第四章主机及接口

1、第四章 主机及其接口第一节 主机电路 由PC机组成的测控系统充分利用PC机的显示、数据存储与处理、打印、网络通信能力，使测控系统的性能和灵活性得到大大提高。由于PC机与外部测控接口电路的数据交换是通过PC机的各种总线进行，故主机电路通常分： 内插式 外接式 混合式1、内插式o 内插式接口电路一般使用的是PC机的PCI总线、ISA总线、VESA总线、AGP总线。o 特点：构成简单，结构紧凑，成本低；但由于PC机扩展槽数量有限，因而灵活性差。显示器打印机键盘测量电路鼠标控制电路PC主机系统扩展槽2、外接式 输入和输出接口电路通过外部总线（如：RS232C、IEEE488、USB、IEEE1394等

2、）与PC机传递数据。这种方式构成的测控系统灵活方便。显示器打印机键盘测量电路鼠标控制电路PC主机系统外接电箱3、混合式 混合式是内插式与外接式的结合，这种方式灵活方便、适用范围广，可组成复杂的测控系统。显示器打印机键盘测量电路鼠标控制电路PC主机系统扩展槽外接电箱二、基于单片机的主机电路单片机的主机电路主要是指：o 存储器扩展电路o 外接I/O接口（即I/O口扩展）电路单片机存储器和I/O口扩展电路举例第二节 CPU与测控通道接口o A/D接口o V/F接口o D/A接口o 输出功率接口一、A/D接口o A/D转换芯片的信号一般有：n数据输出n启动转换n转换结束n其他控制信号（如通道控制等）o

3、 A/D芯片与CPU之间的接口即是处理这些信号的电路。对于数据输出字长与CPU 匹配的A/D芯片，只要电平能和CPU配合，可以直接和CPU相连。对于字长与CPU不匹配的A/D芯片，必须设计相应的电路将A/D转换后的输出数据分时读出。o A/D芯片的启动转换信号一般直接由CPU控制。但要注意所选用的A/D芯片对启动转换信号的要求（脉冲信号还是电平信号？）o 转换结束信号视CPU和A/D之间采用哪种方式传送数据来决定是否需要和CPU相连。CPU与A/D芯片接口举例例：MCS-51与ADC0809接口主要处理好以下信号的连接问题：o START：由CPU提供一个100ns宽的脉冲o EOC：若采用中

4、断方式，此信号作CPU的中断请求输入线；若采用查询方式，此信号作CPU的一个输入线，供CPU查询转换是否结束。o OE：CPU读数据时需向此线送一个高电平。A/D接口程序设计1. 等待延时方式取数据区首址和第一个通道地址启动转换延时等待读取数据并存储数据区指针加1取下一通道地址全部通道转换结束？是否2. 中断方式启动转换关闭中断读取数据并存储存储数据取下一通道地址全部通道转换结束？是否中断服务程序中断返回设数据区首址和第一个通道地址开中断执行其他任务主程序o 3. 查询方式取数据区首址和第一个通道地址启动转换读取数据并存储数据区指针加1取下一通道地址全部通道转换结束？是否转换结束？否是二、V/

5、F接口 V/F转换器是将电压信号转换成频率信号的器件，适用于转换速度要求不高的场合。它与计算机的接口有以下特点：o 接口简单：数据线只有一根线，可作为计算机的I/O线，或中断源，或计数输入。o 抗干扰性能好：频率信号是数字信号，具有较强的抗干扰能力。o 便于远距离传输。V/F转换器与MCS-51的接口使用光电隔离器减少干扰使用光电隔离器减少干扰 三、D/A接口1. 无输入锁存的DAC与CPU接口 内部无输入锁存的DAC不能直接与CPU相连，必须用一外接锁存器来保存CPU输出的待转换数据。如DAC的位数与CPU的数据总线相同，就只要一个位数相同的锁存器；如DAC的位数与CPU的数据总线不同，则需

6、要两级锁存。2. 有输入锁存的DAC与CPU接口 有的DAC内部只有一级数据锁存器( 如AD558，AD7524)；有的DAC内部有两级数据锁存器( 如DAC0832)，但可以工作在单缓冲器方式。内部有两级数据锁存器的DAC工作在单缓冲器方式时，其内部的两个数据锁存器有一个处于直通方式，另一个受CPU的控制。 DAC0832的结构与引脚的结构与引脚DAC0832与MCS-51的接口(1)DAC0832与MCS-51的接口(2)四、输出功率接口 典型继电器接口电路典型继电器接口电路 脉冲变压器脉冲变压器晶闸管输出电路晶闸管输出电路 定时波形图定时波形图第三节 人机接口o 微机化测控系统通常都要有

7、人机对话功能，这个功能有两方面的含义：一是操作人员能向微机发布命令和输入数据；二是微机能向操作人员报告运行状态和运行结果。前一功能主要是通过测控系统操作面板上的键盘来实现的，后一功能主要是通过显示、记录和报警等装置实现的。本节介绍微机化测控系统的人机接口及程序。 3.1 显示接口及程序 o 测控系统中常用的显示器件有：发光二极管（简称LED）和液晶显示器（简称LCD），在不带微机的测控系统中，这些数字显示器通常与BCD码输出的A/D转换器连接，而在微机化测控系统中，这些数字显示器通常与微机接口连接。 1. LED显示接口及程序 o LED（发光二极管）显示器件的工作电压低、功耗小、工作温度范围

8、宽（3085）、寿命长、成本低、机械强度高、亮度中等、易于与TTL数字逻辑电路连接。o 7段LED显示器的段排列结构如图a所示，图b、c给出共阴及共阳极7段LED显示电路。对于共阴LED来说，如果当某个字段的阳极为高电平时，相应字段就点亮。若阳极为低电平，则该字段不亮。对于共阳LED则刚好相反。利用7段LED显示器显示数字或字母，需要设计一个字型码。 如下表所示，字型码是单字节结构，对于共阴极7段LED显示器而言，数字0的字型码为3FH，数字1的字型码为06H。D7D6D5D4D3D2D1D0DPgfcdcba 14段LED显示器的段排列如图所示。经适当的组合，可显示数字和26个英文字母的大写

9、与小写。字形代码需占用双字节，如表所示。14段LED显示器也分为共阴极与共阳极两种结构。对于共阴极14段LED显示器而言，数字8的字形代码为813FH，字符M的字形代码为0A36H。onmlkjihdpfedcba由由MC14495构成的构成的8位静态位静态LED显示器显示器 利用软件译码构成的静态显示电路，如后图所示，8031的串行口工作方式0时，为移位寄存器方式。图中利用6片串入并出的移位寄存器74LS164作为6位静态显示器的显示输出口，欲显示的8位段码即字型码通过软件译码产生，并由RXD串行送出去，这样，主程序可不必扫描显示器，从而CPU能用于其它工作。 图图3-3-4 软件译码静态显

10、示器接口实例软件译码静态显示器接口实例 由由MC14558构成的构成的8位动态位动态LED显示器显示器 用用MC14499构成的构成的4位动态位动态LED显示器显示器 用用8155实现实现8位动态位动态LED显示器显示器 2LCD数码显示技术oLCD（Liquid Crystal Digit）具有耗电低（mW/cm2），驱动电压低（几伏），结构空间小而有效显示面积大、体薄物轻等优点。为智能化测控仪器设计提供良好条件。o从显示原理上讲，驱动电压为交、直流均可，通常采用交流驱动。应注意交流显示频率信号的对称性，严格限制其直流分量在100mv以下。由于LCD显示器是容性负载，工作频率越高，消耗功率就

11、越大，且对比度也变差，所以宜采用低频工作。低频下限值由人的视觉特性决定，一般选用50100Hz。从对比度方面考虑，取方波的效果最好。 后图为交流驱动LCD显示器原理图。显示频率信号一方面直接加到LCD公共电极B上，另一方面还通过异或门间接加到LCD显示段电极S上。此时，只需控制异或门输入控制端A的电平，就能控制LCD显示器的亮度。当A端为“0”电平时，S端与B端同相位，这时LCD显示器两端的相对电位差为零，LCD显示器熄灭；当A端为“1”电平时，S端与B端反相位，这时LCD显示器两端的相对电位差如果大于LCD显示器的阈值电压，LCD显示器发光。 七段七段LCD显示电路显示电路 动态动态LCD驱

12、动接口驱动接口3.2 键盘接口o 键盘的种类：键盘上闭合键的识别是由专用键盘的种类：键盘上闭合键的识别是由专用 硬件实现的，称为硬件实现的，称为编码键盘编码键盘，靠软件实现的称为，靠软件实现的称为非编码键盘非编码键盘。o 键盘的接口必须解决下列的一些问题：键盘的接口必须解决下列的一些问题：（1）决定是否有键按下；）决定是否有键按下；（2）如有键按下，决定是哪一个键被按下；）如有键按下，决定是哪一个键被按下；（3）确定被按键的读数；）确定被按键的读数；（4 4）反弹跳）反弹跳按键抖动的消除。按键抖动的消除。（5 5）处理同时按键既同时有一个以上的按键。）处理同时按键既同时有一个以上的按键。3.2.1 非编码键盘非编码键盘o 独立连接式非编码键盘独立连接式非编码键盘CPU接口+V10k*41. 独立式键盘接口电路独立式键盘接口电路2. 矩阵式非编码键盘识别按键的方法行扫描法行扫描法行线x2x1x0y0y1y2y3列线0489512376AB10K*4+5V行 码 列 码0键：1 1 0 1 1 1 0 1键：1 1 0 1 1 0 1 2键：1 1