机电一体化第三章-接口设计

机电一体化系统设计第三章接口设计,第三章接口设计概念：接口技术是研究主机与人及外围设备信息交换的技术。3.1接口的分类接口的分类有多种提法，若以控制微机为出发点，可分为人机接口与机电接口两大类。一、人机接口（一）输入接口如：键盘、拨码盘、各种开关、鼠标接口等。（二）输出接口如：各种显示器（LED、LCD、CRT）、打印机、报警器接口等。二、机电接口（一）检测接口如：A/D转换接口V/F转换接口等（二）控制接口如：D/A转换接口光电耦合驱动接口开关接口等,机电一体化系统设计第三章接口设计,3.2接口设计实例以智能电饭锅微机控制系统为例，讲解人机接口及机电接口设计。一、功能分析外观照片1、加温、控温功能不同的食物有不同的加热模式。2、定时功能3、人机对话功能操作面板工作录像键盘、时间显示、功能指示二、硬件设计（一）硬件组成框图系统电路总图1、人机接口输入接口：键盘输出接口：LED显示器加热模式指示灯2、机电接口检测接口：A/D转换接口控制接口：加热器接口。,机电一体化系统设计第三章接口设计,（二）接口电路设计硬件组成框图1、人机接口设计1）键盘接口（1）按键数量的确定操作面板）（2）画接口电路键盘接口电路如果键的数量较多，则采用行列式分布形式。行列式键盘2）LED显示器接口（1）基本概念（复习）a、七段LED基本结构基本结构如图所示:,机电一体化系统设计第三章接口设计,b、静态方式并行接口一位静态LED显示接口如图所示，电阻的作用：限流74LS07的作用：驱动若要显示“8”，则abcdefg段发光，dp不发光，向P1口送#7FH程序：MOVP1，#7FH；P1=01111111若要显示“2”，则abdeg亮，其它暗，向P1口送01011011=5BH程序：MOVP1，#5BH静态方式并行接口特点：占用较多的硬件资源，占用较少的CPU工作时间，显示亮度较亮。,机电一体化系统设计第三章接口设计,C、动态方式LED显示接口编程思路：通过P3.0-P3.5脚轮流向数码管共阴极端置低电平，轮流显示。动态方式并行接口特点：占用较少的硬件资源，占用较多的CPU工作时间，显示亮度较暗。,动态方式LED显示接口,机电一体化系统设计第三章接口设计,（2）确定数码管个数及显示方式数码管个数：2个显示方式：动态显示，共阴极（3）画接口电路,机电一体化系统设计第三章接口设计,3）加热模式指示灯接口指示灯采用发光二极管，额定电流较小，可直接与单片机I/O口相连。(指示灯接口电路）,机电一体化系统设计第三章接口设计,2、机电接口设计1）检测接口(温度采集接口）设计（1）A/D(模/数)转换器A/D转换种类很多，常用的有:双积分式特点:速度慢,精度高(如MC14433转换器)逐次比较式特点:速度快,精度低(ADC0809转换器)A/D转换器主要技术性能指标1转换精度ADC0809转换器精度为+0.4%,而MC14433转换器精度为读数的+0.05%2量程ADC0809:05V,MC14433:02V或00.2V3转换速度(每秒转换次数)ADC0809:约10000次,MC14433:410次4其它：如分辨率等.,机电一体化系统设计第三章接口设计,（2）A/D(模/数)转换器选择及接口设计选择ADC0809转换器。ADC0809引脚说明：IN0IN7:8路模拟输入,05VD0D7：数据线A.B.C:8路地址线,见表.START:启动转换,高电平有效.EOC:转换结束信号,高电平有效.ALE:地址锁存控制,区分低位地址与数据.CLK:时钟脉冲输入,0809内部无晶振.OE:数据输出控制,高电平有效.,机电一体化系统设计第三章接口设计,接口电路如下图所示:EOC接P3.5,可通过P3.5查询转换结束否。P0.0P0.7接D0D7,不能变更。单片机共16根地址线，对应P2.7、P2.6P2.0、P0.7.P0.1START接P2.7,ADC0809地址为:01111111111110000111111111111111，化为16进制为：7FF8H7FFFHIN2通道地址为:0111111111111010=7FFAH,机电一体化系统设计第三章接口设计,2、控制接口设计控制接口包括开关控制和数据控制。开关控制：实现隔离与放大功能。数据控制：D/A转换，放大。（1)光电耦合驱动器光电耦合结构和特点：A、引脚及结构引脚图见图a结构图见图bB、特点输入与输出完全隔离,电阻高达十万兆欧；能承受较高的电压(2000V以上)；响应快(小于几个微秒)；寿命长。光电耦合的作用：避免干扰信号串入微机系统。光电耦合接口：右图c为接口电路一例。二极管输入电流范围:520mA光敏三极管输出电流范围为几毫安至几十毫安,若要驱动大功率器件,需要放大。（2）智能电饭锅控制接口（开关控制）：控制接口,机电一体化系统设计第三章接口设计,（三）系统电路总图设计1、计算机引脚资源分配P0口是数据专用口，不可作为I/O口用。2、画电路图将各接口模块集中组合形成总图。注意：实际设计过程中，先画电路总图，即各接口模块同时画，以便引脚资源的分配与调整。系统电路总图实际开发过程中，到此为止可以用面包板搭接线进行初步调试。,机电一体化系统设计第三章接口设计,三、软件设计（一）计算机内存资源分配30H-存定时时间40H、41H-存定时时间单BCD码31H-存功能代号1为煮饭2为2小时汤3为45分钟稀饭32H-存键值P2=00011110（1EH）定时+00011101（1DH）定时-00011011（1BH）功能选择00010111（17H）确认00001111（0FH）取消70H-存中断次数（100MS1次）71H-存时间秒72H-存时间分73H-存时间小时50H-存温度值51H-煮饭计时,机电一体化系统设计第三章接口设计,（二）接口程序设计1、键盘接口程序设计功能：扫描键盘，若有键按下，记录键号。读键程序要考虑的4个问题：(1)判断有无键按下(2)识别并读取键值(3)去除键抖动原因：开关抖动一般为510毫秒。若微机晶振为6M（6000次/1毫秒），每句程序需要1224晶振振荡周期，每毫秒运行300600句程序。方法：延时。即检测闭合否延时再检测(4)等待键释放,机电一体化系统设计第三章接口设计,读键程序作用：如果有键按下，读取键值存入计算机内存32H单元中。ORG2000HMOVA，P2CPLA;A取反ANLA，#1FH；屏蔽高3位,1FH=00011111CJNEA，#00H，LP1AJMPLP4LP1：MOV32H，A；32H-存键值LCALLYS10MOVA，P2CPLA;A取反ANLA，#1FHCJNEA，32H，LP3LP2：MOVA，P2CPLA;A取反ANLA，#1FHCJNEA，#00H，LP2LCALLYS10AJMPLP4LP3：MOV32H，#00HLP4：RET,机电一体化系统设计第三章接口设计,延时10MS子程序：YS10：MOVR3，#0AH；延时10mS子程序LY1：MOVR4，#0FAHLY2：DJNZR4，LY2DJNZR3，LY1RET,机电一体化系统设计第三章接口设计,2、LED显示器接口程序设计工作录像显示30H内容程序（显示时间）ORG900HLCALL1000H，调十进制转换程序十进制转换MOVA，40HMOVDPTR，#800HMOVCA，A+DPTRMOV40H，AMOVA，41HMOVDPTR，#800HMOVCA，A+DPTRMOV41H，AMOVA，40HMOVP1，ASETBP2.6CLRP2.5LCALLYS10；延时10毫秒MOVA，41HMOVP1，ASETBP2.5CLRP2.6LCALLYS10RETORG800HDB3FH，06H，5BH，4FH，66H01234DB6DH，7DH，07H，7FH，6FH56789,机电一体化系统设计第三章接口设计,延时10MS子程序：YS10：MOVR3，#0AHLY1：MOVR4，#0FAHLY2：DJNZR4，LY2DJNZR3，LY1RET,延时时间计算：T=10（0AH）250（FAH）24/6000000=0.01S=10ms注：晶振频率为6M,机电一体化系统设计第三章接口设计,3、温度采集接口程序设计采集结果送内存50H单元MOVDPTR，#7FF8H；温度输入口IN0地址：011111111000=#7FF8HMOVXDPTR，A；启动A/D转换WT：JNBP3.5，WT；若转换未完成则等待MOVXA，DPTR；转换结果送AMOVB，K；标定系数K送存储器BMULAB；A乘B，积的高8位在B中，低8位在A中MOV50H，A；结果送50H单元（假定乘积小于256）,机电一体化系统设计第三章接口设计,4、控制接口程序设计功能：控制加热器接通或断开的时间。程序如下：SETBP3.4；加热器断开LCALLYS20；调用延20秒时子程序，延时时间可根据试验调整。CLRP3.4；加热器接通LCALLYS10；调用延时10秒子程序,机电一体化系统设计第三章接口设计,5、加热指示灯接口程序设计功能：控制指示灯接通或断开。SETBP3.0；煮饭指示灯灭CLRP3.0；煮饭指示灯亮,机电一体化系统设计第三章接口设计,三、主程序设计工作录像流程图键盘接口电路总图主程序清单ORG0202H；LJMP反汇编代码为02MOVSP，#08H；设堆栈起址，00H07H作为R寄存器存储区MOVIP，#02H；设中断优先级，T0为高级中断SETBEA；CPU开中断MOV30H，#00HMOV31H，#00HMOV70H，#00HMOV71H，#00HMOV72H，#00HMOV73H，#00HSETBP3.0SETBP3.1SETBP3.2SETBP3.3LCALL900H；900H为显示30H单元内容程序入口地址LP1:LCALL2000H；调读键子程序，结果在32H中MOVA，32HCJNEA，#1EH，LP2；是“定时+”键？INC30HMOVA，30H,T1INT1T0INT0IP0010,机电一体化系统设计第三章接口设计,CJNEA，#10H，LP2；定时=16？流程图MOV30H，#00HLP2:MOVA，32HCJNE，#1DH，LP3；是“定时-”键？DEC30HMOVA，30HCJNEA，#0FFH，LP3；#00H减1后变为#0FFHMOV30H，#00LP3：LCALL900HMOVA，32HCJNEA，#1BH，LP4；是“功能选择”键？INC31HMOVA，31HCJNEA，#04H，LP4MOV31H，#01HLP4：MOVA，31HCJNEA，#00H，LP41AJMPLP1LP41：CJNEA，#01H，LP42CLRP3.0；煮饭指示灯亮AJMPLP5LP42：CJNEA，#02H，LP43CLRP3.1；2小时汤指示灯亮AJMPLP5,机电一体化系统设计第三章接口设计,LP43：CLRP3.2；45分钟稀饭指示灯亮流程图LP5：MOVA，32HCJNEA，#17H，LP1；是确认键？CLRP3.3；启动指示灯亮MOVTMOD，#01H；模式1，16位计数模式MOVTL0，#0AFH；装时间常数3CAFH，100ms中断1次MOVTH0，#3CHSETBTR0；启动定时器SETBET0；T0开中断LP6：LCALL2000HMOVA，32HCJNEA，#0FH，LP7；是取消键？MOV30H，#00HMOV31H，#00HAJMPLP1LP7：LCALL900H；900H为显示30H单元内容程序入口地址MOVA，30HCJNEA，73H，LP6；定时时间到？CLRTR0；关定时器CLRET0；T0关中断MOV70H，#00HMOV71H，#00H,计算定时常数：机器周期=12/晶振频率=12/（6106）=2S设初值为X则：（216-X）机器周期=100ms即：（216-X）210-6=110-1X=216-5104=65536-50000=15536=3CAFH,机电一体化系统设计第三章接口设计,MOV72H，#00H流程图MOV73H，#00HMOVP1，#40H；送加温提示符“”显示代码“40H”SETBP2.5；显示加温提示符“”SETBP2.6MOVA，31HCJNEA，#01H，LP8LCALL1500H；调煮饭子程序AJMPLPALP8：CJNEA，#02H，LP9LCALL1600H；调2小时汤子程序AJMPLPALP9：LCALL1700H；调45分钟稀饭子程序LPA：LCALL1800H；调保温子程序MOVP1，#7CH；送保温提示符“bb”显示代码“7CH”SETBP2.5；显示保温提示符“bb”SETBP2.6LCALL2000H；调读键子程序，结果在32H中MOVA，32HCJNEA，#0FH，LPA；是取消键？MOV30H，#00HMOV31H，#00HLJMPLP1,机电一体化系统设计第三章接口设计,（四）子程序设计作业1、中断计时子程序T0中断入口：000BH在000BH处放置1条指令：LJMP1200HORG1200HPUSHPSW；保护现场PUSHACCPUSHBPUSHDPLPUSHDPHCLRTR0；关定时器MOVTL0，#0AFH；重装时间常数MOVTH0，#3CHSETBTR0；启动定时器INC70H；中断计数加1MOVA，70HCJNEA，#0AH，LP10；中断次数等于10？MOV70H，#00HINC71H；秒加1MOVA，71HCJNEA，#3CH，LP10；60秒到？,机电一体化系统设计第三章接口设计,MOV71H，#00HINC72H钟；分加1MOVA，72HCJNEA，#3CH，LP10；60分到？MOV72H，#00HINC73H；小时加1LP10：POPDPH；恢复现场POPDPLPOPBPOPACCPOPPSWRETI,机电一体化系统设计第三章接口设计,2、煮饭子程序流程图电路总图ORG1500HMOV51H，#00H；计时单元清零LP1：CLRP3.4；加热器接通MOVDPTR，#7FF8H；输入口IN0地址011111111000送到16位地址存储器MOVXDPTR，A；启动A/D转换WT：JNBP3.5，WT；若转换未完成则等待MOVXA，DPTR；转换结果送AMOVB，K；标定系数K送存储器BMULAB；A乘B，积的高8位在B中，低8位在A中MOV50H，A；结果送50H单元（假定乘积小于256）CLRCCJNEA，#64H，LP11；温度等于100？A#64H，C=0；A#64H，C=1AJMPLP2LP11：JCLP1LP2：INC51H；计时单元加1SETBP3.4；加热器断开LCALLYS20；调用延20秒时子程序，延时时间可根据试验调整。CLRP3.4；加热器接通LCALLYS10；调用延时10秒子程序MOVA，51HCJNEA，#3CH，LP2；A=#3CH（60）？（60为30分钟）RET,机电一体化系统设计第三章接口设计,YS20：MOVR2，#64H；R2=100YS1：MOVR3，#0C8H；R3=200YS2：MOVR4，#0FAH；R4=250YS3：DJNZR4，YS3DJNZR3，YS2DJNZR2，YS1RETYS10：MOVR2，#32H；R2=50YS1：MOVR3，#0C8H；R3=200YS2：MOVR4，#0FAH；R4=250YS3：DJNZR4，YS3DJNZR3，YS2DJNZR2，YS1RET延时时间计算：YS20中的“DJNZRn”语句运行次数为：100200250=5106该语句运行1次需24个晶振周期则延时时间为：510624/6M=20S,机电一体化系统设计第三章接口设计,3.3其它接口设计一、打印机（人机输出）接口设计现以PP40微型打印机为例介绍打印机接口设计1、打印机引脚说明,机电一体化系统设计第三章接口设计,PP40打印机与89S51的接口接口电路如右图所示.打印机地址为:0111111111111111=7FFFH如何编打印程序？若要打印字符“2”,向打印机送编码“32H”即可。字符编码表程序如下：MOVDPTR，#7FFFH；DPTR为16位数据指针寄存器MOVA，#32H；字符“2”编码送ALP：JBP3.3,LP;P3.3为高电平时等待MOVXDPTR,A;A中数据送DPTR所存地址处(打印机)RET,机电一体化系统设计第三章接口设计,若要打印字符串“LASERPP40”，程序如下：MOVDPTR，#7FFFH；DPTR为16位数据指针寄存器MOVR1，#0AH；R1中存字符数，10个字符MOVR0，#01H；指向第一个字符LPA：MOVA，R0ADDA，#08H；#08H为偏移量MOVCA，A+PC；查表LPB:BP3.3,LPB;打印机忙?(3字节)MOVXDPTR,A;A中数据送DPTR所存地址处(打印机)(1字节)INCR0；RO中内容加1(1字节)DJNZR1,LPA；R1中内容减1,不为零转LPA(2字节)RET；(1字节)DB4CH,41H,53H,45H,52H,00H,50H,50H,34H,30HLASER空格PP40,机电一体