第四章 微机控制系统的选择及接口设计.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,执行元件系统,控制,信息,电子信息处理系统（,CNC,）,动力系统,传感检测系统,机械系统,参数变,化信息,驱动力,能 量,检测参数,构成要素：,五大部分,第四章 微机控制系统的选择及接口设计,第一节 专用与通用的抉择、硬件与软件的权衡,第二节 微机控制系统的设计思路,第三节 微机控制系统的构成与种类,第七节,Z80CPU,的硬件结构特点、存储器及输入输出扩展接口,第八节 单片机的硬件结构特点及其最小应用系统,第九节 数字显示器及键盘的接口电路,由于采用微机作为机电一体化系统或产品的控制器。,控制系统的设计的内容：选用微机、设计接口、控制形式和动作控制方式的问题,第一节,专用与通用的抉择、硬件与软件的权衡,专用控制系统适合于大批量生产的机电一体化产品,。,专用控制系统的设计,:,主要是选用适当的,通用,IC,芯片以及设计其外围电路,来组成控制系统。,对于多品种、中小批量生产的机电一体化产品来说，由于还在不断改进，结构还不十分稳定，特别是对现有设备进行改造时，采用通用控制系统比较合理。,通用控制系统的设计：,主控制微机机型的,合理选择，,设计与其执行元件和检测传感器之间的接口，,编制应用软件。,这实质上就是通过接口设计和软件编制来使通用微机专用化的问题。,1.,专用与通用的抉择,2.,硬件与软件的权衡,在大多数情况下，对于某种功能来说，既可用硬件来实现，又可用软件来实现。,因此，控制系统中硬件和软件的合理组成，通,常要根据,经济性和可靠性,的标准权衡决定。,原则：能采用通用的,LSI,芯片来组成所需的电路的情况下，则最好采用硬件。,特点：,与采用分立元件组成的电路相比，采用软件不需要焊接，并且易于修改，所以采用软件更为可靠。,而在利用,LSI,芯片组成电路时，不仅价廉，而且 可靠性高，处理速度快，因而采用硬件更为有利。,第二节,微机控制系统的设计思路,1,确定系统整体控制方案,首先应了解被控对象的控制要求,，通常，先从系统构成上考虑是采用,开环控制还是闭环控制,，当采用闭环控制时，应考虑采用何种检测传感元件，检测精度要求如何。,其次考虑,执行元件采用何种方式,，是电动、气动还是液动，比较其方案的优缺点，择优而选。,第三要考虑是否有,特殊控制要求,，对于具有高可靠性、高精度和快速性要求的系统,应采取哪些措施。,第四,是,考虑微机在整个控制系统中的作用,，是设定计算、直接控制还是数据处理，微机应承担哪些任务，为完成这些任务，微机应具备哪些功能，需要哪些输入输出通道、配备哪些外围设备。,最后应,初步估算其成本,。通过整体方案考虑，最后画出系统组成的初步框图，附以说明，以此作为下一步设计的基础和依据。,2,确定控制算法（书,P126,）,对任何一个具体微机控制系统进行分析、综合或设计，,首先应,建立该系统的数学模型，确定其控制算法,。所谓数学模型就是系统动态特性的数学表达式。它反映了系统输入内部状态和输出之间的数量和逻辑关系。这些关系式为计算机进行运算处理提供了依据，即由数学模型推出控制算法。所谓计算机控制，就是按照规定的控制算法进行控制，因此，控制算法的正确与否直接影响控制系统的品质，甚至决定整个系统的成败。,由于控制系统种类繁多，控制算法也是很多的，随着控制理论和计算机控制技术的不断发展，控制算法更是越来越多。,在系统设计时，按所设计的具体控制对象和不同的控制性能指标要求，以及所选用的微机的处理能力选定一种控制算法。,选用时应考虑所选定的算法是否能满足控制速度、控制精度和系统稳定性的要求。,当控制系统比较复杂时，控制算法也比较复杂，整个控制系统的实现就比较困难，,为设计、调试方便，可将控制算法作某些合理的简化，忽略某些因素的影响,(,如非线性、小延时、小惯性等,),，在取得初步控制成果后，再逐步将控制算法完善，直到获得最好的控制效果。,3,选择微型计算机,对于给定的任务，选择微机的方案不是唯一的，从控制的角度出发，微机应能满足以下要求：,（,1,）较完善的中断系统,微型计算机控制系统必须具有,实时控制,性能。,实时控制包含两个意思：,一是系统正常运行时的实时控制能力；,二是在发生故障时紧急处理的能力。,常采用中断控制功能,。,（,2,）足够的存储容量,由于微型计算机内存容量有限，当内存容量不足以存放程序和数据时，应,扩充内存,，有时还应配备适当的,外存储器,，如单板机通常都配盒式磁带机，用于在调试阶段暂存程序和数据。单板机可配备,2,8KB,以上的只读存储器，监控程序及调试成功的应用程序都写入只读存储器，实现软件固化。,（,3,）完备的输入输出通道和实时时钟,输入输出通道是外部过程和主机交换信息的通道。根据控制系统不同，有的要求有,开关量输入输出通道,，有的要求有,模拟量输入输出通道,，有的则,同时要求有开关量输入输出通道和模拟量输入输出通道,。对于需要实现外部设备和内存之间快速、批量交换信息的，还应有直接数据通道。,实时时钟,在过程控制中给出时间参数，记录发生事件的时刻。,选择微型计算机除应满足上述几点要求外，从不同的被控制对象角度而言，还应考虑几个特殊要求,（,3,个）,:,1),字长,微处理器的字长定义为,并行数据总线的线数,。字长直接影响数据的精度、寻址的能力、指令的数目和执行操作的时间。,2,）速度,速度的选择与字长的选择可一并考虑。对于同一算法、同一精度要求，当机器的字长短时，就要采用多字节运算，完成计算和控制的时间就会增长。为保证实时控制，就必须选用执行速度快的机器。同理，当机器的字长足够保证精度要求时，不必用多字节运算，完成计算和控制的时间就短，可选用执行速度较慢的机器。,3),指令,一般说来，指令条数越多，针对特定操作的指令就多，这样会使程序量减少，处理速度加快。对于控制系统来说，尤其要求较丰富的逻辑判断指令和外围设备控制指令，通常,8,位微处理器都具有足够的指令种类和数量，一般能够满足控制要求。,选择微机时，还应考虑成本高低、程序编制难易,以及扩充输入输出接口是否方便等因素，从而确定,是选用单片机、单板机，还是选用微型计算机系统。,单片机,:,价格低、体积小,但需要开发系统对其软硬件进行开发。,单板机,:,价格较低、体积较小，但内存容量较小，接口电路少,微型计算机系统,:,微型计算机系统有丰富的系统软件，可用高级语言、汇编语言编程，程序编制和调试都很方便。,但成本较高，当用来控制一个小系统时，往往不能充,分利用系统机的全部功能，抗干扰能力差。,4,）系统总体设计,系统总体设计,主要是对系统控制方案进行具体实施步骤的设计，其主要依据是上述的整体方案初框图、设计要求及所选用的微机类型。通过设计要画出系统的具体构成框图。,一个正在运行的完整的微型计算机控制系统，需要在微机、被控制对象和操作者之间适时地、不断地交换数据信息和控制信息。在总体设计时，要综合考虑硬件和软件措施，解决三者之间可靠的、适时进行信息交换的通路和分时控制的时序安排问题，保证系统能正常地运行。,设计中主要考虑硬件与软件功能的分配与协调、接口设计、通道设计、操作控制台设计、可靠性设计等问题,。,接口设计,接口设计包括两个方面的内容：,一是扩展接口,；,二是安排通过各接口电路输入输出端的输入输出信号，选定各信号输入输出时采用何种控制方式。,如果要采用程序中断方式，就要考虑中断申请输入、中断优先级排队等问题。若要采用直接存储器存取方式，则要增加直接存储器存取,(DMA),控制器作为辅助电路加到接口上。,通道设计,输入输出通道是计算机与被控对象相互交换信息的部件。每个控制系统都要有输入输出通道。一个系统中可能要有开关量的输入输出通道、数字量的输入输出通道或模拟量的输入输出通道。,在总体设计中就应确定本系统应设置什么通道，每个通道由几部分组成，各部分选用什么样元器件等。,开关量、数字量的输入输出比较简单,。开关量输入要解决电平转换、去抖动及抗干扰等问题。开关量输出要解决功率驱动问题等。开关量和数字量的输入输出都要通过前面设计的接口电路。,模拟量输入输出通道比较复杂,。模拟量输入通道主要由信号处理装置,(,标度变换、滤波、隔离、电平转换、线性化处理等,),、采样单元、采样保持器和放大器、,A,D,转换器等组成。模拟量输出通道主要由,D,A,转换器、放大器等组成。,操作控制台设计,微型计算机控制系统必须便于人机联系。通常都要设计一个现场操作人员使用的控制台，这个,控制台一般都不能用微机所带的键盘代替,，因为现场操作人员不了解计算机的硬件和软件，假若操作失误可能发生事故，所以一般要单独设计一个操作员控制台。,5,）软件设计,微机控制系统的软件主要分两大类，即,系统软件和应用软件,。系统软件包括操作系统、诊断系统、开发系统和信息处理系统，通常这些软件一般不需用户设计，对用户来说，基本上只须了解其大致原理和使用方法就行了。而应用软件都要由用户自行编写，,所以软件设计主要是应用软件设计。,应用软件的设计方法有两种，,即,模块化程序,结构化程序,程序模块化设计方法,在进行软件设计时，通常把整个程序分成若干部分，每一部分叫做一个模块。所谓“模块”，实质上就是能完成一定功能、相对独立的程序段。这种程序设计方法就叫做模块程序设计法。,程序结构化设计方法,结构化程序设计方法，给程序设计施加了一定的约束，它限定采用规定的结构类型和操作顺序，因此能编写出操作顺序分明、便于查找错误和纠正错误的程序常用的结构有直线顺序结构、条件结构、循环结构和选择结构。其特点是程序本身易于用程序框图描述，易于构成模块，操作顺序易于跟踪，便于查找错误和测试。,系统调试,微机控制系统设计完成以后，要对整个系统进行调试。,调试步骤为硬件调试 软件调试 系统调试。,硬件调试包括对元器件的筛选及老化、印制电路板制作、元器件的焊接及试验，安装完毕后要经过连续考机运行；软件调试主要是指在微机上把各模块分别进行调试，使其正确无误，然后固化在,EPROM,中；系统联调主要是指把硬件与软件组合起来，进行模拟实验，正确无误后进行现场试验，直至正常运行为止。,第三节,微型计算机的系统构成及种类,1,微型计算机的系统构成,“微机”：微处理器,(,微处理机,),、微型计算机、微型计算机系统的统称。,微处理器,(Microprocessor),简称,CPU,：,它由大规模集成电路,(LSI),器件或超大规模集成电路,(VLSI),器件构成。由数据通道、寄存器、控制逻辑和运算逻辑部件组成，有的器件还含有时钟电路，为器件的工作提供定时信号。,微型计算机,(Microcomputer),简称,MC,：,它是以微处理机,(CPU),为中心，加上只读存储器,(ROM),、,随机存取存储器,(RAM),、,输入输出接口电路、系统总线及其他支持逻辑电路组成的计算机。,微型计算机系统,(Microcomputer system),，简称,MCS,：,配有系统软件、外围设备、系统总线接口的微型计算机。,CPU,、,MC,与,MCS,的关系,微机的基本构成,ROM,通常存储固定程序和数据，,RAM,而输入输出数据和作业领域的数据由存储。,在大多数情况下，对于某种功能来说，既可用硬件来实现，又可用软件来实现。因此，控制系统中硬件和软件的合理组成，通常要根据,经济性和可靠性的标准权衡决定,。,原则：能采用通用的,LSI,芯片来组成所需的电路的情况下，则最好采用硬件。如果,CPU,忙，用硬件；如果,CPU,不忙，用软件。,与采用分立元件组成的电路相比，采用软件不需要焊接，并且易于修改，所以采用软件更为可靠。而在利用,LSI,芯片组成电路时，不仅价廉，而且 可靠性高，处理速度快，因而采用硬件更为有利。,1,、说明设计计算机控制系统时，如何权衡硬件和软件的选择问题？,2,微型计算机的种类,(1),按组装形式分类,按组装形式可将微型计算机分为单片机、单板机和微机系统等。,1),单片机（如下图所示）,在一块集成电路芯片,(LSI),上装有,CPU,、,ROM,、,RAM,以及输入输出端口电路，该芯片就称为单片微型计算机,(SCM-Single Chip Microcomputer),简称单片机。例如,Intel,公司的,MCS48,系列、,51,系列、,96,列等。,目前，单片机已广泛应用于家用电器、机电产品、仪器仪表、办公室自动化产品、机器人等的机电一体化。上至航天器、下至儿童玩具，均是单片机的应用领域。,2),单板机（如下图所示）,在单板机的印制电路板上装有一个十六进制的小键盘和数字显示器,可完成一些简单的数据处理和编辑功能。,优点：,成本低，,用单板机实现机电产品的机电一体化成本低，在机械设备的简易数控、检测设备、工业机器人的控制等领域中得到广泛应用。,以微型计算机（主机）为核心，配上外围设备、电源和软件等，能独立工作的完整计算机。,3),微型计算机系统,按微处理机位数可将微型计算机分为位片,、,4,位、,8,位、,16,位、,32,位和,64,位等机种。所谓位数是指微处理机并行处理的数据位数，即可同时传送数据的总线宽度。,4,位机目前多做成单片机。,即把微处理机、,12KB,的,ROM,、,64128K,B,的,RAM,、,I/O,接口做在一个芯片上，主要用于单机控制、仪器仪表、家用电器、游戏机等中。,8,位机有单片和多片之分,，主要用于控制和计算。,16,位机功能更强、性能更好，用于比较复杂的控制系统,可以使小型机微型化。,32,位和,64,位机是比小型机更有竞争力的产品,。人们把这些产品称为超级微机。它具有面向高级语言的系统结构，有支持高级调度、调试以及,开发系统用的专用指令，大大提高了软件的生产效率。,(2),按微处理机位数分类,微型计算机的组成及其工作原理,主机,微型计算机的组成及其工作原理,CPU,:,实现运算和控制功能的部件，运算器,ALU,、,控制器和寄存器组成。,运算器,:,完成算术和逻辑运算，控制器由指令寄存器、指令译码器和控制电路组成，完成对指令的存取、执行等的控制。,寄存器,:,暂存运算操作数和结果。,存储器,：指内存储器，用来存放程序、操作数和结果。,I/O,口,：控制输入输出设备的接口电路。并行接口，串行接口等。,微型计算机的组成及其工作原理,外设,：输入设备 输出设备,键盘、扫描仪、软硬磁盘、,A/D,转换器等,打印机、绘图仪、,D/A,转换器等,微型计算机的组成及其工作原理,总线,：计算机用来传输信息的一组通讯线,地址总线（,AB-Address Bus),：,用来指定寻址的存储器单元或,I/O,口。单向，成组使用（,8086,有,20,根地址线）。,数据总线（,DB-Data Bus):,用来传递信息的通讯线。双向，成组使用，计算机的位一般是指数据线的宽度（,8086,有,16,根数据线）。,控制总线（,CB-Control Bus):,用以控制计算机各部件协调工作。各自独立，有发出，也有接收。,地址,/,数据复用总线,：,地址总线和数据总线复用，分时传送地址信息和数据信息（由同步信号区分），这样可以节省,CPU,引脚，但外部电路复杂。,第七节,Z80CPU,的结构特点及存储器、输入输出扩展接口,一、,Z80CPU,的,结构特点,Z80 CPU,是一个具有,40,条引脚、双列直插式结构的大规模集成电路,(LSI),芯片。它的引脚配置如右图所示。图中箭头的方向表示该信号是输出还是输入。,Z80 CPU,的引脚功能如右图：,二、总线驱动器,三、存储器,微机控制系统中使用的存储器的分类如下图所示。按其功能可分为随机存取存储器,(RAM),和只读存储器,(ROM),两大类。,存储器的组合：,当需要的存储器的位数较多，现在只有位数较少的存储芯片时，需将存储器并联或串联连接组成多位数存储器。,例：需要,16,位,8192,个存储器，现有,1,位,*,4096,，,4,位,*,1024,，和,8,位,*,1024,的芯片，配置如下：,4096,4096,1,位,*,4096,芯片,.,32,片,第,1,列,第,16,列,4096,4096,.,第,4096,个,第,1,个,.,第,8192,个,第,4097,个,.,1024,1024,4,位,*,1024,芯片,.,32,片,第,1,列,第,4,列,1024,1024,.,第,1024,个,第,1,个,.,第,8192,个,第,1025,个,.,1024,1024,8,位,*,1024,芯片,.,第,1,列,第,2,列,第,512,个,第,1,个,第,513,个,1024,1024,.,.,.,16,片,1024,1024,.,第,8192,个,1024,1024,.,.,8,行,8,行,2,行,列满足位数；行满足存储个数。,2716EPROM,：,只读：工作时，数据单向输出；,编程状态：数据输入。,2716EPROM,功能表,静态,RAM2114,静态,RAM6116,和,6264,四、输入输出接口,PPI(Programmable,Peripheral Interface)8255,芯片具有可按照程序指定进行数据输入或输出的,三个独立的端口,A,、,B,、,C,，,每个端口都是,8,位,，其引脚配置见下图所示。,通常，,A,或,B,端口为输入、输出数据端口；而,C,端口作为控制或状态信息的端口,。它在“状态”字控制下，可以分成两个,4,位的端口，每个端口均有锁存器，分别与,A,端口或,B,端口配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。,PPl8255,芯片的,工作方式是通过,CPU,的控制字来指定的,。在,PPI,内有控制寄存器，接受来自,CPU,输出的控制字。端口,C,是按照控制字来实现每一位的“复位”与“置位”控制的。,1.PPI8255,芯片使用简介,IORQ RD WR RD WR,0 0 1 0 1,读数据,0 1 0 1 0,写数据,1 0 0 1 1,无操作,1 1 0 1 1,无操作,单片机端,8255,端,A,B,C,2.I/O,寻址方法,（,端口 的选择,）,8255,有三种工作方式：,0,方式：基本输入输出方式，可分别将,A,、,B,、,C,设为输入输出使用；,1,方式：选通控制方式，,A,、,B,用于输入输出，端口,A,由端口,C,（高,4,位）,控制；,端口,B,由端口,C,（低,4,位）控制；,2,方式：双向选通输入输出方式，只能使用,A,口，且端口,A,由端口,C,控制。,3,、实现片选的方法,3,、实现片选的方法,I/O,地址码见,P154,回顾上节课的内容,1.,总线驱动器的作用是什么？,8216,的,1,号 引脚有什么作用？可以进行几位数据的输入输出？,二、总线驱动器,2.2716,是何种类型的存储器，有几位数据，存储空间为多少字节？需要多少地址线进行寻址？,3.74LS138,译码器的作用？,A,B,C,三个引脚的作用是什么？,3.74LS138,译码器的作用？,五、,Z80CPU,的存储器及,I/O,口扩展举例,数据总线如何连接,地址总线如何连接（如何用译码器选片）,控制总线如何连接（关键控制引脚）,各存储器与外设的地址如何分配,关键问题,：,第八节 单片机的结构特点及其最小应用系统,第八节,单片机的结构特点及其最小应用系统,一、,MCS-51,系列单片机的结构特点,MCS-51,系列单片机包括,805l,、,8751,和,8031,三种产品，其硬件设计简单灵活。,8051,片内有,4KB,的,ROM,用户将已开发好的程序交给芯片制造厂商，在制造芯片时用掩膜工序将用户程序写入,ROM,。显然用户本身是无法将自己的程序写入,8051,芯片的。程序一经写入片内,ROM,，用户也无法改变程序。所以,8051,用在批量较大,(1000,片以上,),时，经济上才合算。,8751,片内有,4KB,的,EPROM,用户可以用高压脉冲将用户程序写入片内,EPROM,。,所以当用户的程序不长时使用这种芯片可简化电路，也可以作为开发系统片内,8051ROM,单片机的代用芯片。,由于,EPROM,可通过照射紫外光线抹去原有程序进行改写，所以这类芯片也可用于程序的开发工作。,8031,芯片内,无,ROM,或,EPROM,，,使用时必须配置外部的程序存储器,EPROM,如不使用,805l,或,8751,芯片片内的,ROM,或,EPROM,即可将其作为,8031,芯片使用。,这三种引脚相容的产品均可寻址,64KB,的外部程序存储器和,64KB,的外部数据存储器。,二、,MCS-51,系列单片机的引脚及功能,二、,MCS-51,系列单片机的引脚及功能,:,二、,MCS-51,系列单片机的引脚及功能,:,MCS-51,单片机片外总线配置,地址总线：,P2,口,（高,8,位,A15,A8,）和,P0,口,（低,8,位,A7,A0,）,可寻址,64KB,。,数据总线：,P0,口,（,D7,D0,）,控制总线：,ALE,、,PSEN,、,WR,、,RD,8051,地址,锁存器,ALE,PSEN,WR,RD,地址总线,数据总线,控制总线,P2,P0,三、,MCS-5l,系列单片机的最小应用系统及其扩展,三、,MCS-5l,系列单片机的最小应用系统及其扩展,程序存储器的作用,-,存放程序代码或常数表格,扩展时所用芯片,-,一般用只读型存储器芯片（可以是,EPROM,、,E,2,PROM,、,FLASH,芯片等）。,扩展电路连接,-,用,EPROM 2764,扩展程序存储器。,存储器地址分析,-,究竟单片机输出什么地址值时，可以指向存储器中的某一单元。,1,、程序存储器的扩展,2764-8K EPROM,2764,引脚功能,A0,A12,地址线,CE,选片,OE,读,D0,D7,数据线,V,PP,A12,A7,A6,A5,A4,A3,A2,A1,A0,D0,D1,D2,GND,Vcc,PGM,N.C,A8,A9,A11,OE,A10,CE,D7,D6,D5,D4,D3,2764,扩展时所用芯片,1,编程脉冲输入,PGM,编程电源,Vpp,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,G,74LS373,GND,+5V,OE,Q7,Q6,Q5,Q4,Q3,Q2,Q1,Q0,扩展时所用芯片,2,373,引脚功能,D0,D7,数据输入,OE,输出允许,G,数据输出,Q0,Q7,使能端,当,OE=0,，,G=1,时，,输出,Q=,输入,D(,透明,),；,当,OE=0,，,G=0,时，,输出,Q,端不变（锁存）；,当,OE=1,，,输出高阻态。,扩展电路连接,扩展电路图,单片机,8031,P2.0,:,.,A8,.,.,.,ALE,PSEN,74LS,373,G,2764,A7,.,.,A0,O0,.,.,O7,P0.0,:,P0.7,OE,CE,Q0,.,.,Q7,D0,.,.,D7,8031,2764,数据总线的连接：,P0.0-P0.7,（,数据总线）,-O0-O7,地址总线的连接：,P0.0-P0.7,（,地址总线低,8,位）,-,A0-A7,P2.0-P2.4,（,地址总线高,8,位中的,5,位）,-A8-A12,控制总线的连接：,PSEN,（,程序存储器允许，即读指令）,-OE,ALE,（,地址锁存允许）,-,接,373,的使能端,G,经过锁存器,373,A12,P2.4,从外存取指令时序图,一个机器周期,ALE,PSEN,P2,P0,地址,A8A12,地址,A8A12,A0A7,A0A7,指令码,指令码,373 Q=D,373 G=0,锁存,OE=0,读,一个机器周期,ALE,PSEN,P2,P0,地址,A8,A12,地址,A8A12,A0,A7,A0,A7,指令码,指令码,单片机,8031,P2.0,:,.,A8,.,.,.,ALE,PSEN,74LS,373,G,2764,A7,.,.,A0,O0,.,.,O7,P0.0,:,P0.7,OE,CE,Q0,.,.,Q7,D0,.,.,D7,A12,P2.4,存储器地址分析,-,究竟单片机输出什么地址值 时，可以,指向存储器中的某一单元。,8031,P2.4,P2.0 P0.7,P0.0,选中单元,(,2764,A12,A11 A10 A9 A8,A7 A6 A5 A4,A3 A2 A1 A0),0,0 0 0 0,0 0 0 0,0 0 0 0,（,0000H,）,0,0,0 0 0 0,0 0 0 0,0 0 0 1,（,0001H,）,1,0,0 0 0 0,0 0 0 0,0 0 1 0,（,0002H,）,2,0,0 0 0 0,0 0 0 0,0 0 1 1,（,0003H,）,3,0,0 0 0 0,0 0 0 0,0 1 0 0,（,0004H,）,4,.,1,1 1 1 1,1 1 1 1,1 1 1 1,（,1FFFH,）,8K-1,可见，当单片机输出地址,0000H-1FFFH,时，选中,2764,的,0-8K-1,号单元，即按照上面电路扩展的存储器的地址范围是,0000H-1FFFH,（,共,8K,字节）。,数据存储器的作用,-,存放数据，可改写,扩展时所用芯片,-,一般用静态读写型存储器芯片,SRAM,，,也可以用,E,2,PROM,、,FLASH,芯片等,扩展电路连接,-,用,SRAM 6264,扩展程序存储器,。,存储器地址分析,-,究竟单片机输出什么地址值时，可以指向存储器中的某一单元,。,2,、数据存储器的扩展,扩展时所用芯片,6264-8K SRAM,6264,引脚功能,A0,A12,地址线,CE,选片,OE,读,D0,D7,数据线,N.C,A12,A7,A6,A5,A4,A3,A2,A1,A0,D0,D1,D2,GND,Vcc,WE,CS,A8,A9,A11,OE,A10,CE,D7,D6,D5,D4,D3,6264,写,WE,扩展电路连接,扩展电路,数据,总线的连接：,P0.0-P0.7,（,数据总线）,-D0-D7,地址,总线的连接：,P0.0-P0.7,（,地址总线低,8,位）,-,A0-A7,P2.0-P2.4,（,地址总线高,8,位中的,5,位）,-A8-A12,控制,总线的连接：,RD,（读外部数据,）,-OE,WR,（写外部数据）,-WE,ALE,（,地址锁存允许）,-,接,373,的使能端,G,经过,373,A8,6264,WE,单片机,8031,P2.0,:,.,A8,.,.,ALE,RD,74LS,373,G,A7,.,.,A0,P0.0,:,P0.7,OE,CE,Q0,.,.,Q7,D0,.,.,D7,A12,P2.4,WR,8031,6264,读,外部数据,RAM,时序图,一个机器周期,ALE,PSEN,P2,P0,地址,A8,A12,A0A7,三态,数据,D0,D7,入,RD,一个机器周期,ALE,PSEN,P2,P0,地址,A8,A12,A0A7,数据,D0,D7,出,WR,写,外部数据,RAM,时序图,一个机器周期,ALE,PSEN,P2,P0,地址,A8A12,A0A7,三态,数据,D0D7,入,RD,读外部数据,RAM,时序图,单片机,8031,P2.0,P2.1,P2.2,A8,A9,A10,ALE,RD,74LS,373,G,6264,A7,A6,A5,A4,A3,A2,A1,A0,O0,O1,O2,O3,O4,O5,O6,O7,P0.0,P0.1,P0.2,P0.3,P0.4,P0.5,P0.6,P0.7,OE,CE,Q0,Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,WE,WR,P2.7,P2.3,P2.4,A11,A12,存储器地址分析,-,究竟单片机输出什么地址值时，以,指向存储器中的某一单元。,8031,P2.7,P2.4,P2.0,P0.7,P0.0,选中单元,(,6264,CE A12,A11,A8,A7 A6 A5 A4,A3 A2 A1 A0),0 X X 0,0 0 0 0,0 0 0 0,0 0 0 0,（,0000H,）,0,0 X X 0,0 0 0 0,0 0 0 0,0 0 0 1,（,0001H,）,1,0 X X 0,0 0 0 0,0 0 0 0,0 0 1 0,（,0002H,）,2,0 X X 0,0 0 0 0,0 0 0 0,0 0 1 1,（,0003H,）,3,0 X X 0,0 0 0 0,0 0 0 0,0 1 0 0,（,0004H,）,4,.,0 X X 1,1 1 1 1,1 1 1 1,1 1 1 1,（,1FFFH,）,8K-1,可见，,当单片机输出地址,0000H1FFFH,时，选中,6264,的,08K-1,号单元，即按照上面电路扩展的存储器的地址范围是,0000H1FFFH,（,共,8K,字节）。,请注意,，与扩展程序存储器相比较，有以下不同点：,.,存储器芯片为可读可写的静态,RAM,芯片，有读写控制引脚,OE,和,WE,。,.,单片机输出的对数据存储器的读写控制信号分别是,RD,（,而不再是读程序存储器时的,PSEN,）和,WR,。,3,、,8031,输入,/,输出口的扩展,第九节,数字显示器及链盘的接口电路,一、数字显示器的结构及其工作原理,单片机应用系统中，常使用,LED(,发光二极管,),、,CRT,显示器和,LCD(,液晶显示器,),等作为显示器件。其中,LED,和,LCD,成本低、配置灵活、与单片机接口方便，故应用广泛。,数码显示器是单片机应用产品中常用的廉价输出设备。它是由若干个发光二极管组成的。当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发亮。控制不同组合的二极管导通，就能显示出各种字符。常用七段显示器的结构如下图所示。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极显示器。这种笔画式的七段显示器，能显示的字符数量较少，但控制简单、使用方便。,通常的七段,LED,显示块中有八个发光二极管，故也有人称之为八段显示块。其中七个发光二极管构成七笔字形“,8”,。一个发光二极管构成小数点。七段显示块与单片机接口非常容易。只要将一个,8,位并行输出口与显示块的发光二极管引脚相连即可。,8,位并行输出口输出不同的字节数据即可获得不同的数字或字符。通常将控制发光二极管的,8,位字节数据称为段选码。共阳极与共阴极的段选码互为补数。,显示器有静态和动态两种方法：,1.,静态显示,就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定地导通或截止。例如七段显示器的,a,、,b,、,c,、,d,、,e,、,f,导通，,g,截止，显示,0,。这种显示方式每一位都需要一个,8,位输出口控制，三位显示器的接口逻辑如下图所示。,2.,动态显示,动态显示就是一位一位地轮流点亮各位显示器,(,扫描,),。对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。显示器的亮度既与导通电流有关，也和点亮时间与间隔时间的比例有关。调整电流和时间参数，可实现亮度较高较稳定的显示；若显示器的位数不大于,8,位，则控制显示器公共极电位只需一个,8,位并行口,(,称为扫描口,),。控制各位显示器所显示的字形也需一个共用的,8,位口,(,称为段数据口,),。,8,位共阴极显示器和,8155,的接口逻辑如下图所示。,DSEG：DB,3FH，06H，5BH，4FH，66H，,“0”“1”“2”“3”“4”,6DH，7DH，07H，7FH，6FH，77H，,“5”“6”“7”“8”“9”“A”,7CH，39H，5EH，79H，71H,“B”“C”“D”“E”“F”,如：,3FH:0 0 1 1 1 1 1 1,3 F,7FH,：,0 1 1 1 1 1 1 1,7 F,二、键盘、显示器的接口电路,1.,键盘工作原理,行列式键盘电路原理如下图所示，按键设置在行、列线交点上，行、列线分别,连接到按键开关的两端。当行线通过上拉电阻接,+5V,时，被嵌位在高电平状态。键,盘中有无按键按下是由列线送入全扫描字、行线读入行线状态来判断的。其方法是：,给列线的所有,I/O,线均置成低电平，然后将行线电平状态读入累加器,A,中。如果有键,按下，总会有一根行线电平被拉至低电平，从而使行输入不全为,l,。,例如：,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,0 1 1 1 0 1 1 1,7 7,H,D,7,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,D,0,0 1 1 1 1 0 1 1,7 B H,2.,键盘工作方式,单片机应用系统中，键盘扫描只是,CPU,工作的一个内容之一。,CPU,在忙于各项工作任务时，如何兼顾键盘扫描，即既保证不失时机地响应键操作，又不过多占用,CPU,时间。,因此，要根据应,用系统中,CPU,的忙、闲情况，选择好键盘的工作方式。键盘的工作方式有编程扫描方式、定时扫描方式和中断扫描方式三种。这里仅简单介绍一下编程扫描方式。,编程扫描工作方式是利用,CPU,在完成其他工作的空闲，调用键盘扫描子程序，来响应键输入要求。在执行键功能程序时，,CPU,不再响应键输入要求。,下面以下图的,8155,扩展,I/O,口组成的行列式键盘为例，介绍编程扫描工作方式的工作过程与键盘扫描子程序流程。在该键盘中，键值与键号相一致，依次排列为,03l,，,共,32,个键，由,1,个,8,位口和,1,个,4,位口组成,48,的行列式键盘。在键盘扫描子程序中完成下述几个功能：,（,1,）判断键盘上有无键按下。其方法为：,PA,口输出全扫描字,00H,，,读,PC,口状态，,PC,0,PC,3,为全,l,，,则键盘无键按下，若不全为,1,，则有键按下。,（,2,）去键的机械抖动影响。其方法为，在判断有键按下后，软件延时一段时间再判断键盘状态，如果仍为有键按下状态，则认为有一个确定的键按下，否则按键抖动处理。,例 如：,FEXE,：,“,0,”,键,PA,7,PA,6,PA,5,PA,4,PA,3,PA,2,PA,1,PA,0,1 1 1 1 1 1 1 0,PC,7,PC,6,PC,5,PC,4,PC,3,PC,2,PC,1,PC,0,X,1 1 1 0,FDXE,：,“,1,”,键,PA,7,PA,6,PA,5,PA,4,PA,3,PA,2,PA,1,PA,0,1 1 1 1 1 1 0 1,PC,7,PC,6,PC,5,PC,4,PC,3,PC,2,PC,1,PC,0,X,1 1 1 0,（,3,）,求按下键的键号。按照行列式键盘工作原理，在“,8155,扩展,I/O,口组成的行列式键盘”的图中,32,个键的键值应对应作如下分布,(PA,、,PC,口为二进制码，,X,为任意值,),：,FEXE FDXE FBXE F7XE EFXE DFXE BFXE 7FXE,FEXD FDXD FBXD F7XD EFXD DFXD BFXD 7FXD,FEXB FDXB FBXB F7XB EFXB DFXB BFXB 7FXB,FEX7 FDX7 FBX7 F7X7 EFX7 DFX7 BFX7 7FX7,其相对应的键号如图中所示。这种顺序排列的键号按照行首键,号与列号相加的办法处理，每行的行首键号依次为：,0,，,8,，,16,，,24,，列首依列线顺序为,07,。在上述键值中，从零电平对应的位,可以找出行首键号与相应的列号。,（,4,）键闭合一次仅进行一次功能操作其方法为，等待键释放以后再将键号送入累加器,A,中。,右图为键扫描子程序框图。编程扫描工作方式只有在,CPU,空闲时才调用键盘扫描子程序。因此，在应用系统软件方案设计时，应考虑这种键盘扫描子程序的编程调用应能满足键盘响应要求。,第十节,微机应用系统的输入输出控制的可靠性设计,微机应用系统的输入输出是通过硬件电路和软件共同完成的。对其硬件电路的要求是：能够可靠地传递控制信息，并能够输入有关运动机构的状态信息；能够进行相应的信息转换，以满足微机对输入输出信息的转换要求，如,D/A,、,A/D,转换，并行数字量转换成串行电脉冲、电平的转换与匹配，电量与非电量之间的转换，弱电与强电的转换以及功率的匹配等；应具有较强的阻断干扰信号进入微机