計算機控制技術(shù)1-2章

1、計計算機算機控制技術(shù)控制技術(shù)過程輸入輸出通道過程輸入輸出通道 計算機控制系統(tǒng)概述計算機控制系統(tǒng)概述 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù) 數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計方法數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計方法 兩級計算機控制系統(tǒng)兩級計算機控制系統(tǒng) 計算機控制系統(tǒng)程序設(shè)計計算機控制系統(tǒng)程序設(shè)計 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計方法數(shù)字控制器的離散化設(shè)計方法 復(fù)雜控制規(guī)律復(fù)雜控制規(guī)律 2/62第第1 1章章 計算機控制系統(tǒng)概述計算機控制系統(tǒng)概述計算機控制系統(tǒng)的分類計算機控制系統(tǒng)的分類計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 計算機控制系統(tǒng)的組成計算機控制系統(tǒng)的組成1.1 1.1 計算機控制系統(tǒng)的組成計算機

2、控制系統(tǒng)的組成1.計算機控制技術(shù)是計算機技術(shù)與自動控制理論有機結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興學(xué)科，研究計算機控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計問題。計算機控制系統(tǒng)是指有計算機參與并完成控制的系統(tǒng)。2.計算機控制系統(tǒng)可以充分發(fā)揮計算機運算速度快、精度高、存儲量大的優(yōu)點，通過軟件來實現(xiàn)用模擬元件難以實現(xiàn)的復(fù)雜控制規(guī)律，一臺計算機可以代替多臺模擬調(diào)節(jié)器，控制多個回路。還可以使控制與管理相結(jié)合，大大提高自動化程度。3.計算機控制系統(tǒng)由計算機和工業(yè)生產(chǎn)對象組成，其中包括硬件和軟件。第第1 1章章 計算機控制系統(tǒng)概述計算機控制系統(tǒng)概述4/621.1.1 1.1.1 計算機控制系統(tǒng)的硬件計算機控制系統(tǒng)的硬件1.主機(CPU) 主機

3、(CPU)向系統(tǒng)的各個部分發(fā)出命令，對被測參數(shù)進行巡回檢測、數(shù)據(jù)處理、控制計算、報警處理及邏輯判斷等。2.接口及I/O通道 常用接口包括：并行接口、串行接口、定時器計數(shù)器接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換接口、數(shù)模轉(zhuǎn)換接口等。I/O通道包括：模擬量輸入通道A/D、模擬量輸出通道D/A、數(shù)字量輸入/輸出通道等。3.外部設(shè)備 外部設(shè)備用以擴大主機的功能，包括輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲設(shè)備等。4. 檢測元件及執(zhí)行機構(gòu) 檢測元件把非電量變成電量（傳感器），如熱電偶、節(jié)流裝置、壓力變送器。變送器把傳感器的輸出信號變成 CPU 所能接收的電壓信號。執(zhí)行機構(gòu)接收 CPU 輸出的控制量并加以動作，以對生產(chǎn)參數(shù)進行控制，如閥、開關(guān)、

4、電機等。 5.操作臺和實時時鐘 操作臺是人機對話的聯(lián)系紐帶。包括作用開關(guān),功能鍵、顯示用LED或CRT顯示器件、數(shù)字鍵。第第1 1章章 計算機控制系統(tǒng)概述計算機控制系統(tǒng)概述5/62圖1-1 典型計算機控制系統(tǒng)原理框圖1.1.1 1.1.1 計算機控制系統(tǒng)的硬件計算機控制系統(tǒng)的硬件第第1 1章章 計算機控制系統(tǒng)概述計算機控制系統(tǒng)概述1.1.2 1.1.2 計算機控制系統(tǒng)的軟件計算機控制系統(tǒng)的軟件1.計算機控制系統(tǒng)的軟件指的是能夠完成各種功能的計算機程序的總和。軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。 2.系統(tǒng)軟件：由廠家提供，用以管理計算機本身的程序。3.應(yīng)用軟件：面向用戶的程序，一般都是用戶根據(jù)控制系統(tǒng)的

5、需要自行設(shè)計的。如工業(yè)過程控制系統(tǒng)中的A/D、D/A轉(zhuǎn)換程序、數(shù)字濾波程序、控制算法程序。運動控制系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速、電流PI調(diào)節(jié)器，PARK變換、SVPWM算法、電流采樣等。第第1 1章章 計算機控制系統(tǒng)概述計算機控制系統(tǒng)概述1.2 1.2 計算機控制系統(tǒng)的分類計算機控制系統(tǒng)的分類1.2.1 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)1.操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)：計算機的輸出是對系統(tǒng)過程參數(shù)進行收集、加工和處理，由操作人員根據(jù)輸出數(shù)據(jù)進行控制操作。屬于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。2.操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)適用于尚未摸清控制規(guī)律的系統(tǒng)。用來摸索新系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和控制規(guī)律。3.突出特點是簡單可靠，缺點是需要人工操作，速度不能太快，而且不能同時控制多個回路

6、。圖1-2 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)第第1 1章章 計算機控制系統(tǒng)概述計算機控制系統(tǒng)概述1.2.2 1.2.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng)（直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDCDDC）1.直接數(shù)字控制系統(tǒng)是用一臺計算機對多個被控參數(shù)進行巡回檢測，將檢測結(jié)果與設(shè)定值進行比較，再按PID控制規(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)對生產(chǎn)過程進行控制，使被控參數(shù)穩(wěn)定在給定值上，屬于閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。2.適應(yīng)于一臺計算機同時控制多個回路的場合，可替代多個模擬調(diào)節(jié)器，可靠性高。其特點是控制靈活，可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制規(guī)律。圖1-3 DDC控制系統(tǒng)原理第第1 1章章 計算機控制系統(tǒng)概述計算機控制系統(tǒng)概述圖1-4 直流電動機轉(zhuǎn)

7、速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)WASR(s)和WACR(s)分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)，如果采用DDC控制，那么，DDC計算機可以實現(xiàn)數(shù)字給定、數(shù)字觸發(fā)、數(shù)字測速、以及轉(zhuǎn)速和電流數(shù)字PI調(diào)節(jié)器等功能.第第1 1章章 計算機控制系統(tǒng)概述計算機控制系統(tǒng)概述1.2.2 1.2.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng)（直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDCDDC）1.2.3 1.2.3 計算機監(jiān)督系統(tǒng)（計算機監(jiān)督系統(tǒng)（SCCSCC）1.計算機監(jiān)督系統(tǒng)（SCC）是由計算機按照描述生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型，計算出最佳給定值送給模擬調(diào)節(jié)器或者DDC計算機，再由模擬調(diào)節(jié)器或者DDC計算機控制生產(chǎn)過程，從而使生產(chǎn)過程處于最優(yōu)工作狀況。圖1

8、-5 SCC+模擬調(diào)節(jié)器控制 2.SCC+模擬調(diào)節(jié)器 SCC監(jiān)督計算機的作用是收集檢測信號及管理命令，按照描述生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型計算后，輸出給定值到模擬調(diào)節(jié)器，與檢測值進行比較，其偏差值經(jīng)模擬調(diào)節(jié)器計算后輸出到執(zhí)行機構(gòu)，以達到調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程的目的。第第1 1章章 計算機控制系統(tǒng)概述計算機控制系統(tǒng)概述 SCC計 算 機 設(shè) 定 值 檢 測 值 模 擬 調(diào) 節(jié) 器 DA / 多 路 開 關(guān) 輸 入 生 產(chǎn) 過 程 . 傳 感 器 輸 出 . 3. SCC+DDC 控制系統(tǒng) SCC+DDC控制系統(tǒng)是一個兩級計算機控制系統(tǒng)：一級為監(jiān)督級SCC，用于計算最佳給定值。二級為直接數(shù)字控制器（DDC）用于把給定

9、值與測量值進行比較，偏差由DDC計算機按照一定的控制規(guī)律計算，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器和反多路開關(guān)分別控制各個執(zhí)行機構(gòu)進行調(diào)節(jié)。1.2.3 1.2.3 計算機監(jiān)督系統(tǒng)（計算機監(jiān)督系統(tǒng)（SCCSCC）圖1-6 SCC+DDC控制系統(tǒng) 第第1 1章章 計算機控制系統(tǒng)概述計算機控制系統(tǒng)概述 SCC 計算機 設(shè)定值 檢測值 DA / 多路開關(guān) 傳感器 反多路開關(guān) DDC 生產(chǎn)過程 . 輸出 . 輸入 D/A 1.2.4 1.2.4 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng) 1.嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，有計算機功能但又不稱之為計算機的設(shè)備或器材。包括硬件和軟件兩部分。嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。2.硬件：包括處理器/微處

10、理器、存儲器及外設(shè)器件和I/O端口、圖形控制器等。3.軟件：操作系統(tǒng)軟件(要求實時和多任務(wù)操作)和應(yīng)用程序。4.嵌入式計算機分為： 嵌入式微處理器: 例如STD-BUS、PC104等。 嵌入式微控制器： 例如8051、MCS-96/196 嵌入式DSP處理器：例如TI的TMS320C2000/C5000等 嵌入式片上系統(tǒng)： 例如C8051F系列單片機 第第1 1章章 計算機控制系統(tǒng)概述計算機控制系統(tǒng)概述13/621.2.4 1.2.4 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng) 第第1 1章章 計算機控制系統(tǒng)概述計算機控制系統(tǒng)概述PC/104是一種工業(yè)計算機總線標準，是一種工業(yè)計算機總線標準，PC104是一種專門為

11、嵌入式控制而定是一種專門為嵌入式控制而定義的工業(yè)控制總線。義的工業(yè)控制總線。 （4）嵌入式片上系統(tǒng)： 例如C8051F系列單片機 （1）嵌入式微處理器: 例如PC104（2）嵌入式微控制器： 例如8051（3）嵌入式DSP處理器： 例如TI的TMS320C2000/C5000等1.2.5 1.2.5 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS FCS ）1. 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信與管理的概念聯(lián)系起來，是數(shù)字通信?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是分布式控制系統(tǒng)DCS的換代產(chǎn)品。特點： (1)數(shù)字化信息傳遞 (2)分散的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) (3)方便的互操作性 (4)開放的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) (5)傳輸媒介和拓樸結(jié)構(gòu)圖1-7

12、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 第第1 1章章 計算機控制系統(tǒng)概述計算機控制系統(tǒng)概述1.2.5 1.2.5 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS FCS ）2. 用于過程自動化構(gòu)成FCS的基本設(shè)備如下： 變送器 執(zhí)行器 服務(wù)器和網(wǎng)橋 輔助設(shè)備 監(jiān)控設(shè)備3. FCS的核心是現(xiàn)場總線。從本質(zhì)上說，它是一種數(shù)字通信協(xié)議，是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、全分散、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，是控制技術(shù)、儀表工業(yè)技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)三者的結(jié)合，具有現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場設(shè)備互連、互操作性、分散的功能塊、通信線供電、開放式互連網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)特點。第第1 1章章 計算機控制系統(tǒng)概述計算機控制系統(tǒng)概述1.3 1

13、.3 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢1.智能控制系統(tǒng)智能控制系統(tǒng)（ICS） 應(yīng)用自動控制理論和智能控制技術(shù)來實現(xiàn)先進的計算機控制系統(tǒng)，將極大地推動科學(xué)技術(shù)的進步和提高工業(yè)自動化系統(tǒng)的水平 。2.集散控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（DCS） 以微型計算機為基礎(chǔ)的分散型控制系統(tǒng)，采用分散控制，集中管理的基本設(shè)計思想。以及分層、分級和合作自治的結(jié)構(gòu)形式，適應(yīng)現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)和管理要求3.計算機集成制造系統(tǒng)計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS） 在自動化技術(shù)、信息技術(shù)及制造技術(shù)基礎(chǔ)上，通過計算機及其軟件，將制造工廠全部生產(chǎn)環(huán)節(jié)有機地集成起來，實現(xiàn)多品種、中小批量生產(chǎn)的總體高效益、高柔性的智能控制系統(tǒng)。

14、4.可編程序控制器可編程序控制器(PLC) PLC幾乎全都采用微處理器作為主控制器，而采用大規(guī)模集成電路作為存儲器及I/O接口，因而使其可靠性、功能、價格、體積都達到了比較成熟和完美的境界第第1 1章章 計算機控制系統(tǒng)概述計算機控制系統(tǒng)概述 可編程并行接口可編程并行接口8255A 8155與與MCS51接口技術(shù)接口技術(shù) 存儲器及存儲器及I/O接口的編址方式接口的編址方式鍵盤與顯示接口鍵盤與顯示接口 第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)2.1 2.1 存儲器及存儲器及I/OI/O接口的編址方式接口的編址方式第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技

15、術(shù)2.1.1 2.1.1 編址方法編址方法1.線選法指將某一位地址線連到擴展電路的片選端，作為該芯片的片選信號，通常是低電平有效。2.擴展RAM或I/O的地址確定法：連片選信號的地址線為低電平0，RAM 區(qū)或I/O口地址由CPU尋址確定，其他沒用到的地址線為高電平1。3.線選法的優(yōu)點是節(jié)省譯碼電路，連線簡單，但擴展的存儲器芯片地址不連續(xù)，地址空間沒有充分利用，適宜于不太復(fù)雜的場合。 2.1.1 2.1.1 編址方法編址方法第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù) 例例2-1 用線選法擴展三片6264RAM的電路，寫出各芯片的地址空間以及分析過程。1.1.線選法線選法20

16、/622.1.1 2.1.1 編址方法編址方法A圖2-1 線選法擴展三片 6264 第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)7FFFH 1111111111111110末尾地址7000H0000000000000110起始地址IC26264BFFFH1111111111111101末尾地址A000H0000000000000101起始地址IC16264DFFFH1111111111111011末尾地址C000H0000000000000011起始地址IC06264A0A1A2A3A4A5 A6A7A8A9A10A11 A12A13A14A15 地址線地址空間P0.0P0

17、.1P0.2P0.3P0.4 P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2 .5P2.6P2.78031引腳6264RAM容量是8K，占用13根8031地址線A12A0。剩余A15A13 用作線選法的片選信號線，其中ICO 6264片選線為A13，IC1 6264片選線為A14，IC2 6264 片選線為 A15。下面用線選法確定它們的地址分配。2.1.1 2.1.1 編址方法編址方法(1)部分譯碼法 74LS139譯碼器 邏輯功能表第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)01111101011010110110011100001111XX1AB

18、 Y3Y2Y1Y0選擇使能輸出輸入2地址譯碼法:用低位地址線做擴展電路的片內(nèi)尋址線，對剩余的高位地址線經(jīng)過譯碼器譯碼作為片選控制，稱為地址譯碼法。根據(jù)選用的高位地址線(通常是擴展電路占用后余下的高位地址線)全部或幾位經(jīng)過譯碼作為片選控制，又分為部分譯碼和全譯碼。22/622.1.1 2.1.1 編址方法編址方法第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)例例2-2 用部分譯碼法擴展三片6264RAM，寫出各芯片的地址空間以及分析過程。圖23 部分譯碼法擴展三片6264RAM電路23/62第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)8031引腳P2.7P2

19、.6P2 .5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4 P0.3P0.2P0.1P0.0地址空間地址線A15 A14A13A12A11 A10A9A8A7A6A5 A4A3A2A1A0139引腳BAIC0 06264起始地址00000000000000000000H末尾地址00011111111111111FFFH 或起始地址10000000000000008000H末尾地址10011111111111119FFFHIC1 16264起始地址00100000000000002000H末尾地址00111111111111113FFFH或起始地址1010000000

20、000000A000H末尾地址1011111111111111BFFFHIC2 26264起始地址01000000000000004000H末尾地址01011111111111115FFFH 或起始地址1100000000000000C000H末尾地址1101111111111111DFFFH2.1.12.1.1 編址編址 方法方法部部分分譯譯碼碼法法24/622.1.1 2.1.1 編址方法編址方法74LS138譯碼器 及邏輯功能表H高電平 L低電平 X任意12345678161514131211109ABCE1E2E3Y7GNDY0Vcc138Y1Y2Y3Y4Y5Y612EE0Y1Y2Y3

21、Y4Y5Y6Y7YLHHHHHHHHHHLHHLHHHHHHLHHLHHHLHHHHHHLHLHHHHLHHHHLLHLHHHHHLHHHHHLLHHHHHHLHHLHLLHHHHHHHLHHLLLHHHHHHHHLLLLLHHHHHHHHHXXXXLHHHHHHHHXXXHXABCE3輸出選擇輸入第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)(2) 全譯碼法全譯碼法74LS138譯碼器 25/622.1.1 2.1.1 編址方法編址方法圖25 用全譯碼法擴展2片6264和2片2764的電路第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)例例2-32-3 用全

22、譯碼法擴展2片6264和2片2764，寫出各芯片的地址空間以及分析過程。 26/622.1.1 2.1.1 編址方法編址方法第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)全譯碼法全譯碼法例例2-32-3 用全譯碼法擴展2片6264和2片2764，它們的地址分配為：5FFFH 1111111111111010末尾地址4000H0000000000000010起始地址IC262643FFFH1111111111111100末尾地址2000H0000000000000100起始地址IC127641FFFH1111111111111000末尾地址0000H00000000000000

23、00起始地址IC02764IC26264ABC138引腳A0A1A2A3A4A5 A6A7A8A9A10A11 A12A13A14A15 地址線地址空間P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4 P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2 .5P2.6P2.78031引腳27/62 2.1.1 2.1.1 編址方法編址方法1.全譯碼時存儲器芯片地址連續(xù)，地址空間得到了 充分利用，沒有地址重疊，部分譯碼有地址重疊問題。2.線選法用于擴展多片程序存儲器時，不能形成0000H為起始地址的程序存貯空間，因此對8051和8751的端必須接高電平，使用片內(nèi)0000H0FFFH的地址

24、空間，而對8031由于復(fù)位后從0000H 地址開始執(zhí)行程序，并且中斷入口地址都分布在該區(qū)域內(nèi)，必須保留該空間，就需要選用全譯碼，不能使用線選譯碼，或者選用單片EPROM，使其腳接地，使其地址空間安排在程序存儲器區(qū)即可。3.線選法還有地址重疊及空間不連續(xù)問題。第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)編址方法編址方法小結(jié)小結(jié)28/62 2.1.2 2.1.2 程序存儲器的擴展程序存儲器的擴展 1.常用程序存儲器芯片有：2716，2732，2764，27128，27256，27512等，另外還有電可擦除電可編程的EEPROM，如2817A，2864A也可作為程序存儲器。2.對

25、于8031擴展多片外部程序存儲器時，可用全譯碼法進行編址。一方面可形成0000H為起始地址的EPROM空間，保證程序執(zhí)行和中斷入口地址；另一方面地址連續(xù)，節(jié)約空間。通常情況下，使用單片程序存儲器即可滿足要求。第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)29/62 2.1.3 2.1.3 數(shù)據(jù)存儲器的擴展數(shù)據(jù)存儲器的擴展 1.MCS51系列單片機片內(nèi)有128個字節(jié)的RAM區(qū)（8032、8052有256個字節(jié))，可用作工作寄存器區(qū)、堆棧區(qū)、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)等，對于要求大容量RAM區(qū)的系統(tǒng)如數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，就要擴展數(shù)據(jù)存儲器。常用的數(shù)據(jù)存儲器芯片有：6116，6264，62256等。2.

26、MCS51對外部數(shù)據(jù)存儲器的操作指令有四條： 1MOVX A，Ri ；(P2)(Ri)A i=0，1 讀 2MOVX Ri，A ；(A)(P2)(Ri) i=0，1 寫 3MOVX A，DPTR ；(DPTR)A 讀 4MOVX DPTR，A ；(A)(DPTR) 寫3.其中1-2條指令是以R0或R1作指針對外部數(shù)據(jù)存儲器頁面尋址，頁號由當前P2口鎖存器內(nèi)容決定，這兩條指令適宜于尋址容量較小的外部數(shù)據(jù)存儲器。3-4指令是以16位的DPTR作指針的，可對64K字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲器尋址。第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)30/622.2 2.2 可編程并行接口可編程并

27、行接口8255A8255A2.2.1 8255A2.2.1 8255A的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)1.8255A是Intel公司的可編程并行I/O接口芯片，有三個8位并行口PA，PB和PC。分為A，B兩組，A組包括PA口和PC口的PC7PC4，B組包括PB口和PC口的PC3PC0。每個口均可通過編程確定為指定工作方式。圖2-6 8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)31/622.2.1 2.2.1 8255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)8255A由四個邏輯電路組成：1.數(shù)據(jù)總線驅(qū)動器數(shù)據(jù)總線驅(qū)動器 雙向三態(tài)8位驅(qū)動器是8255A和CPU數(shù)據(jù)總線的接口，數(shù)據(jù)命令和狀態(tài)傳送都是通

28、過雙向三態(tài)總線驅(qū)動器轉(zhuǎn)送的。2.I/O口口 PA口口：有一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器，一個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 PB口口：有一個數(shù)據(jù)輸入輸出、鎖存緩沖器，一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。 PC口口：一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存緩沖器，一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器（輸入沒有鎖存）。3.讀讀/寫控制邏輯寫控制邏輯 8255的讀/寫控制邏輯與CPU地址總線的A1、A0、 / 相連， 為片選。通過這些控制信號實現(xiàn)CPU對8255的端口尋址。4.A組和組和B組控制電路組控制電路 根據(jù)CPU命令控制8255的工作方式。A組控制PA口和PC7PC4，B組控制PB口和PC3PC0第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制

29、系統(tǒng)的接口技術(shù)32/622.2.1 8255A2.2.1 8255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2-7 8255A引腳配置引腳功能：D0D7：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)總線PA：8位I/O口PB：8位I/O口PC：8位I/O口A1、A0：端口地址輸入線，用于選擇內(nèi)部端口 寄存器 ：讀選通信號輸入線，低電平有效 ：寫選通信號輸入線，低電平有效。 ：片選線，低電平有效RESET：復(fù)位輸入，高電平有效。復(fù)位后PA、PB、PC均為輸入方式VCC：電源5VGND：地第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)33/622.2.2 2.2.2 8255A的操作方式的操作方式圖2-8 8255A的方式控制字格式

30、圖2-9 8255A的C口按位置位/復(fù)位控制字第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)1. 8255A的控制字 8255A有以下3種基本工作方式。方式0：基本輸入輸出方式。方式1：選通輸入輸出方式。方式2：雙向傳送方式，僅用于PA口。這3種工作方式通過對方式控制字的編程來確定。 34/62 1）方式）方式0：是基本的輸入輸出，方式0適用于無條件地傳送數(shù)據(jù)的設(shè)備。這種方式下，數(shù)據(jù)簡單地寫入指定端口，輸出數(shù)據(jù)帶鎖存功能。或從指定端口讀入數(shù)據(jù)，輸入不鎖存。不需要應(yīng)答信號。PA和PB口定義為方式0時，端口PC為1個8位的基本I/O口或2個4位的基本I/O口。在方式0工作方式下，

31、PA，PB，PC7PC4，PC3PC0，可定義為輸入輸出，有16種不同的組合。2.2.2 8255A2.2.2 8255A的操作方式的操作方式第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)2. 8255A的三種操作方式35/62 2）方式方式1：是選通輸入輸出方式（應(yīng)答I/O方式），PA口和PB口定義為方式1時，PC口的某些位為狀態(tài)控制線，其余作I/O線。適用于具有握手信號的輸入輸出設(shè)備，如打印等。 方式方式1輸入輸入：當PA，PB口工作于方式1輸入時，8255A的邏輯結(jié)構(gòu)如圖2-10所示。 2.2.2 2.2.2 8255A的操作方式的操作方式第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)

32、的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)36/62方式方式1 1輸出輸出: : 2.2.2 8255A 2.2.2 8255A的操作方式的操作方式第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)各控制信號的意義為： ：輸出緩沖器信號，低電平有效。 為低電平表示CPU已經(jīng)把數(shù)據(jù)寫入指定的端口，它由輸出命令 上升沿置成有效，由 低電平將它恢復(fù)為高電平。 ：外設(shè)響應(yīng)信號，低電平有效，表示外設(shè)已取走端口數(shù)據(jù)。INTR：中斷請求信號，高電平有效。INTE：端口內(nèi)部中斷允許觸發(fā)。INTE=1：允許中斷。INTE=0：禁止中斷。INTEA由 置位/復(fù)位控制。INTEB由 置位/復(fù)位控制。 37/6

33、2 3）方式方式2： 僅適用于PA口，此時PA口成為8位雙向三態(tài)數(shù)據(jù)口，即發(fā)送又接收數(shù)據(jù)。PB口仍為I/O口，PC口高5位工作狀態(tài)控制線。低3位作I/O線。8255A方式2適用于多CPU并行通訊場合，其邏輯結(jié)構(gòu)如圖2-12所示。 2.2.2 8255A2.2.2 8255A的操作方式的操作方式圖2-12 8255A方式2邏輯結(jié)構(gòu)第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)38/62 2.2.3 2.2.3 接口方法接口方法 2T 7T2T10T 4T 9T 3T 1 3.5 1 5 24.5 1.5時間/s返回卸工料開模加熱 送料退回送料 進給 合模工序取動作時間的最大公約

34、數(shù)T=0.5s=500ms。以此作為公共延遲時間。第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)8255A的數(shù)據(jù)線D7D0可與單片機的數(shù)據(jù)總線相連， 、 接讀寫信號線，A0、A1由地址鎖存儲器提供， 線可由第一節(jié)中的編址方法得到。RESET線接系統(tǒng)復(fù)位線即可。例例2-6 8255A的應(yīng)用舉例：用MCS51單片機控制注塑機。（1）注塑機的生產(chǎn)工序）注塑機的生產(chǎn)工序39/62000000 01D0D1D2 D3 D4 D5 D6D7 （1）8255A的口地址為：控制口地址7FFFH;7FFDH。 （2）根據(jù)工序要求將8255芯片PB口置成方式0， 2.2.3 2.2.3 接口方法

35、接口方法控制字80H圖2-13 注塑機控制電路第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)（2）控制電路）控制電路40/62（3）延時子程序延時子程序 表2-4已定出各道工序的動作時間，最大公 約數(shù)T=500ms，以此作為延遲時間，編寫延時子程序。（4 4）建立注塑機控制信息表）建立注塑機控制信息表 2.2.3 2.2.3 接口方法接口方法40h0000001返回20H0000010卸工件10H0000100開模08H0001000加熱04H0010000送料退回02H0100000送料進給01H1000000合模十六進制信息CT1CT2CT3CT4CT5CT6CT7功能第

36、第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)表2-5 注塑機控制信息表 41/62（5）注塑機控制程序流程圖注塑機控制程序流程圖 2.2.3 2.2.3 接口方法接口方法第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)42/62 2.3 81552.3 8155與與MCS51接口技術(shù)接口技術(shù) 2.3.1 81552.3.1 8155的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)Intel 8155是一種可編程多功能并行接口芯片。片內(nèi)有三個并行口PA、PB和PC，其中PA和PB為8位口，PC為6位口，一個可編程的14位定時計數(shù)器和256個字節(jié)的RAM區(qū)，可以用作I/O口和RAM擴展，是單片機系統(tǒng)

37、中常用的接口電路。圖2-15 8155的結(jié)構(gòu)第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)43/62x x x x x 1 0 0 x x x x x 1 0 1定時器/計數(shù)器低8位定時器/計數(shù)器高6位于方式字x x x x x 0 1 1PC口寄存器x x x x x 0 1 0PB口寄存器x x x x x 0 0 1PA口寄存器x x x x x 0 0 0命令字寄存器、狀態(tài)字寄存器地址A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0名稱無操作xxx1寫內(nèi)部寄存器0110讀內(nèi)部寄存器1010寫RAM單元（地址為xx00HxxFFH）0100讀RAM單元（地址為xx00Hx

38、xFFH）1000 操作控制信號 2.3.2 8155 RAM/IO 2.3.2 8155 RAM/IO口尋址方法口尋址方法在 0時，8155被選中，AD0AD7是低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線，與MCS51的P0口連接。 是8155 RAM和I/O口選擇線，當 0時，選中8155片 內(nèi) R A M ， 地 址 為00H0FFH 當 1時，選中三個I/O口PA、PB、PC。地址分配如表2-6所示。CPU對8155RAM和內(nèi)部寄存器的操作如表2-7所示。表2-7 CPU對8155的操作控制表2-6 8155 I/O口編址第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)44/62 2.3.

39、2 8155 RAM/IO 2.3.2 8155 RAM/IO口尋址方法口尋址方法例例2-7 設(shè)8155的 連P2。6， 連P2.5，則8155的I/O口和RAM地址分配為：當P2.60，P2.50 選中8155片內(nèi)RAM區(qū)，地址是：9F00H9FFFH。當P2.60，P2.51 選中8155I/O口，口地址分配為：A口地址： BF01HB口地址： BF02HC口地址： BF03H定時器低8位地址： BF04H定時器高6位地址： BF05H例例2-8 如果要把累加器A的內(nèi)容送入8155A口，程序為： ORG 2000H MOV DPTR，#0BF01H ;8155A口地址。 MOVX DPTR

40、，A LOOP：LJMP LOOP第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)CE45/62 2.3.3 2.3.3 命令寄存器及狀態(tài)寄存器命令寄存器及狀態(tài)寄存器8155提供的PA口、PB口、PC口以及定時器/計數(shù)器都是可編程的。CPU通過寫命令字來控制對它們的操作，通過讀狀態(tài)字來判別他們的狀態(tài)。命令字和狀態(tài)字寄存器共用一個口地址，命令字寄存器只能寫不能讀，狀態(tài)字寄存器只能讀不能寫。1. 8155的命令字格式的命令字格式第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)46/62 2.3.3 2.3.3 命令寄存器及狀態(tài)寄存器命令寄存器及狀態(tài)寄存器2.8155

41、2.8155的狀態(tài)字格式的狀態(tài)字格式第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)47/62 2.3.4 8155 2.3.4 8155的定時器的定時器/計數(shù)器計數(shù)器8155的定時器/計數(shù)器是一個14位的減法計數(shù)器。它 的 計 數(shù) 初 值 可 設(shè) 在0002H3FFFH之間。它的計數(shù)速率取決于時鐘T1的頻率，最高可達4MHz。它有四種操作方式，不同的方式下引腳TO輸出不同的波形。8155內(nèi)有兩個寄存器存放操作方式碼和計數(shù)初值，初值占14位，高兩位定義輸出方式，其格式如下：第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)48/622.3.4 81552.3.4

42、8155的定時器的定時器/計數(shù)器計數(shù)器4種操作方式的選擇及相應(yīng)的輸出波形見表2-8每次計數(shù)溢出時輸出一個TI時鐘周期的負脈沖并自動重新恢復(fù)初值 連續(xù)脈沖1 1計數(shù)溢出時輸出一個TI時鐘周期的負脈沖 單負脈沖1 0低電平寬n/2個（n偶）或（n-1）/2個（n奇）TI時鐘周期；高電平寬n/2個（n偶）或（n-1）/2個（n奇）TI時鐘周期，自動恢復(fù)初值 連波方式0 1寬為n/2個（n偶）或（n-1）/2個（n奇）TI時鐘周期 單波方式0 0 說 明TO 腳輸出波形方 式 M2 M1第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)49/622.3.5 81552.3.5 8155與

43、與MCS-51MCS-51接口方法舉例接口方法舉例 例例2-92-9 設(shè)8031單片機用地址譯碼法擴展的I/O端口與程序存儲器的電路如圖2-16所示，8155 I/O口編址表如2-9所示。1. 寫出8155 “PC口”的地址及分析過程（這里規(guī)定：無關(guān)地址位取“0”）。2. 利用圖中的74LS139譯碼器，不改變原有芯片的連接方式，除IC1以外還可以再擴展幾 片8255芯片？簡要說明擴展的8255的 端如何與現(xiàn)有電路聯(lián)接。第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)101定時器/計數(shù)器高6位與方式字001定時器/計數(shù)器低8位110PC口寄存器010PB口寄存器100PA口寄存

44、器000命令字寄存器、狀態(tài)字寄存器A0A1A2A3A4A5A6A7地 址名 稱表2-9 8155 I/O口編址圖2-16 MCS-51與8155的接口方法50/6211000000100000018155PC口地址A0A1A2 8155引腳AB139引腳A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15地址線P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6 P2.78031引腳 2.3.5 8155 2.3.5 8155與與MCS-51MCS-51接口方法舉例接口方法舉例第第2 2章章 計算機控制

45、系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)1. 8155芯片“PC口”的地址：8103H2. 還可以再擴展2片8255芯片。擴展的2片8255芯片的 端分別聯(lián)接74LS139的 和 端。51/62 2.4 2.4 鍵盤與顯示接口鍵盤與顯示接口 2.4.1 LED 2.4.1 LED顯示器接口顯示器接口(a) 管腳配置 (b) 共陰極 (c) 共陽極第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)1. LED顯示器的結(jié)構(gòu) 52/62 2.4.1 LED 2.4.1 LED顯示器接口顯示器接口 LED的段選碼表83H7CHBCEH31H88H77HABFH40H-90H6FH9FFH0

46、0H全暗80H7FH800HFFH全亮F8H07H789H76HH82H7DH6C1H3EHU92H6DH582H73HP99H66H484H71HFB0H4FH386H79HEA4H5BH2A1H5EHDF9H06H1C6H39HCC0H3FH0共陽極段選碼共陰極段選碼顯示字符共陽極段選碼共陰極段選碼顯示字符第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)53/62 2.4.1 LED 2.4.1 LED顯示器接口顯示器接口2.LED顯示方式：LED的顯示方式分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方式。 圖2-18 并口靜態(tài)顯示第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口

47、技術(shù)1) 靜態(tài)顯示 靜態(tài)顯示指當顯示字符時，發(fā)光二極管一直保持導(dǎo)通或截止，直到下次顯示新的字符為止。其特點是顯示亮度高、穩(wěn)定、CPU效率高，適用于顯示位數(shù)不太多的場合。在MCS-51系統(tǒng)中可用并口或串口來實現(xiàn)。 54/622.4.1 LED2.4.1 LED顯示器接口顯示器接口LED顯示方式圖2-19 串口靜態(tài)顯示第第2 2章章 計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的接口技術(shù)55/62 2.4.1 LED 2.4.1 LED顯示器接口顯示器接口 靜態(tài)顯示程序清單： ORG 2000H MAIN： MOV R7，#08H； 顯示數(shù)據(jù)個數(shù) MOV R0，#7FH； 顯示緩沖區(qū)78H-7FH DL0: MOV A，R0 ADD A，#0BH； 加偏移量 MOVC A，A+PC； 查表 MOV SBUF，A DL1： JNB T1，DL1 CLR TI DEC R0 DJNZ R7，DL0 RET DSEGTAB：DB 0C0H，0F9H，0A4H，0B0H，99H；0，1，2，3，4字形碼 92H，82H，0F8H , 80H，90H； 5，6，7，8，9字形碼 88H，83H，0C6H，0A1H，86H，84H；A，B，C，D，E，F(xiàn)字形碼