CNC装置与接口

1、2008.05西安交通大学学 机械工程学学院Copyright by SOME-XJTU All rights reserved.数 控 技 术Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院 Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院v 计算机数控装置，简称为CNC装置，它是CNC系统的核心和中枢。主要用于控制机床的运动，完成各种曲线轮廓的加工。v 不论进行哪种曲线加工，CNC装置都执行同一基本控制流程：首先读取零件程序（输入），再进行程序段的译码和预

2、处理（刀具补偿处理和进给速度处理），然后根据程序段指令，进行插补计算和位置伺服控制，见图3-1，CNC装置除了执行基本的控制流程外，还应该具有显示、I/O处理及诊断等功能。输入译码、预处理插补位置控制电机图3-1 CNC装置的基本控制流程概述概述Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院CNC装置的组成装置的组成大体来讲，CNC装置由硬件和软件两大部分组成。具体地讲，CNC装置的组成为：CNC装置的组成计算机硬件（CPU、存储器、总线、I/O设备等）软件（控制软件和管理软件）可编程控制器（PLC）各种接口Copyrigh

3、t by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院n一、单微处理器结构的一、单微处理器结构的CNCCNC装置装置n二、多微处理器结构的二、多微处理器结构的CNCCNC装置装置第一节第一节 CNC装置的硬件结构装置的硬件结构Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院 CNC装置是在硬件的支持下，执行软件来进行工作的，其控制功能在很大的程度上取决于硬件结构。 按组成CNC装置的印刷电路板的结构特点和插拔方式的不同，可分为大板式结构和模块化结构两类；按CNC装置内部微处理器的数

4、量，可分为单微处理器和多微处理器结构两类。现代CNC装置多为多微处理器模块化结构。第一节第一节 CNC装置的硬件结构装置的硬件结构Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院 一、单微处理器结构的一、单微处理器结构的CNCCNC装置装置 单微处理器结构的CNC装置，由一个微处理器CPU通过总线与存储器、PLC、位置控制器及各种接口相连，采用集中控制与分时处理的方式，完成数控各项任务。 图3-2中，CPU通过总线与存储器（RAM、EPROM）、PLC、位置控制器及各种接口相连。Copyright by SOME All ri

5、ghts reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院CPUEPROMRAMMDI/CRT接口PLC串行通信及网络接口数控面板CRT纸带阅读机接口纸带阅读机穿孔机、电传机接口I/O 接口位置控制穿孔机电传机机床速度控制单元M图3-2 单微处理器CNC装置组成框图 一、单微处理器结构的一、单微处理器结构的CNCCNC装置装置Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院 所有数控功能（如数据的存取、插补运算、输入/输出控制、位置控制、故障诊断和信息显示等）由一个微处理器完成。 有的CNC装置有两个以上的微处理器，

6、但只有一个微处理器能够控制总线，占有总线资源，其它微处理器不能控制总线，不能访问主存储器，只能作为一个智能部件工作，这种构成主从结构的CNC装置，也属于单微处理器结构，也可称之为主从方式的多微处理器结构。 一、单微处理器结构的一、单微处理器结构的CNCCNC装置装置Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院多微处理器CNC装置一般采用两种结构型式，即紧耦合和松耦合结构。多微处理器CNC装置多采用模块化结构，每个微处理器分管各自的任务，形成特定的功能单元，即功能模块。由于采用模块化结构，可以采取积木方式组成CNC装置，因此

7、具有良好的适应性和扩展性，且结构紧凑。与单微处理器CNC装置相比，多微处理器CNC装置的运算速度有了很大的提高，它更适合于多轴控制、高进给速度、高精度、高效率的控制要求。二、多微处理器结构的二、多微处理器结构的CNCCNC装置装置Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院 模块化结构的多微处理器CNC装置中的基本功能模块一般有以下六种。进一步扩充功能，还可以增加相应的模块。 （1）CNC管理模块 （2）CNC插补模块 （3）位置控制模块 （4）存储器模块 （5）PLC模块 （6）指令、数据的输入输出及显示模块二、多微处理

8、器结构的二、多微处理器结构的CNCCNC装置装置Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院 多微处理器CNC装置各模块之间的互连和通信主要采用共享总线和共享存储器两类结构。 二、多微处理器结构的二、多微处理器结构的CNCCNC装置装置Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院 （1）共享总线结构 总线将各模块连在一起，按要求传递信号，实现预定功能。 共享总线结构系统配置灵活，结构简单，容易实现。 缺点是各主模块使用总线时会引起“竞争”而使信息传输效

9、率降低。 （2）共享存储器结构 采用多端口存储器来实现各微处理器之间的互连和通信，每个端口都配有一套数据、地址、控制线，以供端口使用访问。二、多微处理器结构的二、多微处理器结构的CNCCNC装置装置Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院第二节第二节 CNCCNC装置的软件结构装置的软件结构n一、前后台型软件结构一、前后台型软件结构n二、中断型软件结构二、中断型软件结构n三、基于实时操作系统的软件结构三、基于实时操作系统的软件结构Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西

10、安交通大学机械学院机械学院 CNC系统软件包括管理软件和控制软件，系统软件的特点是：多任务并行处理，具有实时性。 系统软件由不同功能的程序组成，安排成特定的结构形式，从而协调有序地工作。 CNC软件可以设计成不同的结构形式。不同的软件结构，对各任务的安排方式也不同，管理方式也不同。常见的CNC软件结构形式有：Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院CNC装置的软件结构装置的软件结构前后台后台型软件结构中断型软件结构实时操作系统软件结构（发展趋势）实时操作系统软件结构（发展趋势）Copyright by SOME All

11、 rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院一、前后台型软件结构一、前后台型软件结构v 它适用于集中控制的单微处理器它适用于集中控制的单微处理器CNCCNC装置。根据各程序的实时性装置。根据各程序的实时性强弱，分为实时性强的前台程序（为实时中断程序）和实时性弱强弱，分为实时性强的前台程序（为实时中断程序）和实时性弱的后台程序（主要完成准备工作和管理工作，又称为背景程序）。的后台程序（主要完成准备工作和管理工作，又称为背景程序）。v 后台程序循环运行，在运行的过程中，前台程序不断插入，前后后台程序循环运行，在运行的过程中，前台程序不断插入，前后台程序相互配合，共同完

12、成数控的各项任务。台程序相互配合，共同完成数控的各项任务。v 后台程序通过设定标志，前台程序才能插入，进行插补、位置控后台程序通过设定标志，前台程序才能插入，进行插补、位置控制等工作，也就是说，后台程序是通过设定标志来达到对前台程制等工作，也就是说，后台程序是通过设定标志来达到对前台程序的调度和控制的。序的调度和控制的。Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院二、中断型软件结构二、中断型软件结构中断型软件结构没有前后台之分，除初始化程序之外，整个中断型软件结构没有前后台之分，除初始化程序之外，整个系统程序安排成不同级别

13、中断程序，整个软件是一个大的多系统程序安排成不同级别中断程序，整个软件是一个大的多重中断系统。各级中断程序是通过中断信号来调用的，执行重中断系统。各级中断程序是通过中断信号来调用的，执行该中断程序的功能。该中断程序的功能。中断请求信号有两个来源中断请求信号有两个来源：硬件中断：硬件中断：由时钟或其他外部设备产生的中断请求由时钟或其他外部设备产生的中断请求软件中断：软件中断：由程序产生的中断由程序产生的中断Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院三、基于实时操作系统的软件结构三、基于实时操作系统的软件结构v 将通用将通用

14、PCPC机操作系统（如机操作系统（如DOSDOS、WindowsWindows等）加上实时内等）加上实时内核（如高速数据处理器核（如高速数据处理器DSPDSP），），扩展成实时操作系统，在扩展成实时操作系统，在此基础上开发此基础上开发CNCCNC系统软件。系统软件。v 基于实时操作系统的软件结构，系统功能的扩展和修改，基于实时操作系统的软件结构，系统功能的扩展和修改，只需将编好号的任务模块程序挂到实时操作系统上即可。只需将编好号的任务模块程序挂到实时操作系统上即可。采用该软件结构开发采用该软件结构开发CNCCNC装置，具有良好的开放性和可维装置，具有良好的开放性和可维护性。护性。Copyrig

15、ht by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院第三节第三节 可编程控制器可编程控制器PLCPLC简介简介一、概述一、概述二、二、PLCPLC的结构组成和工作原理的结构组成和工作原理三、三、PLCPLC在数控机床上的运用在数控机床上的运用Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院一、概述一、概述v 随着计算机技术的迅速发展，随着计算机技术的迅速发展，2020世纪世纪7070年代出现了采用微计算机技年代出现了采用微计算机技术制造的一种通用的自动控制系统术制造的一种通用的

16、自动控制系统-可编程控制器（简称可编程控制器（简称PLCPLC）。）。v 小型小型PLCPLC完全可以取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制、顺序完全可以取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制、顺序控制、定时等功能；大型高档控制、定时等功能；大型高档PLCPLC还具有微型计算机的数据处理、模还具有微型计算机的数据处理、模拟量调节以及联网通讯等功能。拟量调节以及联网通讯等功能。v PLCPLC把计算机功能完善、灵活、通用的特点与继电器控制系统的简单把计算机功能完善、灵活、通用的特点与继电器控制系统的简单易懂、抗干扰能力强等优点相结合，具有通用性强、可靠性高、编易懂、抗干扰能力强等优点相结合，具有

17、通用性强、可靠性高、编程简单、使用方便、抗干扰能力强等优点，已广泛用于机械、冶金、程简单、使用方便、抗干扰能力强等优点，已广泛用于机械、冶金、石油、化工、电力、纺织等行业，是目前机电一体化、自动控制领石油、化工、电力、纺织等行业，是目前机电一体化、自动控制领域的首选控制器件。域的首选控制器件。Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院二、二、PLCPLC的结构组成和工作原理的结构组成和工作原理1.1.结构组成结构组成一般由一般由CPUCPU、存储器、输入存储器、输入/ /输出接口模块、外围接口模块及编程器、输出接口模块、

18、外围接口模块及编程器、扩展模块扩展模块等可选部件几大部分组成，如下所示：等可选部件几大部分组成，如下所示：输入模块电源模块CPU模块系统程序存储器CPU用户程序存储器外围接口模块输出模块X执行机构扩展模块编程器传感器图3-3 PLC系统硬件框图Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院2.2.工作原理工作原理v 可编程控制器是一种用于工业控制的专用计算机，和可编程控制器是一种用于工业控制的专用计算机，和普通计算机一样，都是利用程序进行工作的。普通计算机一样，都是利用程序进行工作的。v 用户程序通过编程器输入到用户程序通过

19、编程器输入到PLCPLC的用户存储器中，的用户存储器中，CPUCPU对用户程序循环扫描并顺序执行。对用户程序循环扫描并顺序执行。v 整个工作过程可用下图表示：整个工作过程可用下图表示：读入开关状态逻辑运算输出运算结果执行部件动作图3-4 PLC工作过程二、二、PLCPLC的结构组成和工作原理的结构组成和工作原理Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院三、三、PLCPLC在数控机床上的运用在数控机床上的运用v 数控机床上运用的数控机床上运用的PLCPLC有两种类型：有两种类型：v 1.1.内装型内装型v PLCPLC的硬

20、件和软件结构作为的硬件和软件结构作为CNCCNC装置的基本功能统一设计装置的基本功能统一设计和制造。和制造。v 2.2.独立型独立型v PLCPLC作为作为CNCCNC装置的一个独立部件，具有独立的硬件和软装置的一个独立部件，具有独立的硬件和软件结构。根据数控机床的独立要求，可以选用通用件结构。根据数控机床的独立要求，可以选用通用PLCPLC进进行组装。行组装。Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院第四节第四节 CNC装置的接口电路装置的接口电路机床机床I/O接口接口1标准输入输出设备接口标准输入输出设备接口2串行数

21、据通信及接口串行数据通信及接口Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院1，机床，机床I/O接口接口功能：功能：用来接收机床操作面板上的开关、按钮用来接收机床操作面板上的开关、按钮 信号及机床的各种限位开关信号；且用信号及机床的各种限位开关信号；且用 来把机床工作状态指示灯信号送到机床来把机床工作状态指示灯信号送到机床 操作面板，把控制机床动作的信号送到操作面板，把控制机床动作的信号送到 强电柜。强电柜。要求要求：1）进行必要电隔离，防止干扰信号串入）进行必要电隔离，防止干扰信号串入 ，防止高压串入对，防止高压串入对 C

22、NC装置的损坏；装置的损坏； 2）进行电平转换和功率放大。）进行电平转换和功率放大。Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院1.1 光电耦合器光电耦合器v定义 光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等。Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机

23、械学院v 特点：特点： （1）使用光传递信号，可使输入和输出电气上隔）使用光传递信号，可使输入和输出电气上隔 离，抗干扰能力强，离，抗干扰能力强， 特别是抗电磁干扰能力强；特别是抗电磁干扰能力强； （2）可用于电位不同的电路间耦合，即可进行电）可用于电位不同的电路间耦合，即可进行电平转换；平转换； （3）传递信号单方向，寄生反馈小，传递信号的）传递信号单方向，寄生反馈小，传递信号的频带宽；频带宽； （4）响应速度快，易与逻辑电路配合；）响应速度快，易与逻辑电路配合； （5）无触点，耐冲击，寿命长，可靠性高）无触点，耐冲击，寿命长，可靠性高；1.1 光电耦合器光电耦合器Copyright by

24、SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院1.1 光电耦合器光电耦合器(a)普通型光电耦合器(b)高速型光电耦合器(c)达林顿输出光电耦合器(d)可控硅输出光电耦合器Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院1.2 簧式继电器簧式继电器簧式继电器主要由簧式继电器主要由2个磁个磁性簧片组成，在磁场性簧片组成，在磁场作用下它们接触导通。作用下它们接触导通。特点：控制电流小，触特点：控制电流小，触点开关电流大；具有点开关电流大；具有隔离作用，又有电平隔离作用，又有电平转换和驱动作

25、用。转换和驱动作用。Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院1.3 固态继电器固态继电器固态继电器是由输入电路、固态继电器是由输入电路、隔离部分和输出部分组成的隔离部分和输出部分组成的四端组件。施加触发信号呈四端组件。施加触发信号呈导通状态，无信号则呈阻断导通状态，无信号则呈阻断状态。状态。特点：特点：无触点开关器件，因而工作无触点开关器件，因而工作可靠，寿命长，抗干扰能力可靠，寿命长，抗干扰能力强，开关速度快强，开关速度快固态继电器示意图Copyright by SOME All rights reserved.西安

26、交通大学西安交通大学机械学院机械学院1.4 接口驱动电路接口驱动电路 分立元件：分立元件：功率晶体管驱动电路达林顿晶体管驱动电路功率场效应管驱动电路驱动电路 计算机I/O口驱动能力有限，需要专门的驱动电路用来驱动数控机床的各类负载集成驱动器：集成驱动器：达林顿反向缓冲器带逻辑门集成驱动器其他Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院a)功率晶体管b)达林顿晶体管c)功率场效应管Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院2，标准输入输出设备接口，标准

27、输入输出设备接口2.1 光电阅读机接口光电阅读机接口2.2 键盘及其接口键盘及其接口 （1）非编码键盘）非编码键盘 （2）8279芯片芯片2.3 显示器及接口显示器及接口 （1）LED显示及接口显示及接口 （2）LCD显示及接口显示及接口 （3）CRT显示器显示器Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院2.2 键盘及其接口键盘及其接口键盘有两种：键盘有两种： 一种是全编码键盘，其键码全由硬件提供，但是这种方式硬件结构复杂，成本高； 另一种是非编码键盘，这种键盘多采用矩阵方式，利用软件识别键码及完成各种键功能处理，包括去

28、抖动、防止串键等。这种方式，硬件开销地，灵活性大，应用比较广泛。 Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院键盘识别键盘识别v行扫描法行扫描法 按行扫描键盘，检查列的输出，由行列信号的组合确定被按下的键。 例 N1.2键 行输出：0010 列输入：1101行扫描原理图Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院键盘识别键盘识别v线反转法行列线交换输入、输出，两步获取按键键号。 例 N1.2按键1）D3-D0列输入线，D7- D4行输出线时 列输入代码

29、：10112）D3-D0输出线，D7-D4输入线时 输出代码：1101线反转原理图Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院去抖动和多键保护去抖动和多键保护闭合稳定键按下前沿抖动后沿抖动 按键是机械触点，故而存在抖动，有硬件和软件方法消除。但多采用软件，即检测到键按下时，执行一个延时程序再确认键的闭合。而多键保护，也需要软件作用，包括双键同时按下保护，几个键连锁等。Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院8279简介简介 INTEL 8279是一

30、种可编程键盘是一种可编程键盘/显示器接口显示器接口芯片，它含有键盘输入和显示器输出两种芯片，它含有键盘输入和显示器输出两种功能。键盘输入时，它提供自动扫描，能功能。键盘输入时，它提供自动扫描，能与按键或传感器组成的矩阵相连，接收输与按键或传感器组成的矩阵相连，接收输入信息，它能自动消除开关抖动并能对多入信息，它能自动消除开关抖动并能对多键同时按下提供保护。显示输出时，它有键同时按下提供保护。显示输出时，它有一个一个168位显示位显示RAM，其内容通过自动，其内容通过自动扫描，可由扫描，可由8或或16 位位LED数码管显示数码管显示。 Copyright by SOME All rights r

31、eserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院8279的引脚和功能的引脚和功能8279IRQD0D7RDWRCSA0RESETCLKRL0RL7SHIFTCNTL/STBSL0SL3OUTA0OUTA3OUTB0OUTB3BD4448RL2RL3CLKIRQRL4RL5RL6RL7RESETRDWRD0D1D2A0CSBDOUTA3OUTA2OUTA1OUTA0OUTB38279D3D4D5D6D7GNDOUTB2OUTB1OUTB0SL0SL1SL2SL3SHIFTCNTL/STBRL0RL1VCCCPU接口键盘数据数据显示12345678910111213141516171819

32、202122232425262728293031323334353637383940(b)Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院 D0D7：数据总线，双向三态总线。：数据总线，双向三态总线。 CLK：系统时钟输入端。：系统时钟输入端。 RESET：系统复位输入端，高电平有效。：系统复位输入端，高电平有效。 复位状态为：复位状态为：16个字符显示；个字符显示； 编码扫描键盘：双键锁定；程序时钟编程为编码扫描键盘：双键锁定；程序时钟编程为31。 CS：片选输入端，低电平有效。：片选输入端，低电平有效。 A0：数据选择输入

33、端。：数据选择输入端。 A0=1时，时，CPU写入数据为命令字，读出状态字为状态写入数据为命令字，读出状态字为状态字；字； A0=0时，时，CPU读、写均为数据。读、写均为数据。 Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院 WR、RE：读、写信号输入端，低电平有效。：读、写信号输入端，低电平有效。 IRQ：中断请求输出端，高电平有效。：中断请求输出端，高电平有效。 A0：数据选择输入端。：数据选择输入端。A0=1时，时，CPU写入数据为命令写入数据为命令字，读出状态字为状态字；字，读出状态字为状态字；A0=0时，时，CP

34、U读、写均为数读、写均为数据。据。 WR、RE：读、写信号输入端，低电平有效。：读、写信号输入端，低电平有效。 IRQ：中断请求输出端，高电平有效。：中断请求输出端，高电平有效。 SL0SL3：扫描输出端，用于扫描键盘和显示器。可：扫描输出端，用于扫描键盘和显示器。可编程设定为编码（编程设定为编码（4中选中选1）或译码输出（）或译码输出（16选选1）。）。 RL0RL7：回复线，它们是键盘或传感器的列信号输：回复线，它们是键盘或传感器的列信号输入端。入端。Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院 SHIFT：移位信号输

35、入端，高电平有效。它是：移位信号输入端，高电平有效。它是8279键盘数键盘数据的次高位（据的次高位（D6），通常用作键盘上、下档功能键。在），通常用作键盘上、下档功能键。在传感器和选通方式中，传感器和选通方式中，SHIFT无效。无效。 CNTL/STB：控制：控制/选通输入端，高电平有效。在键盘工选通输入端，高电平有效。在键盘工作方式时，它是键盘数据的最高位，通常用作控制键。在作方式时，它是键盘数据的最高位，通常用作控制键。在选通输入方式时，它的上升沿可把来自选通输入方式时，它的上升沿可把来自RL0RL7的数据的数据存入存入FIFO/传感器传感器RAM中。在传感器方式时，它无效。中。在传感器方

36、式时，它无效。 OUTA0OUTA3：A组显示信号输出端。组显示信号输出端。 OUTB0OUTB3：B组显示信号输出端。组显示信号输出端。 BD：显示熄灭输出端，低电平有效。它在数字切换显示：显示熄灭输出端，低电平有效。它在数字切换显示或使用熄灭命令时关显示。或使用熄灭命令时关显示。Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院8279的工作方式的工作方式 8279工作方式的确定是通过工作方式的确定是通过CPU对对8279送入命令字实现的。当数据选择端送入命令字实现的。当数据选择端A0置置“1”时，时，CPU对对8279写入

37、的数据为命令写入的数据为命令字，读出的数据为状态字。字，读出的数据为状态字。8279共有共有8条命条命令和令和1条状态字，是通过定义一个条状态字，是通过定义一个8位二进制位二进制数实现的。数实现的。Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院2.3 LED及其接口及其接口LED数码管又称为半导体数码管，它是由多个数码管又称为半导体数码管，它是由多个LED按分段式封装制成的。按分段式封装制成的。LED数码管有两种数码管有两种形式：形式：共阴型和共阳型共阴型和共阳型。高电平驱动低电平驱动公共阴极公共阳极Copyright by

38、 SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院限流电阻限流电阻v一般一般LED的工作电流为的工作电流为220mA，而驱动，而驱动电压如果选电压如果选5V的话，则需要连接合适的限的话，则需要连接合适的限流电阻。流电阻。(a) 低电平驱动 (b) 高电平驱动mAVVFDDIVVR1055若工作电流为10mA时：Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院显示字形h a b c d e f g共阳极段选码共阴极段选码0123456789ABCDEF“灭” 1 1 0 0 0 0 0

39、01 1 1 1 1 0 0 11 0 1 0 0 1 0 01 0 1 1 0 0 0 01 0 0 1 1 0 1 01 0 0 1 0 0 1 01 0 0 0 0 0 1 01 1 1 1 1 0 0 01 0 0 0 0 0 0 01 0 0 1 0 0 0 01 0 0 0 1 0 0 01 0 0 0 0 0 1 11 1 0 0 0 1 1 01 0 1 0 0 0 0 11 0 0 0 0 1 1 01 0 0 0 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 1C0HF9HA4HB0H99H92H82HF8H80H90H88H83HC6HA1H86H8EHFFH3FH06H5B

40、H4FH06H6DH7DH07H7FH6FH77H7CH39H5EH79H71H00H7段段LED字型码字型码Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院LED工作方式工作方式（1）静态显示方式）静态显示方式 a b hCOMa f b g e c d h a b hCOM a b hCOM静态显示是指数码管显示某一字静态显示是指数码管显示某一字符时，相应的发光二极管恒定导符时，相应的发光二极管恒定导通或恒定截止。这种显示方式的通或恒定截止。这种显示方式的各位数码管相互独立，公共端恒各位数码管相互独立，公共端恒定接地（共阴

41、极）或接正电源定接地（共阴极）或接正电源（共阳极）。每个数码管的（共阳极）。每个数码管的8个字个字段分别与一个段分别与一个8位位I/O口地址相连。口地址相连。特点：功耗大，占硬件资源多；特点：功耗大，占硬件资源多； 亮度大，适合室外场合；亮度大，适合室外场合；Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院（2）动态显示方式）动态显示方式COMhCOMD7D1D0D0D1D2hbbhCOMa f b g e c d haaba动态显示是一位一位地轮流点动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮亮各位数码管，这种逐位点

42、亮显示器的方式称为位扫描。通显示器的方式称为位扫描。通常，各位数码管的段选线相应常，各位数码管的段选线相应并联在一起，由一个并联在一起，由一个8位的位的I/O口控制；各位的位选线（公共口控制；各位的位选线（公共阴极或阳极）由另外的阴极或阳极）由另外的I/O口线口线控制。为保证连续显示，刷新控制。为保证连续显示，刷新周期选择周期选择50ms左右。左右。Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院LCD工作方式工作方式 点阵：点阵：320320 240240，640640 256256，. 工作方式：图形显示方式工作方式：图形

43、显示方式 字符显示方式字符显示方式 液晶控制器液晶控制器 驱动电压驱动电压 背光驱动电压背光驱动电压 Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院液晶屏液晶显示控制芯片CPU片选RDWR地址数据显存背光源300V数据线PWM16-22V数据地址WE片选Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院3，串行数据通信及接口，串行数据通信及接口3.1 计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构3.2 物理层协议物理层协议3.3 链路层协议链路层协议3.4 实例实

44、例Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院3.1 计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构物理介质物理介质TextText物理层物理层链路层链路层网络层网络层传送层传送层会晤层会晤层表示层表示层应用层应用层物理层物理层链路层链路层网络层网络层传送层传送层会晤层会晤层表示层表示层应用层应用层Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院3.2 物理层协议物理层协议v作用作用 该层提供通信介质和连接的机械、电气、功能性该层提供通信介质和连接的机械、电气、

45、功能性和规程性的特性，以便在数据链路实体间建立、和规程性的特性，以便在数据链路实体间建立、维护和拆除物理连接。维护和拆除物理连接。 机械特性：插头座的大小，形状和针的数目；机械特性：插头座的大小，形状和针的数目； 电气特性：电压值、逻辑电平及其他电气参数；电气特性：电压值、逻辑电平及其他电气参数； 功能特性：规定每根线的功能及涵义；功能特性：规定每根线的功能及涵义； 规程特性：规定各种事件按什么次序出现；规程特性：规定各种事件按什么次序出现； 典型接口标准：典型接口标准：RS-232C（下面以此为例）（下面以此为例）Copyright by SOME All rights reserved.西

46、安交通大学西安交通大学机械学院机械学院RS-232C标准标准RS-232C接口的电气特性在数据线TXD和RXD上： 逻辑1=3V15V 逻辑0=3V15V控制线和状态线RTS、CTS、DSR、DTR和DCD上： 信号有效3V15V 信号无效3V15V因此RS232C与TTL逻辑电平是不同的。Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院RS-232C和和TTL电平转换电平转换RS232C电平和电平和TTL逻辑逻辑电平是不一样的，因此如电平是不一样的，因此如果它们间要通信的话，首果它们间要通信的话，首先必须进行电平转换，主先必

47、须进行电平转换，主要有分离元件电路和集成要有分离元件电路和集成芯片电路，常用的集成芯片电路，常用的集成芯片有芯片有MC1488，MC1489以及以及MAX232分离元件电平转换电路Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院RS-232C和和TTL电平转换电平转换MC1488/1489转换电路MAX232转换电路Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院RS-232C接口图接口图25针RS232C接口9针RS232C接口Copyright by SO

48、ME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院RS-232C功能引脚功能引脚 9 9针串口（针串口（DB9DB9）2525针串口针串口（DB25DB25）针号功能说明缩写针号功能说明缩写1数据载波检测DCD8数据载波检测DCD2接收数据RXD3接收数据RXD3发送数据TXD2发送数据TXD4数据终端准备DTR20数据终端准备DTR5信号地GND7信号地GND6数据设备准备好DSR6数据准备好DSR7请求发送RTS4请求发送RTS8清除发送CTS5清除发送CTS9振铃指示DELL22振铃指示DELLCopyright by SOME All rights

49、reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院RS232常见连接方式常见连接方式最简连接最简连接简单连接简单连接完全连接完全连接Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院3.3 链路层协议链路层协议v作用 通过差错检测与恢复等措施将直接连接的俩个结点间可能出错的物理连接改成无差错的数据链路。主要包括异步串行数据链路协议、同步数据链路控制及高级数据链路控制协议等。Copyright by SOME All rights reserved.西安交通大学西安交通大学机械学院机械学院2个设备之间同个设备之间同时传送多位数据时传送多位数据，它的传送速度，它的传送速度快，但对硬件要快，但对硬件要求高求高每个时刻只传送每个时刻只传送1位数据，速度位数据，速度慢，但硬件要求慢，但硬件要求低，比较适合远低，比较适合远距离数据传输距离数据传输数据通信方式数据通信方式并行通信串行通信通信方式异步串行异步串行同步串行同步串行Copyright