微机化测控系统第三章

1、第三章第三章 主机及其接口主机及其接口 内容内容: :主机电路、主机电路、微机与微机与A/DA/D接口、微机与接口、微机与V/FV/F接口、微机与接口、微机与D/AD/A接口、接口、功率接口、功率接口、人机接口、人机接口、通信接口。通信接口。重点：微机与重点：微机与A/DA/D接口、微机与接口、微机与D/AD/A接口、接口、人机接口、通信接口。人机接口、通信接口。难点：接口电路设计难点：接口电路设计3-1 3-1 主机电路主机电路主机电路主机电路是指CPU及与其连接的存储器和接口电路。这是微机化测控系统的核心。测控系统采用的主机主要有主机主要有PCPC机和单片机机和单片机两种。3-1-1 基于

2、基于PCPC机的主机电路机的主机电路基于PC机的测控系统可分为：内插式、外接式、组合式三种一、内插式将I/O接口制成印刷电路板的插板，直接插在PC机扩展槽内。比如NI的采集卡主机电路主机电路特点：特点：结构简单、紧凑、成本低、不用外接电源。 扩展槽较少，灵活性差.注意总线结构：ISA 、VESA、PCI、AGP, 设计接口电路。图3-1-1 内插式测控系统构成主机电路主机电路二、外接式特点：方便灵活、适用于多通道，单独供电，不紧凑接线：RS232、IEEE-488、USB图3-1-2 外接式测控系统构成主机电路主机电路三、组合式形式：内插与外接组合特点：兼有两种方式图3-1-3组合式测控系统构

3、成输入输出接口安装于输入输出接口安装于PCPC机箱外部的专用电箱，机箱外部的专用电箱，内部也有扩展槽；内部也有扩展槽；特点是灵活方便、适用特点是灵活方便、适用面广适合特殊场合。面广适合特殊场合。3-1-2 3-1-2 基于单片机的主机电路基于单片机的主机电路构成：CPU、RAM/ROM、I/O、定时/计数器 集成在一块芯片上。特点：可靠性高、易扩展、控制功能强、存 储容量小、体积小、开发周期短、成 本低。因此，常见的微机化测控系统、特别是小型测控系统和便携式测控仪器大多采用单片机。一、一、MCS-51MCS-51单片机结构和引脚单片机结构和引脚1、内部结构图3-1-4 MCS51系列单片机片内

4、部结构内部组成：内部组成：1 1个由运算器和控制逻辑组成的个由运算器和控制逻辑组成的CPU;CPU;1 1个个128128字节的字节的RAM;RAM;2121个特殊功能寄存器个特殊功能寄存器; ;2 2个优先级别的个优先级别的5 5个中断源个中断源2 2个个1616位定时器位定时器/ /计数器计数器; ;1 1个全双工异步串行端口个全双工异步串行端口; ;4 4个个8 8位并行位并行I/OI/O端口。端口。MCS51MCS51系列有三种基本产品：系列有三种基本产品：8031(8031(片内不含片内不含ROMROM或或EPROM)EPROM)、8051(8051(片内含片内含ROM)ROM)、8

5、751(8751(片内含片内含EPROM)EPROM)。 一、一、MCS-51MCS-51单片机结构和引脚单片机结构和引脚一、一、MCS-51MCS-51单片机结构和引脚单片机结构和引脚2 引脚 图3-1-5 MCS51单片机引脚及总线路结构书书P58P58图图3-1-53-1-5一、一、MCS-51MCS-51单片机结构和引脚单片机结构和引脚各引脚功能如下各引脚功能如下XTAL1XTAL1、XTAL2XTAL2：内部振荡电路的输入端和输出端，在这两端内部振荡电路的输入端和输出端，在这两端接上晶体和电容，内部振荡器便自激振荡。接上晶体和电容，内部振荡器便自激振荡。RST/VPDRST/VPD：

6、复位输入端。复位输入端。+5 V+5 V电源通过电源通过RCRC微分电路接至复位微分电路接至复位端，可实现上电自动复电，也可采用按钮开关复位。端，可实现上电自动复电，也可采用按钮开关复位。/EA:/EA:内部和外部程序存储器选择端内部和外部程序存储器选择端, ,当当/EA/EA为低电平时，对为低电平时，对ROMROM的读操作限定在外不曾存储器；当的读操作限定在外不曾存储器；当/EA/EA为高电平时对为高电平时对ROMROM操作从内部开始并可延伸至外部。操作从内部开始并可延伸至外部。ALEALE：地址锁存信号输出端。在地址锁存信号输出端。在ALEALE为高电平时，单片机为高电平时，单片机P0P0

7、输输出低位地址信号。出低位地址信号。/ /PSENPSEN：外部程序存储器读选通信号输出外部程序存储器读选通信号输出端（低电平有效）。端（低电平有效）。P0P0、P1P1、P2P2、P3P3：4 4个个8 8位位I/OI/O端口。端口。P0口可驱动8 8个个TTLTTL门电路门电路；P1、P2、P3口则只能驱动4个TTL门；P3口是双重功能口。单片机的引脚除了电源、复位、时钟接入及用户I/O口外，其余引脚都是为实现系统扩展而设置的。单片机的外部扩展单片机的外部扩展包括外部总线及接口扩展（常用器件有外部总线及接口扩展（常用器件有74LS373 8155 825574LS373 8155 8255

8、等）等）外部程序存储器扩展（常用外部程序存储器扩展（常用EPROM 2732EPROM 2732、27642764、2712827128、2725627256、2751227512）外部数据存储器扩展（常用外部数据存储器扩展（常用RAM 6116RAM 6116、62646264、6212862128、62256 62256 ）一、一、MCS-51单片机结构和引脚单片机结构和引脚二、外部存储器和外接二、外部存储器和外接I/O接口接口l外部存储器原因：单片机存储容量小实现：P2输出外部存储器的高8位地址，P0口分时输出地址的低8位和传送指令字节和数据；工作时P0口先输出地址的低8位，在ALE有效

9、时将该地址锁存到外部地址所存器中，然后P0作为传送指令字节和数据的数据总线使用。外部地址所存器常用器件74LS373。 程序实现：P59l外接I/O口 74LS373，8255，81553-2 3-2 测控接口及程序测控接口及程序3-2-1 A/D3-2-1 A/D与微机接口及程序与微机接口及程序任务：处理启动转换、转换结束、控制信号等任务。任务：处理启动转换、转换结束、控制信号等任务。主机读取主机读取A/DA/D结果的方式：中断、查询、定时。结果的方式：中断、查询、定时。工作条件：工作条件：启动信号；转换结束信号；时序匹配启动信号；转换结束信号；时序匹配3-2-2 D/A3-2-2 D/A与

10、微机接口及程序与微机接口及程序任务：处理数字量输入锁存、任务：处理数字量输入锁存、D/AD/A转换、控制信号等转换、控制信号等任务。任务。lADC0809是逐位逼近型8通道、8位A/D转换芯片，CMOS工艺制造，双列直插式28引脚封装。图8.51给出了ADC0809芯片的内部结构框图及引脚图(图中给出的数据为对应的引脚号)。lADC0809片内有8路模拟开关，可输入8个模拟量，单极性输入，量程为0+5 V。l典型的转换时间为典型的转换时间为100 100 s s。l片内带有三态输出缓冲器，可直接与CPU总线接口。l是目前广泛采用的芯片之一，可应用于对精度和采样速度要求不高的数据采集场合或一般的

11、工业控制领域。 1ADC08098位A/D转换器1817D02120198151416OE9ADDC23ADDB24ADDA25ALE22265IN743212827START6CLOCK108路模拟开关地址锁存与译码SAR控制与定时树状开关电阻网络三态输出锁存缓冲器11VCC13GND7EOCVREF( )128 路模拟量选通输入部分三态数据输出锁存器IN6IN5IN4IN3IN2IN1IN0VREF( )D1D2D3D4D5D6D7ADC0809的结构框图与引脚l8位A/D转换器是逐次逼近式，由256R电阻分压器、树状模拟开关(这两部分组成一个D/A转换器)、电压比较器、逐次逼近寄存器SA

12、R、逻辑控制和定时电路组成。l其工作原理是采用对分搜索方法逐次比较，找出最逼近于输入模拟量的数字量。l电阻分压器需外接正负基准电源VREF(+)和VREF(-)。CLOCK端外接时钟信号。lA/D转换器的启动由启动由STARTSTART信号控制（被动控制）信号控制（被动控制）。l转换结束时转换结束时控制电路将数字量送入三态输出锁存器锁存，并产产生转换结束信号生转换结束信号EOCEOC（主动产生）（主动产生）。l三态输出锁存器用来保存A/D转换结果，当输出允许信号输出允许信号OEOE有效有效时时，将打开三态门，使转换结果输出转换结果输出。 ADC0809的内部逻辑lIN0IN78路模拟量输入端。

13、输入的地址信息与所选通的模拟通道之间存在一一对应的关系。如当ADDC、ADDB、ADDA=000时，IN0选通；lADDC、ADDB和ADDA地址输入端，以选通IN7IN0 8路中的某一路信号。lALE地址锁存允许信号，当地址锁存信号当地址锁存信号ALE有效时，有效时，3位地址位地址ADDC、ADDB和和ADDA进入地址锁存器进入地址锁存器lCLOCK外部时钟输入端。允许范围为允许范围为1010 1280 kHz1280 kHz。时钟频率越低，转换速度就越慢。lSTARTA/D转换启动信号输入端。有效信号为一正脉冲有效信号为一正脉冲。在脉冲的上升沿脉冲的上升沿，A/DA/D转换器内部寄存器均被

14、清零，在其下转换器内部寄存器均被清零，在其下降沿开始降沿开始A/DA/D转换。转换。 2) 引脚定义lEOCEOCA/D转换结束信号。在START信号上升沿之后不久，EOC变为低电平。当当A/DA/D转换结束时，转换结束时，EOCEOC立即输出一正阶跃信立即输出一正阶跃信号，可用来作为号，可用来作为A/DA/D转换结束的查询信号或中断请求信号转换结束的查询信号或中断请求信号。lOEOE输出允许信号。当当OEOE输入高电平信号时输入高电平信号时，三态输出锁存器将A/D转换结果输出到D7D0。lD7D0数字量输出端。D0为最低有效位(LSB)，D7为最高有效位(MSB)。lVCC与GND电源电压输

15、入端及地线。lVR E F ( + )与VR E F ( - )正负基准电压输入端。中心值为(VREF(+)+VREF()/2(应接近于VCC/2)，其偏差不应该超过 0.1 V。正负基准电压的典型值分别为正负基准电压的典型值分别为 +5 V+5 V和和0 V0 V。 2) 引脚定义 ADC0809的数字量输出值D(十进制数)与模拟量输入值VIN之间的关系如下： ) 1(2VVVVD2VVVVD8)REF()REF()REF(IN8)REF()REF()REF(IN通常VREF()=0 V，所以 625VVD)REF(IN 当VREF(+)=5 V，VREF(-)=0 V，输入的单极性模拟量从

16、从0 V到到4.98 V变化时变化时，对应的输出数字量在对应的输出数字量在0到到255(00H FFH)之间变化之间变化。 ADC0809ADC0809与与80318031接口接口l数据地址口线分别与单片机接口，不复用l数据、地址分时复用（P0口），采集方式l等待延时，轮流采样l中断采样l查询采样 数据地址分开控制数据地址分开控制 不复用不复用C程序程序-0809工作子程序工作子程序lvoid ad0809()ll oe=0;/输出禁止输出禁止；l /以下三条指令为起动起动AD0809lst=0;/P3_6=1;？lst=1;/P3_6=0;lst=0;/P3_6=1;ldelaynms(1)

17、;lwhile(!eoc);/等待转换结束等待转换结束loe=1;/取出读得的数据取出读得的数据l xnumber=P0;/将单片机采得数据送入相关数组l/delaynms(300);loe=0;l 地址数据总线复用接法之一地址数据总线复用接法之一等待延时等待延时图3-2-1 ADC0809的等待延时方式接口P0P0口地址数据总线复用必备器件口地址数据总线复用必备器件- 74LS373- 74LS373当三态允许控制端/OE 为低电平时，Q0Q7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当/OE 为高电平时，Q0Q7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁

18、存允许端LE 为高电平时，Q 随数据D 而变。当LE 为低电平时，Q被锁存在已建立的数据电平lADC0809具有输出三态锁存器，8 8位数据输出引脚位数据输出引脚可直接与数据总线相连可直接与数据总线相连。l地址译码引脚地址译码引脚A A、B B、C C分别与地址总线的低三位分别与地址总线的低三位A0A0、A1A1、A2A2相连相连，以选通IN0IN7中的一个通道。l将P2.7作为片选信号，在启动在启动A/DA/D转换时，由单片转换时，由单片机的写信号机的写信号/WR/WR和和P2.7P2.7控制控制ADCADC的地址锁存和转换启的地址锁存和转换启动动。l由于ALE与START连在一起，因此AD

19、C0809在锁存通道地址于373中的同时也启动转换。l在读取转换结果时，用单片机的读信号读取转换结果时，用单片机的读信号/RD/RD和和P2.7P2.7引脚经一级或非门后产生的正脉冲作为引脚经一级或非门后产生的正脉冲作为OEOE信号信号，用以打开三态输出锁存器。等待延时接口电路解释等待延时接口电路解释地址数据总线复用接法之地址数据总线复用接法之中断、查询中断、查询采集方式：2、中断方式3、查询方式图3-2-2 中断或查询方式接口具体程序见具体程序见P633-2-33-2-3、D/AD/A与微机接口及程序与微机接口及程序D/AD/A芯片分类：芯片分类：无输入锁存的无输入锁存的DACDAC与微机接

20、口与微机接口 无输入锁存的DAC与微机接口必须外接锁存器来保存计算机给D/A的待转换数据。 当DAC的位数与计算机总线位数相同时，只需要一片锁存器就可以，否则需要两级锁存器。有输入锁存的有输入锁存的DACDAC与微机接口与微机接口单缓冲方式接口（AD558，AD7524）。双缓冲方式接口（DAC0832）D/A转换器的作用和主要技术指标转换器的作用和主要技术指标lD/A转换器的作用是将二进制的数字量转换为相应的模拟量。l主要技术指标分辨率稳定时间输出电平绝对精度相对精度线性误差温度系数1、DAC0832的内部结构 DAC0832是一个8位的数/模转换芯片，输出的是电流信号内部由8位输入寄存器、

21、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。D/A转换器为T型转换网络，其内部结构图如图所示 。 8位D/A转换器DAC0832芯片1DAC0832的内部结构的内部结构图图11-5 DAC0832逻辑结构框图逻辑结构框图CSWR1ILEDI7DI0LE1LE2IOUT2VREFIOUT1Rfb模拟地DGNDAGNDVCC数字地8位输入寄存器8位DAC寄存器8位D/A转换器WR2XFER 2、DAC0832的引脚功能 DI7DI7DI0DI0：8位数字量输入信号，其中DI0 为最低位，为DI7为最高位。CS:CS: 片选输入信号，低电平有效。WR1WR1：数据写入信号1，低电平有效。

22、ILEILE：输入寄存器的允许信号，高电平有效。XFERXFER：同步：同步传送控制信号，低电平有效。WR2WR2：数据写入信号2，低电平有效。I OUT1I OUT1：电流输出1，当DAC寄存器中全为“1”时，输出电流最大I OUT2I OUT2：电流输出2，它与I OUT1的关系是：I OUT1I OUT2常数RfbRfb：内部反馈电阻引脚，用以电流变电压的，该电阻在芯片内VREFVREF：参考电压输入端，可接正负电压，范围为-10+10V。VCC：芯片电源，+5+15V，典型值为+15V。AGND：模拟地，芯片模拟信号接地点。DGND：数字地，芯片数字信号接地点。v分辨率为8位；v可采用

23、双缓冲、单缓冲或直通三种工作方式；v电流稳定时间为1s；v所有引脚逻辑电平与TTL兼容；v5V15V单一电源供电，功耗为200mw。3、DAC0832的特性参数 3DAC0832的工作方式的工作方式l直通工作方式：直通工作方式：输入寄存器和DAC寄存器都接成直通方式这种工作方式是将CS、WR1、WR2、XFER引脚都接数字地，ILE接高电平(LE1=LE2=0) ，芯片就处于直通状态。输入数据就直接送入D/A转换器进行电流转换。l单缓冲工作方式单缓冲工作方式：在这种工作方式下，使两个寄存器中的任一个处于直通状态，而另外一个处于受控状态。此方式适用于只有一路模拟量输出或几路模拟量非同步输出的情形

24、。l双缓冲工作方式：双缓冲工作方式：双缓冲工作方式对输入寄存器和DAC寄存器分开进行控制，此方式适用于多路D/A同时输出的情形：使各路数据分别锁存于各输入寄存器，然后同时（相同控制信号）打开各DAC寄存器、实现同步转换。每一路输出都需要一个DAC0832。双缓冲方式的一大用途是数据接收和启动转换可以异步进行，即在对数字量模拟转换的同时，能进行下一数字量的接收，以提高转换速率 DAC0832的双缓冲双缓冲工作方式DAC0832的单缓冲单缓冲工作方式DAC0832的电流输出端Iout1接至运算放大器的反相输入端，所以输出电压Vout与参考电压VREF反相。 DAC0832的输出方式单极性输出+5V

25、D7D0WR地址总线地址译码320H321H+5VILEVREFDI7DI0DAC0832VCCRfbIOUT1IOUT2WR1uWR2CSXFERAGNDDGND_+ DAC 0832与与8位微处理器的连接位微处理器的连接V0DAC0832的输出方式单极性输出 DAC0832的电流输出端Iout1接至运算放大器的反相输入端， 所以输出电压Vout与参考电压VREF反相。 D/A D/A与微机与微机双缓冲方式接口及程序接口及程序对于多路D/A转换，当需要同步时必须要采用双缓冲器方式。通过两个不同的地址线选择两级缓冲器。DAC0832采用这种接法时，数字量的输入锁存输入锁存和D/AD/A转换输转

26、换输出出是分两步分两步完成的，即CPU的数据总线分时地向各路D/A转换器输入要转换的数字量并锁存在各D/A的输入锁存器中，然后CPU对所有的D/A转换器发出控制信号，使各个D/A转换器输入寄存器中的数据同时打入各DAC寄存器，实现同步转换输出。D/AD/A与微机与微机DAC0832的双缓冲式接口及程序接口及程序 上图是一个两路同步输出的上图是一个两路同步输出的D/AD/A转换器接口电路。转换器接口电路。80318031的的P2.5P2.5和和P2.6P2.6分别选择两路分别选择两路DAC0832DAC0832的的输入锁存器（片选）输入锁存器（片选），控制输入锁控制输入锁存存；P2.7P2.7连

27、到两路连到两路DAC0832DAC0832的的XFERXFER端控制同步转换输出端控制同步转换输出；WRWR与所有与所有的的WR1WR1、WR2WR2端相连，在执行端相连，在执行MOVXMOVX输出指令时，输出指令时，80318031自动发出自动发出WRWR控制控制信号。执行信号。执行8 8条指令（见书上）就能完成两路条指令（见书上）就能完成两路D/AD/A的同步转换输出。的同步转换输出。程序程序P693-2-4 3-2-4 功率接口功率接口 功率接口有两个目的，一是为了满足功率匹一是为了满足功率匹配配（将输出的低电压、小电流信号转换成高电压、大电流信号的装置功率接口），二是二是为了锁存信号，

28、以便使受控设备在下一次输为了锁存信号，以便使受控设备在下一次输出的开关量到来之前，一直受到本次开关量出的开关量到来之前，一直受到本次开关量的控制的控制。一、继电器输出驱动接口二、光电耦合器-晶闸管输出驱动接口 功率接口功率接口 -继电器输出驱动接口继电器输出驱动接口在驱动启停负荷不太的设备时，由于继电器触点的负载能力远大于光耦触点，因此更为常用；作开关量隔离时，在输出锁存器与低压小继电器之间要加入集电极开路的OC门驱动器。75452P由于输出漏电流达到300mA，几乎能驱动任意型号的小型继电器，而被经常使用图图3-2-12典型继电器接口电路典型继电器接口电路图中二极管图中二极管D D是专门为保

29、是专门为保护驱动器而设置的。在驱护驱动器而设置的。在驱动器的输出由动器的输出由“0”0”变为变为“1”1”，继电器的接通变，继电器的接通变为关断时，由于它的线包为关断时，由于它的线包是感性负载，所以，会产是感性负载，所以，会产生很高的感应电势，此时生很高的感应电势，此时二极管提供的泄流回路保二极管提供的泄流回路保护驱动器不被反电动势击护驱动器不被反电动势击穿。穿。 继电器隔离的开关量输出驱动电路适用于控制那些响应速度要求不很高的启停操作，因为继电器的响应延迟大约需几十ms。光电耦合器的延迟时间通常在10 s之内，所以那些对启动操作的响应时间要求很快的控制设备应采用光电耦合器。光电耦合的发光二极

30、管驱动电流一般选在1020 mA之内.一般的三台缓冲门即可，如74LS244、74LS245等功率接口功率接口 -光电耦合器光电耦合器- -晶闸管晶闸管输出驱动接口输出驱动接口3-3 3-3 人机接口及程序人机接口及程序包括两个方面：微机向操作人员报告运行状态和运行结果应用装置：显示、记录报警装置主要装置：显示器：LED、LCD；打印机报警器： 灯、音频操作人员向微机发布命令、输入数据键盘3-3-1 3-3-1 显示器接口显示器接口- -LED显示及接口LEDLED显示原理显示原理LED-发光二极管发光二极管. LED的正向压降的正向压降: 1.2V 2.6V。 工作电流工作电流: 5mA 2

31、0mA。适合于脉冲工作状态适合于脉冲工作状态, 电路须串联适当的限流电阻电路须串联适当的限流电阻.LED显示器的类型显示器的类型: 单个、七段和点阵式。单个、七段和点阵式。一一.单个单个LED显示器显示器常用于仪器的状态显示之用常用于仪器的状态显示之用. 如下图如下图lLED(Light Emitting Diode)数码管分类l共阳极数码管l共阴极数码管二二. 七段七段LED显示器显示器将数个将数个LED组成一个阵列组成一个阵列,并封装并封装于一个标准的外壳中于一个标准的外壳中. 七段七段LED显显示器有示器有共阳极共阳极和和共阴极共阴极两种结构两种结构. 可用于显示可用于显示09数字和多种

32、字母。数字和多种字母。 4位位LEDl数码与显示码之间的转换方法：l硬件法：使用译码集成电路l软件法：使用查表法得到显示码。 采用硬件译码时，采用硬件译码时，微机输出的是代表数字的微机输出的是代表数字的BCDBCD码，码，微机与微机与LEDLED段选端间接口电路包括锁存器段选端间接口电路包括锁存器( (锁存代表数字锁存代表数字的的BCDBCD码码) )、译码器译码器( (将将BCDBCD码输入转换成段选码输出码输入转换成段选码输出) )、驱动器驱动器( (驱动发光二极管发光驱动发光二极管发光) )。 采用软件译码时，采用软件译码时，微机输出的是通过查表软件得到的段选码。微机输出的是通过查表软件

33、得到的段选码。因此接口电路中无需译码器，只需要锁存器和驱动器。因此接口电路中无需译码器，只需要锁存器和驱动器。 一、一、LEDLED显示接口显示接口转换方式转换方式按显示方式分：按显示方式分：静态显示静态显示和和动态显示动态显示之分。之分。1静态显示及其接口静态显示及其接口特点特点: 每位显示器每位显示器都有自己的都有自己的锁存器锁存器, 译码器译码器(若采用软件译码若采用软件译码可省略可省略)和和驱动器驱动器。优点优点: 在每一位显示输出后能够保持显示不变。在每一位显示输出后能够保持显示不变。缺点缺点: 当显示位数较多时当显示位数较多时,占用的占用的I/O口较多口较多2动态扫描显示及其接口动

34、态扫描显示及其接口特点特点: 微机应微机应定时定时对各个对各个显示器显示器进行进行扫描扫描, 显示器件显示器件分时分时轮流轮流工作工作, 每次只使一个每次只使一个器件显示，器件显示，导通电流导通电流IF=510 mA为宜，管压降为宜，管压降VF在在2 V左右左右。优点优点: 使用硬件少使用硬件少,占用占用I/O口少。口少。缺点缺点: 占用机时长占用机时长,只要不执行显示程序只要不执行显示程序,就立刻停止显示。就立刻停止显示。一、一、LEDLED显示接口显示接口点亮方式点亮方式硬件译码实用器件分类硬件译码实用器件分类-按点亮方式按点亮方式l适于动态扫描：l译码功能MC14558 ；译码/驱动功能

35、MC14547 （图3-3-1） ，7447l一个器件可同时驱动四个LED：锁存/译码/驱动功能MC14499；另外MC14499还有位选功能（图3-3-3），动态扫描选位l适于静态扫描：l一个器件对应一个LED：锁存/译码/驱动功能MC14495 （图3-3-2）LED实例实例1-LEDLED实例实例2-2-1、硬件译码动态显示电路：用BCD-7段译码器14558图3-3-1 MC14558构成的8位动态LED显示器LEDLED实例实例3-3-静态LED显示电路MC14495为4位输入锁存、译码、驱动器。共8片组成。MC14495内带4位输入锁存器、译码器和驱动器，但一个MC14495只能与

36、一位LED显示块接口，图3-3-2 由MC14495构成的8位静态LED显示器l图3-3-2用8个MC14495和8位LED显示块构成的8位LED静态显示器电路。lMC14495的BCD输入端挂接在数据总线上，每组形成一个数据字节单元，各字节单元由3-8译码器输出信号进行寻址。l译码器的输出受/WR控制，只有向这些字节单元中写数据时，译码器才译出地址选通信号，将数据总线上的两位BCD码打入到相应的MC14495MC14495芯片锁存器芯片锁存器中，从而使两位LED同时产生相应的显示。l这种方法结构简单，编程容易。 LEDLED实例实例3-3-2. 软件译码软件译码省略了硬件省略了硬件,其其BC

37、D码转换为对应的段码由软件来完成。码转换为对应的段码由软件来完成。采用8155扩展并行I/O芯片，PA口输出段码，PB口动态输出位选码图3-3-5 用8155实现8位动态LED显示器软件译码显示器接口软件译码显示器接口-动态显示动态显示三三. 点阵式点阵式LED显示器显示器以点阵格式进行显示以点阵格式进行显示,显示的字符较逼真显示的字符较逼真,但接口电路和控制但接口电路和控制程序较复杂程序较复杂.常用常用5 7点阵点阵。人机接口及程序人机接口及程序-LCD-LCD显示器接口显示器接口l LCD(LiquidCrystalDisplay) ：液晶是一种具有规则性分子排列的有机化合物，它即不是固体

38、也不是液体，它是介于固态和液态之间的物质，把它加热时它会呈现透明的液体状态，把它冷却时它则会出现结晶颗粒的混浊固体状态l 一般的结构都是两块透明导电极板间夹一层液晶，当两极板间加电极时，液晶微粒或规则排列或无序排列，使得光线通过或不通过，从而形成屏幕显示的情况。l LCDLCD显示器与显示器与LEDLED显示器的驱动一样显示器的驱动一样，但是因为LCD电极之间的相对电压直流平均值必须为0，否则易引起LCD氧化，因此LCD不能简单地用电平信号控制，而要用几十赫兹到几百赫兹波形的方波序列来控制。方波序列来控制。l LCD LCD 也有静态与动态显示方式。也有静态与动态显示方式。二、二、LCDLCD

39、显示器接口显示器接口l静态静态LCDLCD驱动接口的功能是将要显示的数据通过译码器译为显驱动接口的功能是将要显示的数据通过译码器译为显示码，再变为示码，再变为低频的交变信号低频的交变信号，送到，送到LCDLCD显示器。显示器。l译码方式有硬件译码和软件译码两种，硬件译码采用译码器，译码方式有硬件译码和软件译码两种，硬件译码采用译码器，软件译码由单片机通过查表的方法完成。软件译码由单片机通过查表的方法完成。LCDLCD的动态驱动接口常采用专门的集成电路芯片来实现。的动态驱动接口常采用专门的集成电路芯片来实现。 MC145000MC145000和和MC145001MC145001是较为常用的是较为

40、常用的LCDLCD专用驱动芯片。专用驱动芯片。MC145000MC145000是主驱动器，是主驱动器，MC145001MC145001是从驱动器。主、从驱动是从驱动器。主、从驱动器都采用串行数据输入，一片主驱动器可带多片从驱动器。器都采用串行数据输入，一片主驱动器可带多片从驱动器。主驱动器可以驱动主驱动器可以驱动4848个显示字段或点阵，每增加一片从驱个显示字段或点阵，每增加一片从驱动器可以增加驱动动器可以增加驱动4444个显示字段或点阵。个显示字段或点阵。二、LCD显示器接口图3-3-6 采用硬件译码器的LCD驱动接口3-3-5 报警器接口报警器接口常用报警接口一、发光二极管指示灯接口二、单

41、频音报警接口三、音乐报警接口3-3-5 报警器接口报警器接口一、发光二极管指示灯接口图3-3-21 使用发光二极管的显示接口直接锁存驱动法直接锁存驱动法图中输出低电平图中输出低电平二极管亮二极管亮报警器接口报警器接口二、单频音报警接口压电式蜂鸣器，约需压电式蜂鸣器，约需10 mA10 mA的驱动电流，可以使用的驱动电流，可以使用TTLTTL系列集成电路系列集成电路74067406或或74077407低电平驱动，也可以使用一个晶体三极管驱动。图低电平驱动，也可以使用一个晶体三极管驱动。图3322(a)3322(a)和图和图3322(b)3322(b)，分别是使用这两种方式驱动的接口电路。，分别是

42、使用这两种方式驱动的接口电路。 报警器接口报警器接口三、音乐报警接口接口电路由两部分组成：一部分接口电路由两部分组成：一部分是是“乐曲发生器乐曲发生器”电路，使用普电路，使用普通的集成电子音乐芯片组成；另通的集成电子音乐芯片组成；另一部分是一部分是“放大电路放大电路”，也可采，也可采用集成放大器组成。用集成放大器组成。 图中图中80318031的的P1.0P1.0与与“乐曲发生器乐曲发生器”输入端相接输入端相接, ,当当P1.0P1.0输出输出“1”1”电平时，电阻分电平时，电阻分压后，压后，7920A7920A的控制端的控制端MTMT得到约得到约+1.5 V+1.5 V的电压，则的电压，则O

43、UTOUT输出华尔兹曲信号，经放大输出华尔兹曲信号，经放大电路电路M51182LM51182L后，驱动扬声器发出报警乐曲，音量可用调整后，驱动扬声器发出报警乐曲，音量可用调整10 k10 k电位器改变。电位器改变。 3-4 通信接口通信接口l通信标准有l串行：RS232C、RS422、RS423l并行：IEEE-488、IEEE-583第一节第一节 串行通信的基本概念串行通信的基本概念3-4-1 串行通信接口一、RS-232C标准1、电气特性和数据传送格式逻辑1电平为-5 -15V，逻辑0电平为515V，2V的噪声容限二、串行通信的特点：l数据在单条1位宽的传输线上按时间先后一位一位地传送；节

44、省传输线（优点）；数据传输率较低（缺点）。l主要适用于长距离、低速率的通信中。二二串行通信涉及的常用术语串行通信涉及的常用术语1.单工、半双工和全双工单工（Simplex)特点：仅能进行一个方向的数据传送 设备A发送器设备B接收器Data flow特点：数据可以在两个方向上进行传送，但是这种传送绝不能同时进行。【双向，但不同时】设备A发送器/接收器设备B接收器/发送器Data flow半双工（Half Duplex）特点：能够在两个方向同时进行数据传送。设备A发送器/接收器设备B接收器/发送器全双工（Full Duplex）2. 数据传输率数据传输率 l每秒传输的二进制位数，单位为bps（bi

45、t per second ）也称比特率。l波特率每秒传输的“符号”（也称离散状态）的个数。【例如，每秒传送1个符号，则波特率为1波特】l在计算机中，一个“符号”的含义为高、低两种电平，分别代表逻辑值“1”和“0”，所以每个符号的信息量为1比特，此时波特率与比特率刚好一致。l但在其他一些场合（例如通信中采用的“相一幅”复合调制技术一个“符号”的信息含量就不是一个比特，此时，波特率就不等于比特率。标准 波特率系列：50，75，110，150，300，600，1200， 4种相位（0，90，180，270）每种相位有两种振幅值实现 3位/波特 调制90018000027000011010111110

46、00100110010 通信双方要正确的进行数据传输，需要解决何时通信双方要正确的进行数据传输，需要解决何时开始传输、何时结束传输，以及数据传输速率等问题，开始传输、何时结束传输，以及数据传输速率等问题，这就是数据传输中的同步问题。这就是数据传输中的同步问题。 通常，实现数据同步有两种方式：异步通信和同通常，实现数据同步有两种方式：异步通信和同步通信。步通信。 1 1异步通信：异步通信： 数据一帧一帧地传送。发送端和接收端可以由各数据一帧一帧地传送。发送端和接收端可以由各自的时钟控制数据的发送和接收，两个时钟源彼此独自的时钟控制数据的发送和接收，两个时钟源彼此独立，互不同步。立，互不同步。 数

47、据的一帧：由一个字符代码组成。数据的一帧：由一个字符代码组成。 帧格式帧格式：一个字符由四部分组成：起始位、数据位、奇偶：一个字符由四部分组成：起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。校验位和停止位。l起始位（起始位（0 0）：位于字符帧的开头，位于字符帧的开头，占用一位，用来通知占用一位，用来通知接收设备一个待接收的字符开始到达。接收设备一个待接收的字符开始到达。l数据位：数据位：紧跟起始位后，紧跟起始位后， 5 58 8位位数据（规定低位在前，数据（规定低位在前，高位在后）高位在后）l奇偶校验位奇偶校验位（可省略），（可省略），占一位，用于对字符传送作正确占一位，用于对字符传送作正确性检查，因

48、此奇偶校验位是可选择的，共有三种可能，即性检查，因此奇偶校验位是可选择的，共有三种可能，即奇偶校验、偶校验和无校验，由用户根据需要选定。奇偶校验、偶校验和无校验，由用户根据需要选定。 l停止位（停止位（1 1）停止位用来表征字符的结束。停止位可以是停止位用来表征字符的结束。停止位可以是1 1位、位、1.51.5位或位或2 2位。接收端收到停止位后，知道上一字符已位。接收端收到停止位后，知道上一字符已传送完毕传送完毕2. 同步通信同步通信 在一个数据块的开头使用同步字符。数据传送时使在一个数据块的开头使用同步字符。数据传送时使用同一频率的脉冲来实现发送端与接收端的严格时间同用同一频率的脉冲来实现

49、发送端与接收端的严格时间同步。步。 通信接口通信接口 l串行接口有25针和9针两种形式lPC机两个RS232串行口COM1和COM2，通常是9针D形连接器 RS232串行口串行口 通信接口通信接口2、RS-232C接口信号25根线的，其中15根组成主信道，其他为没定义的和辅信道。主要分成下面四类：数据信号：TXD、RXD控制信号：请求发送RST、清除发送CTS数据装置就绪DSR、数据终端就绪DTR等定时信号：发送信号定时，接受定时；地信号：最常用的是其中9根RS-232C的接口信号的接口信号 9针串口（针串口（DB9）25针串口（针串口（DB25）针号针号功能说明功能说明缩写缩写针号针号功能说

50、明功能说明缩写缩写1数据载波检测数据载波检测DCD8数据载波检测数据载波检测DCD2接收数据接收数据RXD3接收数据接收数据RXD3发送数据发送数据TXD2发送数据发送数据TXD4数据终端准备数据终端准备DTR20数据终端准备数据终端准备DTR5信号地信号地GND7信号地信号地GND6数据设备准备好数据设备准备好DSR6数据准备好数据准备好DSR7请求发送请求发送RTS4请求发送请求发送RTS8清除发送清除发送CTS5清除发送清除发送CTS9振铃指示振铃指示DELL22振铃指示振铃指示DELL通信接口通信接口3、通信系统结构图3-4-2 RS-232C数据通信系统的结构通信接口通信接口图3-4-2 RS-232C数据通信系统的结构二、串行通信总线标准及其接口二、串行通信总线标准及其接口传输距离不同，可以选择不同的总线标准。传输距离不同，可以选择不同的总线标准。 89S5289S5289S5289S52如果是长距离传送，可采用如果是长距离传送，可采用RS-485RS-485标准。标准。 短距离传送，短距离传送，只需要只需要TXTX、RXRX和和GNDGND三根线。三根线。