計算機(jī)控制技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)

計算機(jī)控制技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)第1頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二參考教材1、《微型計算機(jī)控制技術(shù)》

于海生等編清華大學(xué)出版社2、《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》

李朝青北京航空航天大學(xué)出版社3、《計算機(jī)網(wǎng)路》

劉衍洐等編科學(xué)出版社第2頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二概述

計算機(jī)控制系統(tǒng)廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中，一般稱為工控機(jī)系統(tǒng)。也稱為工業(yè)計算機(jī)測控系統(tǒng)。 目前大體上有4種基本類型:1.智能調(diào)節(jié)器(單/多回路調(diào)節(jié)器）2.工控機(jī)(工業(yè)PC、IPC、微機(jī)、單片機(jī))3.可編程控制器(PLC)4.集散型控制系統(tǒng)(DCS)第3頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二工業(yè)控制微機(jī)IPC應(yīng)用最為廣泛從國內(nèi)外的計算機(jī)測控系統(tǒng)應(yīng)用來看,在不同的發(fā)展階段,曾經(jīng)流行過不同種類的工控機(jī),如在上世紀(jì)80-90年代，流行的STD、680X、CAMAC和VME等。2000年，由IPC構(gòu)成的計算機(jī)測控系統(tǒng)，市場份額超過80億美元。與PC兼容，受益與PC豐富的軟硬件和人才資源第4頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二計算機(jī)控制系統(tǒng)

IPC相關(guān)技術(shù)

硬件部分總線規(guī)范如 ISA、EISA、PCI接口技術(shù)如RS-232、485、422、USB、現(xiàn)場總線信號形式如開關(guān)量、數(shù)字量、模擬量、頻率系統(tǒng)設(shè)計硬件模塊設(shè)計傳感器、I/O技術(shù)抗干擾技術(shù)可靠性技術(shù)第5頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二計算機(jī)控制系統(tǒng)

IPC相關(guān)技術(shù)

軟件部分測量算法控制規(guī)律控制算法工控機(jī)軟件結(jié)構(gòu)人機(jī)界面組態(tài)軟件設(shè)計平臺通信協(xié)議軟件可靠性方法第6頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二多機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)

多機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)多機(jī)通信的基礎(chǔ)知識與基本概念共享存儲區(qū)通信技術(shù)PIO通信法SIO通信法OEM通信技術(shù)普通局網(wǎng)與工業(yè)控制局網(wǎng)集散控制系統(tǒng)通信技術(shù)第7頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二第一章

計算機(jī)控制系統(tǒng)概論1.1計算機(jī)控制系統(tǒng)的基本原理和特點(diǎn)

1.1.1基本原理實現(xiàn)過程控制的三個主要步驟實時數(shù)據(jù)采集實時控制決策實時控制輸出第8頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二1.1.2控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)1.可靠性高和可維護(hù)性好2.環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)3.控制的實時性4.完善的輸入輸出通道5.豐富的軟件資源6.適當(dāng)?shù)挠嬎憔群瓦\(yùn)算速度第9頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二1.2、控制系統(tǒng)的組成原理

控制器D/AA/D執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象測量變送給定量

re被控量

y工控機(jī)生產(chǎn)過程第10頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二1.2控制系統(tǒng)的組成框圖人-機(jī)接口模擬量輸入（AI）通道磁盤適配器系統(tǒng)支持板模擬量輸出（AO）通道數(shù)字量輸入（DI）通道數(shù)字量輸出（DO）通道測量變送執(zhí)行機(jī)構(gòu)電氣開關(guān)電氣開關(guān)CPU/MEM內(nèi)部總線被控對象工控系統(tǒng)生產(chǎn)過程第11頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二數(shù)字量輸入通道1、通道結(jié)構(gòu)輸入緩沖器輸入調(diào)理電路

地址譯碼器來自生產(chǎn)過程PC總線第12頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二輸入調(diào)理電路1、小功率調(diào)理電路2、大功率調(diào)理電路+5VKCR1R2第13頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二第14頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二

1.3、控制系統(tǒng)工作方式

（1）周期性（2）在線和離線方式（3）實時的概念在線系統(tǒng)不一定是一個實時系統(tǒng)，但一個實時系統(tǒng)必定是在線系統(tǒng)第15頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二1.4控制系統(tǒng)分類工業(yè)控制系統(tǒng)的五種基本類型:1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS2.直接數(shù)字控制系統(tǒng)DDC3.計算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)SCC4.分級控制系統(tǒng)GCS5.分布式控制系統(tǒng)DCS6.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS第16頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二1.DASDataAcquisitionSystem報表顯示報警

計算機(jī)A/D測量測量

監(jiān)測對象

人工控制或控制裝置……第17頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二2.DDCDirectDigitalControl打印機(jī)CRT操作臺

控制計算機(jī)A/D測量執(zhí)行器

控制對象DIDOD/A報警第18頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二3.SCCSupervisoryComputer

Control生產(chǎn)過程

模擬調(diào)節(jié)器SSC計算機(jī)記錄顯示打印工藝數(shù)據(jù)設(shè)定值調(diào)節(jié)測量1.SCC+模擬調(diào)節(jié)器第19頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二3.SCC生產(chǎn)過程DDC計算機(jī)SSC計算機(jī)記錄顯示打印工藝數(shù)據(jù)設(shè)定值調(diào)節(jié)測量2.SCC+DDC系統(tǒng)第20頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二4.GCSGradeControlSystem企業(yè)級經(jīng)營管理計算機(jī)

工廠級監(jiān)控計算機(jī)

控制計算機(jī)DDC輸入Internet

控制對象……輸出測量

控制計算機(jī)DDC輸入……輸出測量第21頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二5.DCSDistributedControlSystem分布式(集散)控制系統(tǒng),實際上是網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng).DCS的3種常見網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)類型 星型、環(huán)型、總線型第22頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二操作站控制站控制站控制站控制站控制站控制站控制站控制站控制站操作站控制站控制站控制站控制站星型環(huán)型總線型第23頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二6.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS控制對象CAN總線控制對象控制對象控制對象控制計算機(jī)

傳感器第24頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二1.5計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況

上世紀(jì)50年代中期,美國RW-300,控制某化工反應(yīng)器，成為世界上第一臺計算機(jī)控制系統(tǒng)1)開創(chuàng)期上世紀(jì)55-62年,過程控制,導(dǎo)致中斷技術(shù)的發(fā)明2)DDC時期62-67年,模控到數(shù)控3)小型計算機(jī)67-72年,SCC4)微機(jī)時期72-至今,IPC,DCS,PLC5)現(xiàn)場總線FCS,始于90年代，德國的PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)，BOSCH公司的CAN總線標(biāo)準(zhǔn)第25頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二計算機(jī)控制理論的發(fā)展過程1)采樣定理 奈奎斯特定理指出：時間連續(xù)信號轉(zhuǎn)換成離散信號時，需要在一個周期內(nèi)的采樣次數(shù)多于2次。如果采樣次數(shù)不夠，將無法恢復(fù)丟失的信息 奈奎斯特和香農(nóng)(Shannon),1948

取樣函數(shù)Sin(t)tSa(t)=第26頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二取樣函數(shù)第27頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二2)差分方程（代替微分方程）3)Z變換Z[f(kT)]=Σ

4)狀態(tài)空間理論5)最優(yōu)控制與隨機(jī)控制6)代數(shù)系統(tǒng)理論7)系統(tǒng)辨識與自適應(yīng)控制k=0Z

-kf(kT)∞第28頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢1、推廣應(yīng)用成熟的先進(jìn)技術(shù)

PLC,智能調(diào)節(jié)器,位總線Bitbus,

現(xiàn)場總線Fieldbus,以及新型的DCS2、研發(fā)智能控制系統(tǒng)分級遞階智能控制系統(tǒng)、模糊控制系統(tǒng)專家控制系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)第29頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二思考題11.工控機(jī)系統(tǒng)有那些環(huán)節(jié)組成?2.IPC工控機(jī)有什么特點(diǎn)?它和普通PC機(jī)有何異同點(diǎn)?3.傳感器和變送器有什么區(qū)別?第30頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二第2章

接口技術(shù)與總線規(guī)范2.1串行通信接口規(guī)范2.1.1串行通信控制器作用:

串行通信控制器的作用是實現(xiàn)通信的鏈路協(xié)議或格式方式: *同步方式USART8250,8251,SIO*異步方式UART8051第31頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二

同步方式幀格式(面向字符)SYNCSYNC報文頭報文…CRC異步方式幀格式(面向字符)…1/01/0第32頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二2.1.2RS-232C接口規(guī)范(EIA標(biāo)準(zhǔn))*接口引腳定義*電氣規(guī)范*信號類型單端雙極性傳輸距離和抗干擾能力差,電平漂移2.1.3RS-422/423

信號類型雙端差分驅(qū)動點(diǎn)對點(diǎn)第33頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二232C/422/423電路原理圖TTLRS-232CTTLTTLTTLRS-422TTLRS-423TTL第34頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二2.1.4RS-485多點(diǎn)通信鏈路

主站VCC1#從站……N#從站VCCDATA+DATA-第35頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二2.1.5其它串行設(shè)備總線I2C總線(Inter-IntegratedCircuit)2線CAN總線(ControllerareaNetwork)2線SPI總線（SerialPeripheralInterface）3線

單總線(1-Wire)第36頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二I2C總線(Inter－IntegratedCircuit)總線是一種由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。I2C總線產(chǎn)生于1980年代，最初為音頻和視頻設(shè)備開發(fā).I2C總線第37頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二I2CI2C總線以兩線方式進(jìn)行多機(jī)互連采用“線與”方式,

漏極開路或集電極開路串行數(shù)據(jù)線SDA串行時鐘線SCL通信協(xié)議復(fù)雜主要內(nèi)容:1.主從方式,一次通信總是由主機(jī)發(fā)起

2.數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠鹜＜s定

3.尋址與仲裁,多主機(jī)互連,總線控制權(quán)的申請第38頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二典型的I2C總線多機(jī)結(jié)構(gòu)單片機(jī)A單片機(jī)BA/DD/A存儲器LCD驅(qū)動器I2BUS第39頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二I2C總線數(shù)據(jù)傳輸過程SDA應(yīng)答SCL結(jié)束開始信號地址R/WACK數(shù)據(jù)ACK數(shù)據(jù)1~7891~7891~789ACK第40頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二CAN總線ControllerAreaNetworkISO-IS11898國際標(biāo)準(zhǔn)廣泛用于車載電子、醫(yī)療儀器、安全監(jiān)控等高速低成本的多路網(wǎng)絡(luò)中方便構(gòu)成多主機(jī)分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)物理層并沒有嚴(yán)格定義，只要是互補(bǔ)電平、差動輸入和輸出，與485相似傳輸速率1Mbps（40m）IC芯片PCA82C250第41頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二單總線(1-Wire)電源與信號共用總線竊電技術(shù)主機(jī)無源設(shè)備傳感器第42頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二思考題21.簡要說明RS-232、RS-422和RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)（主要電氣規(guī)范，傳送距離，波特率）2.CAN總線的主要特點(diǎn)是什么?3.嵌入式系統(tǒng)中有那些外設(shè)總線?第43頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二第三章

控制算法與控制規(guī)律3.1控制系統(tǒng)的性能及其指標(biāo)3.1.1控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性 控制系統(tǒng)在給定輸入或外界擾動作用下,過度過程可能有以下4種情況: A發(fā)散振蕩

B衰減振蕩

C等幅震蕩

D非周期衰減

第44頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二過度過程曲線A發(fā)散振蕩B衰減振蕩C等幅振蕩D非周期衰減ty(t)y(t)y(t)y(t)ttt第45頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二3.1.2控制系統(tǒng)動態(tài)指標(biāo)y0y∞tptsessy(t)ymB2B1t△0бр超調(diào)量

ts調(diào)節(jié)時間△相對誤差

tp峰值時間

η衰減比

N振蕩次數(shù)

ess穩(wěn)態(tài)誤差第46頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二時域指標(biāo)超調(diào)量бр調(diào)節(jié)時間ts相對誤差

峰值時間tp衰減比η振蕩次數(shù)N穩(wěn)態(tài)誤差ess△第47頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二超調(diào)量брбрy∞ymy∞=100%調(diào)節(jié)時間ts相對誤差=0.02或0.05y∞y∞△第48頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二峰值時間tp

反映了系統(tǒng)對輸入信號反應(yīng)的快速性衰減比ηηB1B2=振蕩次數(shù)N反映了控制系統(tǒng)的阻尼特性,定義為進(jìn)入 穩(wěn)態(tài)前,穿越的穩(wěn)態(tài)值的次數(shù)的一半,

圖中為N=1.5y(t)y∞穩(wěn)態(tài)誤差essessy0y∞=第49頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二3.1測量算法3.1.1數(shù)字濾波 主要用于克服隨機(jī)誤差，具有高精度、高可靠性、高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，一般不受頻率限制,低頻段和高頻段都可以，特別適合于低頻段。 與模擬濾波器相比，優(yōu)點(diǎn)十分明顯：

1、軟件實現(xiàn)，無須硬件上的各種匹配問題

2、多通道信號輸入，可以共用一個數(shù)字濾波器，降低成本。

3、濾波特性可以通過改變程序或參數(shù)來實現(xiàn)。 非常方便。第50頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二

常用濾波方法包括一階慣性濾波、限幅濾波、中值濾波、算術(shù)平均濾波、滑動平均濾波、加權(quán)滑動平均濾波、復(fù)合濾波和卡爾曼濾波等。

1.一階慣性濾波適合低頻

Yn=aXn+bYn-1;X輸入,Y輸出

2.限幅濾波

Yn={Yn

；當(dāng)

|Yn|-|Yn-1|≤δYn-1；當(dāng)

|Yn|-|Yn-1|>δ

第51頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二3.中值濾波和算術(shù)平均值濾波Y=X1,X2……XNX*;X*X*為X1…XN的中間值Y1N∑Xii=1N=中值濾波算術(shù)平均值濾波第52頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二4.滑動平均濾波和加權(quán)滑動

平均濾波Y1N∑

CiXn-ii=0N=加權(quán)系數(shù)法設(shè)τ設(shè)為控制對象的純滯后時間,則有:δ=1+e-τ

+e-2τ

+e–(n-1)τ

C0=1/δ,

C1=/δ,…

e-τC

N-1=e–(n-1)τ

/δ

第53頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二校正算法零點(diǎn)校正、量程校正、非線性校正等第54頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二3.2控制算法微分方程u(t)

=KPe(t)+1TIe(t)dt+de(t)dtTD0tPID算法，應(yīng)用最為廣泛，最成熟。模擬PID控制算法數(shù)字PID控制算法第55頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二3.2PID控制算法

（1）位置型數(shù)字PID算法（2）增量型數(shù)字PID算法（3）速度型數(shù)字PID算法不完全微分a,理想微分b數(shù)字完全微分c模擬不完全微分d數(shù)字不完全微分第56頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二純微分PID控制算法純微分PID算法為完全微分PID控制算法，微分作用在一個周期內(nèi)完全釋放。純微分PID控制器的傳遞函數(shù)：GC(S)=KP（1+1/TIS+TDS）第57頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二純微分PID方塊圖KPKP/TISKPTDSU(t)e(t)第58頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二思考題31.計算機(jī)控制系統(tǒng)常常采用那些濾波算法?

每種算法適用于何種場合?2.工程中為什么要采用不完全微分PID控制算法?第59頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二第四章多機(jī)通信技術(shù)4.1概述4.2多機(jī)共享存儲區(qū)通信技術(shù)4.3多機(jī)PIO通信技術(shù)4.4標(biāo)準(zhǔn)總線多機(jī)通信技術(shù)4.5多機(jī)SIO通信技術(shù)第60頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二4.2多機(jī)共享存儲區(qū)通信技術(shù)4種基本物理結(jié)構(gòu)形式

(1)總線共享存儲區(qū)結(jié)構(gòu)M1M2M3BCI/OI/OP1P2P3第61頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二(2)矩陣開關(guān)式共享存儲器M1M2M3

矩陣開關(guān)KCI/O1I/O2P1P2P3I/O3第62頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二M1M2MnP1P2PnI/O1I/O2I/On………(3)多端口共用存儲器第63頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二本質(zhì)型和非本質(zhì)型多端口存儲器本質(zhì)型多端口電路復(fù)雜,有兩個以上獨(dú)立訪問的通道,當(dāng)發(fā)生對同一存儲單元‘讀’和‘寫’時,內(nèi)部檢測電路采取“先寫后讀”邏輯,如果是兩個‘寫’,采取“先后排隊”,

以免發(fā)生沖突.第64頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二IDT7132本質(zhì)型雙端口存儲器/CELR/WL/BUSYLA0~A9LI/O0~I/O9L/CERR/WR/BUSYRA0~A9RI/O0~I/O9R第65頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二非本質(zhì)型多端口存儲器

多端口端口選擇控制器P1P2P3第66頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二(4)總線窗口共享存儲器公用及專用存儲器PAPB公用及專用存儲器總線窗口(地址變換)第67頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二3種基本邏輯結(jié)構(gòu)形式虛擬結(jié)構(gòu)信箱結(jié)構(gòu)通信池結(jié)構(gòu)第68頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二虛擬結(jié)構(gòu)

自用與共享結(jié)合,主存與輔存的結(jié)合問題,

程序中使用虛地址,經(jīng)地址變換器變換并映射到實地址.

有兩種常用方法:1.硬件總線窗口

2.智能總線窗口第69頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二信箱結(jié)構(gòu)

邏輯功能單一,自用與共享分開,提供一個較小的共享區(qū)作通信使用.仿效郵政信箱格式,建立分格式邏輯結(jié)構(gòu).第70頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二PC2→PC1信件…PC3→PC1信件PCN→PC1信件PC1→PCN信件…PC2→PCN信件PCN-1→PCN信件PC1信箱N-1個分格

…PCN信箱N-1個分格共享存儲區(qū)信箱結(jié)構(gòu)第71頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二通信池結(jié)構(gòu)

自用與共享分開,共享區(qū)不再分格,存儲容量小,結(jié)構(gòu)簡單,根據(jù)各機(jī)使用要求,

臨時分配使用權(quán).因此,使用權(quán)的分配及管理,比較復(fù)雜.第72頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二4.3多機(jī)系統(tǒng)PIO通信法4.3.1主從式一臺主機(jī),若干臺從機(jī)控制方式中斷、查詢單I/O接口PIO信道雙I/O接口PIO信道第73頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二單I/O接口PIO信道主機(jī)I/OI/OI/O從機(jī)從機(jī)從機(jī)從機(jī)作為外圍設(shè)備看待第74頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二雙I/O接口PIO信道主機(jī)I/OI/OI/O從機(jī)從機(jī)從機(jī)I/OI/OI/OPIO信道第75頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二4.3.2雙機(jī)PIO通信通信協(xié)議異步傳輸數(shù)據(jù)字節(jié)間無啟停包裝,通過握手聯(lián)絡(luò)信號實現(xiàn)傳輸控制.流量控制“應(yīng)答式停-等流控制技術(shù)”與“滑動窗口流控制技術(shù)”.主從方式一次通信總是由主機(jī)發(fā)起.網(wǎng)絡(luò)尋址因沒有地址線,要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具體解決,比較復(fù)雜.第76頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二差錯控制比較緊偶合系統(tǒng),誤碼率低,

一般無須差錯控制總線驅(qū)動距離較遠(yuǎn)時,數(shù)據(jù)和握手線都 要有總線驅(qū)動.高層協(xié)議進(jìn)程之間的連接,靠高層對話層協(xié)議實現(xiàn).發(fā)送方發(fā)送“喚醒字節(jié)”把接收方的接收程序喚醒,實現(xiàn)雙方進(jìn)程的同步第77頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二4.3.3星形結(jié)構(gòu)的多機(jī)PIO系統(tǒng)主從結(jié)構(gòu)只有主機(jī)是共享資源.存取控制方式點(diǎn)名式輪詢法順序查詢請求選擇法中斷第78頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二星型多機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主機(jī)I/OI/OI/O從機(jī)從機(jī)從機(jī)I/OI/OI/OPIO信道第79頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二硬件組成舉例intel8086/RD/WRAD0~AD78255A8255A8255A8051

單片機(jī)

A/DD/A

生產(chǎn)過程8051

單片機(jī)

A/DD/A8051

單片機(jī)

A/DD/A第80頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二通信協(xié)議，非標(biāo)準(zhǔn)，自定義標(biāo)志8類型3最后包1變量序號3大小1正文長度8包序號8正文N校驗8bit第81頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二4.3.4鏈?zhǔn)胶铜h(huán)行結(jié)構(gòu)多機(jī)PIO系統(tǒng)PIOMCUPIOPIOMCUPIOPIOMCUPIO…第82頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二環(huán)行結(jié)構(gòu)三機(jī)容錯系統(tǒng)的

PIO通信三臺主機(jī)每臺機(jī)有兩個雙向PIO口A口為數(shù)據(jù)幀，B口為命令幀輸出采用3選2判決電路第83頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二通信1通信2

主機(jī)1#CPUS-100

總線接口S-100總線存儲器M開關(guān)量接口模擬量接口通信1通信2

主機(jī)2#CPUS-100

總線接口S-100總線存儲器M開關(guān)量接口模擬量接口通信1通信2

主機(jī)3#CPUS-100

總線接口S-100總線存儲器M開關(guān)量接口模擬量接口執(zhí)行機(jī)構(gòu)第84頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二4.4標(biāo)準(zhǔn)總線多機(jī)通信(OEM)[OEM]OriginalEquipmentManufacturer

原設(shè)備生產(chǎn)商(支持多機(jī)系統(tǒng))1.STD標(biāo)準(zhǔn)總線IEEE-961 8位機(jī)56線,16位機(jī)64線，數(shù)據(jù)總線、地址總線、邏輯電源、輔助電源、控制線。2.S-100總線3.Multibus多總線IEEE-796

信息傳輸協(xié)議線、總線仲裁線等共86線.第85頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二Multibus總線定義86線分為6類:

地址線、數(shù)據(jù)線、信息傳送協(xié)議線、總線仲裁線、中斷控制線、共用線。1.地址線：22線，ADR0~ADR19，/INH1、/INH2為地址禁止線。用來禁止同一模塊中的ROM或RAM，避免地址的重疊引起的沖突。第86頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二2.數(shù)據(jù)線(17根)DAT0~DAT15,BHEN線,用來選擇是字節(jié)傳送還是字傳送.3.信息傳送協(xié)議線(5根)/MRDC,存儲器讀命令線

/MWTC,存儲器寫命令線

/IORC,I/O讀命令線

/IOWC,I/O寫命令線

/XACK,應(yīng)答信號線(主-從模板)第87頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二4.中斷控制線(9根) /INT0~/INT7,8跟中斷請求線,0最高

/INTA中斷響應(yīng)線5.總線仲裁線(6根)為支持多機(jī)系統(tǒng)而設(shè)置

/BCLK總線時鐘,與CPU并不同步./BPRN總線優(yōu)先級輸入線

/BPRO總線優(yōu)先級輸出線

/BUSY總線忙

/BREQ總線請求

/CBRQ公共請求第88頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二6.共用線(27根)

地線8,電源14,保留3,及以下2根

INIT初始啟動

CCLK固定時鐘第89頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二Multibus多機(jī)系統(tǒng)的通信機(jī)制Multibus多機(jī)系統(tǒng)中采用了4種通信方法:1.總線共享存儲器通信法2.雙端口共享存儲器通信法3.雙微機(jī)PIO通信法4.雙微機(jī)SIO通信法第90頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二4.4SIO通信法1.總線標(biāo)準(zhǔn)

RS-232C,442,449,4852.常用串行接口芯片

MC-6850,Intel8251,MCS-513.51系列單片機(jī)UART-通用異步收發(fā)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)控制器SCON,數(shù)據(jù)緩沖器SBUF

波特率發(fā)生器T1控制方式中斷或查詢第91頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二51UART內(nèi)部結(jié)構(gòu)

AccSCONSBUFS.RSBUFT1S.RTXDRXD第92頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二51SCON,SBUF寄存器SCON串口控制器

SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISBUF數(shù)據(jù)緩沖器第93頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二波特率計算工作方式:波特率方式0:擴(kuò)展并口fB0=fosc/12方式1:8位數(shù)據(jù)(T1為方式2)fB1=2SMODfosc

/12/32/(28–TH1)方式2:9位數(shù)據(jù)fB2=2SMODfosc/64方式3:9位數(shù)據(jù)fB3=fB1

第94頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二8051串行通信編程舉例

發(fā)送程序試編寫51單片機(jī)UART發(fā)送子程序,查詢方式.發(fā)送數(shù)據(jù)在內(nèi)存30H-5FH中,已知系統(tǒng)時鐘fosc=11.059MHz,采用奇校驗發(fā)送,UART工作模式為3(9位),波特率為9600bps,SMOD=0.第95頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二TPRG:MOVSCON,#11000000b;UART為方式3 MOVTMOD,#00100000b;T1為方式2 MOVTL1,#XL;波特率為9600bps；XL=0fdH MOVTH1,#XH;(XL=XH) SETBTR1;啟動T1工作; MOVR0,#30H;發(fā)送數(shù)據(jù)首地址NEXT:MOVA,@R0;取一個數(shù)據(jù);MOVC,P;奇校驗

CPLC;MOVTB8,C;裝入校驗位;MOVSBUF,A;發(fā)送;JNBTI,$;等待字節(jié)發(fā)送結(jié)束;CLRTI;清除發(fā)送中斷標(biāo)志;INTR0;下一個數(shù)據(jù);CJNER0,#60H,NEXT;是否全部發(fā)完

RET;返回主程;第96頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二異步通信協(xié)議雙機(jī)通信采用的簡單協(xié)議命令幀,、應(yīng)答幀(Y/N)多機(jī)通信請求幀、應(yīng)答幀(Y/N)、信息幀開始字頭#1開始字頭#2命令字長度高位長度低位備用字?jǐn)?shù)據(jù)塊0-64K校驗字符第97頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二多機(jī)網(wǎng)絡(luò)形式雙機(jī)通信點(diǎn)--點(diǎn)多機(jī)通信主從式星型主從式總線型主機(jī)控制方法點(diǎn)名式輪詢請求選擇第98頁，共111頁，2023年，2月20日，星期二思考題4

試編寫51單片機(jī)UART接收子程序,中斷方式.接收數(shù)據(jù)為ASCII碼字符，存放在地址為30H開始的內(nèi)存中，CR為