微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計

微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第1頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計認識項目項目一控制系統(tǒng)的一般設(shè)計思路項目二微型計算機系統(tǒng)項目三單片微型計算機項目四機電一體化技術(shù)系統(tǒng)中的接口技術(shù)微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計實驗項目項目一P1口輸入、輸出實驗項目二8255輸入、輸出實驗項目三AD轉(zhuǎn)換實驗第2頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計認識項目項目一控制系統(tǒng)的一般設(shè)計思路

專用與通用、硬件與軟件的權(quán)衡與抉擇

1.專用與通用的抉擇

專用控制系統(tǒng)：

適合于大批量生產(chǎn)的而且較成熟的機電一體化產(chǎn)品。

通用控制系統(tǒng)：

適合還在不斷改進，結(jié)構(gòu)還不十分穩(wěn)定的產(chǎn)品。

2.硬件與軟件的權(quán)衡

根據(jù)經(jīng)濟性和可靠性的標準權(quán)衡決定。

例：分立元件組成硬件------軟件

利用LSI芯片組成電路-----軟件微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第3頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計

控制系統(tǒng)的一般設(shè)計思路

設(shè)計步驟為：確定系統(tǒng)整體控制方案；確定控制算法；選用微型計算機；系統(tǒng)總體設(shè)計；軟件設(shè)計等。

1、確定系統(tǒng)整體控制方案

（1）應了解被控對象的控制要求，構(gòu)思控制系統(tǒng)的整體方案。

（2）考慮執(zhí)行元件采用何種方式。

（3）要考慮是否有特殊控制要求。

（4）考慮微機在整個控制系統(tǒng)中的作用，是設(shè)定計算、直接控制還是數(shù)據(jù)處理，微機應承擔哪些任務，為完成這些任務，微機應具備哪些功能，需要哪些輸入/輸出通道、配備哪些外圍設(shè)備。

（5）應初步估算其成本。

第4頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計

2、確定控制算法

建立該系統(tǒng)的數(shù)學模型，確定其控制算法。

數(shù)學模型：就是系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學表達式。它反映了系統(tǒng)輸入、內(nèi)部狀態(tài)和輸出之間的數(shù)量和邏輯關(guān)系。

控制算法：所謂計算機控制，就是按照規(guī)定的控制算法進行控制，因此，控制算法的正確與否直接影響控制系統(tǒng)的品質(zhì)，甚至決定整個系統(tǒng)的成敗。

例如：機床控制中常使用的逐點比較法的控制算法和數(shù)字積分法的控制算法；

直線算法：或

圓弧算法：或

直接數(shù)字控制系統(tǒng)中常用的PID調(diào)節(jié)的控制算法；

位置數(shù)字伺服系統(tǒng)中常用的實現(xiàn)最少拍控制的控制算法；另外，

還有各種最優(yōu)控制的控制算法、隨機控制和自適應控制的控制算法。

第5頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計3、選擇微型計算機

（1）較完善的中斷系統(tǒng)

（2）足夠的存儲容量

（3）完備的輸入／輸出通道和實時時鐘

（4）特殊要求：字長、速度、指令

(1、單板機、單片機；

2、可編程控制器；

3、普通PC機；

4、STD總路線控制；

5、工業(yè)控制PC機。)第6頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計4、系統(tǒng)總體設(shè)計

設(shè)計中主要考慮硬件與軟件功能的分配與協(xié)調(diào)、接口設(shè)計、通道設(shè)計、操作控制臺設(shè)計、可靠性設(shè)計等問題。

（1）接口設(shè)計

并行接口（8255A）

串行接口（8251A）

計數(shù)器／定時器（8253/8254）

選用方法：

①選用功能接口板（適用組成較大系統(tǒng)）。

②選用通用接口電路（適用較小的控制系統(tǒng)）。

③用集成電路自行設(shè)計接口電路。

接口設(shè)計包括兩個方面的內(nèi)容：

第7頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計①擴展接口；

②安排通過各接口電路輸入／輸出端的輸入／輸出信號，選定各信號輸入／輸出時采用何種控制方式。如果要采用程序中斷方式，就要考慮中斷申請輸入、中斷優(yōu)先級排隊等問題。

（2）通道設(shè)計

輸入／輸出通道是計算機與被控對象相互交換信息的部件。每個控制系統(tǒng)都要有輸入／輸出通道。

開關(guān)量、數(shù)字量的輸入／輸出比較簡單。

模擬量輸入／輸出通道比較復雜。

第8頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計（3）操作控制臺設(shè)計

一般要單獨設(shè)計一個操作員控制臺。

①有一組或幾組數(shù)據(jù)輸入鍵（數(shù)字鍵或拔碼開關(guān)等），用于輸入或更新給定值、修改控制器參數(shù)或其它必要的數(shù)據(jù)。

②有一組或幾組功能鍵或轉(zhuǎn)換開關(guān)，用于轉(zhuǎn)換工作方式，起動、停止或完成某種指定的功能。

③有一個數(shù)字顯示裝置或顯示屏，用于顯示各狀態(tài)參數(shù)及故障指示等。

④控制板上應有一個“急?！卑粹o，用于在出現(xiàn)事故時停止系統(tǒng)運行，轉(zhuǎn)入故障處理。

第9頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計5、軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)、開發(fā)系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)，通常這些軟件一般不需用戶設(shè)計，對用戶來說，基本上只須了解其大致原理和使用方法就行了。

應用軟件

應采用模塊式結(jié)構(gòu)，盡量把共用的程序編寫成具有不同功能的子程序，如算術(shù)和邏輯運算程序、A/D、D/A轉(zhuǎn)換程序、PID算法程序等。設(shè)計者的任務主要是把這些具有一定功能的子程序進行排列組合，使其成為一個完成特定功能的應用程序。

6、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)：對工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場和模擬裝置進行調(diào)試。

第10頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計1、簡述機電一體化系統(tǒng)控制微機的主要類型

2、高速運行的機床和普通機床如線切割機床分別應選用幾位的微機為佳。

3、如何選擇控制系統(tǒng)類型?課內(nèi)問題第11頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計認識項目微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計項目二微型計算機系統(tǒng)

一、微型計算機的基本構(gòu)成

“微機”是三個概念的統(tǒng)稱：微處理機（微處理器）、微型計算機、微型計算機系統(tǒng)的統(tǒng)稱。

微處理機（Microprocessor）簡稱μP或CPU。它是一個大規(guī)模集成電路（LSI）器件，或超大規(guī)模集成電路（VLSI）器件。

微型計算機（Microcomputer）簡稱uC或MC。它是以微處理機（CPU）為中心，加上只讀存儲器（ROM）、讀寫存儲器（RAM），輸入/輸出接口電路、系統(tǒng)總線及其它支持邏輯電路組成的計算機。

微型計算機系統(tǒng)（MicrocomputerSystem），簡稱MCS。配有系統(tǒng)軟件、外圍設(shè)備、系統(tǒng)總線接口的微型計算機。

第12頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計微型計算機系統(tǒng)硬件組成第13頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計微型計算機系統(tǒng)硬件組成第14頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計二、微型計算機的分類

1、按組裝形式分類

（1）單片機

在一塊集成電路芯片（LSI）上裝有CPU、ROM、RAM以及輸入/輸出端口電路，該芯片就被稱為單片微型計算機，簡稱單片機，有：MCS-48系列、MCS-51系列、MCS-96系列等。

單片機已廣泛應用于家用電器、機電產(chǎn)品、儀器儀表、辦公室自動化產(chǎn)品、機械設(shè)備、機器人等的機電一體化。上至航天器、下至兒童玩具，均是單片機的應用領(lǐng)域。

第15頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計（2）可編程控制器

PLC應用于邏輯控制的簡單事例。輸入信號是由按鈕開關(guān)、限位開關(guān)、繼電器觸點等提供的各種開關(guān)信號，通過接口進入PC，經(jīng)PC處理后產(chǎn)生控制信號，通過輸出接口送給線圈、繼電器、指示燈、電動機等輸出裝置。第16頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計（3）普通PC機

將微型計算機、ROM、RAM、I/O接口電路、電源等組裝在不同的印刷電路板上，然后組裝在一個機箱內(nèi)，再配上鍵盤、CRT顯示器、打印機、硬盤、軟盤驅(qū)動器等多種外圍設(shè)備和足夠的系統(tǒng)軟件，就構(gòu)成了一個完整的微機系統(tǒng)。

如目前國內(nèi)使用較多的IBM-PC（IBM-PCXT、286、386、486、586等）

第17頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計（4）STD總線工業(yè)控制機

其突出特點是：模塊化設(shè)計，系統(tǒng)組成、修改和擴展方便；各模塊間相對獨立，使檢測、調(diào)試、故障查找簡便迅速；有多種功能模板可供選用，大大減少了硬件設(shè)計工作量；系統(tǒng)中可運行多種操作系統(tǒng)及系統(tǒng)開發(fā)的支持軟件，使控制軟件開發(fā)的難度大幅降低。

第18頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第19頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計（5）微型計算機系統(tǒng)

IBM公司的PC總線微機最初是為個人或辦公室使用而設(shè)計的，早期主要用于文字處理或一些簡單的辦公室事務處理。早期產(chǎn)品是基于一塊大底板結(jié)構(gòu)，加上幾個I/O擴充槽。

PC/AT總線的IBM兼容計算機由于價格低廉、使用靈活、軟件資源非常豐富，因而用戶眾多，在國內(nèi)更是主要流行機種之一

推出了PC/AT總線工業(yè)控制機，一般對原有微機作了以下幾方面的改進

（1）機械結(jié)構(gòu)加固，使微機的抗震性好。

（2）采用標準模板結(jié)構(gòu)。

（3）加上帶過濾器的強力通風系統(tǒng)，加強散熱，增加系統(tǒng)抵抗粉塵的能力。

（4）采用電子軟盤取代普通的軟磁盤，使之能適于在惡劣的工業(yè)環(huán)境下工作。

（5）根據(jù)工業(yè)控制的特點，常采用實時多任務操作系統(tǒng)。第20頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計幾種常用的工業(yè)控制計算機的性能比較關(guān)系第21頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計2、按微處理機位數(shù)分類

一位、四位、八位、十六位、三十二位和六十四位等幾種。所謂位數(shù)是指微處理機并行處理的數(shù)據(jù)位數(shù)。

4位機目前多做成單片機。主要用于單機控制、儀器儀表、家用電器、游戲機等。

8位機有單片和多片之分，主要用于控制和計算。

16位機功能更強、性能更好，用于比較復雜的控制系統(tǒng)。它可以使小型機微型化。

32位和64位機是比小型機更有競爭力的產(chǎn)品。稱之為超級微型機。它具有面向高級語言的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有支持高級調(diào)度、調(diào)試以及開發(fā)系統(tǒng)用的專用指令，大大提高了軟件的生產(chǎn)效率。

第22頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計3、按用途分類

分為控制用和數(shù)據(jù)處理用微型計算機。

對單片機來說為通用型和專用型。

通用型單片機，如MCS—51。

專用單片機或稱專用微控制器，是專門為某一應用領(lǐng)域或某一特定產(chǎn)品而開發(fā)的一類單片機。其內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或指令系統(tǒng)都是特殊設(shè)計的（甚至內(nèi)部已固化好程序）。

第23頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計三、程序設(shè)計語言與微機軟件

1、程序設(shè)計語言

程序設(shè)計語言是編寫計算機程序所使用的語言，是人機對話的工具。

目前使用的程序設(shè)計語言大致有三大類，即“機器語言”（machinelanguage）、“匯編語言”（assemblylanguage）、“高級語言”（highlevellanguage）。

2、操作系統(tǒng)

所謂操作系統(tǒng)，就是計算機系統(tǒng)的管理程序庫。

3、程序庫

計算機的可用程序和子程序的集合就是程序庫（或軟件包）。目前，微型計算機積累的程序非常豐富，而且可以通用。而在機械控制領(lǐng)域，由于被控對象（產(chǎn)品）的特殊性較強，其程序庫的形成較難。

第24頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計四、計算機在控制中的應用方式

1、操作指導控制系統(tǒng)

在操作指導控制系統(tǒng)中，計算機的輸出不直接用來控制生產(chǎn)對象。

如：在機械工業(yè)生產(chǎn)的過程中，對各物理參數(shù)進行周期性或隨機性的自動測量，并顯示，打印和記錄結(jié)果供操作人員觀測，對間接測量的參數(shù)或指標進行計算、存貯、分析判斷和處理，并將信息反饋到控制中心，制定新的對策。

在具體的生產(chǎn)過程中對加工零件的尺寸，刀具磨損情況進行測量，并對刀具補償量進行修正，以保證加工的精度要求。第25頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計2、直接數(shù)字控制系統(tǒng)

直接數(shù)字控制DDC（DirectDigitalControl）系統(tǒng)是計算機用于工業(yè)過程控制最普遍的一種方式。第26頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計3、監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)

在監(jiān)督計算機控制SCC（SupervisoryComputerControl）系統(tǒng)中，計算機根據(jù)工藝參數(shù)和過程參量檢測值，并按照所設(shè)計的控制算法進行計算，計算出最佳設(shè)定值后直接傳送給常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器或者DDC計算機，最后由模擬調(diào)節(jié)器或DDC計算機控制生產(chǎn)過程。

SCC系統(tǒng)有兩種類型，一種是SCC+模擬調(diào)節(jié)器，另一種是SCC+DDC控制系統(tǒng)。監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖如圖5-5所示。

（1）SCC+模擬調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)。

（2）SCC+DDC的控制系統(tǒng)。第27頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計(a）SCC＋模擬調(diào)節(jié)器系統(tǒng)；(b）SCC＋DDC系統(tǒng)第28頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計4、分級計算機控制系統(tǒng)

過程控制級為最底層，對生產(chǎn)設(shè)備進行直接數(shù)字控制；車間管理級負責本車間各設(shè)備間的協(xié)調(diào)管理；工廠管理級負責全廠各車間的生產(chǎn)協(xié)調(diào)，包括安排生產(chǎn)計劃、備品備件等；企業(yè)（公司）管理級負責總的協(xié)調(diào)，安排總生產(chǎn)計劃，進行企業(yè)(公司)經(jīng)營方向的決策等。第29頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計

5.直接滲透到產(chǎn)品中形成帶有智能性的機電一體化新產(chǎn)品，如機器人、智能儀器等。

機電一體化系統(tǒng)的微型化、多功能化、柔性化、智能化、安全、可靠、低價、易于操作的特性都是采用微型計算機技術(shù)的結(jié)果，微型計算機技術(shù)是機電一體化中最活躍、影響最大的關(guān)鍵技術(shù)。

第30頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計六、微機應用領(lǐng)域、選用要點及應注意的問題

用微機構(gòu)成機電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）具有以下效果：

①小型化——應用LSI技術(shù)減少了元件數(shù)量，簡化了裝配、縮小了體積；

②多功能化——利用了微機以信息處理能力、控制能力為代表的智能；

③通用性增大——容易用軟件更改和擴展設(shè)計；

④提高了可靠性——用LSI技術(shù)減少了元件、焊點及接線點的數(shù)量，增加了用軟件進行檢測的功能；

⑤提高了設(shè)計效率——將硬件標準化，用軟件適應產(chǎn)品規(guī)格的變化，能大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。

⑥經(jīng)濟效果好——降低了零件費、裝配成本、電源能耗，通過硬件標準化易于實現(xiàn)大量生產(chǎn)、進一步降低成本；

⑦產(chǎn)品（或系統(tǒng)）標難化——硬件易于標準化；

⑧提高了維修保養(yǎng)性能——產(chǎn)品的標準化使維修保養(yǎng)人員易于掌握維修保養(yǎng)規(guī)則，易于運用故障自診斷功能。

第31頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計（1）應用領(lǐng)域

微機的應用范圍十分廣泛，下面僅列舉一些典型應用領(lǐng)域。

①工業(yè)控制和機電產(chǎn)品的機電一體化。生產(chǎn)系統(tǒng)自動化、機床自動化、數(shù)控與數(shù)顯、測溫及控溫、可編程邏輯控制器（PLC）、縫紉機、編織機、升降機、紡織機械、電機控制、工業(yè)機器人、智能傳感器、智能定時器等。

②交通與能源設(shè)備的機電一體化。汽車發(fā)動機點火控制、汽車變速器控制、交通燈控制、爐溫控制等。

③家用電器的機電一體化。洗衣機、電冰箱、微波爐、錄像機、攝像機、電飯鍋、電風扇、照相機、電視機、立體聲音響設(shè)備等。

④

商用產(chǎn)品機電一體化。電子秤、自動售貨（票）機、電子收款機、銀行自動化系統(tǒng)等。

第32頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計⑤儀器、儀表機電一體化。三坐標測量儀、醫(yī)療電子設(shè)備、測長儀、測溫儀、測速儀、機電測試設(shè)備等。

⑥辦公自動化設(shè)備的機電一體化。復印機、打印機、傳真機、繪圖儀、印刷機等。

⑦信息處理自動化設(shè)備。語音處理、語音識別、語音分析、語言合成設(shè)備；圖像分析別設(shè)備；氣象資料分析處理、地震波分析處理設(shè)備。

⑧

導航與控制。導彈控制、魚雷制導、航空航天系統(tǒng)、智能武器裝置等。

第33頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計（2）選用要點

①不同領(lǐng)域可選用不同品種、不同檔次的微機。

②生產(chǎn)系統(tǒng)自動化、機床自動化、數(shù)控機床一般應用八位或十六位微機系統(tǒng)。

③家用電器、商用產(chǎn)品，計算機一般裝在產(chǎn)品內(nèi)，故應采用單片機或微處理器。采用四位或八位微機。

④在要求很高的實時控制及復雜的過程控制、高速運算及大量數(shù)據(jù)處理等場合，如智能機器人、導航系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)應主要使用十六位與三十二位微機。

⑤對一般的工業(yè)控制設(shè)備及機電產(chǎn)品、汽車機電一體化控制、智能儀表、計算機外設(shè)控制、磅秤自動化、交通與能源管理等，多采用八位機。

第34頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計換句話說

①四位機常用于較簡單、規(guī)模較小的系統(tǒng)（或產(chǎn)品）；

②八位機則用于中等規(guī)模的系統(tǒng)；

③十六位與三十二位機及六十四位機主要用于較復雜的大系統(tǒng)；

（3）機電一體化中使用計算機應注意的問題

1）計算機系統(tǒng)的存貯器和通信部件性能/價格比的發(fā)展跟不上處理器的發(fā)展，其結(jié)果是快速的運算系統(tǒng)與慢速的外部設(shè)備的矛盾。

2）人—機接口已成為計算機技術(shù)應用的主要問題，開發(fā)圖形窗口軟件的人—機接口技術(shù)是當前計算機軟件發(fā)展的重要趨勢。

3）軟件的開發(fā)仍然是計算機應用的巨大工作量所在。

七、未來計算機的發(fā)展對機電一體化技術(shù)的影響

第35頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計1.微型計算機的基本硬件其組成部分由哪些總線相聯(lián)。

2、高速運行的機床和普通機床如線切割機床分別應選用幾位的微機為佳。

3.選擇計算機時可單純追求微處理器的速度嗎？

4.隨著速度和字長的增加CPU的成本上升而可靠性卻降低嗎?

5.機電一體化系統(tǒng)中的各組成部分的功能很強，則系統(tǒng)整體也一定能很好協(xié)調(diào)，從而使系統(tǒng)可靠、正常地工作嗎？課內(nèi)問題第36頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計認識項目微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計項目三單片微型計算機一、MCS-51系列單片機配置一覽表：

有EPROM有ROM無54x8位1128字節(jié)805180C51(4K字節(jié))875187C51(4K字節(jié))2x16片內(nèi)RAM片內(nèi)ROM614x8位3x16256字節(jié)875287C52(8K字節(jié))805280C52(8K字節(jié))803280C32IntelMCS-52子系列803180C31IntelMCS-51子系列中斷源串行I/O并行I/O定時器計數(shù)器片內(nèi)存儲器（字節(jié)）系列511521285/61322/3128/25689C51(4K)/89C52(8K)（40條引腳DIP封裝）ATEML89C系列(常用型)第37頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第38頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計MCS-51單片機40腳Vcc,GND2XTAL1,XTAL22RESET1EA/Vpp1ALE/PROG1PSEN1P0.0—P0.78P1.0—P1.78P2.0—P2.78P3.0—P3.78第39頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計Vcc,GND:正電源端與接地端(+5V/3.3V/2.7V)XTAL1,XTAL2:片內(nèi)振蕩電路輸入/輸出端15～45pfx21～12MHz（MCS-51）0～24MHz（Atmel-89C）XTAL1XTAL2也可以由XTAL1端接入外部時鐘，此時應將XTAL2接地：XTAL2XTAL1外部時鐘通常外接一個晶振兩個電容第40頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月Vcc,GND:正電源端與接地端（+5V/3.3V/2.7V)XTAL1,XTAL2:片內(nèi)振蕩電路輸入、輸出端CPU總是按照一定的時鐘節(jié)拍與時序工作：振蕩周期/時鐘周期：

Tc=晶振頻率fosc（或外加頻率）的倒數(shù)狀態(tài)周期：Ts=2個時鐘周期(Tc)（很少用到此概念）機器周期：Tm=6個狀態(tài)周期(Ts)=12個振蕩周期(Tc)指令周期:Ti:執(zhí)行一條指令所需的機器周期(Tm)數(shù)牢牢記住：振蕩周期=晶振頻率fosc的倒數(shù)；1個機器周期=12個振蕩周期；1個指令周期=1、2、4個機器周期微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第41頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月RESET:復位端（正脈沖有效，寬度8mS）復位使單片機進入某種確定的初始狀態(tài)：▼PC值歸零（0000H）；▼各個SFR被賦予初始值（見P.42）：P0～P3=0FFH，Acc=0，B=0，TH0=0，TL0=0，TH1=0，TL0=0，SP=7，PSW=0……▼退出處于節(jié)電工作方式的停頓狀態(tài)、退出一切程序進程、退出程序的死循環(huán)，從頭開始。微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第42頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月寄存器復位狀態(tài)寄存器復位狀態(tài)PC0000HTCON00HA00HT2CON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0~P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUFXXHIE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第43頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月EA/Vpp:尋址外部ROM控制端/編程電源輸入端。低有效，片內(nèi)無ROM時必須接地；片內(nèi)有ROM時應當接高電平；對片內(nèi)ROM編程時編程正電源加到此端。微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第44頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月ALE/PROG:地址鎖存允許/編程脈沖輸入端。P0口尋址外部低8位地址時接外部鎖存器G端；ALE端平時會輸出周期正脈沖：ffosc/6；對片內(nèi)ROM編程時編程脈沖由此端加入。微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第45頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月PSEN：尋址外部程序存儲器時選通外部EPROM的讀控制端（OE）低有效。單片機鎖存器74LS373P0.0-P0.7ALEPSENP2.0-P2.48D8QOEA8-A12A0-A7D0-D7GEAOECEEPROM微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第46頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月P1.0—P1.7:準雙向I/O口（內(nèi)置了上拉電阻）輸出時一切照常，僅在作輸入口用時要先對其寫“1”。21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線Vcc引腳P1.X內(nèi)部上拉電阻單片機的引腳（P1口）微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第47頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線Vcc引腳P1.X內(nèi)部上拉電阻輸出數(shù)據(jù)=1時110截止=1P1.0—P1.7:準雙向I/O口（內(nèi)置了上拉電阻）輸出時一切照常，僅在作輸入口用時要先對其寫“1”。單片機的引腳（P1口）-輸出1微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第48頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線Vcc引腳P1.X內(nèi)部上拉電阻輸出數(shù)據(jù)=0時001=0導通P1.0—P1.7:準雙向I/O口（內(nèi)置了上拉電阻）輸出時一切照常，僅在作輸入口用時要先對其寫“1”。單片機的引腳（P1口）-輸出0微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第49頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月簡單測控實例原理圖微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第50頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月光路通暢，R亮2K光路阻斷，R暗400KR亮<2.2KR暗

>250KP1.3作輸入端口微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第51頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月JOB3:CLRP1.1;亮綠燈REDO:SETBP1.3;P1.3作輸入口必先置1CHECK:JNBP1.3,CHECK;檢測通道是否被阻斷？LOOP:…………;有入侵者，報警！

AJMPREDO;再跳回去檢測任務三：紅外防盜報警R亮<2.2K，紅外線光路通暢時，P1.3端＝低電平R暗>250K，紅外線光路阻斷時，P1.3端＝高電平P1.3口用于輸入狀態(tài)檢測的語句：微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第52頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月P0.0—P0.7:雙向I/O（內(nèi)置場效應管上拉）尋址外部程序存儲器時分時作為雙向8位數(shù)據(jù)口和輸出低8位地址復用口；不接外部程序存儲器時可作為8位準雙向I/O口使用。21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制引腳P0.X34Vcc單片機的引腳（P0口）微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第53頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月21DQCK/Q讀引腳=1讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制引腳P0.X34控制=0時，此腳作輸入口（事先必須對它寫“1”）00100截止截止=0Vcc單片機的引腳（P0口）P0.0—P0.7:雙向I/O（內(nèi)置場效應管上拉）尋址外部程序存儲器時分時作為雙向8位數(shù)據(jù)口和輸出低8位地址復用口；不接外部程序存儲器時可作為8位準雙向I/O口使用。微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第54頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月控制=1時，此腳作地址/數(shù)據(jù)復用口：（1）輸出地址/數(shù)據(jù)=0時21DQCK/Q讀引腳=0讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制=1引腳P0.X341011=0導通截止=0Vcc單片機的引腳（P0口）P0.0—P0.7:雙向I/O（內(nèi)置場效應管上拉）尋址外部程序存儲器時分時作為雙向8位數(shù)據(jù)口和輸出低8位地址復用口；不接外部程序存儲器時可作為8位準雙向I/O口使用。微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第55頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月控制=1時，此腳作地址/數(shù)據(jù)復用口：（2）輸出地址/數(shù)據(jù)=1時21DQCK/Q讀引腳=0讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制=1引腳P0.X341100=1截止導通=1Vcc單片機的引腳（P0口）P0.0—P0.7:雙向I/O（內(nèi)置場效應管上拉）尋址外部程序存儲器時分時作為雙向8位數(shù)據(jù)口和輸出低8位地址復用口；不接外部程序存儲器時可作為8位準雙向I/O口使用。微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第56頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月控制=1時，此腳作地址/數(shù)據(jù)復用口：（3）輸入數(shù)據(jù)時，輸入指令將使引腳與內(nèi)部總線直通21DQCK/Q讀引腳=1讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址/數(shù)據(jù)控制=1引腳P0.X34Vcc單片機的引腳（P0口）P0.0—P0.7:雙向I/O（內(nèi)置場效應管上拉）尋址外部程序存儲器時分時作為雙向8位數(shù)據(jù)口和輸出低8位地址復用口；不接外部程序存儲器時可作為8位準雙向I/O口使用。微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第57頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月P2.0—P2.7:雙向I/O（內(nèi)置了上拉電阻）尋址外部程序存儲器時輸出高8位地址；不接外部程序存儲器時可作為8位準雙向I/O口使用。21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址高8位控制引腳P2.X3內(nèi)部上拉電阻Vcc單片機的引腳（P2口）微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第58頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月21DQCK/Q讀引腳=0讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址高8位控制引腳P2.X控制=0時，此腳作通用輸出口：輸出=1時110截止3內(nèi)部上拉電阻11Vcc=1=0單片機的引腳（P2口）P2.0—P2.7:雙向I/O（內(nèi)置了上拉電阻）尋址外部程序存儲器時輸出高8位地址；不接外部程序存儲器時可作為8位準雙向I/O口使用。微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第59頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月21DQCK/Q讀引腳=0讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址高8位控制引腳P2.X控制=0時，此腳作通用輸出口：輸出=0時001導通3內(nèi)部上拉電阻00Vcc=0=0單片機的引腳（P2口）P2.0—P2.7:雙向I/O（內(nèi)置了上拉電阻）尋址外部程序存儲器時輸出高8位地址；不接外部程序存儲器時可作為8位準雙向I/O口使用。微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第60頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月控制=1時，此腳作高8位地址A8—A15輸出口：當輸出=1時21DQCK/Q讀引腳=0讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址高8位控制=1引腳P2.X10截止3內(nèi)部上拉電阻1=1Vcc=1單片機的引腳（P2口）P2.0—P2.7:雙向I/O（內(nèi)置了上拉電阻）尋址外部程序存儲器時輸出高8位地址；不接外部程序存儲器時可作為8位準雙向I/O口使用。微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第61頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月讀引腳=021DQCK/Q讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線地址高8位控制=1引腳P2.X01導通3內(nèi)部上拉電阻0=0Vcc=0控制=1時，此腳作高8位地址A8—A15輸出口：當輸出=0時單片機的引腳（P2口）P2.0—P2.7:雙向I/O（內(nèi)置了上拉電阻）尋址外部程序存儲器時輸出高8位地址；不接外部程序存儲器時可作為8位準雙向I/O口使用。微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第62頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月P3.0—P3.7:雙功能口（內(nèi)置了上拉電阻）它具有特定的第二功能。在不使用它的第二功能時它就是普通的通用準雙向I/O口。21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線第二功能輸出引腳P3.X3內(nèi)部上拉電阻Vcc第二功能輸入4單片機的引腳（P3口）微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第63頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線第二功能輸出（WR，RD，TxD）引腳P3.X3內(nèi)部上拉電阻Vcc4第二功能輸出時，內(nèi)部自動D=1111反相器單片機的引腳（P3口）P3.0—P3.7:雙功能口（內(nèi)置了上拉電阻）它具有特定的第二功能。在不使用它的第二功能時它就是普通的通用準雙向I/O口。微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第64頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月21DQCK/Q讀引腳讀鎖存器寫鎖存器內(nèi)部總線此端自動＝1引腳P3.X3內(nèi)部上拉電阻Vcc

第二功能輸入（RxD，T0，T1，INT0，INT1）4第二功能輸入時，信號經(jīng)緩沖器4直接進入內(nèi)總線1110截止單片機的引腳（P3口）P3.0—P3.7:雙功能口（內(nèi)置了上拉電阻）它具有特定的第二功能。在不使用它的第二功能時它就是普通的通用準雙向I/O口。微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第65頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月P3口第二功能表（P.35）引腳第二功能P3.0RxD:串行口接收數(shù)據(jù)輸入端P3.1TxD:串行口發(fā)送數(shù)據(jù)輸出端P3.2INT0:外部中斷申請輸入端0P3.3INT1:外部中斷申請輸入端1P3.4T0:外部計數(shù)脈沖輸入端0P3.5T1:外部計數(shù)脈沖輸入端1P3.6WR:寫外設(shè)控制信號輸出端P3.7RD:讀外設(shè)控制信號輸出端微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第66頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月51單片機的8個特殊引腳Vcc,GND:電源端XTAL1,XTAL2:片內(nèi)振蕩電路輸入、輸出端RESET:復位端正脈沖有效（寬度8mS）EA/Vpp:尋址外部ROM控制端。低有效片內(nèi)有ROM時應當接高電平。ALE/PROG:地址鎖存允許控制端。PSEN：選通外部ROM的讀(OE)控制端。低有效微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第67頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月51單片機的4個8位的I/O口P0.0—P0.7:8位數(shù)據(jù)口和輸出低8位地址復用口(復用時是雙向口；不復用時也是準雙向口)P1.0—P1.7:通用I/O口（準雙向口）P2.0—P2.7:輸出高8位地址（用于尋址時是輸出口；不尋址時是準雙向口）P3.0—P3.7:具有特定的第二功能（準雙向口）注意：在不外擴ROM/RAM時，P0～P3均可作通用I/O口使用，而且都是準雙向I/O口(例如:AT89C51)！微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第68頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月P3口第二功能表引腳第二功能P3.0RxD:串行口接收數(shù)據(jù)輸入端P3.1TxD:串行口發(fā)送數(shù)據(jù)輸出端P3.2INT0:外部中斷申請輸入端0P3.3INT1:外部中斷申請輸入端1P3.4T0:外部計數(shù)脈沖輸入端0P3.5T1:外部計數(shù)脈沖輸入端1P3.6WR:寫外設(shè)控制信號輸出端P3.7RD:讀外設(shè)控制信號輸出端微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第69頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計

單片機的系統(tǒng)構(gòu)成：

二、單片機控制系統(tǒng)的組成形式第70頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計最小應用系統(tǒng)是指用一片單片機，加上晶振電路、復位電路、電源與外設(shè)驅(qū)動電路組配成的控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)往往使用片內(nèi)帶有ROM或EPROM作程序存儲器的單片機。

注塑機單片控制系統(tǒng)

1、最小應用系統(tǒng)第71頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計在有些控制系統(tǒng)中，單片機本身硬件資源的限制而需要對它進行擴展，經(jīng)擴展后的單片機控制系統(tǒng)稱為擴展應用系統(tǒng)。

2、擴展應用系統(tǒng)第72頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計（1）基本系統(tǒng)擴展

指對片外EPROM、RAM的擴展。

（2）人—機對話通道擴展

最常用的是鍵盤和顯示器。

（3）前向通道擴展

對被控對象進行數(shù)據(jù)采集或現(xiàn)場參數(shù)監(jiān)視的信息通道稱為前向通道。

第一，被測參數(shù)（如位置、位移、速度、加速度、壓力、溫度等）被傳感器檢測轉(zhuǎn)換成電量后，還需要將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，才能被單片機接受；有的雖已被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，如開關(guān)信號、頻率信號等，但與單片機的數(shù)字電平不匹配，需進一步轉(zhuǎn)換成單片機能接受的TTL數(shù)字信號。

第二，被測參數(shù)較多時，單片機I/O口在數(shù)量上有時不夠用。

前向通道的擴展包括：輸入信號通道數(shù)目的擴展和信號轉(zhuǎn)換兩個技術(shù)處理問題。

（4）后向通道擴展

在單片機系統(tǒng)中，對控制對象輸出控制信息的通道稱為后向通道。在后向通道設(shè)計中，必須解決單片機與執(zhí)行機構(gòu)（如電磁鐵、步進電動機、伺服電功機、直流電動機等）功率驅(qū)動模塊的接口問題，這時也會遇到信號轉(zhuǎn)換、隔離及輸出通道數(shù)的擴展等技術(shù)問題。

第73頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月存儲器擴展芯片

一類是程序存儲器芯片擴展程序存儲器常用的芯片是EPROM（紫外線可擦除型），如2716（2K×8）、2732（4K×8）、2764（8K×8）、27128（16K×8）、27256（32K×8）、27512（64K×8）等。另外，還有+5V電可擦除EEPROM，如2816（2K×8）、2864（8K×8）等等。另一類是數(shù)據(jù)存儲器芯片。常用的靜態(tài)RAM芯片有6116（2K×8位）、6264（8K×8位）、62256（32K×8位）,讀/寫速度高，易于擴展。動態(tài)RAM芯片有2186、2187等集成度高，成本低，功耗相對較低，缺點是需要增加一個刷新電路，附加另外的成本。微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第74頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3-15常用EPROM芯片管腳圖微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第75頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3-17單片機擴展2764EPROM電路微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第76頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3-18單片機擴展27128EPROM電路微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第77頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3-19單片機擴展2732EPROM電路微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第78頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月2764是8K×8位的EPROM，單一+5V供電，工作電流為75mA，維持電流為35mA，讀出時間最大為250ns，DIP28封裝。2764A有13條(A0～A12)地址線，數(shù)據(jù)輸出線O0～O7， 為片選線，為數(shù)據(jù)輸出允許線， 為編程脈沖輸入端，VPP為編程電源，VCC為工作電源。

EPROM2764微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第79頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月擴展2732EPROM電路說明①地址線。擴展片外存儲器時，地址是由P0和P2口提供的。2732的12條地址線（A0～A11）中，低8位A0～A7通過鎖存器74LS373與P0口連接，高4位A8～A11直接與P2口的P2.0～P2.3連接，P2口本身有鎖存功能。注意，鎖存器的鎖存使能端G必須和單片機的ALE管腳相連。②數(shù)據(jù)線。2732的8位數(shù)據(jù)線直接與單片機的P0口相連。因此，P0口是一個分時復用的地址/數(shù)據(jù)線。③控制線。CPU執(zhí)行2732中存放的程序指令時，取指階段就是對2732進行讀操作。注意，CPU對EPROM只能進行讀操作，不能進行寫操作。2732控制線的連接有以下幾條：直接接地：由于系統(tǒng)中只擴展了一個程序存儲器芯片，因此，2732的片選端直接接地，表示2732一直被選中。若同時擴展多片，需通過譯碼器來完成片選工作。：接8031的讀選通信號端。在訪問片外程序存儲器時，只要端出現(xiàn)負脈沖，即可從2732中讀出程序。微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第80頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3-16常用EEPROM管腳圖微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第81頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3-17單片機擴展2817AEEPROM電路

微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第82頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月2817A的寫入過程如下：CPU向2817A發(fā)出字節(jié)寫入命令后，2817A便鎖存地址、數(shù)據(jù)及控制信號，從而啟動一次寫操作。2817A的寫入時間大約為16ms左右，在此期間，2817A的腳呈低電平，表示2817A正在進行寫操作，此時它的數(shù)據(jù)總線呈高阻狀態(tài)，因而允許CPU在此期間執(zhí)行其它的任務。當一次字節(jié)寫入操作完畢，2817A便將線置高，由此來通知CPU。(2)硬件電路圖。單片機擴展2817A的硬件電路圖如圖3-17所示。擴展2817EEPROM電路說明微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第83頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)連線說明：①地址線。圖6.5中，2817A的11條地址線（A0～A10，容量為2K×8位，211=2×1024=2K）中的低8位A0～A7通過鎖存器74LS373與P0口連接，高3位A8～A10直接與P2口的P2.0～P2.2連接。②數(shù)據(jù)線。2817A的8位數(shù)據(jù)線直接與單片機的P0口相連。③控制線。單片機與2817A的控制線連接采用了將外部數(shù)據(jù)存儲器空間和程序存儲器空間合并的方法，使得2817A既可以作為程序存儲器使用，又可以作為數(shù)據(jù)存儲器使用。2817連線說明微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第84頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月——控制程序存儲器的讀操作，執(zhí)行指令的取指階段和執(zhí)行MOVCA,@A+DPTR指令時有效；——控制數(shù)據(jù)存儲器的讀操作，執(zhí)行MOVX@DPTR,A和MOVX@Ri,A時有效；——控制數(shù)據(jù)存儲器的寫操作，執(zhí)行MOVXA,@DPTR和MOVXA,@Ri時有效。在圖6.5中，2817A控制線的連線方法如下：：直接接地。由于系統(tǒng)中只擴展了一個程序存儲器芯片，因此片選端直接接地，表示2817A一直被選中。2817管腳說明微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第85頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月：8031的程序存儲器讀選通信號和數(shù)據(jù)存儲器讀信號經(jīng)過“與”操作后，與2817A的讀允許信號相連。這樣，只要、中有一個有效，就可以對2817A進行讀操作了。也就是說，對2817A既可以看作程序存儲器取指令，也可以看作數(shù)據(jù)存儲器讀出數(shù)據(jù)。：與8031的數(shù)據(jù)存儲器寫信號相連，只要執(zhí)行數(shù)據(jù)存儲器寫操作指令，就可以往2817A中寫入數(shù)據(jù)。：與8031的P1.0相連，采用查詢方法對2817A的寫操作進行管理。在擦、寫操作期間，腳為低電平，當字節(jié)擦、寫完畢時，為高電平。2817管腳說明微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第86頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月其實，檢測2817A寫操作是否完成也可以用中斷方式實現(xiàn)，方法是將2817A的反相后與8031的中斷輸入腳相連。當2817A每擦、寫完一個字節(jié)，便向單片機提出中斷請求。圖4.5中，2817A的地址范圍是0000H～07FFH（無關(guān)的管腳取0，該地址范圍不是惟一的）。(4)2817A的使用。按照圖3-17連接好后，如果只是把2817A作為程序存儲器使用，使用方法同EPROM相同。EEPROM也可以通過編程器將程序固化進去。2817管腳說明微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第87頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3-186116管腳圖6116的管腳與EPROM2716管腳兼容，管腳如圖所示。6264管腳微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第88頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)硬件電路。單片機與6116的硬件連接如圖所示。微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第89頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3-20單片機與6264SRAM的連接微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第90頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月用譯碼法擴展多片E2PROM微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第91頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月6264是8K×8位的靜態(tài)RAM，它采用CMOS工藝制造，單一+5V供電，額定功耗200mW，典型讀取時間200ns，封裝形式為DIP28，管腳如圖6.13所示。其中，A0～A12為13條地址線；I/O0～I/O7為8條數(shù)據(jù)線，雙向；為片選線1，低電平有效；CE2為片選線2，高電平有效；為讀允許信號線，低電平有效；為寫信號線，低電平有效。靜態(tài)RAM芯片6264說明微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第92頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3-21iRAM2186、2187管腳圖微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第93頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月2186/2187片內(nèi)具有8K×8位集成動態(tài)RAM，單一+5V供電，工作電流70mA，維持電流20mA，存取時間250ns，管腳與6264兼容。兩者的不同之處在于2186的引腳1是同CPU的握手信號RDY，而2187的引腳1是刷新控制輸入端REFEN?？觳翆懶痛鎯ζ鳎‵lashMemory）

快擦寫型存儲器是一種電可擦除型、非易失性存儲器，也稱為閃存，其特點是快速在線修改，且掉電后信息不丟失。近年來，F(xiàn)lashMemory大量用來制作存儲器卡（也稱為閃卡），例如，數(shù)碼相機中使用的存儲器卡就是一種閃卡。動態(tài)RAM芯片微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第94頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)可編程I/O擴展芯片①8255：可編程通用并行接口電路，可擴展3×8位并行I/O口。②8243：可編程通用并行接口電路，可擴展4×4位并行I/O口。③8155：編程RAM/IO擴展電路，可擴展2×8位并行口、6位并行口、256×8位靜態(tài)RAM和14位定時/計數(shù)器。④8755：可編程EPROM/IO擴展電路，可擴展2×8位并行I/O口和2k×8位EPROM。⑤8253：可編程定時/計數(shù)器，可擴展3個16位定時/計數(shù)器。⑥8251：可編程串行口電路。⑦8279：可編程鍵盤、顯示器接口電路，可擴展64個鍵（或開關(guān)點）和16位七段數(shù)碼顯示器。微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第95頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3-22簡單I/O口擴展電路微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第96頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月輸出控制信號由P2.0和相“或”后形成。當二者都為0后，74LS273的控制端有效，選通74LS273，P0上的數(shù)據(jù)鎖存到74LS273的輸出端，控制發(fā)光二極管LED，當某線輸出為0時，相應的LED發(fā)光。因為74LS244和74LS273都是在P2.0為0時被選通的，所以二者的口地址都為FEFFH（這個地址不是惟一的，只要保證P2.0=0，其它地址位無關(guān)）。但是由于分別由和控制，因而兩個信號不可能同時為0（執(zhí)行輸入指令，如MOVXA，@DPTR或MOVXA，@Ri時，有效；執(zhí)行輸出指令，如MOVX@DPTR，A或MOVX@Ri，A時，有效），所以邏輯上二者不會發(fā)生沖突。微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第97頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月8155內(nèi)部結(jié)構(gòu) (b)8155引腳配置圖可編程RAMI/O接口芯片8155內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第98頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月AD0~AD7選中寄存器A7A6A5A4A3A2A1A0×××××000內(nèi)部命令寄存器×××××001通用I/O口A寄存器×××××010通用I/O口B寄存器×××××011口C：通用I/O口或控制口×××××100定時/計數(shù)器的低8位寄存器×××××101定時/計數(shù)器的高8位寄存器8155的RAM和I/O口地址編碼微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第99頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月8155的工作方式與基本操作微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第100頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月圖7-138155命令狀態(tài)寄存器格式微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第101頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月表7-48155定時器編程方式及相應的輸出波形M2M1方式定時器輸出波形00110101單方波連續(xù)方波單脈沖連續(xù)脈沖微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第102頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月表7?28155的RAM和I/O口地址分配P2.4P2.3選擇地址00RAME700H～E7FFH(256B)01I/O口EF00H命令口/狀態(tài)口EF01H通用I/O口AEF02H通用I/O口BEF03H口CEF04H計數(shù)值低8位EF05H計數(shù)值高8位和計數(shù)方式圖7?158155和8031單片機接口微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第103頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月1.獨立式按鍵結(jié)構(gòu)鍵盤接口技術(shù)微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第104頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月獨立鍵盤與單片機接口微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第105頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月矩陣鍵盤接口技術(shù)及工作原理微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第106頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月圖7-20定時鍵盤掃描程序框圖矩陣鍵盤工作方式微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第107頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月 (a)管腳圖 (b)共陰極 (c)共陽極圖LED顯示器與通用I/O口的連線MCS-51單片機顯示器接口技術(shù)微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第108頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月圖通過8255A連接的3位LED靜態(tài)顯示器靜態(tài)LED顯示器接口微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第109頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月圖通過8155連接的6位LED動態(tài)顯示電路動態(tài)LED顯示器接口微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第110頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月動態(tài)顯示子程序流程圖微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第111頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月1.8279的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可編程鍵盤/顯示器接口芯片Intel8279微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第112頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月2.8279引腳功能微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第113頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月8279與單片機的接口微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第114頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月圖8×8鍵盤的鍵值與鍵號微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第115頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月2.單片機系統(tǒng)擴展地址譯碼2.單片機系統(tǒng)擴展地址譯碼對擴展芯片進行片選控制片內(nèi)地址選擇

(1)單片機擴展系統(tǒng)地址譯碼規(guī)則。

①單片機一般采用哈佛（Haward）結(jié)構(gòu)，它把程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器的地址空間完全分開，采用不同的尋址方式。例如MCS-51系列，PC指針總是指向程序存儲器的單元，而用DPTR指針指向數(shù)據(jù)存儲器單元。②外圍芯片與數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址，而且必須使用讀、寫控制線。③8位單片機的地址總線寬度為16位，也就是說片外程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器均可直接尋址64k字節(jié)。

(2)地址譯碼方法。地址譯碼的方法有線選法和全地址譯碼法兩種。

①線選法：把地址線直接接到外圍擴展芯片的片選端上，只要該地址線為低電平，相應的芯片就被選中。

②全地址譯碼：當擴展芯片所需的片選線要比可提供的地址線多時，要采用全地址譯碼方式產(chǎn)生片選信號微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第116頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計3.總線驅(qū)動與總線負載當系統(tǒng)擴展所用的外圍芯片較多時，就需要在單片機相應的總線上設(shè)計總線驅(qū)動器，使單片機的總線與外圍擴展芯片通過驅(qū)動器連接起來，而不是直接相連，因為單片機總線的驅(qū)動能力總是有限的，如MCS-5l作為數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線的P0口只能驅(qū)動8個74LSTTL系列的門電路，而其他I/O口僅能驅(qū)動4個74LSTTL電路。另一方面，外圍芯片工作時有一個輸入電流，不工作時也有漏電流存在，因此，過多的外圍芯片可能會加重總線負載，致使系統(tǒng)因驅(qū)動能力不足而不能可靠地工作。采用總線驅(qū)動器后，不管驅(qū)動器后面接多少個集成電路芯片，對單片機來講，相當于每條線只帶動一個LSTTL門電路的負載，而驅(qū)動器在高電平時能驅(qū)動100多個74LSTTL門電路，這就提高了單片機總線的驅(qū)動能力。圖3.13為單片機總線驅(qū)動擴展原理圖。

第117頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計4.編程I/O擴展芯片的應用方法(1)在選用I/O擴展芯片時，必須對該芯片提供的資源及各引腳的含義正確地理解，如8155提供了256字節(jié)RAM、3個并行I/O口及1個定時/計數(shù)器資源。(2)可編程I/O芯片各資源都有地址編碼，這些地址編碼一般采用單片機低8位地址，如8155中PA、PB、PC、計數(shù)器及RAM均有地址定義。對于有復合功能的芯片，其功能選擇引腳也需進行地址編碼，如8155的IO/引腳。(3)各資源均有若干工作方式，如8155并行口有兩種工作方式，定時/計數(shù)器有4種工作方式，并行口還需定義數(shù)據(jù)輸入/輸出的方向等。各資源在某一時刻只能有一種工作方式，并行口的數(shù)據(jù)只有一種流向。

(4)在應用定時/計數(shù)器時，既要向其寫入定時/計數(shù)常數(shù)，又要定義工作方式，然后，再通過命令寄存器啟動定時/計數(shù)。

第118頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.6前向通道接口設(shè)計

1.A/D轉(zhuǎn)換接口技術(shù)

根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換芯片與單片機連接方式以及控制系統(tǒng)的要求，A/D轉(zhuǎn)換采樣的方式主要有以下三種：中斷方式、程序查詢方式、定時采樣方式。

2.開關(guān)信號及頻率信號的接口技術(shù)

微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第119頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月3.5.7后向通道接口設(shè)計后向通道在單片機一側(cè)主要有兩種類型：數(shù)據(jù)總線及并行I/O口。信號形式主要有數(shù)字量、開關(guān)量和頻率量三種

微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第120頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月圖7-37DAC0832引腳圖數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器與單片機接口及應用微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第121頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月

DAC0832的引腳排列 DAC0832結(jié)構(gòu)圖微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第122頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月3.DAC0832與MCS-51的接口設(shè)計（1）單緩沖工作方式圖7-38單極性單緩沖器電路接口圖微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第123頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）雙緩沖工作方式圖7-40工作于雙緩沖方式時DAC0832與8031的連接微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第124頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月AD7542與單片機接口微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計第125頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計二、單片機控制系統(tǒng)設(shè)計要點

單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容主要包括:硬件設(shè)計、應用軟件設(shè)計和系統(tǒng)仿真調(diào)試三個部分。

1、硬件設(shè)計

單片機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計包括：單片機選型、基本系統(tǒng)擴展設(shè)計、I/O口擴展設(shè)計、人一機通道設(shè)計、前向通道接口設(shè)計和后向通道接口設(shè)計等。

在擴展和通道接口設(shè)計中應遵循如下原則：

（1）盡可能選擇典型電路，并且要符合常規(guī)用法。

（2）系統(tǒng)擴展、I/O口擴展要留有一定的裕量。

（3）硬件結(jié)構(gòu)應結(jié)合應用軟件方案一并考慮。

（4）單片機片外電路應與單片機的電氣性能參數(shù)及工作時序匹配。

（5）應十分重視可靠性及抗干擾設(shè)計。

第126頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計選擇可靠性高的元器件、合理分配可靠度、采用通道隔離、電路板合理布局及去耦濾波、設(shè)計自診斷功能等等。

（6）單片機外接電路較多時，必須考慮其負載驅(qū)動能力。

2、軟件設(shè)計

（1）軟件結(jié)構(gòu)清晰、簡捷、流程合理。

（2）各功能程序應采用模塊化編程。

（3）程序存儲區(qū)、數(shù)據(jù)存儲區(qū)規(guī)劃合理。

（4）運行狀態(tài)實現(xiàn)標志化管理。設(shè)置狀態(tài)標志（位或字節(jié)），以便主程序查詢。

（5）軟件抗干擾設(shè)計。

（6）為了提高系統(tǒng)的可靠性，在控制軟件中應設(shè)計自診斷程序。系統(tǒng)在工作運行前先運行自診斷程序，檢查各硬件的待征狀態(tài)參數(shù)是否正常。

第127頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計三、單片機芯片選擇

1、正確選擇單片機芯片的重要性

2、建議選擇單片機芯片時考慮以下因素

（1）要盡可能選擇設(shè)計者較為熟悉，曾經(jīng)接觸過的單片機系列。單片機發(fā)展至今已有二三十余年的歷史，形成約50個系列四百余種機型。

（2）要選擇有豐富的應用軟件、開發(fā)工具及成熟輔助電路支持的單片機系列。

（3）根據(jù)系統(tǒng)性能要求選擇合適的單片機。

目前單片機的產(chǎn)量占全部微機產(chǎn)量的70％以上，其中8位單片機產(chǎn)量占整個單片機的60％以上，而Intel公司的MCS-51在8位單片機市場所占的份額最大，達50％左右。

第128頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計1.MCS-51系列單片機設(shè)有四個并行的I/O口，使用時有哪些特點和分工？簡述各并行I/O口結(jié)構(gòu)特點。

2.說明單片機系統(tǒng)擴展的必要性和主要類型。

3.INTEL公司只讀存儲器EPROM2764芯片的容量是多少？

4.機電一體化中單片機系統(tǒng)擴展的主要類型有哪些？課內(nèi)問題第129頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計認識項目微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計項目四機電一體化技術(shù)系統(tǒng)中的接口技術(shù)一、前向通道接口設(shè)計

將傳感器測量的被測對象信號輸入到單片機數(shù)據(jù)總線的通道為前向通道。前向通道在單片機一側(cè)有三種類型：數(shù)據(jù)總線、并行I/O口和定時/計數(shù)器口。

第130頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計1、A/D轉(zhuǎn)換接口技術(shù)

A/D轉(zhuǎn)換采樣的方式主要有以下三種：中斷方式；程序查詢方式；定時采樣方式。

（1）中斷方式

①接高電平：ICL7109進行連續(xù)轉(zhuǎn)換；

②接低電平：ICL7109進行點轉(zhuǎn)換；

③STATUS端與8031的相連，每完成一次轉(zhuǎn)換便向8031發(fā)出一次中斷請求。

④使能端HBEN/LBEN為“10”時讀低字節(jié)、為“01”時讀高字節(jié)。

第131頁，課件共172頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計算機控制系統(tǒng)及接口設(shè)計ICL7109連續(xù)轉(zhuǎn)換時的轉(zhuǎn)換程序：

ORG0003H

LJMPINT0

ORG××××H；主程序

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