毕业设计电炉温度微机监控系统.doc

毕业设计、毕业论文题 目 电炉温度微机监控系统 学 院 电气与电子工程学院 专业班级 060307 指导教师 姓 名 2010年 6 月 9 日摘要此题目系在学校立项，已验收实验室建设项目，电炉温度微机监控系统电气控制部分的设计要求，是完成控制硬件输入/输出通道、加热炉主回路、控制电路、保护电路、电源电路和显示电路等单元回路设计，主要实现的功能为：加热功能、定温功能、定时功能、温度检测功能、报警显示。该系统加热功率为1000w，温度控制功能，在上位计算机设定的时间和温度值，实现0300摄氏度调节。同时系统还具有超温报警功能，数码显示功能。该系统覆盖了多门理论知识。通过此次设计对微型计算机控制技术、微机接口技术、电力电子技术和自动控制原理理论等专业知识的综合应用，提高了计算机文字处理和辅助设计能力、硬件设计能力、软件设计能力以及程序调试能力。关键词 pid控制；控制算法；参数整定title furnace temperature control system computer abstractthe subject line in the school project, laboratory projects, computer monitoring system of electric furnace temperature control part of the design is complete control of hardware input / output channels, furnace main circuit, control circuit, protection circuit, power circuit and display circuit unit circuit design, main features are: heating, constant temperature function, timing, temperature detection, alarm display. the system is a heating power of 1000w, temperature control, the host computer to set the time and temperature, adjusted to achieve 0-300 degrees celsius. system also has the over temperature alarm, digital display of the system covers more than theoretical knowledge portal. through the design of micro-computer control technology, computer interface technology, power electronics technology and automatic control theory the integrated application of professional knowledge and improve word processing and computer aided design capabilities, hardware design capability, software design capabilities and program debugging capabilities . keywords：pid control; control algorithm; parameter tuning目 录1 概述11.1选题背景11.2 方案论证11.3 控制系统组成12 硬件环境及接口电路设计42.1 上位计算机戴尔dimension 910042.2 串行口扩展42.3 下位计算机std 5088 cpu工控机52.3.1 8088 cpu(v20)112.3.2 8253可编程定时器122.3.3 8259中断管理器132.3.4 8250异步通信适配器142.4 总线规范162.5 pci总线电气规范182.6 a/d转换222.7 温度变送器312.8 全数字移相触发交流调压电路353 软件环境及程序设计383.1 visual basic程序设计语言383.2 voice-pilot语音命令生成软件393.3 turbo-c程序设计语言393.4上位计算机程序设计403.5 下位计算机程序设计424 控制算法及实验结论444.1pid控制算法444.2 预给定pid474.3 pid参数整定48致 谢51参考文献52附 录54附录 a：上位计算机程序清单54附录 b：下位计算机程序清单721 概述1.1选题背景 现在工业的生产规模越来越大，过程越来越复杂，相应的自动化程度越来越高。常规的控制仪表和逻辑装置在处理随机控制、最优控制和多变量控制等方面能力极其有限，这些问题只有采用计算机控制技术才能解决。现在的计算机技术突飞猛进的发展，已使计算机在工业领域中的应用相当普及。面对这种社会需求的教学任务，我院计算机控制系统实验室在近几年的建设中已初具规模。但现在开设的几门实验都是计算机应用的基础实验。还没有组成完整的计算机控制的系统实验。1.2 方案论证本题目计算机控制实验系统是我院计算机控制系统实验室的建设项目。在我的导师柳清蕴老师近一学期耐心指导下，我在电炉温控部分基本调试完毕。整个题目的方案确定及软硬件环境的选择，都是基本与教学紧密结合及充分利用我院实验室现有设备的基础上。在设计过程中，从硬件到软件每一处都为这套实验系统再开发提供了友善的接口，能很方便地增加控制算法及控制单元，并将最终扩充成为一个集散控制系统等雏形。同时在这次设计中，把计算机应用的两个先进技术引入到工业控制领域。windows软体平台应用；多媒体语音合成识别。1.3 控制系统组成计算机控制实验系统由一台上位计算机及多台下位计算机组成，如图（图1-1）上位计算机作为控制信息的集中管理，下位计算机作为控制算法的实现。下位计算机初步定为这样四个单元：电炉温度控制单元，流量、压力、液位控制单元，直流电机调速单元，交流电机调速单元。本次论文只讨论电炉温度控制单元。上位计算机为戴尔dimension 9100。它丰富的系统资源配合windows软体平台实现了功能强大的多任务管理系统，并提供了优质的图形界面。戴尔dimension 9100独有语音处理电路使这套系统具有了新的生命力。为了与多台下位计算机通讯（实验室大多计算机都只有rs-232串行口），上位计算机又扩充了一块rs-232串行口卡。通过串行口卡与每一台下位计算机通讯实现集中管理。下位计算机电炉温度控制单元采用std总线工业控制计算机std 5088/v20系统。被控对象是一台食品电烤炉。前向通过采用晶闸管全数字移相触发调压电路。直接控制电炉的电压来调节加热功率。后向通道采用wzp-320铂电阻作温度传感器，dbw-130温度变送器，icl7109 12位a/d转换。电炉温度控制单元功能为：（1） 任意曲线温度给定（2） 历史温度，控制电压曲线纪录（3） 实时控制参数整定（4） 控制算法：pid（5） 三种控制选择：暂停，手动控制，pid控制（6） 语音操作提示：语音命令温度指标：（已在pid算法调试达到）（1） 控温范围：0到300摄氏度（2） 稳态精度：0.5摄氏度（3） 过渡过程时间：11分钟（开环控制为56分钟）（4） 阶跃给定超调：5摄氏度（5） 爬坡给定超调：5摄氏度计算机控制实验系统框图如图（图1-1）所示：2 硬件环境及接口电路设计2.1 上位计算机戴尔dimension 9100戴尔dimension 9100配备了intel最新的pentium d820双核心64位处理器，此款处理器采用lga775接口，主频为2.8ghz，提供高达1mb的二级缓存，前端总线为800mhz，支持em64t、enhanced speedstep和execute disable bit技术。再配合intel 945p主板可充分的发挥该cpu的性能。不仅如此，dell还为dimension 9100配备了4条ddr2-667 512mb内存。光存储方面dimension 9100配备了16x dvd-rom和16x dvdrw，配合双核心cpu让您看dvd与刻录两不误。在软驱的应用已经很少，但做一些启动盘和引导盘时软盘还是最为方便的，在软驱下面dell为用户提供了音频、麦克和两个usb前置接口，让大家在使用时更加简便，dimension 9100机器采用了英特尔主推的btx设计，背板只有音频接口、网线接口和usb接口。与microsoft windows配合，实现功能强大的多任务系统。多媒体是当前计算机领域中一个热门的话题，在多媒体产品中，首先被选中的就是声音卡。声音卡是计算机用来采集合成音频信号的外设。其主要功能：（1）录制，编辑和回放数字音频文件；（2）控制声源的音量，并混合到一起，以便数字化；（3）在记录和回放数字音频文件时进行压缩和解压缩，以节省存储空间；（4）具有初步的语音识别功能，让用户用口令指挥计算机工作；（5）具有midi接口，计算机可以控制多台带midi接口的电子乐器。戴尔dimension 9100的声音卡直接装在主机板上。他们采用雅马哈公司的opl-2 opl-3 fm合成电路。安装有话筒插口，线路输入插口，立体声输出插口，立体声扬声器插口。它能以8位和16位分辨率工作，以15khz、32khz、44.1khz的采样频率对声音信号进行量化，已大大超过mpc标准。2.2 串行口扩展 eia rs-232c 是由美国电子工业协会 eia（electronic industry association）在1969年颁布的一种串行物理接口标准。rs（recommended standard）是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，c表示修改次数。rs-232c 总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。 在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。 rs-232c 标准规定的数据传输速率为每秒150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。rs-232c 标准规定，驱动器允许有2500pf的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pf/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是rs-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。 串行通信接口标准经过使用和发展，目前已经有几种。但都是在rs-232标准的基础上经过改进而形成的。所以，以rs-232c为主来讨论。rs-232c标准是美国eia(电子工业联合会）与bell等公司一起开发的1969年公布的通信协议。它适合于数据传输速率在020000b/s范围内的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通行设备厂商都生产与rs-232c制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在微机通信接口中广泛采用。串行口扩充卡可选用axiom公司（北京康任代理）的ax2304或ax2304+型四个rs-232串行口卡，其主要特性为：ibm pc/at总线兼容四个rs-232异步通信通道16450 uart（ax2304型）16550 uart（ax2304+型）中断号irq2irq7任选地址任选com1和com2软件兼容（双通道）支持兼容和扩充模式支持多种通用的操作系统xenix/unix/dos/mos等注ax2024+具有高速通讯功能，特别支持windows应用程序。windows下使用四串口时，要在控制面板下设置串口的地址号和中断号。其方法：打开并运行control panel程序打开端口设置命令按“advanced”按钮分别选择com1com4，出现设置对话框添加中断号和地址号结束退出2.3 下位计算机std 5088 cpu工控机康拓工业电脑公司开发、推广应用std总线工控制机已近十年，推出了z80/64180、mcs51/96、8088/80188等基本系统，为用户提供了满足各方面要求的std总线的i/o产品百余种。89年我们提出了基本系统的设计，在硬件上与ibm/pc谦容，在软件上与ms-dos完全兼容。v40系统体现了这一特色，受到用户欢迎，成为销售额最高的抢手产品。92年初，又提出了：基本系统的设计，不仅要实现两个完全兼容，而且要实现“all in one”(全部在一起)。std 5088 v20 工控机系统的最主要特色，是集运行和基本功能于一体的“all in one”产品。所谓“all in 0ne”产品，是指将基本系统功能(包括处理器、存贮器、磁盘和半导体盘、显示、打印、通信等)集装在一台std工控机上，一上电启动，勿需依赖其它工控机外的支持即可运行bios/dos和用户程序。1.“all in one” 的优势。（1）提高可靠性，std-bus定义的4.56.5小板结构，具有良好的抗冲击、振动和降低干扰影响等优点。众所周知，电路的集成度越高抗干扰能力和可靠性也越高，对板级产品这一道理同样适用。 std-bus是一组小总线，就其本质而言最适用于i/o扩展。工业控制计算机处理i/o事务占的时间极小，但处理任务的管理、调度运算、人机界面等的时间开销极大。具体说来cpu同存贮器、显示器、键盘打交道的机会大大多于接口i/o，数据、地址、控制等，大部时间集中在板内操作，与板外操作相比受干扰的概率大大降低。（2）提高运行效率：如前所述cpu经常在小区域的局部总线上运行，使高频线连线短，不必增加驱动和匹配，减少了操作时延，从而可提高运行效率。例如：系统时钟频率可提高：std 5088工控机上v20主频由标准的10mhz可提高到12mhz,这一数据是由tidalwave公司宣布的。再如，存贮器的访问时间：工控机外要插入等待，而板内可不插入。（3）降低成本：无论从印制板的使用面积、减少驱动和匹配的硬件，以及vlsi电路制造厂家的生产成本来看都将使“all in one”产品的总成本下降。2.“all in one”的可行性：概括地说：超大规模集成电路的迅速发展，大容量存贮器芯片和门阵列技术的发展、表面安装工艺，微型器件和多层印制板技术的发展，芯片的正、反面和重迭安装的可行，使得“all in one”是比较容易实现的事情了。std 5088工控机选择vlsi tm717a作为支持电路、选择1m4bit的大容量存贮器、采用四层印制板，利用芯片重迭安装技巧，配以微型电阻、电容，不用“背板”就实现了pc/xt功能集成于一机。3.独特的在板用户存贮器设计台湾在大陆推销工业pc机，前期推出的“all in one”的286 at插板，包括了pc基本系统功能，但运行用户程序时仍需要磁盘或总线外虚盘的支持。最近的报导有了改进：在cpu卡上背了一块虛盘，做到了集功能和运行于一体。在std 5088设计时，除bios/dos的128kb占据一个插座外，还配了一个32脚存贮器插座，用户在三种配置方案中可选：（1）配置1:640kb内存，适用于需要640kb内存文件运行，用以开发、调试用户程序。（2）配置2:512kb内存，128kb novram（插ds1245）可格式化成d盘，用以存放数据文件和调试用户exe文件，具有操作、修改简捷、迅速的优点。（3）配置3:512kb内存，128kb eprom（插27c0l0），可用两种方式固化用户程序：第一种方式：以exe文件形式固化运行。板上的romdos査知8000h段若有用户程序，启动时自动引导到加载和运行用户程序。第二种方式：以bin文件形式固化运行。我们提供对tubro c 2.0和pascal 5.0的exe文件实现代码段、数据段和堆栈段分离的软件和固化程序。启动时系统也可自动引导到直接执行固化程序。众所周知，ms-dos为用户提供了良好的开发环境，特别是支持高级语言编译和运行。但在工业现场恶劣环境下，带机械传动的磁盘系统可靠性和寿命均低；此外，加载到内存的dos易因电磁干扰而被破坏，因此即需要半导体dos盘，也需要固化的用户程序，一旦程序运行受到破坏，能通过重新启动（例如由“看门狗”实现），迅速进入用户程序，修复系统的运行。std 5088在一块板上实现了这些功能。91年初推出v40系统,由于与pc/at兼容受到用户欢迎。销售额跃居各类std基本系统之首。nec公司的v40=8088+8288+8237+8259+dram控制+串口，主频由8088的4.77mhz提髙到8mhz。由于集成技术的发展，tidalwave公司开发的tm717a将pc/xt的周边支持功能几乎全部集成于一片，除v40的外围功能外，又将图形功能6845,打印功能（并口），键盘接口、系统配置、控制逻辑集于一体，将xt机的接口开销大为降低，tidalwave公司宣布：tm717a与v20配套使用可将主频提高到12mhz,并且解决了v40不能直接与协处理器8087接口的问题。现在推出的std 5088工控机的功能相当于v40系统四块std板，即std5088=std5086 cpu板 +std 5787(mda/cga)图形显示/键盘接口 +std 5186软盘驱动接口板 +8087协处理器及接口转换扳。而运行速度比v40更快。4.std 5088系统结构std 5088工控机系统它由五部分组成:（1）处理器部分:包括nec的v20 cpu及可选件8087协处理器。v20是与intel 8088完全兼容的cpu，与tm717a配合可在12mhz时钟下运行，最短指令执行时间167ns。（2）存储器部分：由53c404（1m4）、44c256（256k4）、27c010（128kb8）和一个32脚用户存储器插座，以及一些跨接器构成。27c010固化ktbios和ktdos；53c404构成基本的512kb内存；32脚存储器插座和44c256构成，有三种可选模式：128kb eprom模式运行固化程序；128kb novram模式可用作不受dos管理的数据段、堆栈段区，掉电后不丢失，上电自检时不清零或格式化成novram盘；128kb dram模式可用于需要640kb内存的文件运行。（3）支持芯片tm717a：tm717a是tidalwave公司为pc/xt设计的专用vlsi电路，tm717a是v20 cpu 8087、存槠器、外围i/o以及std总线控制各部分间的一座桥。靠了它的支持使得std 5088工控机等于一台pc/xt主机。（4）系统的基本i/o：它包括由显示存储器（44642,64k vram，占系统存储空问）字符发生器（l23c07，不占系统存储空间）和mda/cga/herculus标准九芯d型连接器、连同tm717a内的6845构成图形控制子系统；在tm717a支持下，加上数据锁存74hct373和26芯针型连接器构成的标准centronics打印口；由tm717a直接支持的xt键盘接口；由tm717a提供片选和dma控制的fdc控制器82c765生成的双软驱接口；由tm717a提供片选的16c450和电平转换器14c5406构成的标准rs232接口。软盘控制器82c765和通信控制器16c450是tidalwave推荐的外围接口芯片。（5）std总线控制部分：std总线引脚定义如表（表2-1）所示，这里要加以特殊说明的引脚有：5、6脚空不用，因电池供电和电源掉电检测己在novram内实现。7、9、11、13引脚在板内通过周期窃取和总线复用技术并驱动引出，其含义为d3/a19，d2/a18，d1/a17，d0/a16。35脚ioexp由高10位地址译码生成，当为100h1ffh时ioexp为低，数据缓冲器开放；板内所占i/0选通有效时，数据缓冲区不开放；除上述两项外，10位地址译码ioexp为髙，数椐缓冲器也开放。36脚memex为空。44脚intrq*经驱动后连tm717a的irq2。46脚nmirq*经驱动后连的iochck、tm717a支持对奇/偶错和i/o检测所引起nmirq*加以识别。51、52脚pci和pco在板上短接。因极内板外共用同一中断源。std 5088不支持多系统操作。5std 5888工控机的性能（1）功能特征：主频:12.0/4.77mhz可选cpu：nec v20+协处理器8087插座内存：640kb, 2个1mb插座，其中1个eprom，128kb，用来固化ktbios/ktdos，另一个1mb内存插座可有如下三种方式的选择： 128kb eprom，用来固化用户程序，支持高级语言的程序代码分离和固化； 128kb novram，作为ram disk； 128kb ram，作为dos管理的内存，即640kb内存。串行口：标准rs-232c并行口：centronics软盘适配器：支持2个软盘驱动器（1.44/1.2mb可选）图形显示/pc键盘接口：具有mda/cga/herculus功能和标准pc键盘，支持ega/vga扩展中断:8级定时/计数器:3个16位通道扬声器：1个系统软件：ktdos（与ms-dos兼容），支持康拓汉字操作系统。支持结构化高级语言turob c、pascal的程序代码分离和固化运行。支持如下扩展： ega/vga std 5787/5788扩展 系统支持板std 5794 半导体虚盘std 5185功耗：+5v 520ma 81oma （带8087） 12v 50ma（2）处理速度std 5088在设计上采取了多方面措施，其处理速度无论与v40比，还是与标准的pc/xt都大有提高。这些措施包括： std 5088使用主频为12mhz，而v40是8mhz; v40的内存由sram构成，由isa总线接口，读写操作要插入4个等待时钟， 而std 5088使用dram作内存，并且采用页模式寻址，速度又有提高。 std 5088配有直接接口的8087协处理器，对运算操作速度与没有8087相比提高近20倍。 与标准pc/xt比，v20比8088在相同时钟下快70%,而v20+tm717a可工作于12mhz时钟，其速度提高3倍多。6.std 5088工控机上bios/dos特点sdt 5088工控机主板上u12是128kb eprom，其上固化了名为ktbios/ktdos 3k.0，它与pc/xt的bios和ms-dos 3.3是完全兼容的，具备一些独特之处。（1）ktbios增添了如下的功能：开机自动显示系统配置当不配软驱时，ktbios引导c盘（rom disk）快速启动，即绕过内存自检，不对用户可使用的内存清零。d盘（u10插novram）读、写驱动程序扩展bios调用，如int4d，对扩展std 5794实时钟操作；int50，对扩展std 5719汉字显示调用；int51，汉字打印操作等一些常用功能。（2）ktdos 3k.0比ms-dos 3.3增添了以下功能：支持上电自动引导到执行板上用户插座（u10）的固化程序。std 5088板外的半导体盘驱动、管理程序（包括std 5794的256kb rom disk和std 5185的256kb ran disk, 1mb flash disk）。表2-1 std总线引脚定义元件面线路面插脚信号名称信号流向说明插脚信号名称信号流向说明逻辑电源1 +5vdc入逻辑电源2 +5vdc入逻辑电源3gnd入逻辑地4gnd入逻辑地5vbat入电池电源6vbb入逻辑偏压数据总线7d3/a19入/出数据总线/地址扩展8d7/a23入/出数据总线/地址扩展9d2/a18入/出10d6/a22入/出11d1/a17入/出12d5/a21入/出13d0/a16入/出14d4/a20入/出地址总线15a7出地址总线16a15/d15出地址总线/数据总线扩展17a6出18a14/d14出19a5出20a13/d13出21a4出22a12/d12出23a3出24a11/d11出25a2出26a10/d10出27a1出28a9/d9出29a0出30a8/d8出控制总线31wr*出写存储器或i/o32rd*出读存储器i/o33iorq*出i/o地址选择34memrq出存储器地址选择35ioexp*入/出i/o扩展36memex入/出存储器扩展37refresh*出刷新定时38mcsync*出cpu机器周期同步39status1*出cpu状态40status0*出cpu状态41busak*出总线响应42busrq*入总线请求43intak*出中断响应44intrq*入中断请求45waitrq*入等待请求46nmirq*入非屏蔽中断47sysreset出系统复位48pbreset*入按钮复位49clock*出处理器时钟50cntrl*入辅助定时51pco出优先级链输出52pci入优先级链输入辅助电源53auxgnd入辅助地54auxgnd入辅助地55aux+v入辅助正电源（+12v）56aux-v入辅助负电源（-12v）注：*表示为低电平有效主要芯片性能2.3.1 8088 cpu(v20)8088 cpu与八微处理器相比，在运行速度、运算处理能力和寻址空间等方面都有很大提高。因此，在复杂的控制和论断，字处理、通信终端、图像终端以去及在原来由小型机占据的领域中得到了的速度而广泛的应用。其要特点1、提高了时钟频率2、内部结构采用两个独立的工作单元，执行单元eu(execution unit)和总线接口单元，biu(bus inter face unit) 它们处于并行工作状态，eu负责执行命令，biu负责从存储器或外设中读取操作码位，以及将结果写入指令所指的地址中。存取操作数和执行指令是同时进行的，充分利用了的各部分总线和电路，提高了执行指令的速度。3、采用段寄存器，能使用16位的地址码寻址1m字节的存储空间。4、指令格式中采用w和s信息位。w指出字和字节操作数，s指出符号。5、8088两种工作方式8088 cpu有两种工作方式。当它的第33号引脚接到vcc，是最小组成方式。选择这种方式是用于单一处理器的小系统。也可工作于最大组成方式，此时33脚接地，适应于多处理器的大系统。std 8088 cpu工控机采用最大组成方式。8088 cpu在最大组成方式时引脚信号示于图与其它微处理器类似，引脚信号线也分为3类，即地址线、数据线、控制线。8088芯片引脚图如图（图2-1）所示。8088数据信号线是ad1ad0，这是双向的8位口。8088的地址线是20条。即a19a16，a15a8，ad7ad0。ad7ad0是复用的即分时使用。a19a16也是分时用s6s2状态输出。a15a8这8条地址是在8088内部锁存的，并在整个总线周期保持有效。8088最大组成方式下没有wr、rd、m/io这对于存储器外设进行读写的直接控制信号。这些信号是由cpu的 图2-1 8088芯片引脚图2826脚s2、s1、s0三个状态信号送到8288总线控制器形成再输出。s2、s1、s0可表示8种总线周期信号。s6、s5、s4、s3它们在总线周期的后半部 图2-1 8088芯片引脚图由3538脚输出，s6不用。s5表示中断。s4、s3表示当前正在被使用的段寄存器。17号nmi是不可屏蔽中断请求，上升沿触发。18号引脚是可屏蔽中断请求intr高有效。8088还为多处理器结构提供了下面信号：24号25号引脚qs1 qs0是指令队列状态输出信号。这两个信号使辅助处理器跟踪cpu的指令队列。31号30号引脚rq/gt0和rq/gt1是双向、漏极开路的，用于裁决总线使用权。2.3.2 8253可编程定时器intel8253是nmos工艺制成的可编程计数器/定时器。8253芯片引脚图如图（图2-2）所示。8253内部有三个计数器，分别成为计数器0、计数器1和计数器2，他们的机构完全相同。每个计数器的输入和输出都决定于设置在控制寄存器中的控制字，互相之间工作完全独立。每个计数器通过三个引脚和外部联系，一个为时钟输入端clk，一个为门控信号输入端gate，另一个为输出端out。每个计数器内部有一个8位的控制寄存器，还有一个16位的计数初值寄存器cr、一个计数执行部件ce和一个输出锁存器ol。 执行部件实际上是一个16位的减法计数器，它的初始值就是初值寄存器的值，而初始值寄存器的值是通过程序设置的。输出锁存器的值是通过程序设置的。输出锁存器ol用来锁存计数执行部件ce的内容，从而使cpu可以对此进行读操作。顺便提一下，cr、ce和ol都是16位寄存器，但是也可以作8位寄存器来用。 1.8253与cpu的接口信号（1）d0d7：三态双向数据线。与cpu数据总线相连，用于传递cpu与8253之间的数据信息、控制信息和状态信息。 （2）cs：片选信号（chip select），输入，低电平有效。表示8253被选中，允许cpu对其进行读/写操作。通常连接i/o端口地址译码电路输出端。（3）wd：写信号，输入，低电平有效，用于控制cpu对8253的写操作，可与a1，a0信号配 合以决定是写入控制字还是计数初值。 图2-2 8253芯片引脚图（4）rd：读信号，输入，低电平有效。用于控制cpu对8253的读操作，可与a1，a0信号配合读取某个计数器的当前计数值。（5）a0，a1地址输入线。用于8253内部寻址的4个端口，即3个计数器和一个控制字寄存器。一般与cpu低位的地址线相连。2. 8253 pit的基本功能：（1）3个独立的16位计数器，最大计数范围为065535；（2）每个计数器均可以按二进制或二十进制计数；（3）计数器速率可达2mhz；（4）可编程6种不同的工作方式；（5）所有输入和输出都与ttl兼容。8253具有较好的通用性和使用灵活性，几乎适合于任何一种微处理器组成的系统。2.3.3 8259中断管理器8259是intel公司专为控制优先级中断而设计的nmos芯片。8259芯片引脚图如图（图2-3）所示。它集中断源优先级排队、中断源识别、中断向量提供和中断屏蔽等功能电路于一体，因而中断系统无需附任何电路，只需对8259进行编程，就可管理8级优先中断，且中断请求方式和优先级模式等中断结构可通过编程设定或变更，中断入口地址也可由用户任意指定。1. 8259的主要功能如下：（1）一片8259可以接受并管理8级可屏蔽中断请求，通过9片8259级联可扩展至64级可屏蔽中断优先控制。（2）对每一级中断都可以通过程序来屏蔽或允许。（3）在中断响应周期，8259a可为cpu提供相应的中断类型码。（4）具有多种工作方式，并可通过编程来加以选择。 2.8259工作原理 首先，一个外部中断请求信号通过中断请求线irq，传输到imr（中断屏蔽寄存器），imr根据所设定的中断屏蔽字（ocw1），决定是将其丢弃还是接受。如果可以接受，则8259将irr（中断请求暂存 图2-3 8259芯片引脚图寄存器）中代表此irq的位置位，以表示此irq有中断请求信号，并同时向cpu的intr（中断请求）管脚发送一个信号，但cpu这时可能正在执行一条指令，因此cpu不会立即响应，而当这cpu正忙着执行某条指令时，还有可能有其余的irq线送来中断请求，这些请求都会接受imr的挑选，如果没有被屏蔽，那么这些请求也会被放到irr中，也即irr中代表它们的irq的相应位会被置1。 当cpu执行完一条指令时后，会检查一下intr管脚是否有信号，如果发现有信号，就会转到中断服务，此时，cpu会立即向8259芯片的inta（中断应答）管脚发送一个信号。当芯片收到此信号后，判优部件开始工作，它在irr中，挑选优先级最高的中断，将中断请求送到isr（中断服务寄存器），也即将isr中代表此irq的位置位，并将irr中相应位置零，表明此中断正在接受cpu的处理。同时，将它的编号写入中断向量寄存器ivr的低三位（ivr正是由icw2所指定的，不知你是否还记得icw2的最低三位在指定时都是0，而在这里，它们被利用了！）这时，cpu还会送来第二个inta信号，当收到此信号后，芯片将ivr中的内容，也就是此中断的中断号送上通向cpu的数据线。2.3.4 8250异步通信适配器ins8250是40引脚双列直插式接口芯片，采用单5v电源供电，由数据总线缓冲器、读/写控制逻辑、数据发送器、数据接收器、波特率发生器、modem控制逻辑和中断控制逻辑等几个功能部件组成。1.数据总线缓冲器 数据总线缓冲器是8250与cpu之间的数据通道，来自cpu的各种控制命令和待发送的数据通过它到达8250内部寄存器，同时，8250内部的状态信号、接收的数据信息也通过它送至系统总线和cpu。2.读/写控制逻辑接收来自cpu的读/写控制信号和端口选择信号，用于控制8250内部寄存器的读/写操作。3.数据发送器 数据发送器由数据发送寄存器、发送移位寄存器和发送控制电路构成。当cpu发送数据时，首先检查数据发送寄存器是否为空，若为空时，先将发送的数据并行输出到数据发送寄存器中，然后在发送时钟信号baudout的控制下，送入发送移位寄存器，由发送移位寄存器将并行数据转换为串行数据，经sout引脚输出。在输出过程中，由发送控制电路依据初始化编程时约定的数据格式，自动插入起始位、奇偶校验位和停止位，装配成一帧完整的串行数据。4.数据接收器 数据接收器由接收移位寄存器、数据接收寄存器和接收控制电路组成。接收串行输入数据时，在接收时钟信号（rclk）的控制下，首先搜寻起始位（低电平），一旦在传输线上检测到第一个低电平信号时，就确认是一帧信息的开始，然后将引脚sin输入的数据逐位送入接收移位寄存器，当接收到停止位后，将接收移位寄存器中的数据送入数据接收寄存器，供cpu读取。 接收时钟（rclk）通常为波特率的16倍，即1个数据位宽时间内将会出现16个接收时钟周期，其目的是为了排除线路上的瞬时干扰，保证在检测起始位和接收数据位的中间位置采样数据。接收时钟为波特率的16倍，表示在每个时钟周期的上升沿对数据线进行采样，若检测到引脚sin的电平由“1”变为“0”，并在其后的第8个时钟周期再采样到“0”，则确认这是起始位，随后以16倍的时钟周期（即以位宽时间为间隔）采样并接收各数据位，直到停止位。5.波特率发生器8250的数据传送速率由其内部的波特率发生器控制。波特率发生器是一个由软件控制的分频器，其输入频率为芯片的基准时钟xtal1，输出的baudout信号为发送时钟，除数寄存器的值是基准时钟xtal1与发送时钟baudout的分频系数，并要求baudout输出的频率为16倍的波特率，即：发送时钟波特率16基准时钟/分频系数。在基准时钟xtal1确定之后，可以通过改变除数寄存器的值来选择所需要的波特率。6.modem控制逻辑 modem控制逻辑由modem控制寄存器、modem状态寄存器和modem控制电路组成。在串行通信中，当通信双方距离较远时，为增强系统的抗干扰能力，防止传输数据发生畸变，需要在通信双方使用modem。发送方将数字信号经8250送至modem进行调制，转换为模拟信号，送到电话线上进行传输；接收方modem对接收到模拟信号进行解调，转换为数字信号，经8250送至cpu处理。7.中断控制逻辑 中断控制逻辑由中断允许寄存器、中断识别寄存器和中断控制逻辑电路组成，可以处理四级中断，即接收数据出错中断、接收缓冲器“满”中断、发送寄存器“空”中断和modem输入状态改变中断。 2.4 总线规范std总线是美国pro-log公司于1978年宣布的一种工业标准的微型计算机总线。根据此总线而制成的各种各样功能模块及工业控制计算机系统，在国内外已广泛用于各个领域。由于它具有高度模块化、标准化、高可靠性、组成灵活、易于扩展等优点。近年已成为发展最迅速的微机总线规准之一。并列入国际ieee标准，并为ieee-961。近年来，std总线引起了我国工程技术人员和领导的重视，有关研究，制造越来越多。各大专院校纷纷引进std总线计算机。其特点：1.高度可靠性为适应工业现场的震动、潮湿、灰尘及各种电磁干扰等恶性环境，std总线产品对印制板布线、电源扩干扰、元器件挑选、接地与屏蔽等做了大量的研究工作，并在总线接口部分的元件上采取了多项提高可靠性的技术措施。美国pro-log公司对其产品提供5年保修。其平均故障间隔(mtbf) 达60年。2.高度分兼容性std总线为具有兼容开放式的总线结构，它支持intel公司的80/85系列，motorola公司的68系列，znlog公司的z80系列和美国nec公司的nec 800系列。这种兼容性使得微机系统芯片、扩充或升级代换时，原有的各种电路板都不必变换，。随着16位处理器的发展。std总线采用周期窃取和总线复用技术，使自己升级为8位/16位兼容总线。目前国内多种在std总线上实现的工业pc机与inm-pc完全兼容。3.开方式组态std总线产品采用小板结构，所有模板的标准尺寸为165.5 mm11.43mm，每一块模板上只有一、二种功能，用户可以按需灵活选用。4.模板分能齐全std总线产品在国际上有近4种模板。5.良好的软件开发环境std总线的这些优点，使得它非常适合各种工业控制。std总线计算机采用功能模板式，各模版与具有公共总线的母板相连接。std总线共有56根插脚，按功能分成如下4组：（1）逻辑电源线 16脚可提供5个独立的电源，两个独立的地线。脚5、6一般做为后备电源（2）数据总线 714脚数据线为8位、双向、三态、高有效。数据流向由当前cpu板控制，由读(rd*)写(wr*)以及中断响应(inyak*)信号决定。当模板不使用数据总线时，该板对数据总线呈高阻态。（3）地址总线 1530脚地址总线为16位、三态、高电平有效。两种操作由存储器请求memrq*与i/o请求iorq*控制线来区别。地址线扩展时将数据线分时复用，既可扩展到24位。（4）控制总线 3152脚存储器和控制线分为4类：（1）存储器wr* (31脚) ，写存储器式输出、三态、低有效。将数据总线上的数据写入存储单元或外rd* (32脚) ，读存储器或输入，三态低电平有效。使被指定的存储器或外设在该信号下将数据送到数据总线上的，处理器或控制总线的设备刚在rd信号由低向高跳变时读取数据。iorq* (33脚) ，i/o申请，三态，低有效由当前cpu生产，与rd* 或wr*共同确定i/o操作方式，表明要对i/o设备进行操作。memrq* (34脚) ，i/o存储器申请，三态低有效。与rd*或wr*共同确定存储器操作方式。ioecp(35脚)，i/o扩展，高电平扩展低电平恢复操作。与地址信号一起语译码。memex(36脚) ，存储器扩展，高电平扩展，低电平恢复原操作，与地址信号一起译码。（2）外设定时控制信号refresh* (37脚) ，刷新定时，三态，低有效。主要用于刷新动态rammcmync* (38脚) ，机器同步周期，三