第三章：微机及其接口技术(6学时).ppt

1、第一章，微机与接口技术，概述了地址译码器、输入输出端口与中央处理器之间的接口、人机接口、机电接口、电源接口、概述，输入输出端口是中央处理器的输入接口和输出接口。最简单的接口只是一组连接两个设备的导线，或者一对标准连接器输入输出端口可以分为简单输入输出端口和可编程输入输出端口(也分为并行接口和串行接口)。常用的简单输入接口为74 xx 244和245，简单输出接口为74 xx 273和373，可编程并行接口为8255和8155，可编程串行接口为8251。机电一体化产品的基本组成和接口，人机接口和机电接口。从上图可以看出，人机对话的输入输出设备不是直接与中央处理器相连，而是通过输入输出端口与中央处

2、理器相连。外设和中央处理器不能直接连接有两个原因：人机对话设备和中央处理器的阻抗不匹配；中央处理器不能直接控制人机对话设备(键盘、发光二极管等)的开关。)。中央处理器通过地址解码器、研发和WR控制输入输出端口的开关，从而控制外围设备的开关。概述，138和139的引脚名称，地址解码器，输入/输出端口和中央处理器之间的接口，地址解码器和中央处理器之间的接口，139的功能表，138的功能表，273的引脚名称和与中央处理器的接口，地址解码器、输入/输出端口和中央处理器之间的接口，273功能表，245引脚名称和与中央处理器的接口，地址解码器，输入/输出端口和中央处理器之间的接口，简单输入端口和中央处理器

3、之间的接口，245功能表，8255A的引脚名称和接口电路，可编程含义1(1)可以选择8255端口的基本工作模式。8255有三种工作模式。在这三种工作模式中，每个端口线路工作模式0适用于无条件传输数据的设备。作为输出端口，它类似于上面提到的74xx273，作为输入端口，它类似于74xx245。键盘接口和发光二极管接口可以这样设计。工作模式1和工作模式2是特殊的工作模式，如频闪工作模式。8255选择控制字的每一位的含义；(2)以功率放大器、功率放大器和功率控制器作为输入和输出功能；这种变化是通过在模式中选择控制字来确定的；可编程含义2；(3)8255的三个输出端口可以选择A1和A0连接到中央处理器

4、的地址总线，A1和A0是芯片的内部寻址信号线。寻址方式为：A1 A0=0 0。A1 A0=0 1，对应于PB端口；A1 A0=1 0，对应电脑端口；A1 A0=1 1，对应于控制端口。可编程表示3，8255种不同工作模式下的端口线路功能，控制微机8031、地址码解码器、接口芯片和输入输出设备的总接线图，例1:0.10001，0，0，0，0，0，关键数据，100001。5v、11、11、0000001、D7=1，特征位为1，D6D5=00 A组工作于0，D4=0 PA端口输出，D3=0 PC端口高4位输出，D2=0 B组工作于0，D1=0 PB端口输出。预定义8255、0.01001、0、0、5

5、v、0.00、0.00、0.00001、0.0、数据、0.01001、0、001001、0、0、5v、01、01、000001、0、0、数据、人机界面，在机电一体化产品中，常用的输入设备有开关、BCD二进制拨号盘、键盘等。常用的输出设备包括指示灯、发光二极管、液晶显示器、微型打印机、阴极射线管、扬声器等。人机界面分为输入界面和输出界面。人机界面有以下两个特点：特异性。根据人机界面的特殊要求，人机界面的设计方案应根据产品的要求来确定。低速。外围设备的工作速度相对较低，因此在设计中有必要考虑微机与外围设备之间的速度协调，以提高微机的工作效率，按钮开关通断时的电压抖动，拨号盘的结构图和接口电路图，B

6、CD码拨号盘的通断状态表(0表示不接A线，1表示接A线)，控制微机采用8031。四个十进制输入和BCD码是通过简单的输入端口74LS245设计的。如果你输入数字1357，试着画出接口电路。例2:刻度盘和微机接口电路图。输入“1”，B1 B2 B3 B4对应0 0 0 1，输入“3”，B5 B6 B7 B8对应0 0 1 1，输入“5”，B1 B2 B3 B4对应0 1 0 1。如果输入“7”，B5 B6 B7 B8将对应0.111，矩阵键盘的结构和接口电路。(1)发光二极管显示器接口设计接口方法发光二极管具有体积小、亮度高、寿命长、价格低、接口电路简单可靠的优点。下图显示了两个实际的接口电路。

7、人机界面、发光二极管接口电路、8段发光二极管显示器结构图及带输入输出端口的接口电路、人机界面8段发光二极管接口设计，以8031为控制器，要求通过74LS164串行通信芯片控制8位发光二极管静态显示器，并尝试绘制接口电路。串行通信、多位静态显示LED接口电路、公共阳极、GP16与中央处理器之间的接口电路、人机接口、(2)与GP16微型打印机的接口、蜂鸣器电路、低音量蜂鸣器，在嘈杂的环境中通常使用扬声器进行声音输出，扬声器需要由音频信号驱动。音频信号由集成电路产生，然后放大驱动扬声器工作。在机电一体化产品中，被控对象所需的驱动功率一般比较大，而计算机发出的数字控制信号或经过数模转换后得到的模拟控制

8、信号的功率很小，因此必须经过放大后才能用于驱动被控对象。实现功率放大的接口电路称为功率接口电路。光电隔离技术常用于控制微机和功率放大电路之间。首先介绍了光电隔离器件。1、光电耦合隔离器及其隔离电路的结构原理；2.数字输入通道中的几种典型电路：3.几种典型的数字输出通道驱动电路：在微机控制系统中，除了模拟信号外，还需要处理另一种数字信号，包括开关信号和脉冲信号。它们显示为二进制逻辑“1”和“0”或高电平和低电平。如开关触点的闭合和断开、指示灯的接通和断开、继电器或接触器的吸引和释放、电机的启动和停止、晶闸管的接通和断开、阀门的打开和闭合、仪表和仪表的BCD码、脉冲信号的计数和计时等。简介，1光电

9、耦合隔离技术，主要知识点，(1)光电耦合隔离器，(2)光电耦合隔离电路，光电耦合隔离器根据输出级的不同可分为三极管型、单向晶闸管型和双向晶闸管型，如图1所示。它们的原理是一样的，都是通过电光信号转换来完成隔离功能，光信号的传输不受电磁场的干扰。现在以最简单的三极管光电耦合隔离器为例说明其结构原理，如图2所示。图2光电耦合隔离器的结构原理。光电耦合隔离器的输入输出特性与普通三极管相似，即有三个部分：截止区、饱和区和线性区。利用光耦隔离器的开关特性(即光电晶体管工作在截止区和饱和区)，它可以传输数字信号和隔离电磁干扰。例如，在数字输入/输出通道和模拟输入/输出通道中，数字信号可以通过光耦合器的开关

10、特性来隔离。应该注意的是，用于驱动发光管的电源和用于驱动光敏管的电源不应该是公共地的同一电源，而是必须分开提供，以便有效地避免输出端和输入端之间的反馈和干扰。为了满足计算机控制系统的需要，各种集成多路光耦隔离器相继问世，如TLP系列。数字量的同相传输如图3(a)所示，光耦合器的正输入端连接到正电源，负输入端连接到连接到数据总线的数据缓冲器。光耦的集电极C端通过电阻连接到另一个正电源，发射极E端直接接地，光耦的输出端从集电极C端引出。当数据线为低电平“0”时，发光管开启发光，光敏管开启，输出C端接地，得到低电平“0”；当数据线处于高电平“1”时，发光管关断，不发光，光敏管也关断，使得输出C端从电

11、源获得高电平“1”。这样，数字信号的同相传输就完成了。2光电耦合隔离电路，数字逆传输如图3(b)所示，与(a)不同的是，光耦的集电极c端直接连接到另一个正电源，发射极e端通过电阻接地，因此光耦的输出端从发射极e端引出。从而完成数字信号的反向传输。3数字量输入通道、主要知识点、(1)开关输入电路、(2)脉冲计数电路、在电路中起通断作用的各种按钮、触点和开关，它们的端子引线统称为开关信号。在开关输入电路中，我们主要考虑信号调理技术，如电平转换、RC滤波、过压保护、反压保护、光电隔离等。(1)电平转换是通过电阻分压法将现场的电流信号转换成电压信号。(2)RC滤波是用RC滤波器滤除高频干扰。(3)过电

12、压保护是用稳压管和限流电阻作为过电压保护；用电压调节器或变阻器将瞬态峰值电压箝位在安全水平。(4)反向电压保护是串联一个二极管，防止反向极性电压输入。(5)光电隔离光耦隔离器用于实现计算机与外界的完全电气隔离。(1)开关输入电路、典型的开关输入信号调理电路如图4所示。虚线右侧是由开关s和电源组成的外部电路，其中(a)是DC输入电路，(b)是交流输入电路。交流输入电路比DC输入电路多了一个降压电容和整流桥，可以将高压交流(如380伏交流电)转换成低压DC(如5伏直流电)。开关S的状态经过RC滤波、调压器D1箝位保护、电阻R2限流、二极管D2防止反极性电压输入和光耦隔离等处理后，发送到输入缓冲器。

13、主机可以通过执行输入命令来读取开关S的状态。例如，当开关S闭合时，电流流过输入电路，光耦中的发光管发光，光敏管导通，数据线处于低电平，即输入信号为“0”，对应外部电路开关S闭合；相反，当开关S断开时，没有电流流过光耦合器中的发光管，光敏管断开，数据线处于高电平，即输入信号为“1”，这对应于外部电路开关S的断开.一些用来检测流量和速度的传感器发出脉冲频率信号。对于大范围，可以设计定时计数输入接口电路，该电路在一定的采样时间内对输入脉冲的数量进行计数，然后根据传感器的比例系数转换检测到的物理量。图5是计时计数输入接口电路。传感器发出的脉冲频率信号经过简单的信号调理后，被引至8254芯片计数通道1的

14、CLK1端口。8254是一款带thr的可编程计数器/定时器图中，计数通道0工作在模式3，CLK0用于接收系统时钟脉冲，OUT0输出一个周期为系统时钟脉冲n倍的连续方波脉冲(n为通道0的计数初始值)，其高电平周期和低电平周期为计数通道1的采样时间和采样间隔时间，分别记录为TS和tw；选择计数通道1和2作为工作模式2，OUT1与CLK2串联，形成计数长度为232的脉冲计数器，对输入脉冲进行计数。如果单位时间的输入脉冲数为n，则单位时间的脉冲数，即脉冲频率为n/TS，这样就可以计算出介质的流量或电机的转速。例如，涡轮流量计或磁电式速度传感器发出脉冲频率信号，它们的脉冲当量(即相当于一个脉冲的流量或转

15、数)为k，所以介质的流量或电机的转数为n/TSK。简介(1)三极管驱动电路(2)继电器驱动电路(3)晶闸管驱动电路(4)固态继电器驱动电路，简介，数字输出通道简称DO通道，其任务是将计算机输出的微弱数字信号转换成可以控制生产过程的数字驱动信号。根据不同的现场负载，如指示灯、继电器、接触器、电机、阀门等。可以选择不同的功率放大器来形成不同的开关驱动输出通道。常用的有三极管输出驱动电路、继电器输出驱动电路、晶闸管输出驱动电路、固态继电器输出驱动电路等。对于低电压下的小电流开关，功率三极管可以作为开关驱动元件，其输出电流是输入电流和三极管增益的乘积。(1)三极管驱动电路(1)普通三极管驱动电路，当驱

16、动电流只有十几毫安或几十毫安时，只能用一个普通功率三极管构成驱动电路，如图6所示。达林顿驱动电路当驱动电流需要达到几百毫安时，如驱动中等功率继电器、电磁开关等器件，输出电路必须采用多级放大或提高三极管增益。达林顿阵列驱动器由多对两个三极管组成的达林顿复合管组成，具有高输入阻抗、高增益、大输出功率和完善保护措施的特点。同时，多对复合管也非常适合计算机控制系统中的多通道负载。图7显示了达林顿阵列驱动器MC1416的结构图和每对复合管的内部结构。MC1416包含七对达林顿复合管，每对集流体电流为500毫安，关闭时可承受100伏电压。它的输入和输出端设有箝位二极管，输出箝位二极管D2可以抑制高电位时的正过冲，而D1和D3可以抑制低电位时的负过冲。图8是达林顿阵列驱动中的驱动电路。当中央处理器数据线Di输出数字“0”，即低电平时，通过7406反相锁存器变为高电平，使达林顿复合管导通，产生的集电极电流足以驱动负载线圈。此外，复合管中的保护二极管形成负载线圈切断时产生的反电动势的漏电电路。继电器驱动电路电磁继电器主要由线圈、铁芯、电枢和触点组成，简称继电器