng)過“與”操作后，與2817A的讀允許信號相連。

44、這樣，只要、中有一個(gè)有效，就可以對2817A進(jìn)行讀操作了。也就是說，對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管腳說明,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),其實(shí)，檢測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)提出中斷請求。 圖4.

45、5中，2817A的地址范圍是0000H07FFH（無關(guān)的管腳取0，該地址范圍不是惟一的）。 (4) 2817A的使用。 按照圖3-17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也可以通過編程器將程序固化進(jìn)去。,2817管腳說明,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),圖3-18 6116管腳圖,6116的管腳與EPROM 2716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),(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),圖3-20 單片機(jī)與6264 SRAM的連接,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì)

46、,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),6264是8K8位的靜態(tài)RAM，它采用CMOS工藝制造，單一+5 V供電，額定功耗200 mW，典型讀取時(shí)間200 ns，封裝形式為DIP28，管腳如圖6.13所示。其中，A0A12為13條地址線；I/O0I/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；為讀允許信號線，低電平有效；為寫信號線，低電平有效。,靜態(tài)RAM芯片6264說明,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),圖3-21 iRAM2186、2187管腳圖,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),2186/2187片內(nèi)具有8K8位集成動(dòng)態(tài)RAM，單一+5 V

47、供電，工作電流70 mA，維持電流20 mA，存取時(shí)間250 ns，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RDY，而2187的引腳1是刷新控制輸入端REFEN。 快擦寫型存儲(chǔ)器（Flash Memory） 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，F(xiàn)lash Memory大量用來制作存儲(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),(2)可編程I/O擴(kuò)展芯片,8255：可編程通用并行接口電路，可擴(kuò)展38位并行I/O口。 824

48、3：可編程通用并行接口電路，可擴(kuò)展44位并行I/O口。 8155：編程RAM/IO擴(kuò)展電路，可擴(kuò)展28位并行口、6位并行口、2568位靜態(tài)RAM和14位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。 8755：可編程EPROM/IO擴(kuò)展電路，可擴(kuò)展28位并行I/O口和2k8位EPROM。 8253：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。 8251：可編程串行口電路。 8279：可編程鍵盤、顯示器接口電路，可擴(kuò)展64個(gè)鍵（或開關(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),圖3-22 簡單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),輸出控制信號由P2.0和相“或”后形成。當(dāng)二者都為0后，74LS2

49、73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，其它地址位無關(guān)）。但是由于分別由和控制，因而兩個(gè)信號不可能同時(shí)為0（執(zhí)行輸入指令，如MOVX A，DPTR或MOVX A，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),8155內(nèi)部結(jié)構(gòu)(b) 8155引腳配置圖,可編程RAM

50、 I/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),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),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),圖7- 13 8155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),表7- 4 8155定時(shí)器編程方式及相應(yīng)的輸出波形,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),圖 715 8155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),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),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),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),圖7

51、- 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),(a)管腳圖(b)共陰極(c) 共陽極 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),圖 通過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),圖 通過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),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),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),2.8279引腳功能,微型計(jì)算

52、機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),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),圖 88鍵盤的鍵值與鍵號,微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),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。 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，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。 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。 8位單片機(jī)的地址總線寬度為16位，也就是說片外程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均可直接尋址6

53、4k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。 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。 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,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),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)展芯片通過驅(qū)動(dòng)器連接起來，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

54、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，對單片機(jī)來講，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。,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)，必須對該芯片提供的資源及各引腳的含義正確地理解，如8155提供

55、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，再通過命令寄存器啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)。,3.3.6前向

56、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.開關(guān)信號及頻率信號的接口技術(shù),微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(jì),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。信號形式主要有數(shù)字量、開關(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),圖7- 37 DAC0832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),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),3.DAC0832與MC

57、S-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),（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),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),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：單片機(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

58、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)。,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。