主机及其接口

1、沈阳航空工业学院 自动控制系第 1 页计算机测控技术与应用主要内容主要内容1. 1. 主机电路主机电路2. 2. 测控接口及程序测控接口及程序3. 3. 人机接口及程序人机接口及程序4. 4. 通讯接口通讯接口第三章 主机及其接口沈阳航空工业学院 自动控制系第 2 页计算机测控技术与应用3.1 3.1 主机电路主机电路 一般将CPU、与其相连的存储器、接口电路统称为主机电路。 微机测控系统的主机有PC机与单片机两种。 一、基于PC机的主机电路 基于PC机的测控系统分为：内插式、外接式、组合式三种。 1. 内插式 将输入或输出接口电路制成插板形式，直接插入PC机主机箱里的扩展槽内。 图3-1-1

2、。通过计算机的系统总线与CPU 交换信息。来自测量电路的测量信号 通过插板与计算机打交道，主机与控制电路系统之间也是通过插板进行联系。 PC机扩展槽的总线形式：ISA总线、VESA总线、PCI总线或AGP总线。 沈阳航空工业学院 自动控制系第 3 页计算机测控技术与应用 2. 外接式 将输入接口与输出接口据均装在PC机机箱外一个独立的专用电箱中，并通过外部总线（如RS-232C串行总线或IEEE-488并行总线）与PC机通讯和传递数据。（图3-1-2）沈阳航空工业学院 自动控制系第 4 页计算机测控技术与应用 3. 3. 组合式组合式 内插式与外接式结合。（内插式与外接式结合。（图图3-1-3

3、3-1-3） 输入与输出接口装在PC机外的独立电箱中，同时在PC机的扩展槽内也插有接口板。测量信号和控制信号通过外接电箱后，再经过接口板与计算机交换数据。沈阳航空工业学院 自动控制系第 5 页计算机测控技术与应用二、基于单片机的主机电路 单片机指在一块芯片上集成了计算机的基本部件（CPU、存储器、I/O接口、计数器/定时器等），一块芯片就构成一台计算机。 MCS-51单片机的结构如下：内部总线时钟电路CPUINT0T1T0并行接口串行接口P0 P1 P2 P3TXD RXD中断系统ROMRAM定时/计数器INT1沈阳航空工业学院 自动控制系第 6 页计算机测控技术与应用1. MCS-51单片机

4、的引脚单片机内部ROM 只有4K 字节（8051 、8751 ) , RAM 只有128 个字节，8031片内无ROM，须外接EPROM，这样P0和P2口就不能作为I/O 端口。P3口往往用于控制功能，真正能用于I/O 的只有Pl口，不够。常需外接存储器和接口电路。 沈阳航空工业学院 自动控制系第 7 页计算机测控技术与应用2. 外接存储器和外接I/O接口（1）外接存储器 8031外接存储器时，P2口输出存储器地址的高8位，PO口分时输出地址的低8 位和传送指令或数据。PO口先输出低8位地址信号，在ALE有效时将它锁存到外部地址锁存器中，然后P0口作为数据总线使用。地址锁存器通常采用74LS3

5、73。常用的RAM 有6116 (2Kx8 ）、6264 ( 8Kx8 ）、62128 ( 16Kx8 ）、62256 ( 32Kx8 ）等，常用的EPROM 有2732 ( 4Kx8 ）、2764 ( 8Kx8 ）、27128 ( 16Kx8 ）、27256 ( 32Kx8 ）、27512 ( 64Kx8 ）等。当PSEN 有效时，ROM 的指令字节通过P0读入CPU , RAM 的读写则由RD、WR控制。RD 和WR 信号是由专门的外部RAM 访问指令产生的，累加器A 与外部RAM 单元之间的数据传送可由下列两类指令序列实现： 读：MOV DPTR , # addr16 ; 16 位地址一

6、DPTR MOVX A , DPTR ; DPTR 指出的RAM 单元内容一A 写 MOV A , # data ；要写入RAM 的数一A MOVX DPTR ,A ; A 的内容一DPTR 指出的RAM 单元 读：MOV P2 , # addrH.8 ；高8 位地址一P2口 MOV Ri , # addrL.8 ；低8 位地址一Ri (i =0,1) MOVX A , Ri ；由P2口、Ri 指出的RAM 单元内容一A 写：MOV A , # data ；要写入RAM 的数一A MOVX Ri , A ; A 的内容一P2和Ri 指出的RAM 单元 沈阳航空工业学院 自动控制系第 8 页计算

7、机测控技术与应用（2）外接I/O接口 I/O接口可采用带锁存的三态缓冲器74LS373 、8212 或8282 等，也可采用可编程I/O 接口芯片8155 、8255 等。8155 是8031 系统中最常用的一个外围器件，它具有256 个字节的RAM 、二个8 位并行口、一个6 位并行口和一个14 位的计数器。（3）基于8031 的主机电路实例（图3-1-6） 由8031 加接其它芯片构成的一种主机电路如图3-1-6所示。由图可见，8031 扩展了1片2764 , 2 片6116 和1 片8155 。其中6116 也可用E2ROM 2816 （引脚和6116 相同）代换，以防止掉电时数据丢失。

8、 8155 的AD0一AD7 直接连至8031 的P0口，而CE和I0 / M 则分别与P2.7和P2.0相连。 沈阳航空工业学院 自动控制系第 9 页计算机测控技术与应用沈阳航空工业学院 自动控制系第 10 页计算机测控技术与应用3.2 测控接口及程序 测控系统中的输入输出通道与微机的接口统称为测控接口。主要包括A/D与微机接口、VFC与微机接口、D/A与微机接口、功率接口。 3.2.1 A/D与微机接口及程序 各种型号的A / D 转换器芯片均设有数据输出、启动转换、转换结束和控制等引脚。A / D 转换器注明能直接和CPU 配接，这是指A / D 转换器的输出线可直接接到CPU 的数据总

9、线上，说明该转换器的输出数据寄存器具有可控的三态输出功能。转换结束，CPU 可用输入指令读入数据。一般8 位A / D 转换器均属此类。而10 位以上的A / D 转换器，为了能和8 位字长的CPU 直接配接，输出数据寄存器增加了读数控制逻辑电路，把10 位以上的数据分时读出。对于内部不包含读数据控制逻辑电路的A / D 转换器，在和8 位字长的CPU 相连接时，应增设三态门对转换后数据进行锁存，以便控制10 位以上的数据分二次进行读取。 A / D 转换器需外部控制启动转换信号方能进行转换，这一启动转换信号可由CPU 提供。不同型号的A / D 转换器，对启动转换信号的要求不同，有脉冲启动和

10、电平控制启动两种。脉冲启动转换，只需给A / D 转换器的启动控制转换的输入引脚上，加一个脉冲信号，即启动A / D 转换器进行转换。例如，ADC0804 、ADC0809 、ADC1210 等。电平控制转换的A / D 转换器，当电平加到控制转换输入引脚上时，立即开始转换。此电平应保持在转换的全过程中，否则将会中止转换的进行。 A / D转换结束后输出转换结束标志电平，以通知主机读取转换结果。主机从A / D 转换器读取转换结果的联络方式，有中断、查询、定时三种方式。沈阳航空工业学院 自动控制系第 11 页计算机测控技术与应用一、 ADC0809与8031的接口 1. 等待延时方式(图3-2

11、-1) ADCO809的时钟频率范围要求在10一1280 kHZ , 8031 单片机的ALE 脚的频率是单片机时钟频率的1/6 。如果单片机时钟频率采用6MHZ ，则图3 -2-1和图3-2-2中的ADCO809 输入时钟频率分别为500kHZ和1000kHZ ，均符合要求。当CLK=500kHZ时，ADCO809的转换速度为128s，因此若采取等待延时方式，延时时间须大于128s，即发生启动脉冲后至少延时100s才可读取A/D转换数据。 由于ADC0809具有输出三态锁存器，故其8位数据输出引脚可直接与数据总线相连。地址译码引脚A、B、C分别与地址总线的低三位AO、A1、A2 相连，以选通

12、INO 一IN7中的一个通道。将P2.7（或P2.3）作为片选信号，在启动A/D转换时，由单片机的写信号WR和P2.7（或P2.3）控制ADC 的地址锁存和转换启动。由于ALE与START连在一起，因此ADC0809 在锁存通道地址的同时也启动转换。在读取转换结果时，用单片机的读信号面RD 和P2.7（或P2.3）引脚经一级或非门后产生的正脉冲作为OE信号，用以打开三态输出锁存器。沈阳航空工业学院 自动控制系第 12 页计算机测控技术与应用沈阳航空工业学院 自动控制系第 13 页计算机测控技术与应用 采用图3-2-1，分别对8路模拟信号轮流采样一次，并依次将A/D结果存到指定的数据区。程序如下

13、： MAIN: MOV R1, #data ；设置数据区首地址 MOV DPTR, #7FF8H ；P2.7=0,且指向通道0 MOV R7,#08H ；置通道数 LOOP: MOVX DPTR,A ；启动A/D转换 MOV R6,#0AH ；软件延时 DLAY: NOP NOP NOP DJNZ R6,DLAY MOVX A,DPTR ；读转换结果 MOV R1,A ；存储数据 INC DPTR ；指向下一通道 INC R1 ；修改数据区指针 DJNZ R7,LOOP ；8个通道全采样完了吗？ 沈阳航空工业学院 自动控制系第 14 页计算机测控技术与应用2.中断方式 设某测控系统，采用图3-

14、2-2的电路和中断方式巡回检测一遍8路模拟量输入，将转换后数据依次存在片内RAM的30H-37H单元中。 沈阳航空工业学院 自动控制系第 15 页计算机测控技术与应用 软件由主程序和外部中断服务程序组成。（1）主程序 功能：对外部中断1初始化；控制8个通道模拟输入量的转换。 ORG 0000H AJMP START ORG 0013H AJMP INT1 START：MOV DPTR，#F7F8H MOV R0，#30H MOV R2，#08H SETB IT1 SETB EX1 SETB EA START1：MOVX DPTR，A沈阳航空工业学院 自动控制系第 16 页计算机测控技术与应用

15、HE: SJMP HE DJNZ R2,START1 DONZ: (2) 外部中断服务程序 功能：ADC转换结束后申请中断，完成A/D转换结果的读取和存放。 INT1: MOVX A,DPTR ；读数据入A MOVX R0,A ；将数据存入RAM单元 INC R0 ；数据区地址加1 INC DPTR ；通道号加1 RETI ；返回3. 查询方式 功能：以图3-2-2查询方式；对IN3通道模拟输入采样10次，转换结果存 到从0000H单元起的数据存储器中。沈阳航空工业学院 自动控制系第 17 页计算机测控技术与应用 ORG 0000H AJMP STA1 STA1: MOV R1,#00H ;外

16、部RAM单元首地址初值 MOV R2,#00H MOV R7,#0AH ；循环计数置初值 STA2: MOV DPTR,#F7FBH ；选IN3通道地址 MOVX DPTR,A ；启动0809 MOV R3,#20H ；延时 STA3: DJNZ R3,STA3 STA4: JB P3.3,STA4 ；询问转换完？ MOVX A,DPTR ；A/D转换结果送A MOV DPH,R1 MOV DPL,R2 MOVX DPTR,A ；结果送入外部RAM单元中 INC R2 ；置下一个单元地址 DJNZ R7,STA2 ；循环完？ HD: SJMP HD ；停止沈阳航空工业学院 自动控制系第 18

17、页计算机测控技术与应用二、MC14433与8031接口(自看) MC14433是一个3位半（BCD码）双积分A/D芯片，其分辨率相当于二进制11位，转换速率3-10次/秒；模拟输入电压范围为0-1.999V或0-199.9mV3.2.2 VFC与微机接口及程序1. 某些长距离数据传输，精度要求高的情况可使用V/F转换器代替A/D器件。 V/F转换器是将电压信号转变成频率信号的器件，具有良好的精度、线性和积分输入特点。因此，在一些非快速A/D过程中，也可使用V/F技术。2. V/F转换器与计算机接口的特点：（1）接口简单、占用计算机硬件资源少 频率信号可输入微机的任一根I/O线或作为中断源与计数

18、输入等。（2）抗干扰性能好 V/F转换是一个积分过程，且用V/F转换器实现A/D转换，就是频率计数 过程，有较强的抗干扰能力。另外可在V/F转换器与计算机之间使用光 电耦合器，实现光电隔离。（3）便于远距离传输 可通过调制进行无线传输或光传输。由于以上这些特点，V/F转换器适用于非快速而需进行远距离信号传输的A/D 转换过程。另外，还可以减化电路、降低成本、提高性价比。沈阳航空工业学院 自动控制系第 19 页计算机测控技术与应用3. V/F转换器与8031单片机接口电路如图3-2-4所示。为将VFC 输出的频率fx=SVx(S为频率电压转换系数）转换成相应的数字Nx ，外部脉冲fx从8031

19、的T1(P3.5）脚引入，8031 片内TO 置为定时方式，T1置为计数方式，分别如图3-2-5( a ）和（b ）所示。 沈阳航空工业学院 自动控制系第 20 页计算机测控技术与应用开始时将TR0与TR1置1，使T0和T1分别对基准频率f0（0.5MHz）和被测频率fx进行计数。当T0从预置数m计数到溢出（即216）时申请中断，CPU响应中断，将TR1清清0 0，并将T1中的计数值读出，读出值Nx与被测电压Vx的关系为016)2(fSVmNxx沈阳航空工业学院 自动控制系第 21 页计算机测控技术与应用4. 例：取m=15536(3CB0H),转换结果存放在20H、21H；程序如下： 初始化

20、程序： MOV TMOD,#51H；设置工作方式 MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH ；设置T0初值 MOV TL1,#00H MOV TH1,#00H ；设置T1初值 SETB TR0 ；启动T0 SETB TR1 ；启动T1 SETB EA SETB ET0 ；允许T0中断 中断程序： AINT: CLR TR1 ；T1停止计数 MOV R0,#20H MOV A,TL1 MOV R0,A ；TL1计数值送20H单元 INC R0 MOV A,TH1 MOV R0,A ；TH1计数值送21H单元沈阳航空工业学院 自动控制系第 22 页计算机测控技术与应用 MOV TL1,

21、#00H MOV TH1,#00H ;重置T1初值 MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH ;重置T0初值 SETB TR1 ;启动T1 RETI沈阳航空工业学院 自动控制系第 23 页计算机测控技术与应用5. 5. 光电隔离（光电隔离（图图3-2-63-2-6）在一些电源干扰大、模拟电路部分容易对单片机产生电气干扰在一些电源干扰大、模拟电路部分容易对单片机产生电气干扰等比较恶劣的环境中，为减少干扰可采用光电隔离的方法使等比较恶劣的环境中，为减少干扰可采用光电隔离的方法使V V / F / F 转换器与单片机无电路联系。如图转换器与单片机无电路联系。如图3-2-63-2-6所示所

22、示。 沈阳航空工业学院 自动控制系第 24 页计算机测控技术与应用6. 6. 当当V/FV/F转换器与单片机距离较远时，要加驱动器以提高传输转换器与单片机距离较远时，要加驱动器以提高传输 能力。能力。 图图3-2-73-2-7中中SN75174 / 75175 SN75174 / 75175 是是RS RS 一一422 422 标标 准的四差分线路驱动接收器。准的四差分线路驱动接收器。 沈阳航空工业学院 自动控制系第 25 页计算机测控技术与应用3.2.3 D/A3.2.3 D/A与微机接口及程序与微机接口及程序一、无输入锁存的DAC与微机接口 内部无输入锁存的DAC不能与微机的数据总线直接相

23、连，必须外接锁存 器来保存微机输出给D/A的待转换数据。（1）如果DAC的位数与微机数据总线的位数相同，则只要需一个同样位数的 锁存器。（2）如果DAC的位数多于微机数据总线的位数，则需采用两级锁存器。 如图 3-2-8沈阳航空工业学院 自动控制系第 26 页计算机测控技术与应用 AD7520是无输入锁存的10位DAC，而8031数据总线8位。8031先将高2位数据输出到74LS74(1),再将低8位数据输出到74LS377, 同时74LS377的片选信号也作为74LS74(2)的时钟脉冲，将74LS74(1)的高2位打入74LS74(2)，从而使10位数据同时送入AD7520去转换成电压输出

24、。74LS74(1)的口地址BFFFH, 74LS74(2)和74LS377的口地址均为7FFFH,沈阳航空工业学院 自动控制系第 27 页计算机测控技术与应用D/A转换的子程序如下：MOV DPTR。#0BFFFH ；高两位数据送入74LS74(1)MOV A，#DATAHMOVX DPTR，AMOV DPTR,#7FFFH ；低8位数据送入74LS377 MOV A,#DATAL ；同时将74LS74(1)高两位数据MOVX DPTR，A ；送入74LS74(2）完成D/A转换 RET沈阳航空工业学院 自动控制系第 28 页计算机测控技术与应用二、有输入锁存的二、有输入锁存的DACDAC与

25、微机的接口与微机的接口1.1. 单缓冲方式接口有些集成D/A芯片如AD558,AD7524等，内部只有一级数据锁存器。有些集成D/A芯片例如DAC0832，内部有两级数据锁存器（如图3-2-9），但可工作在单缓冲器方式。 （1）如果D/A的位数与微机数据总线的位数相同，则D/A转换器的数据输入 端可直接连到微机的数据总线上。（2）如果D/A的位数多于微机数据总线的位数，则需增加高位数据的锁存器 74LS74（1）（前图3-2-8）。沈阳航空工业学院 自动控制系第 29 页计算机测控技术与应用二、有输入锁存的二、有输入锁存的DACDAC与微机的接口与微机的接口（3）若系统中只有一路D/A转换 （

26、或虽然多路，但并不同步输出）， 此时采用单缓冲方式接口。 （图3-2-10 ） DAC0832单缓冲方式的D/A子程序如下： MOV DPTR,#7FFFH ；指向DAC0832 MOV A,#DATA ；数字装入A MOVX DPTR,A ；数字量从P0口送到P2.7所指向的地址，WR有效时 ；完成一次D/A输入与转换沈阳航空工业学院 自动控制系第 30 页计算机测控技术与应用2. 双缓冲方式接口 多路D/A，且需同步输出（转换不同步），则要采用双缓冲方式接口。 图3-2-11是一个两路同步输出的D/A接口电路。8031的P2.5和P2.6分别选择两路DAC0832的输入锁存器，控制输入锁存

27、；P2.7连到两路DAC0832的XFER端控制同步转换输出；WR与所有的WR1、WR2端相连，在执行MOVX 输出指令时，8031自动发出WR控制信号。 沈阳航空工业学院 自动控制系第 31 页计算机测控技术与应用 两路D/A同步输出的子程序如下： MOV DPTR,#0DFFFH ；DAC0832(1) MOV A,#DATA1 MOVX DPTR,A ；DATA1送入DAC0832(1)中锁存 MOV DPTR,#0BFFFH ；DAC0832(2) MOV A,#DATA2 MOVX DPTR,A ；DATA2送入DAC0832(2)中锁存 MOV DPTR,#7FFFH MOVX D

28、PTR,A ；给两个DAC0832提供WR信号， ；同时完成D/A转换输出沈阳航空工业学院 自动控制系第 32 页计算机测控技术与应用3.2.4 3.2.4 功率接口功率接口测控系统中，被控对象往往是强电设备，负载功率较大。因此微机系统必测控系统中，被控对象往往是强电设备，负载功率较大。因此微机系统必须具有将输出的低电压、小电流信号转换成高电压、大电流信号的装置，须具有将输出的低电压、小电流信号转换成高电压、大电流信号的装置，该装置称为功率接口。该装置称为功率接口。一、继电器输出驱动接口 电器隔离：光电偶合器 继电器 继电器触点的负载能力远远大于光电偶合器的负载能力，能直接控制动 力电路。 采

29、用继电器做开关量隔离输出时，在输出锁存器（8031内）与低压小继电器之间要采用集电极开路的OC门驱动器。如75452P，它的IoL=300mA,可驱动任意型号的小型继电器。沈阳航空工业学院 自动控制系第 33 页计算机测控技术与应用 下图3-2-12是继电器与51单片机的接口电路。 驱动器的输出由0变为1，继电器由接通变为关断，此时会产生很大的感应电势，二极管提供的泄流回路可保护驱动器不被反电势击穿。沈阳航空工业学院 自动控制系第 34 页计算机测控技术与应用二、继电器一接触器输出驱动接口在启停负荷很大时，可以采用全触点式的间接控制设计，即由小型继电器的触点控制交流接触器的线圈回路，再由交流接

30、触器的触点控制动力回路，如图3 一2 一13 所示。 沈阳航空工业学院 自动控制系第 35 页计算机测控技术与应用1.缺点: 易引起强烈的干扰: (1)继电器J 的通断时触头产生电火花； (2)接触器CJ 通断时产生很强的电弧。2.采用固体继电器代替通用型继电器J ，可消除接触器线圈通断时J 触点的电火花，但接触器CJ 动作触点的电弧干扰依然存在。3.彻底消除电火花和电弧的干扰，可以采用晶闸管组成的无 触点开关。 4. 继电器-小电流 接触器-大电流三、光电耦合器-晶闸管输出驱动接口 继电器隔离的开关量输出驱动电路适用响应速度不高的启停操作。因继电器的响应延迟需几十ms。光电耦合器的延迟时间在

31、10微秒之内。所以对响应速度要求快的控制设备应采用光电耦合器。光电耦合的发光二极管驱动电流一般选在10 一20mA 之内就可。 沈阳航空工业学院 自动控制系第 36 页计算机测控技术与应用3.3 3.3 人人- -机接口及程序机接口及程序测控系统通常有人-机对话功能，其含义： 1.操作人员能向微机发布命令、输入数据。 2.微机能向操作人员报告运行状态和结果。3.3.1 显示器接口及程序 测控系统常用的显示器有发光二极管显示器（LED）和液晶显示器（LCD）。在无微机的测控系统，显示器常与BCD码输出的A/D转换器连接，在有微机的测控系统，这些显示器常与微机接口连接。一、 LED显示器接口及程序

32、 LED，共阴极，共阳极， 要使某一位数码管显示数字（0-9），必须在这个数码管的段选端加上 与数字对应的8位段选码（即字形码），在位选端加上高电平或低电平 （共阴极）。 从要显示数字的BCD码转换成对应的段选码称为译码。有硬件译码和软 件译码。 多位LED显示器有静态显示和动态显示两种形式。 静态显示：各位同时显示。位选端连在一起（地或+5V） 。 动态显示：逐位轮流显示。段选端并在一起。沈阳航空工业学院 自动控制系第 37 页计算机测控技术与应用1.硬件译码显示器接口-动态显示（自看；提问。） 沈阳航空工业学院 自动控制系第 38 页计算机测控技术与应用1. 1. 硬件译码显示器接口硬件译

33、码显示器接口-静态显示静态显示沈阳航空工业学院 自动控制系第 39 页计算机测控技术与应用2.软件译码显示器接口（1）动态显示器接口 图3-3-5；8155扩展I/O口。PA口输出字型码， PB口输出位选信号。 设8155 PA口地址为F9H, PB口地址为FAH,内部命令/状态寄存器地址为 F8H，工作方式命令字为F3H。显示CPUready的程序如下：沈阳航空工业学院 自动控制系第 40 页计算机测控技术与应用 DISP: ORL P1,#80H ;选8155为I/O口 MOV R1,#0F8H ；置8155命令/状态寄存器地址 MOV A,#0F3H MOVX R1,A ；送8155工作

34、方式命令字 START:MOV DPTR,#TAB MOV R0,#00H ；字型码地址偏移量 MOV R2,#80H ；选第一位显示 SCAN:MOV R1,#0FAH ；置8155 PB口地址 MOV A,#00H MOVX R1,A ；熄灭显示器 MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR ；取字型码 DEC R1 ；置8155 PA口地址 MOVX R1,A ；送字型码 MOV A,R2 INC R1 MOVX R1,A ；送位选码 ACALL DL1ms ；延时1ms沈阳航空工业学院 自动控制系第 41 页计算机测控技术与应用 INC R0 ；指向下一字型码 MOV A,R2 CL

35、R C RRC A ；指向下一位 MOV R2,A XRL A,#00H ；8位未完，扫描显示下一位 JNZ SCAN AJMP START ；开始下一轮扫描 DL1ms: SETB D3H MOV R2,#83H LL0: NOP NOP DJNZ R2,LL0 CLR D3H RET TAB: DB 0C6H,8CH,0C1H,0CEH,86H,88H,0A1H,91H;对应CPUready字型（2）静态显示器接口-自看沈阳航空工业学院 自动控制系第 42 页计算机测控技术与应用3.3.2 键盘接口及程序1. 1. 键盘的结构与类型 (1)按键闭合时能向微机输入数字（0 一9 或0一F ）

36、的键称为数字键，能向微机输入命令以实现某项功能的键称为功能键或命令键。 为了便于CPU 区分各个按键，必须给键盘上的每个按键赋以一个独有的的编号，按键的编号或编码称为键号或键值。CPU 知道了按键的键号或键值，就能区分这个键是数字键还是功能键。如果是数字键，就直接将该键值送到显示缓冲区进行显示，如果是功能键则由该键值找到执行该键功能的程序的入口地址，并转去运行该程序即执行该键的命令。(2)键盘接口与键盘程序的根本任务就是要监测有没有键按下？按下的是哪个位置的键？这个键的键值是多少？这个任务叫做键盘扫描。键盘扫描可以用硬件来实现，也可以用软件来实现。 带有键盘扫描硬件电路的键盘称为编码键盘，不带

37、键盘扫描硬件电路的键盘称为非编码键盘，非编码键盘的扫描靠软件实现。为了节省成本起见，一般的微机化测控系统多采用非编码键盘。 沈阳航空工业学院 自动控制系第 43 页计算机测控技术与应用(3)根据按键开关与CPU 的连接方式不同，键盘又可分为独立式和和行列式（或矩阵式）两大类:独立式键盘的特点： 各按键相互独立，每个按键的“接零端”均接地，每个按键的“测试端”各接一根输入线，如图3-3-8所示，一根输入线上的按键工作状态不会影响其它输入线上的工作状态。这样，通过检测输入线的电平状态就可以很容易地判断哪个按键被按下了，因此操作速度高而且软件结构很简单。但是，由于独立式键盘每个按键需占用一根输入口线

38、，在按键数量较多时，输入口浪费大，故此种键盘只适用于按键较少或操作速度较高的场合。 行列式键盘的特点： 行线、列线分别接输入线、输出线，按键设置在行、列线的交叉点上，每一行线（水平线）和列线（垂直线）的交叉处不相通，而是通过按键来联通，利用这种矩阵结构只需m根行线和n根列线就可组成mxn个按键的键盘，因此矩阵式键盘适用于按键数量较多的场合。由于矩阵键盘中行、列线为多键共用，所以必须将行、列线信号配合起来并作适当处理，才能确定闭合键的位置，因此，软件结构复杂。 沈阳航空工业学院 自动控制系第 44 页计算机测控技术与应用沈阳航空工业学院 自动控制系第 45 页计算机测控技术与应用沈阳航空工业学院

39、 自动控制系第 46 页计算机测控技术与应用沈阳航空工业学院 自动控制系第 47 页计算机测控技术与应用沈阳航空工业学院 自动控制系第 48 页计算机测控技术与应用3.3.2 3.3.2 键盘接口及程序键盘接口及程序2、 键盘接口与键盘程序(1) 独立式键盘接口及键盘程序 图3-3-8(b)查询方式的键盘程序如下： START: MOV A,#0FFH MOV P1,A MOV A,P1 JNB ACC.0,P0F ；0号键按下转P0F标号地址 JNB ACC.1,P1F JNB ACC.2,P2F JNB ACC.3,P3F JNB ACC.4,P4F JNB ACC.5,P5F JNB A

40、CC.6,P6F JNB ACC.7,P7F ；7号键按下转P7F标号地址 JMP START ；无键按下返回 P0F:JMP PROM0 P1F:JMP PROM1 P7F:JMP PROM7沈阳航空工业学院 自动控制系第 49 页计算机测控技术与应用 PROM0: . ；0号键功能程序 . JMP START ；0号键功能程序执行完返回 PROM1: . . JMP START . PROM7: . . JMP START软件设置了按键优先级，顺序为0-7。 沈阳航空工业学院 自动控制系第 50 页计算机测控技术与应用3 3.3.3 .3.3 键盘键盘/ /显示器接口及程序显示器接口及程序

41、 同时需要键盘与显示器，做在一起，构成键盘显示电路。典型的键盘/显示器接口有：8155并行扩展口、串行扩展口、专用键盘/显示器接口芯片8279等。1. 扩展8155 I/O口的键盘/显示器接口 LED采用动态显示软件译码，键盘采用逐列扫描查询工作方式。 图3-3-13 沈阳航空工业学院 自动控制系第 51 页计算机测控技术与应用（1） 键盘扫描子程序 KD1： MOV A，#00000011B ；8255初始化，PA、PB口为基本输出方式，PC口输入方式 MOV DPTR，#7F00H MOVX DPTR，A KEY1：ACALL KS1 JNZ LK1 ACALL DIS ；调显示子程序,延

42、时6ms AJMP KEY1 LK1： ACALL DIS ; 调显示子程序2次,延时12ms ACALL DIS ACALL KS1 JNZ LK2 ACALL DIS AJMP KEY1 LK2： 沈阳航空工业学院 自动控制系第 52 页计算机测控技术与应用2. 2. 采用采用82798279接口芯片的键盘接口芯片的键盘/ /显示器接口显示器接口沈阳航空工业学院 自动控制系第 53 页计算机测控技术与应用3.3.4 3.3.4 打印机接口打印机接口打印机是测控系统常用设备,主要种类:微型点阵式打印机、普通点阵式打印机、喷墨式打印机、激光式打印机等。普通点阵式打印机、喷墨式打印机、激光式打印

43、机与微机直接相连，采用通用打印机接口总线，并利用计算机中的打印机驱动程序控制打印机工作。安装使用方便。微型打印机主要用于基于单片机的测控系统，可打印简单的数字、字符等，打印速度慢、噪音大。目前国内流行的微型打印机主要有GP16、TPuP-40A/16A、PP40等。本节介绍MCS-51单片机和GP16的接口图3-3-19BUSY接INT1(P3.3),因此该连接方法既能用于中断方式（INT1）；又可用于查询方式（P3.3）。若使用其它I/O口或扩展I/O口，只需将P0口线换成其它I/O口或扩展I/O口可。沈阳航空工业学院 自动控制系第 54 页计算机测控技术与应用按图3-3-19，GP16打印

44、机地址为7FFFH,读取GP16状态字时， MOV DPTR,#7FFFH MOVX A,DPTR将命令或数据写入GP16时， 8031执行下列程序段： MOV DPTR,#7FFFH MOV A,#DATACOM MOVX DPTR,A 沈阳航空工业学院 自动控制系第 55 页计算机测控技术与应用3.3.5 3.3.5 报警器接口及程序报警器接口及程序一、发光二极管指示灯接口 微机控制的指示灯数量较少时，可采用图3-3-21直接锁存驱动。当P2.7输出0时，74LS377处于可接收数据状态，可作为地址为7FFFH只能写入的外部存储单元。电阻可选330欧或360欧.沈阳航空工业学院 自动控制系

45、第 56 页计算机测控技术与应用例：1、2、4灯亮，3、5、6、7、8灯灭，R2中为显示控制数据， 则R2=11110100B。 LED: MOV DPTR,#7FFFH MOV A,R2 MOV DPTR,A RET思考：若是闪光报警，是否也可采用图3-3-21电路，由程序控制交替点亮与 熄灭。程序如何编制。沈阳航空工业学院 自动控制系第 57 页计算机测控技术与应用二、单频音报警电路二、单频音报警电路单频音报警常采用压电蜂鸣器：3-15V直流电压、10mA驱动电流。 控制连续鸣音30ms的子程序： SND:SETB P1.0 MOV R7,#1EH ;延时30ms DL: MOV R6,#

46、0F9H ;延时1ms DL1:DJNZ R6,DL1 DJNZ R7,DL CLR P1.0 ;停止鸣音 RET沈阳航空工业学院 自动控制系第 58 页计算机测控技术与应用三、音乐声报警接口三、音乐声报警接口两部分组成：（1）乐曲发生器电路（由集成电子音乐芯片组成）（图3-3-23）（2）放大电路当P1.0输出1电平时，7920A的OUT便输出华尔兹乐曲信号，经放大电路M51182L放大后，扬声器便发出乐曲，音量大小可由10K欧姆的电位器改变。START: SETB P1.0 ;启动报警 STOP: CLR P1.0 ；停止报警 RET RET沈阳航空工业学院 自动控制系第 59 页计算机测

47、控技术与应用3.4 3.4 通信接口通信接口1. 概念 通信接口、总线是计算机同测控仪器仪表间信息交换和传输的联络装 置。 总线是一条多芯无源电缆线，作信息传输用。 接口由各种逻辑电路组成，有串行和并行形式。它对信息进行发送、接收、编码和译码。2. 世界各国都按同一标准来设计接口电路。 常用的串行通信接口标准：RS-232C、RS-422、RS-423等。 并行通信接口标准：IEEE-488等。3.4.1 串行通信接口 串行通信是将数据一位一位地传送，只需一根数据线。并可使用现有的通信通道（如电话、电报等）。故在分散型控制系统等广泛采用串行通信方式。沈阳航空工业学院 自动控制系第 60 页计算

48、机测控技术与应用一、RS-232C标准1. 电气特性 RS-232C使用负逻辑。逻辑1电平：-5V - -15V; 逻辑0电平：+5V - +15V; 最大电缆长度：15m 最大数据率： 20KB/s 其它电气特性指标见书表3-4-1。2. 接口信号 RS-232C接口有25根线，采用标准的25芯的插头插座。 25根线分为4类： 数据信号：4根线，主要是发送数据TXD和接收数据RXD。 控制信号：12根 定时信号：3 地： 2 具体见书表3-4-2（P104） 沈阳航空工业学院 自动控制系第 61 页计算机测控技术与应用3.3.通讯系统结构通讯系统结构多数通讯系统仅用25根信号线中的3到5根就

49、可工作。图3-4-2为使用RS-232C标准接口的几种系统结构。沈阳航空工业学院 自动控制系第 62 页计算机测控技术与应用沈阳航空工业学院 自动控制系第 63 页计算机测控技术与应用4. RS-232C4. RS-232C与与TTLTTL器件接口器件接口因RS-232C的逻辑电平与TTL电平不兼容，因此要与TTL器件连接，必须进行电平转换。1488驱动器和1489接收器是RS-232C通用的集成电路转换器件，如图3-4-3所示。图(a)为MC1489四路RS-232C接收器引出线和功能原理图，只要用一个电阻就可编排出每个接收器的门限电平。为了滤除干扰，控制输入端可通过小电容旁路接地。图(b)

50、为MC1488 RS-232C驱动器引出线和功能原理图，惟一的外部元件是从每一个输出端到地所接的小电容，用以限制转换速度，有时也可不需要。MC1488的供电电压为 或 ，MC1489的供电电压为+5V。12V15V沈阳航空工业学院 自动控制系第 64 页计算机测控技术与应用三、三、MCS-51MCS-51单片机与单片机与IBM-PCIBM-PC计算机的数据通信计算机的数据通信以MCS-51单片机（8031）为核心的测控系统与上位计算机（例如IBM-PC机）之间的数据交换通常采用串行通信的方式。IBM-PC机内装有异步通信适配器板，其主要器件为可编程的8250UART芯片，它是该机有能力与其它具

51、有标准RS-232C串行通信接口的计算机或设备进行通信。而8031本身具有一个全双工的串行口，因此，只要配以一些驱动、隔离电路就可组成一个简单可行的通信接口。沈阳航空工业学院 自动控制系第 65 页计算机测控技术与应用多台单片机和PC机的通信接口电路如图3-4-11所示。图中1488和1489分别为发送和接收电平转换电路。从PC机通信适配器板引出的发送线（TXD）通过1489和8031接收端（RXD）相连。由于1488的输出端不能直接连在一起，故它们均经二极管隔离后才并接在PC机的接收端（RXD）上。沈阳航空工业学院 自动控制系第 66 页计算机测控技术与应用通信采用主从方式，由PC机确定与哪

52、个单片机进行通信。在通信软件中，应根据用户的要求和通信协议规定，对8250初始化，即设置波特率（9 600波特）、数据位数（8位）、奇偶类型和停止位数（1位）。需要指出的是，这时奇偶校验用作发送地址码（通道号）或数据的特征位（1表示地址），而数据通信的校验采用累计和校验方法。数据传送可用查询方式或中断方式。若采用查询方式，在发送地址或数据时，先用输入指令检查发送器的保持寄存器是否为空。若空，则用输出指令将一个数据输出给8250即可，8250会自动地将数据一位一位发送到串行通信线上。接收数据时，8250把串行数据转换成并行数据，并送入接收数据寄存器中，同时把“接收数据就绪”信号置于状态寄存器中。

53、CPU读到这个信号后，就可以用输入指令从接收器中读入一个数据了。 若采用中断方式，发送时，用输出指令输出一个数据给8250。若8250已将此数据发送完毕，则发出一个中断信号，说明CPU可以继续发数据。若8250接收到一个数据，则发一个中断信号，表明CPU可以取出数据。沈阳航空工业学院 自动控制系第 67 页计算机测控技术与应用采用查询方法发送和接收数据的程序框图如图3-4-12所示。沈阳航空工业学院 自动控制系第 68 页计算机测控技术与应用单片机采用中断方式发送和接收数据。串行口设置为工作方式3，由第9位判断地址码或数据。当某台单片机与PC机发出的地址码一致时，就发出应答信号给PC机，而其它几台则不发应答信号。这样，在某一时刻PC机只与一台单片机传输数据。单片机与PC机沟通联络后，先接收数据，再将机内数据发往PC机。定时器T1作为波特率发生器，将其设置为工作方式2，波特率同样为 9600。单片机的通信程序框图如图3-4-13所示。沈阳航空工业学院 自动控制系第 69 页计算机测控技术与应用通信程序如下（设某单片机地址为03H）： COMMN: MOV TMOD,#20H, ;设置T1工