教學(xué)課件-計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

1/62計(jì)算機(jī)控制技術(shù)過程輸入輸出通道

第3章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述

第1章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)

第2章數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計(jì)方法

第6章

兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

第4章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

第5章數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)方法

第7章復(fù)雜控制規(guī)律

第8章目錄2/62第1章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

1.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成3/621.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)控制理論有機(jī)結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興學(xué)科，研究計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)問題。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是指有計(jì)算機(jī)參與并完成控制的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快、精度高、存儲(chǔ)量大的優(yōu)點(diǎn)，通過軟件來實(shí)現(xiàn)用模擬元件難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜控制規(guī)律，一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以代替多臺(tái)模擬調(diào)節(jié)器，控制多個(gè)回路。還可以使控制與管理相結(jié)合，大大提高自動(dòng)化程度。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)和工業(yè)生產(chǎn)對(duì)象組成，其中包括硬件和軟件。第1章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述4/621.1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件主機(jī)(CPU)主機(jī)(CPU)向系統(tǒng)的各個(gè)部分發(fā)出命令，對(duì)被測參數(shù)進(jìn)行巡回檢測、數(shù)據(jù)處理、控制計(jì)算、報(bào)警處理及邏輯判斷等。接口及I/O通道常用接口包括：并行接口、串行接口、定時(shí)器／計(jì)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。外部設(shè)備外部設(shè)備用以擴(kuò)大主機(jī)的功能，包括輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備等。檢測元件及執(zhí)行機(jī)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(hào)變成CPU所能接收的電壓信號(hào)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收CPU輸出的控制量并加以動(dòng)作，以對(duì)生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行控制，如閥、開關(guān)、電機(jī)等。

操作臺(tái)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘操作臺(tái)是人機(jī)對(duì)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1章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述5/62圖1-1典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖1.1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件第1章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述6/621.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件指的是能夠完成各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和。軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件：由廠家提供，用以管理計(jì)算機(jī)本身的程序。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)的需要自行設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)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1章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述7/621.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類1.2.1操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)的輸出是對(duì)系統(tǒng)過程參數(shù)進(jìn)行收集、加工和處理，由操作人員根據(jù)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行控制操作。屬于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。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。突出特點(diǎn)是簡單可靠，缺點(diǎn)是需要人工操作，速度不能太快，而且不能同時(shí)控制多個(gè)回路。圖1-2操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)第1章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述8/621.2.2直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）直接數(shù)字控制系統(tǒng)是用一臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測，將檢測結(jié)果與設(shè)定值進(jìn)行比較，再按PID控制規(guī)律或直接數(shù)字控制方法進(jìn)行控制運(yùn)算，然后輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)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)。適應(yīng)于一臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)控制多個(gè)回路的場合，可替代多個(gè)模擬調(diào)節(jié)器，可靠性高。其特點(diǎn)是控制靈活，可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制規(guī)律。圖1-3DDC控制系統(tǒng)原理第1章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述9/62圖1-4直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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(jì)算機(jī)可以實(shí)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1章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述1.2.2直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）10/621.2.3計(jì)算機(jī)監(jiān)督系統(tǒng)（SCC）計(jì)算機(jī)監(jiān)督系統(tǒng)（SCC）是由計(jì)算機(jī)按照描述生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出最佳給定值送給模擬調(diào)節(jié)器或者DDC計(jì)算機(jī)，再由模擬調(diào)節(jié)器或者DDC計(jì)算機(jī)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1-5SCC+模擬調(diào)節(jié)器控制

SCC+模擬調(diào)節(jié)器SCC監(jiān)督計(jì)算機(jī)的作用是收集檢測信號(hào)及管理命令，按照描述生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型計(jì)算后，輸出給定值到模擬調(diào)節(jié)器，與檢測值進(jìn)行比較，其偏差值經(jīng)模擬調(diào)節(jié)器計(jì)算后輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以達(dá)到調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程的目的。第1章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述11/623.SCC+DDC控制系統(tǒng)SCC+DDC控制系統(tǒng)是一個(gè)兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：一級(jí)為監(jiān)督級(jí)SCC，用于計(jì)算最佳給定值。二級(jí)為直接數(shù)字控制器（DDC）用于把給定值與測量值進(jìn)行比較，偏差由DDC計(jì)算機(jī)按照一定的控制規(guī)律計(jì)算，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器和反多路開關(guān)分別控制各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。1.2.3計(jì)算機(jī)監(jiān)督系統(tǒng)（SCC）圖1-6SCC+DDC控制系統(tǒng)

第1章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述12/621.2.4嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，有計(jì)算機(jī)功能但又不稱之為計(jì)算機(jī)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。硬件：包括處理器/微處理器、存儲(chǔ)器及外設(shè)器件和I/O端口、圖形控制器等。軟件：操作系統(tǒng)軟件(要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)操作)和應(yīng)用程序。嵌入式計(jì)算機(jī)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(jī)

第1章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述13/621.2.4嵌入式系統(tǒng)

第1章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述PC/104是一種工業(yè)計(jì)算機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)，PC104是一種專門為嵌入式控制而定義的工業(yè)控制總線。

（4）嵌入式片上系統(tǒng)：例如C8051F系列單片機(jī)（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14/621.2.5現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（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(diǎn)：(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現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

第1章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述15/621.2.5現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）2.

用于過程自動(dòng)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(dòng)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(jì)算機(jī)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(diǎn)。第1章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述16/621.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)智能控制系統(tǒng)（ICS）應(yīng)用自動(dòng)控制理論和智能控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，將極大地推動(dòng)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和提高工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的水平。集散控制系統(tǒng)（DCS）以微型計(jì)算機(jī)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(jì)思想。以及分層、分級(jí)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)和管理要求計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）在自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)及制造技術(shù)基礎(chǔ)上，通過計(jì)算機(jī)及其軟件，將制造工廠全部生產(chǎn)環(huán)節(jié)有機(jī)地集成起來，實(shí)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)?？删幊绦蚩刂破?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(chǔ)器及I/O接口，因而使其可靠性、功能、價(jià)格、體積都達(dá)到了比較成熟和完美的境界第1章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述17/622.1

可編程并行接口8255A2.2

8155與MCS－51接口技術(shù)

2.3存儲(chǔ)器及I/O接口的編址方式鍵盤與顯示接口

2.4第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)18/622.1存儲(chǔ)器及I/O接口的編址方式第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)2.1.1編址方法線選法指將某一位地址線連到擴(kuò)展電路的片選端，作為該芯片的片選信號(hào)，通常是低電平有效。擴(kuò)展RAM或I/O的地址確定法：連片選信號(hào)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。線選法的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省譯碼電路，連線簡單，但擴(kuò)展的存儲(chǔ)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。

19/622.1.1編址方法第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)例2-1

用線選法擴(kuò)展三片6264RAM的電路，寫出各芯片的地址空間以及分析過程。1.線選法20/622.1.1編址方法A圖2-1線選法擴(kuò)展三片6264

第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)7FFFH1111111111111110末尾地址7000H0000000000000110起始地址IC26264BFFFH1111111111111101末尾地址A000H0000000000000101起始地址IC16264DFFFH

1111111111111011末尾地址C000H0000000000000011起始地址IC06264A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11

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6264RAM容量是8K，占用13根8031地址線A12～A0。剩余A15～A13用作線選法的片選信號(hào)線，其中ICO6264片選線為A13，IC16264片選線為A14，IC26264片選線為A15。下面用線選法確定它們的地址分配。21/622.1.1編址方法(1)部分譯碼法74LS139譯碼器邏輯功能表第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)01111101011010110110011100001111XX1AB

Y3Y2Y1Y0選擇使能輸出輸入2．地址譯碼法:用低位地址線做擴(kuò)展電路的片內(nèi)尋址線，對(duì)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(kuò)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編址方法第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)例2-2

用部分譯碼法擴(kuò)展三片6264RAM，寫出各芯片的地址空間以及分析過程。圖2－3部分譯碼法擴(kuò)展三片6264RAM電路23/62第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)8031引腳P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4

P0.3P0.2P0.1P0.0地址空間地址線A15

A14A13A12A11

A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0139引腳BAIC06264起始地址00000000000000000000H末尾地址00011111111111111FFFH

或起始地址10000000000000008000H末尾地址10011111111111119FFFHIC16264起始地址00100000000000002000H末尾地址00111111111111113FFFH或起始地址1010000000000000A000H末尾地址1011111111111111BFFFHIC26264起始地址01000000000000004000H末尾地址01011111111111115FFFH或起始地址1100000000000000C000H末尾地址1101111111111111DFFFH2.1.1

編址方法部分譯碼法24/622.1.1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12345678161514131211109ABCE1E2E3Y7GNDY0Vcc138Y1Y2Y3Y4Y5Y6LHHHHHHHHHHLHHLHHHHHHLHHLHHHLHHHHHHLHLHHHHLHHHHLLHLHHHHHLHHHHHLLHHHHHHLHHLHLLHHHHHHHLHHLLLHHHHHHHHLLLLLHHHHHHHHHXXXXLHHHHHHHHXXXHXABCE3輸出選擇輸入第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)(2)

全譯碼法74LS138譯碼器25/622.1.1編址方法圖2－5用全譯碼法擴(kuò)展2片6264和2片2764的電路第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)例2-3

用全譯碼法擴(kuò)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編址方法第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)全譯碼法例2-3

用全譯碼法擴(kuò)展2片6264和2片2764，它們的地址分配為：5FFFH1111111111111010末尾地址4000H0000000000000010起始地址IC262643FFFH1111111111111100末尾地址2000H0000000000000100起始地址IC127641FFFH

1111111111111000末尾地址0000H0000000000000000起始地址IC02764IC26264ABC138引腳A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11

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編址方法1.全譯碼時(shí)存儲(chǔ)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(kuò)展多片程序存儲(chǔ)器時(shí)，不能形成0000H為起始地址的程序存貯空間，因此對(duì)8051和8751的端必須接高電平，使用片內(nèi)0000H～0FFFH的地址空間，而對(duì)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(chǔ)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2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)編址方法小結(jié)28/622.1.2程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

常用程序存儲(chǔ)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(chǔ)器。對(duì)于8031擴(kuò)展多片外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，可用全譯碼法進(jìn)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(chǔ)器即可滿足要求。第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)29/622.1.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

MCS－51系列單片機(jī)片內(nèi)有128個(gè)字節(jié)的RAM區(qū)（8032、8052有256個(gè)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(duì)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(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片有：6116，6264，62256等。MCS－51對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的操作指令有四條：1．MOVXA，@Ri；((P2)(Ri))→Ai=0，1讀2．MOVX@Ri，A；(A)→(P2)(Ri)i=0，1寫3．MOVXA，@DPTR；((DPTR))→A讀4．MOVX@DPTR，A；(A)→(DPTR)寫其中1-2條指令是以R0或R1作指針對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器頁面尋址，頁號(hào)由當(dāng)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(chǔ)器。3-4指令是以16位的DPTR作指針的，可對(duì)64K字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址。第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)30/622.2可編程并行接口8255A2.2.18255A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(gè)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PC7～PC4，B組包括PB口和PC口的PC3～PC0。每個(gè)口均可通過編程確定為指定工作方式。圖2-68255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)31/622.2.18255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)8255A由四個(gè)邏輯電路組成：數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)器雙向三態(tài)8位驅(qū)動(dòng)器是8255A和CPU數(shù)據(jù)總線的接口，數(shù)據(jù)命令和狀態(tài)傳送都是通過雙向三態(tài)總線驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)送的。I/O口

PA口：有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器，一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。

PB口：有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入／輸出、鎖存／緩沖器，一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。

PC口：一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存／緩沖器，一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器（輸入沒有鎖存）。讀/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(hào)實(shí)現(xiàn)CPU對(duì)8255的端口尋址。A組和B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PC7～PC4，B組控制PB口和PC3～PC0第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)32/622.2.18255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2-78255A引腳配置引腳功能：D0～D7：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(hào)輸入線，低電平有效：寫選通信號(hào)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2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)33/622.2.28255A的操作方式圖2-88255A的方式控制字格式圖2-98255A的C口按位置位/復(fù)位控制字第2章計(jì)算機(jī)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(duì)方式控制字的編程來確定。34/62

1）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?；驈闹付ǘ丝谧x入數(shù)據(jù)，輸入不鎖存。不需要應(yīng)答信號(hào)。PA和PB口定義為方式0時(shí)，端口PC為1個(gè)8位的基本I/O口或2個(gè)4位的基本I/O口。在方式0工作方式下，PA，PB，PC7～PC4，PC3～PC0，可定義為輸入輸出，有16種不同的組合。2.2.28255A的操作方式第2章計(jì)算機(jī)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(shí)，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(hào)的輸入輸出設(shè)備，如打印等。

方式1輸入：當(dāng)PA，PB口工作于方式1輸入時(shí)，8255A的邏輯結(jié)構(gòu)如圖2-10所示。2.2.28255A的操作方式第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)36/62方式1輸出:2.2.28255A的操作方式第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)各控制信號(hào)的意義為：：輸出緩沖器信號(hào)，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(hào)，低電平有效，表示外設(shè)已取走端口數(shù)據(jù)。INTR：中斷請(qǐng)求信號(hào)，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。

37/62

3）方式2：

僅適用于PA口，此時(shí)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。2.2.28255A的操作方式圖2-128255A方式2邏輯結(jié)構(gòu)第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)38/622.2.3接口方法

2T

7T2T10T

4T

9T

3T

1

3.5

1

5

24.5

1.5時(shí)間/s返回卸工料開模加熱送料退回送料進(jìn)給合模工序取動(dòng)作時(shí)間的最大公約數(shù)T=0.5s=500ms。以此作為公共延遲時(shí)間。第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)8255A的數(shù)據(jù)線D7～D0可與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連，、接讀寫信號(hào)線，A0、A1由地址鎖存儲(chǔ)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2-68255A的應(yīng)用舉例：用MCS－51單片機(jī)控制注塑機(jī)。（1）注塑機(jī)的生產(chǎn)工序39/62000000

01D0D1D2D3D4

D5D6D7

（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接口方法控制字80H圖2-13注塑機(jī)控制電路第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)（2）控制電路40/62（3）延時(shí)子程序表2-4已定出各道工序的動(dòng)作時(shí)間，最大公約數(shù)T=500ms，以此作為延遲時(shí)間，編寫延時(shí)子程序。（4）建立注塑機(jī)控制信息表2.2.3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(jìn)給01H1000000合模十六進(jìn)制信息CT1CT2CT3CT4CT5CT6CT7功能第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)表2-5注塑機(jī)控制信息表41/62（5）注塑機(jī)控制程序流程圖2.2.3接口方法第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)42/62

2.38155與MCS－51接口技術(shù)

2.3.18155的結(jié)構(gòu)Intel8155是一種可編程多功能并行接口芯片。片內(nèi)有三個(gè)并行口PA、PB和PC，其中PA和PB為8位口，PC為6位口，一個(gè)可編程的14位定時(shí)／計(jì)數(shù)器和256個(gè)字節(jié)的RAM區(qū)，可以用作I/O口和RAM擴(kuò)展，是單片機(jī)系統(tǒng)中常用的接口電路。圖2-158155的結(jié)構(gòu)第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)43/62xxxxx100xxxxx101定時(shí)器/計(jì)數(shù)器低8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器高6位于方式字xxxxx011PC口寄存器xxxxx010PB口寄存器xxxxx001PA口寄存器xxxxx000命令字寄存器、狀態(tài)字寄存器地址A7A6A5A4A3A2A1A0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xx00H~xxFFH）0100讀RAM單元（地址為xx00H~xxFFH）1000

操作控制信號(hào)2.3.28155RAM/IO口尋址方法在＝0時(shí)，8155被選中，AD0～AD7是低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線，與MCS－51的P0口連接。是8155RAM和I/O口選擇線，當(dāng)＝0時(shí)，選中8155片內(nèi)RAM，地址為00H～0FFH當(dāng)＝1時(shí)，選中三個(gè)I/O口PA、PB、PC。地址分配如表2-6所示。CPU對(duì)8155RAM和內(nèi)部寄存器的操作如表2-7所示。表2-7CPU對(duì)8155的操作控制表2-68155I/O口編址第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)44/622.3.28155RAM/IO口尋址方法例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(dāng)P2.6＝0，P2.5＝0選中8155片內(nèi)RAM區(qū)，地址是：9F00H～9FFFH。當(dāng)P2.6＝0，P2.5＝1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(shí)器低8位地址：BF04H定時(shí)器高6位地址：BF05H例2-8

如果要把累加器A的內(nèi)容送入8155A口，程序?yàn)椋?/p>

ORG2000HMOVDPTR，#0BF01H;8155A口地址。MOVX@DPTR，ALOOP：LJMPLOOP第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)45/622.3.3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(shí)器/計(jì)數(shù)器都是可編程的。CPU通過寫命令字來控制對(duì)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(gè)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的命令字格式第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)46/622.3.3命令寄存器及狀態(tài)寄存器2.8155的狀態(tài)字格式第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)47/622.3.48155的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8155的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是一個(gè)14位的減法計(jì)數(shù)器。它的計(jì)數(shù)初值可設(shè)在0002H～3FFFH之間。它的計(jì)數(shù)速率取決于時(shí)鐘T1的頻率，最高可達(dá)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(gè)寄存器存放操作方式碼和計(jì)數(shù)初值，初值占14位，高兩位定義輸出方式，其格式如下：第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)48/622.3.48155的定時(shí)器/計(jì)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(jì)數(shù)溢出時(shí)輸出一個(gè)TI時(shí)鐘周期的負(fù)脈沖并自動(dòng)重新恢復(fù)初值

連續(xù)脈沖11計(jì)數(shù)溢出時(shí)輸出一個(gè)TI時(shí)鐘周期的負(fù)脈沖

單負(fù)脈沖10低電平寬n/2個(gè)（n偶）或（n-1）/2個(gè)（n奇）TI時(shí)鐘周期；高電平寬n/2個(gè)（n偶）或（n-1）/2個(gè)（n奇）TI時(shí)鐘周期，自動(dòng)恢復(fù)初值

連波方式01寬為n/2個(gè)（n偶）或（n-1）/2個(gè)（n奇）TI時(shí)鐘周期

單波方式00說明TO腳輸出波形方式M2M1第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)49/622.3.58155與MCS-51接口方法舉例例2-9

設(shè)8031單片機(jī)用地址譯碼法擴(kuò)展的I/O端口與程序存儲(chǔ)器的電路如圖2-16所示，8155I/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?cè)行酒倪B接方式，除IC1以外還可以再擴(kuò)展幾片8255芯片？簡要說明擴(kuò)展的8255的

端如何與現(xiàn)有電路聯(lián)接。第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)101′′′′′定時(shí)器/計(jì)數(shù)器高6位與方式字001′′′′′定時(shí)器/計(jì)數(shù)器低8位110′′′′′PC口寄存器010′′′′′PB口寄存器100′′′′′PA口寄存器000′′′′′命令字寄存器、狀態(tài)字寄存器A0A1A2A3A4A5A6A7地址名稱表2-98155I/O口編址圖2-16MCS-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2.3.58155與MCS-51接口方法舉例第2章計(jì)算機(jī)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(kuò)展2片8255芯片。擴(kuò)展的2片8255芯片的端分別聯(lián)接74LS139的和端。51/622.4鍵盤與顯示接口2.4.1LED顯示器接口(a)管腳配置(b)共陰極(c)共陽極第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)1.LED顯示器的結(jié)構(gòu)52/622.4.1LED顯示器接口LED的段選碼表???83H7CHBCEH31H?88H77HABFH40H-90H6FH9FFH00H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2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)53/622.4.1LED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(dòng)態(tài)顯示兩種方式。圖2-18并口靜態(tài)顯示第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示指當(dāng)顯示字符時(shí)，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(diǎn)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(shí)現(xiàn)。54/622.4.1LED顯示器接口LED顯示方式圖2-19串口靜態(tài)顯示第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)55/622.4.1LED顯示器接口靜態(tài)顯示程序清單：

ORG 2000HMAIN：MOV R7，#08H；顯示數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)

MOV R0，#7FH；顯示緩沖區(qū)78H-7FHDL0:MOV A，@R0ADD A，#0BH；加偏移量

MOVC A，@A+PC；查表MOV SBUF，ADL1：JNBT1，DL1CLRTIDECR0DJNZR7，DL0RETDSEGTAB：DB0C0H，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)字形碼第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)56/622.4.1LED顯示器接口2)動(dòng)態(tài)顯示圖2-20并口動(dòng)態(tài)顯示并口動(dòng)態(tài)顯示電路8155PA口輸出作位選控制線，每次輸出只有一位為高電平，其余為低電平。PB口輸出為段選碼。每次延時(shí)1ms，由于視覺暫留，看起來就象8個(gè)LED同時(shí)點(diǎn)亮。8155控制口為7F00H；PA口：7F01H；PB：7F02H；PC口：7F03H，并且PA和PB口均為基本輸出方式。暫且將PC口定為輸入方式。

第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)57/622.4.1LED顯示器接口表2-11LED和數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系↑BCD數(shù)40H41H42H43H↑拆字（40H）低四位（40H）高四位（41H）低四位（41H）高四位（42H）低四位（42H）高四位（43H）低四位（43H）高四位（50H）（51H）（52H）（53H）（54H）（55H）（56H）（57H）顯示LED0LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)設(shè)在8031片內(nèi)RAM區(qū)43H-40H單元中存放有4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，低位在低址，高位在高址，并且以57H-50H作為緩沖區(qū)。58/622.4.1LED顯示器接口圖2-21動(dòng)態(tài)顯示程序流程圖第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)59/622.4.2鍵盤接口鍵盤是由若干個(gè)按鍵組成的開關(guān)矩陣，是輸入數(shù)據(jù)或命令的設(shè)備。如果閉合鍵的識(shí)別是由專用硬件實(shí)現(xiàn)就稱之為編碼鍵盤，如果是由軟件來識(shí)別就稱之為非編碼鍵盤。1.

鍵盤工作原理圖2-22鍵盤結(jié)構(gòu)第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)圖2-26鍵盤去除抖動(dòng)60/622.4.2鍵盤接口第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)2.

鍵盤的工作方式根據(jù)CPU對(duì)鍵盤的掃描方法不同，鍵盤的工作方式可分為3種。第一種，程控掃描方式。該方式利用CPU空閑時(shí)掃描鍵盤。第二種，定時(shí)掃描方式。CPU每隔一定的時(shí)間(如10ms)，對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描。第三種，中斷掃描方式。當(dāng)有鍵按下時(shí)，向CPU申請(qǐng)中斷，使CPU轉(zhuǎn)向鍵盤掃描，以提高CPU的效率。61/622.4.38155鍵盤顯示器接口圖2-24是一個(gè)實(shí)用的8155鍵盤顯示器接口電路，LED采用動(dòng)態(tài)顯示，其段選碼由PB口輸出，位選碼由PA口輸出。鍵盤的行線由PC口輸入，列線由PA口輸出。圖2-248155鍵盤顯示器接口設(shè)8155的連8031的P2.7，連P2.0，則8155的口地址為：命令、狀態(tài)寄存器地址：7F00HPA口地址：7F01HPB口地址：7F02HC口地址：7F03H定時(shí)器低8位地址：7F04H定時(shí)器高6位地址：7F05H設(shè)待顯示數(shù)據(jù)入口在8031片內(nèi)RAM（43H）-（40H）中，顯示緩沖區(qū)為（57H）-（50H）。鍵盤掃描程序出口：鍵值在累加器A中第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)62/622.4.38155鍵盤顯示器接口鍵盤輸入程序流程圖第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口技術(shù)第3章過程輸入輸出通道1/483.1數(shù)字量輸入/輸出通道3.2模擬量輸入通道3.3過程通道及其分類3.4模擬量輸出通道3.5數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)接口3.6模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC08093.1過程通道及其分類所謂過程通道，是指在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間設(shè)置的信息傳遞和變換的裝置，這種裝置就稱為過程輸入輸出通道，簡稱為過程通道或I/O通道。

過程通道包括數(shù)字量輸入通道和數(shù)字量輸出通道，模擬量輸入通道和模擬量輸出通道。

計(jì)算機(jī)生產(chǎn)過程接口接口接口接口數(shù)字量或開關(guān)量輸入數(shù)字量或開關(guān)量輸出多路開關(guān)反多路開關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口外部通道檢測及變送變送器傳感器圖3-1過程輸入輸出通道2/48第3章過程輸入輸出通道3.2數(shù)字量輸入/輸出通道3.2.1數(shù)字量輸入通道

數(shù)字量輸入通道的任務(wù)是把被控對(duì)象的開關(guān)狀態(tài)信號(hào)（或數(shù)字信號(hào)）傳送給計(jì)算機(jī)。這種通道簡稱DI（DigitalInput）通道。

為了防止干擾常采用光電隔離技術(shù)，TLP521光耦內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及引腳圖如圖3－2所示。12TLP521-2TLP521-44312348765123451513141216876910111:Anode2:Cathode3:Emitter4:Collector1,3:Anode2,4:Cathode5,7:Emitter6,8:Collector圖3-2TLP521光耦內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及引腳圖3/48第3章過程輸入輸出通道3.2.2數(shù)字量輸出通道

數(shù)字量輸出通道的任務(wù)是把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)或開關(guān)信號(hào)傳給開關(guān)器件如繼電器或指示燈，控制他們的通斷或亮滅，數(shù)字量輸出通道簡稱DO（DigitalOutput）通道。為了防止干擾也可采用光電隔離技術(shù)，CPU執(zhí)行輸出指令后，把數(shù)字信號(hào)（D0~D7）存入P1口電路，再經(jīng)光電耦合器如TLP521驅(qū)動(dòng)繼電器或指示燈。當(dāng)輸出數(shù)字位為“0”狀態(tài)，可使發(fā)光二極管亮，光敏三極管導(dǎo)通，繼電器工作或指示燈亮；反之?dāng)?shù)字位為“1”狀態(tài)，發(fā)光二極管滅，光敏三極管截止，繼電器不工作或指示燈滅，線路如圖3－3所示。+5V+5V+5V圖3-3數(shù)字量輸出通道4/48第3章過程輸入輸出通道3.3模擬量輸入通道

模擬量輸入通道：主要功能是將隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬輸入信號(hào)經(jīng)檢測、變換和預(yù)處理，最終變換為數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)。

模擬量輸入通道根據(jù)應(yīng)用的不同，可以有不同的結(jié)構(gòu)形式。圖3-4是多路模擬量輸入通道一般組成框圖。圖3-4模擬量輸入通道一般組成5/48第3章過程輸入輸出通道3.3.1輸入信號(hào)的處理1.信號(hào)濾波2.統(tǒng)一信號(hào)電平3.3.2放大器

放大器的功能是將小信號(hào)放大或大信號(hào)衰減到適合于A/D輸入電壓要求的范圍。對(duì)于微弱信號(hào)的放大來說，常有以下選擇：1.低漂移運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)2.儀表放大器3.隔離放大器

3.3.3采樣/保持器（S/H）對(duì)模擬量進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，由于A/D轉(zhuǎn)換時(shí)需要一定的時(shí)間才能完成這一過程，在轉(zhuǎn)換過程中，一旦模擬量變化，就直接影響轉(zhuǎn)換精度，尤其是在同一時(shí)刻要取得多路A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，如果將模擬量直接送入A/D轉(zhuǎn)換，其結(jié)果就不是該時(shí)刻的值。6/48第3章過程輸入輸出通道

因此，要求輸入A/D轉(zhuǎn)換的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中保持不變，轉(zhuǎn)換之后，又要求A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)能夠跟隨模擬量的變化，能夠完成這一任務(wù)的器件就叫采樣/保持器，Sample/Hold簡稱S/H。圖3-5是S/H工作原理示意圖。采樣保持器有兩種工作狀態(tài)；一種是采樣狀態(tài)，另一種是保持狀態(tài)。兩種工作狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換，由狀態(tài)控制端信號(hào)來決定。-+-+A1A2方向控制KCVIN（a）采樣保持器VOUT方式控制(b)工作原理示意圖S/H輸出信號(hào)采樣保持采樣保持模擬信號(hào)(c)工作狀態(tài)波形圖3-5S/H工作原理7/48第3章過程輸入輸出通道采樣/保持器的特點(diǎn)是：

1)采樣速度快，精度高

2）保持下降速度慢

常用的采樣保持器有LF198/298/398，AD582/583/585，AD389等。雙極型絕緣柵場效應(yīng)管構(gòu)成的采樣/保持器LF198/298/398，具有采樣速度快，精度高，保持電壓下降速度慢等特點(diǎn)。LF198/298/398原理框圖及引腳排列如圖3-6所示。

2K14538-+-+-+A1A2A330kΩ300Ω617542368V+偏置VINV-CbVOUTLF198LF298LF398（a）原理框圖（b）引腳排列圖（雙列直插式）7控制邏輯偏置輸入邏輯邏輯參考V+V-輸出保持電容邏輯參考圖3-6LF198/298/398原理框圖及引腳排列8/48第3章過程輸入輸出通道

LF198/298/398由三個(gè)部分組成：

1)輸入電路

2)輸出電路

3)邏輯控制電路

當(dāng)控制邏輯IN（+）為高電平時(shí)，通過A3電路控制開關(guān)K閉合，使輸入電壓經(jīng)過A1放大并輸出，與此同時(shí)，向保持電容（接6端）充電。

當(dāng)控制邏輯IN（+）為低電平時(shí)，開關(guān)K打開，保持電容上的電壓維持輸出，以達(dá)到保持原來輸出的目的。IN（－）一般接地。

LF198/298/398的典型應(yīng)用如圖3-7和圖3-8。9/48第3章過程輸入輸出通道3145678VOUTVXCbRb-15V+15VIN（+）5V0VLF198圖3-7輸出保持采樣輸平均值的電路687532采樣VXLM3805LF3985~15V12ms+15V-15V+15V-15VVOUT3145678145678LF39810μs1.2MΩ0.01μF0.002μF1μF431圖3-8快速響應(yīng)、低下降的采樣/保持電路10/48第3章過程輸入輸出通道

3.3.4多路開關(guān)1.CD4051多路開關(guān)CD4051包含邏輯電平轉(zhuǎn)換、帶禁止線的二進(jìn)制譯碼器和開關(guān)電路三部分。圖3-9是CD4051的原理框圖。其引腳排列如圖3-10。

把輸入信號(hào)連至3腳時(shí)，改變A、B、C控制信號(hào)，可完成一到多的轉(zhuǎn)換，此時(shí)CD4051為多路分配器。

CD4051的真值表如表3-1所示。圖3-9CD4051的原理框圖VCCVEE通道IN/OUT邏輯電平轉(zhuǎn)換帶禁止線的二進(jìn)制譯碼器119616425112131514TGTGTGTGTGTGTGTG378BCA10VDD63102574INH11/48第3章過程輸入輸出通道16765432113141510111298IN/OUT6IN/OUT4OUT/ININ/OUT7IN/OUT5INHVEEVSSVDDIN/OUT2IN/OUT1IN/OUT0IN/OUT3ACBCD4051圖3-10CD4051的引腳排列表3-1CD4051的真值表禁止端輸入端接通通道INHCBA000000001000011110或1001100110或1010101010或101234567無12/48第3章過程輸入輸出通道

2.

CD4051多路開關(guān)的擴(kuò)展

當(dāng)使用一個(gè)多路開關(guān)仍然不能滿足系統(tǒng)要求時(shí)，可以把CD4051進(jìn)行擴(kuò)展，如用兩片CD4051擴(kuò)展形成16路多路開關(guān)。3.3.5模數(shù)轉(zhuǎn)換器

模擬量輸入通道的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，能夠完成這一任務(wù)的器件，稱之為模一數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡稱A／D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換的原理主要有逐次逼近式、雙積分式、計(jì)數(shù)器式和并行式等。用于A/D轉(zhuǎn)換的芯片比較多，如ADC0808/0809、AD574A、AD578、ICL7106/7107等。A／D轉(zhuǎn)換器也常常做成單片型雙列直插式封裝芯片。3.4模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809

3.4.1A/D轉(zhuǎn)換的原理

啟動(dòng)A/D，置位控制邏輯首先將N位寄存器最高位DN-1置"1"，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成模擬量VS后，與輸入的模擬量VX在比較器中進(jìn)行比較，當(dāng)VX>VS則保留這一位，否則該位清零。13/48第3章過程輸入輸出通道然后，在使DN-2位置1，連同DN-1一起送D/A轉(zhuǎn)換，得到的VS和VX再比較，當(dāng)VX>VS時(shí)，該位保留，否則清零。依次類推，直到最后一位D0比較完為止，此時(shí)，DONE發(fā)出信號(hào)表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。N位寄存器的狀態(tài)就是轉(zhuǎn)換結(jié)束后的數(shù)字量。逐式A/D轉(zhuǎn)換的原理如圖3-12所示。N位寄存器N位D/A置位控制邏輯模擬量輸入ABDONE啟動(dòng)比較器VXVS圖3-12逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換的原理14/48第3章過程輸入輸出通道3.4.2A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)

1）分辨率

2）轉(zhuǎn)換精度

3）轉(zhuǎn)換時(shí)間與轉(zhuǎn)換速率

4）電源靈敏度3.4.3ADC0809的結(jié)構(gòu)

1.ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

ADC0809是一種8路模擬輸入，8位數(shù)字輸出的逐次逼近式A/D器件。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-13所示。8路模擬開關(guān)控制與時(shí)序S·A·R樹狀開關(guān)256R電阻階梯鎖存緩沖器

三態(tài)輸出8路模擬輸入3位地址8位輸出VCCVSSREF(+)REF(-)輸出允許時(shí)鐘起動(dòng)轉(zhuǎn)換結(jié)束（中斷）ADC08098位A/D比較器地址鎖存允許圖3-13ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)地址鎖存與譯碼器15/48第3章過程輸入輸出通道地址

ADDR模擬量輸入通道選擇CBA000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7表3-3模擬輸入通道的尋址

內(nèi)部含有8路模擬開關(guān)和通道地址鎖存與譯碼電路，8路模擬輸入通道的尋址情況如表3-3所示。16/48第3章過程輸入輸出通道2.

引腳功能IN3IN5IN6IN7IN4STARTEOC2-5OEVCCIN2IN1IN0REF(+)2-7ADDAALE2-1MSB2-22-32-4REF(-)2-6CLOCKVSS2ADDBADDC2-8LSB1346789101112131428272152625242322201918171615ADC0809圖3-14ADC0809的引腳圖IN0~IN7：8路模擬量輸入端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，高

電平時(shí)開始轉(zhuǎn)換。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。OE：輸出允許信號(hào)，高電平有效。作ADC0809片選。CLOCK：時(shí)鐘輸入信號(hào)。

10kHz~1280kHz。ALE：地址鎖存信號(hào)，高電平

有效。D0~D7：數(shù)據(jù)輸出線。VCC：電源＋5V。VSS：地。ADDA、ADDB、ADDC：通道地址選擇線。17/48第3章過程輸入輸出通道3.ADC0809技術(shù)指標(biāo)分辯率：8位?？偛豢烧{(diào)誤差：±1/2LSB~±1LSB。轉(zhuǎn)換時(shí)間：100μs。8路模擬開關(guān)。輸出三態(tài)緩沖器控制。單一+5V電源，模擬輸入范圍0~5V。輸出與TTL兼容。工作溫度范圍：-40℃~+85℃。3.4.4ADC0809與MCS-51接口ADC0809內(nèi)含三態(tài)輸出鎖存器，可以直接和MCS-51單片機(jī)總線連接，圖3-15給出了ADC0809的接口電路。18/48第3章過程輸入輸出通道圖3-15ADC0809的接口電路

1）程序查詢方式

所謂程序查詢方式，就是先選通模擬量輸入通道，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，用程序查看P3.3口是否為低電平，若為低電平表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，可以讀入數(shù)據(jù)，否則繼續(xù)查詢，直P3.3＝0為止。19/48第3章過程輸入輸出通道例3-18031與ADC0809接口電路如圖3-15。用查詢方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。結(jié)果存入30H單元。程序清單：ORG2000H MAIN：MOVR0，#30H ；置RAM的地址 MOVDPTR，#7FF2H；選A/D通道IN2MOVX@DPTR，A；起動(dòng)A/DMOVR2，#20H；延時(shí)查詢DLY：DJNZR2，DLYHERE：JB P3.3，HERE；轉(zhuǎn)換結(jié)束了嗎?MOVXA，@DPTR；讀結(jié)果MOV@R0，A ；存入(30H)HALT：SJMPHALT

2）中斷方式

為了充分利用CPU的效率，可用中斷方式，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后EOC為高電平，將其反相后接在腳，CPU口響應(yīng)中斷后進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，進(jìn)行中斷處理。20/48第3章過程輸入輸出通道例3-2某控制系統(tǒng)如圖3-15所示，巡回檢測一遍8路模擬輸入，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)依次存放在片內(nèi)RAM的30H~37H單元中。程序清單：ORG0000H；主程序入口地址AJMPMAIN；轉(zhuǎn)主程序ORG0013H ；

入口地址AJMPINT1；轉(zhuǎn)外部中斷服務(wù)程序MAIN：MOVDPTR，#7FF0H；指向A/D啟動(dòng)地址和IN0首址MOVR0，#30H；存數(shù)據(jù)區(qū)首址MOVR2，#08H；8路計(jì)數(shù)初值SETBIT1；選邊沿觸發(fā)方式SETBEX1；允許

中斷SETBEA；CPU開中斷START1:MOVX@DPTR，A；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換HE：SJMPHE；等待中斷21/48第3章過程輸入輸出通道中斷服務(wù)程序： ORG2000HINT1：MOVXA，@DPTR；讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOVX@R0，A ；將數(shù)據(jù)存入RAM單元INCR0 ；修改地址

INCDPTR ；通道號(hào)加1DJNZR2，AGAIN ；沒完，循環(huán)CLREX1

；關(guān)中斷AGAIN：RETI ；中斷返回22/48第3章過程輸入輸出通道3.5模擬量輸出通道

3.5.1多路模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)輸出保持器的形式，多路模擬量輸出通道分為數(shù)字保持器和模擬保持器兩種。

1.

數(shù)字保持器

多路模擬量輸出通道中，每一通道都有一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，數(shù)字量保持在寄存器中，有的D/A內(nèi)部具有雙緩沖寄存器機(jī)構(gòu)。

2.模擬保持器這種結(jié)構(gòu)共用一個(gè)D/A，計(jì)算機(jī)必須分時(shí)地將各路數(shù)字量輸出到D/A中，并且控制多路開關(guān)將模擬量送到某一路采樣保持器上保持。圖3-16模擬保持式輸出通道23/48第3章過程輸入輸出通道