第三章 主机及接口

第三章主机及接口第1页，课件共54页，创作于2023年2月3.1主机电路3.1.1基于PC机的主机电路基于PC机的测控系统可以分为内插式,外接式和组合式三种.第2页，课件共54页，创作于2023年2月第三章主机及接口3.1主机电路

CPU及其相连的存储器和接口电路统称为主机电路.

主机电路是微机化测控系统的核心.内插式将输入或输出接口电路制成印制版的插板形式,并直接插入PC机主机箱内,通过计算机的各种系统总线与CPU交换信息.

第3页，课件共54页，创作于2023年2月3.1.1基于的主机电路一内插式内插式测控系统构成第4页，课件共54页，创作于2023年2月3.1.1基于PC机的主机电路二.外接式外接式测控系统构成第5页，课件共54页，创作于2023年2月3.1.1基于PC机的主机电路三.组合式组合式测控系统构成第6页，课件共54页，创作于2023年2月3.1.2基于单片机的主机电路一.单片机系统的一般特点(P55)二.MCS-51单片机的结构和引脚(P55-56)第7页，课件共54页，创作于2023年2月图

6-10扩展16KBRAM和16KBEPROM3.1.2基于单片机的主机电路三、存储器混合扩展第8页，课件共54页，创作于2023年2月3.1.2基于单片机的主机电路利用TTL芯片、COMS锁存器、三态门等接口芯片把P0接口扩展，常选用74LS273、74LS373、74LS244等芯片。四、简单I/O接口扩展第9页，课件共54页，创作于2023年2月3.2测控接口及程序3.2.1A/D与微机接口及程序3.2.2VFC与微机接口及程序3.2.3D/A与微机接口及程序3.2.4功率接口第10页，课件共54页，创作于2023年2月3.2.1A/D与微机的接口及程序一、ADC0809与单片机的接口集成A/D转换器ADC0809/0808为8路输入通道、8位逐次逼近式A/D转换器，可分时转换8路模拟信号。1.结构一个8位逐次逼近式A/D转换器、8路模拟转换开关、3-8地址锁存译码器和三态输出数据锁存器。2.引脚8路模拟量输入信号端：

IN0～IN78位数字量输出信号端：

D0～D7通道选择地址信号输入端：

ADDA、ADDB、ADDC多路转换开关ABCIN0IN1IN7A/D转换第11页，课件共54页，创作于2023年2月AD0～7ALEINTWRP2.0RDD0～7ADDABC

CLKEOCALESCOE≥1≥1111MCS-51ADC080983IN0～76.5A/D与单片机的接口与程序一、ADC0809与单片机的接口3.ADC0809与单片机连接A/D转换程序：MOVDPTR，#0FE00H；ADC口地址

MOVA，#00 ；转换IN0 MOVX@DPTR，A ；启动A/D转换

LCALLDELAY ；等待转换结束

MOVXA，@DPTR ；取转换结果第12页，课件共54页，创作于2023年2月3.2.1A/D与微机的接口及程序一、ADC0809与单片机的接口4.应用例：对通道IN0，采样一次，转换，并将转换结果存到数据存储区。参考程序如下：MAIN：MOVR1，#data；存数地址

MOVDPTR，#7FF8H；P2.7=0，指向IN0MOVX@DPTR，A；不论A中为何内容都启动；转换（使/WR产生脉冲）

MOVR6，#0AH；软件延时DLAY：NOPNOPNOPNOPNOPDJNZR6，DLAYMOVXA，@DPTR；读转换结果

MOV@R1,A；存储数据第13页，课件共54页，创作于2023年2月3.2.1A/D与微机接口及程序二.MC14433与单片机的接口自学第14页，课件共54页，创作于2023年2月3.2.2VFC与微机的接口及程序V/F转换器是把电压信号转变成频率信号的器件,具有良好的精度,线性和积分输入特性.VFC与计算机接口有以下特点:(1)接口简单,占用计算机硬件资源少.(2)抗干扰性能好(3)便于远距离传输.第15页，课件共54页，创作于2023年2月3.2.2VFC与微机接口及程序VFC与单片机的接口第16页，课件共54页，创作于2023年2月3.2.2VFC与微机的接口及程序电压-频率-数字转换原理第17页，课件共54页，创作于2023年2月3.2.2VFC与微机的接口及程序程序:

见课本p64第18页，课件共54页，创作于2023年2月3.2.3D/A与微机接口及程序一.DAC0832与单片机连接直通方式：

输入寄存器和DAC寄存器共用一个地址，同时选通输出。

双缓冲器方式：

输入寄存器和DAC寄存器分配有各自的地址，可分别选通用同时输出多路模拟信号。第19页，课件共54页，创作于2023年2月3.2.3D/A与微机接口及程序二.应用例利用单片机及DAC0832产生阶梯波，DAC0832采用单缓冲方式，定时1ms，增幅10，10ms一循环。

参考程序如下：

START：MOVA，#00H

MOVDPTR，#7FFFH；转换器地址

MOVR1，#0AH；10个台阶（10ms）

LOOP：MOVX@DPTR，A；送欲转换数字量

CALLDL1；延时1ms

DJNZR1，NEXT；10个台阶未完继续增幅

SJMPSTART

NEXT：ADDA，#10

JMPLOOP

DL1：MOV20H，#249

DLL：NOP

NOP

DJNZ20H，DLL

RET

如此，还可产生锯齿波，三角波等。第20页，课件共54页，创作于2023年2月3.2.4功率接口

自学第21页，课件共54页，创作于2023年2月3.3人-机接口及程序3.3.1显示接口及程序3.3.2键盘接口及程序3.3.3键盘/显示器接口及程序3.3.4打印机接口及程序3.3.5报警接口及程序第22页，课件共54页，创作于2023年2月3.3.1显示器接口及其程序一.LED显示器及接口设计

由发光二极管组成，不同的发光段亮，可组成不同字型，电流太大，耗电量大，电流太小，发光度不够，一般各管电流在10mA较合适。共阳极共阴极外形图第23页，课件共54页，创作于2023年2月3.3.1显示器接口及其程序LED显示器及接口设计

LED显示器用于显示工业控制参数、过程状态。

（1）LED数码管 共阴极LED和共阳极LED

当LED字段引线与数据线连接，每个显示字形对应一个字形码。D7D6D5D4D3D2D1D0hgfedcba

abhCOMCOM

P1.0～1.7MCS-51afbge

cdhabh第24页，课件共54页，创作于2023年2月COM

P1.0～1.7MCS-51afbge

cdhabh3.3.1显示器接口及其程序（2）显示程序任务：1)设置显示缓冲区，存放待显示数据2)显示译码：程序存储器中建立字形码常数表，查表得出对应数据的字形码3)输出显示：输出字形码到显示端口例： MOVDPTR，#WTAB；指向字形码表首地址 MOVA，@R0 ；取显示缓冲区中数据

MOVCA，@A+DPTR；查表显示译码

MOVP1，A ；输出显示 … WTAB： DB 3FH，06H，5BH；字形码表 … 第25页，课件共54页，创作于2023年2月3.3.1显示器接口及其程序（3）LED接口电路

abhCOMafbge

cdh

abhCOM

abhCOMCOMhCOMD7…D1D0D0D1D2hbbhCOMafbge

cdhaaba静态显示动态显示第26页，课件共54页，创作于2023年2月3.3.1显示器及其接口电路二LCD显示及程序第27页，课件共54页，创作于2023年2月3.3.2键盘接口及程序1.独立式键盘接口电路P1.0P1.1P1.7+5v每个按键单独占有一根I/O接口引线。输入每根I/O接口引线的信号对应某个数据。第28页，课件共54页，创作于2023年2月3.3.2键盘接口及程序1.独立式键盘接口电路键盘处理程序任务1)键输入检查键盘是否有键被按下，消除按键抖动。确定被按键的键号，获取键号。硬件电路消除抖动或软件消除抖动。2)键译码键号为键盘位置码，根据键号查表得出被按键的键值。键值：数字键0～9、字符键0AH～0FH、功能键10H～。3)键处理根据键值转移到不同程序段。若键值属于数字、字符键，则调用显示数字和字符的子程序。若键值属于功能键，则进行多分支转移，执行各个功能程序段。延时等待10ms仍有按键信号？Y有按键信号？NYN键盘处理

按键释放？NY第29页，课件共54页，创作于2023年2月3.3.2键盘接口及程序2.矩阵式键盘接口电路

0

1+5v

P1.0P1.1P1.4P1.5键盘I/O接口由多条I/O接口引线组成矩阵式键盘。第30页，课件共54页，创作于2023年2月3.3.2键盘接口及程序2.矩阵式键盘接口电路◆扫描法列线输出，行线输入。列线逐行输出0，某行有按键，行线输入有0，若无按键，行线输入全部为1。◆反转法行列线交换输入、输出，两步获取按键键号。◆中断扫描方式有按键按下时发出中断请求信号,提高CPU的效率。第31页，课件共54页，创作于2023年2月3.3.3键盘/显示器接口及程序8279键盘/显示器接口

8279是专用键盘/显示器控制芯片，能对显示器自动扫描，能识别键盘上按下键的键号；可充分提高CPU的工作效率。

8279与MCS-51接口方便，由它构成的标准键盘/显示器接口在微机应用系统中使用越来越广泛。8279的键盘/显示器电路及与单片机接口第32页，课件共54页，创作于2023年2月3.3.4打印机接口及程序

3.3.5报警器接口及程序自学第33页，课件共54页，创作于2023年2月

以一串字符为一个传送单位，字符间不加标识位，在一串字符开始用同步字符标识，硬件要求高，通讯双方须严格同步。异步通讯双方的两项约定◆字符格式规定(一帧)：数据位，校验位，起始位和停止位。◆波特率(位/秒)对传送速率的规定例：要求每秒传送120个字符，每帧为10位。解：B=120?0=1200波特每位0.83ms

数据位传输率=120?=960位/秒3.4通信接口一、串行通信基础知识1.异步通讯方式2.同步通讯方式第34页，课件共54页，创作于2023年2月3.串行接口功能◆发送器：并

串数据格式转换，添加标识位和校验位，一帧发送结束，设置结束标志，申请中断。◆接收器：串

并数据格式转换，检查错误，去掉标识位，保存有效数据，设置接收结束标志，申请中断。◆控制器：接收编程命令和控制参数，设置工作方式：同步/异步、字符格式、波特率、校验方式、数据位与同步时钟比例等。

单工通讯：数据单向传送。半双工通讯：数据可分时双向传送。全双工通讯：可同时进行发送和接收。发送器接收器发送器接收器3.4通信接口一、串行通信基础知识4.串行数据传送方向第35页，课件共54页，创作于2023年2月1.1个全双工串行接口，可同时进行发送和接收。串行接口输入/输出引脚：TXD(P3.1)、RXD(P3.0)

数据格式：按不同方式，一帧位数8/10/11发送/接收时，数据皆低位在前。一帧字符发送/接收结束，置位标志位(TI/RI)并申请SIO中断。中断控制：中断允许位ES

中断入口：0023HD0D1D2D3D4D5D6D7停止位起始位D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D8停止位起始位D73.4通信接口二、串行口控制寄存器第36页，课件共54页，创作于2023年2月2、串行接口控制(1)数据缓冲器SBUF发送SBUF和接收SBUF共用一个地址99H。 ◆发送SBUF存放待发送的8位数据，写入SBUF将同时启动发送。 发送指令： MOV SBUF，A◆接收SBUF存放已接收成功的8位数据，供CPU读取。读取串行口接收数据指令：MOVA，SBUF3.4通信接口二、串行口控制寄存器第37页，课件共54页，创作于2023年2月(3)串行口控制/状态寄存器SCON(98H)SMOD(PCON.7)：波特率加倍控制位。SMOD=1，波特率加倍，SMOD=0，则不加倍。SM0，SM1：选择串行口4种工作方式。SM2：多机控制位，用于多机通讯。REN：允许接收控制位，REN=1，允许接收；REN=0，禁止接收。TB8：发送的第9位数据位，可用作校验位和地址/数据标识位RB8：接收的第9位数据位或停止位TI：发送中断标志，发送一帧结束，TI=1，必须软件清零RI：接收中断标志，接收一帧结束，RI=1，必须软件清零(4)节电控制寄存器PCON3.4通信接口二、串行口控制寄存器2、串行接口控制第38页，课件共54页，创作于2023年2月

SM0，SM1选择四种工作方式。1.方式0：同步移位寄存器方式。用于扩展并行I/O接口。(1)一帧8位，无起始位和停止位。(2)RXD：数据输入/输出端。

TXD：同步脉冲输出端，每个脉冲对应一个数据位。(3)波特率B=fosc/12

如：fosc=12MHz， B=1MHz，每位数据占1

s。三、串行接口的工作方式3.4通信接口第39页，课件共54页，创作于2023年2月(4)发送过程：写入SBUF，启动发送，一帧发送结束，TI=1。接收过程：REN=1且RI=0，启动接收，一帧接收完毕，RI=1。

发送时序写入SBUFRXD输出TXDTID0D1D2D3D4D5D6D7写REN=1RI=0RXD输入RI接收时序(a)(b)三、串行接口的工作方式3.4通信接口第40页，课件共54页，创作于2023年2月

数据从RXD（P3.0）引脚串行输出，低位在先，高位在后；TXD（P3.1）引脚输出移位脉冲，其频率为foc/12；发送完毕后，中断标志位TI为1。如要发送数据，如下所示：

MOVSCON,#00H；串行口方式0MOVSBUF,A；将数据送出

JNBTI,$；等待数据发送完毕(5)移位寄存器方式举例三、串行接口的工作方式3.4通信接口第41页，课件共54页，创作于2023年2月2.方式1:8位数据异步通讯方式。(1)一帧10位：8位数据位，1个起始位(0)，1个停止位(1)。(2)RXD：接收数据端。TXD：发送数据端。(3)波特率：用T1作为波特率发生器，B=(2SMOD/32)×T1溢出率。(4)发送：写入SBUF，同时启动发送，一帧发送结束,TI=1。接收：REN=1，允许接收。接收完一帧，若RI=0且停止位为1(或SM2=0)，将接收数据装入SBUF，停止位装入RB8，并使RI=1；否则丢弃接收数据，不置位RI。三、串行接口的工作方式3.4通信接口第42页，课件共54页，创作于2023年2月

当REN=1，CPU开始采样RXD引脚负跳变信号，若出现负跳变，才进入数据接收状态，先检测起始位，若第一位为0，继续接收其余位；否则，停止接收，重新采样负跳变。数据采样速率为波特率16倍频，在数据位中间，用第7、8、9个脉冲采样3次数据位，并3中取2保留采样值。写入SBUF采样（a）发送时序图TXD数据输出TID0D1D2D3D4D5D6D7停止位起始位RXD输入数据（b）接收时序图D0D1D2D3D4D5D6D7停止位起始位RI检测负跳变三、串行接口的工作方式3.4通信接口第43页，课件共54页，创作于2023年2月

(1)一帧为11位：9位数据位，1个起始位(0)，1个停止位(1)。第9位数据位在TB8/RB8中，常用作校验位和多机通讯标识位。

(2)RXD：接收数据端，TXD：发送数据端。

(3)波特率：方式2：B=(2SMOD/64)×fosc。 方式3：B=(2SMOD/32)×T1溢出率。3.方式2和方式3:9位数据异步通讯方式。三、串行接口的工作方式3.4通信接口第44页，课件共54页，创作于2023年2月(4)发送：先装入TB8，写入SBUF并启动发送，发送结束，TI=1。接收：REN=1，允许接收。接收完一帧，若RI=0且第9位为1(或SM2=0)，将接收数据装入接收SBUF，第9位装入RB8，使RI=1；否则丢弃接收数据，不置位RI。发送时序写入SBUFTXD输出TIRXD输入接收时序RID0D1D2D3D4D5D6TB8停止位起始位D7D0D1D2D3D4D5D6RB8停止位起始位D7检测负跳变3.方式2和方式3:9位数据异步通讯方式。三、串行接口的工作方式第45页，课件共54页，创作于2023年2月方式0为固定波特率：B=fosc/12 方式2可选两种波特率：B=(2SMOD/64)×fosc 方式1、3为可变波特率，用T1作波特率发生器。

B=(2SMOD/32)×T1溢出率T1为方式2的时间常数：X=28-t/T

溢出时间：t=(28-X)T=(28-X)×12/foscT1溢出率=1/t=fosc/[12×(2n-X)]

波特率B=(2SMOD/32)×fosc/[12×(28-X)]串行口方式1、3，根据波特率选择T1工作方式，计算时间常数。T1选方式2：TH1=X=28-fosc/12×2SMOD/(32×B)T1选方式1用于低波特率，需考虑T1重装时间常数时间。3.4通信接口四、计算波特率第46页，课件共54页，创作于2023年2月串行口初始化编程格式：

SIO：MOVSCON，#控制状态字；写方式字且TI=RI=0 (MOVPCON，#80H) ；波特率加倍

(MOVTMOD，#20H) ；T1作波特率发生器

(MOVTH1，#X)；选定波特率

(MOVTL1，#X) (SETBTR1) (SETBEA) ；开串行口中断

(SETBES)1.串行口初始化3.4通信接口五、串行口的应用第47页，课件共54页，创作于2023年2月2.发送程序（1）查询方式：TRAM：MOV A，@R0 ；取数据

MOV SBUF，A ；发送一个字符WAIT：JBC TI，NEXT ；等待发送结束

SJMP WAITNEXT：INC R0 ；准备下一次发送

SJMP TRAM（2）中断方式：

ORG 0023H ；串行口中断入口

AJMPSINTMAIN： … ；初始化编程TRAM： MOV A，@R0 ；取数据

MOV SBUF，A ；发送第一个字符H： SJMP H ；其它工作SINT： CLRTI ；中断服务程序

INC R0 MOV A，@R0 ；取数据

MOV SBUF，A ；发送下一个字符

RETI五、串行口的应用第48页，课件共54页，创作于2023年2月3.接收程序REN=1、RI=0等待接收，当RI=1，从SBUF读取数据。查询方式：WAIT： JBC RI，NEXT ；查询等待

SJMP WAITNEXT： MOV A，SBUF ；读取接收数据

MOV @R0，A ；保存数据

INC R0 ；准备下一次接收

SJMP WAIT五、串行口的应用第49页，课件共54页，创作于2023年2月D0D1D2D3D4D5D6D7

数据输入

RXD9TXD移位脉冲

274LS165

8051

654314131211

4.串行口方式0用于扩展单片机的并行I/O接口。串行口实现：并行→串行的数据转换74LS165/74LS164实现：串行→并行的数据转换。D7D6D5D4D3D2D1D0

数据输入

RXD12TXD移位脉冲

74LS164

88051345610111213

五、串行口的应用第50页，课件共54页，创作于2023年2月5.异步通讯程序举例

（1）发送程序：将片内RAM50H起始单元的16个数由串行口发送。要求发送波特率为系统时钟的32分频，并进行奇偶校验。MAINT：MOV SCON，#80H；串行口初始化

MOV PCON，#80H；波特率

SETB EA SETB ES ；开串行口中断

MOV R0，#50H ；设数据指针

MOV R7，#10H ；数据长度LOOP： MOV A，@R0 ；取一个字符

MOV C，P ；加奇偶校验

MOV TB8，C MOV SBUF，A ；启动一次发送HERE： SJMP HERE ；CPU执行其它任务四、串行口的应用第51页，课件共54页，创作于2023年2月

ORG0023H；串行口中断入口

AJMP TRANI

TRANI： PUSH A ；保护现场

PUSH PSW CLR TI ；清发送结束标志

DJNZ R7，NEXT ；是否发送完？

CLR ES ；发送完，关闭串行口中断 SJMP TEND NEXT： INC R0 ；未发送完，修改指针

MOV A，@R0 ；取下一个字符

MOV C，P；加奇偶校验

MOV TB8，C MOV SBUF，A ；发送一个字符

POP PSW ；恢复现场

POP A TEND： RETI ；中断返回五、串行口的应用第52页，课件共54页，创作于2023年2月（2）接收程序：串