计算机控制技术1-2章

1、计计算机算机控制技术控制技术过程输入输出通道过程输入输出通道 计算机控制系统概述计算机控制系统概述 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术 数字控制器的模拟化设计方法数字控制器的模拟化设计方法 两级计算机控制系统两级计算机控制系统 计算机控制系统程序设计计算机控制系统程序设计 数字控制器的离散化设计方法数字控制器的离散化设计方法 复杂控制规律复杂控制规律 2/62第第1 1章章 计算机控制系统概述计算机控制系统概述计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类计算机控制系统的发展趋势计算机控制系统的发展趋势 计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成1.1 1.1 计算机控制系统的组成计算机

2、控制系统的组成1.计算机控制技术是计算机技术与自动控制理论有机结合而产生的一门新兴学科，研究计算机控制系统的分析与设计问题。计算机控制系统是指有计算机参与并完成控制的系统。2.计算机控制系统可以充分发挥计算机运算速度快、精度高、存储量大的优点，通过软件来实现用模拟元件难以实现的复杂控制规律，一台计算机可以代替多台模拟调节器，控制多个回路。还可以使控制与管理相结合，大大提高自动化程度。3.计算机控制系统由计算机和工业生产对象组成，其中包括硬件和软件。第第1 1章章 计算机控制系统概述计算机控制系统概述4/621.1.1 1.1.1 计算机控制系统的硬件计算机控制系统的硬件1.主机(CPU) 主机

3、(CPU)向系统的各个部分发出命令，对被测参数进行巡回检测、数据处理、控制计算、报警处理及逻辑判断等。2.接口及I/O通道 常用接口包括：并行接口、串行接口、定时器计数器接口、模数转换接口、数模转换接口等。I/O通道包括：模拟量输入通道A/D、模拟量输出通道D/A、数字量输入/输出通道等。3.外部设备 外部设备用以扩大主机的功能，包括输入设备、输出设备、存储设备等。4. 检测元件及执行机构 检测元件把非电量变成电量（传感器），如热电偶、节流装置、压力变送器。变送器把传感器的输出信号变成 CPU 所能接收的电压信号。执行机构接收 CPU 输出的控制量并加以动作，以对生产参数进行控制，如阀、开关、

4、电机等。 5.操作台和实时时钟 操作台是人机对话的联系纽带。包括作用开关,功能键、显示用LED或CRT显示器件、数字键。第第1 1章章 计算机控制系统概述计算机控制系统概述5/62图1-1 典型计算机控制系统原理框图1.1.1 1.1.1 计算机控制系统的硬件计算机控制系统的硬件第第1 1章章 计算机控制系统概述计算机控制系统概述1.1.2 1.1.2 计算机控制系统的软件计算机控制系统的软件1.计算机控制系统的软件指的是能够完成各种功能的计算机程序的总和。软件分为系统软件和应用软件。 2.系统软件：由厂家提供，用以管理计算机本身的程序。3.应用软件：面向用户的程序，一般都是用户根据控制系统的

5、需要自行设计的。如工业过程控制系统中的A/D、D/A转换程序、数字滤波程序、控制算法程序。运动控制系统中的转速、电流PI调节器，PARK变换、SVPWM算法、电流采样等。第第1 1章章 计算机控制系统概述计算机控制系统概述1.2 1.2 计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类1.2.1 操作指导控制系统1.操作指导控制系统：计算机的输出是对系统过程参数进行收集、加工和处理，由操作人员根据输出数据进行控制操作。属于开环控制结构。2.操作指导控制系统适用于尚未摸清控制规律的系统。用来摸索新系统的数学模型和控制规律。3.突出特点是简单可靠，缺点是需要人工操作，速度不能太快，而且不能同时控制多个回路

6、。图1-2 操作指导控制系统第第1 1章章 计算机控制系统概述计算机控制系统概述1.2.2 1.2.2 直接数字控制系统（直接数字控制系统（DDCDDC）1.直接数字控制系统是用一台计算机对多个被控参数进行巡回检测，将检测结果与设定值进行比较，再按PID控制规律或直接数字控制方法进行控制运算，然后输出到执行机构对生产过程进行控制，使被控参数稳定在给定值上，属于闭环控制结构。2.适应于一台计算机同时控制多个回路的场合，可替代多个模拟调节器，可靠性高。其特点是控制灵活，可以实现各种复杂的控制规律。图1-3 DDC控制系统原理第第1 1章章 计算机控制系统概述计算机控制系统概述图1-4 直流电动机转

7、速、电流双闭环直流调速系统WASR(s)和WACR(s)分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数，如果采用DDC控制，那么，DDC计算机可以实现数字给定、数字触发、数字测速、以及转速和电流数字PI调节器等功能.第第1 1章章 计算机控制系统概述计算机控制系统概述1.2.2 1.2.2 直接数字控制系统（直接数字控制系统（DDCDDC）1.2.3 1.2.3 计算机监督系统（计算机监督系统（SCCSCC）1.计算机监督系统（SCC）是由计算机按照描述生产过程的数学模型，计算出最佳给定值送给模拟调节器或者DDC计算机，再由模拟调节器或者DDC计算机控制生产过程，从而使生产过程处于最优工作状况。图1

8、-5 SCC+模拟调节器控制 2.SCC+模拟调节器 SCC监督计算机的作用是收集检测信号及管理命令，按照描述生产过程的数学模型计算后，输出给定值到模拟调节器，与检测值进行比较，其偏差值经模拟调节器计算后输出到执行机构，以达到调节生产过程的目的。第第1 1章章 计算机控制系统概述计算机控制系统概述 SCC计 算 机 设 定 值 检 测 值 模 拟 调 节 器 DA / 多 路 开 关 输 入 生 产 过 程 . 传 感 器 输 出 . 3. SCC+DDC 控制系统 SCC+DDC控制系统是一个两级计算机控制系统：一级为监督级SCC，用于计算最佳给定值。二级为直接数字控制器（DDC）用于把给定

9、值与测量值进行比较，偏差由DDC计算机按照一定的控制规律计算，再经D/A转换器和反多路开关分别控制各个执行机构进行调节。1.2.3 1.2.3 计算机监督系统（计算机监督系统（SCCSCC）图1-6 SCC+DDC控制系统 第第1 1章章 计算机控制系统概述计算机控制系统概述 SCC 计算机 设定值 检测值 DA / 多路开关 传感器 反多路开关 DDC 生产过程 . 输出 . 输入 D/A 1.2.4 1.2.4 嵌入式系统嵌入式系统 1.嵌入式系统一般指非PC系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。包括硬件和软件两部分。嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。2.硬件：包括处理器/微处

10、理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等。3.软件：操作系统软件(要求实时和多任务操作)和应用程序。4.嵌入式计算机分为： 嵌入式微处理器: 例如STD-BUS、PC104等。 嵌入式微控制器： 例如8051、MCS-96/196 嵌入式DSP处理器：例如TI的TMS320C2000/C5000等 嵌入式片上系统： 例如C8051F系列单片机 第第1 1章章 计算机控制系统概述计算机控制系统概述13/621.2.4 1.2.4 嵌入式系统嵌入式系统 第第1 1章章 计算机控制系统概述计算机控制系统概述PC/104是一种工业计算机总线标准，是一种工业计算机总线标准，PC104是一种专门为

11、嵌入式控制而定是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线。义的工业控制总线。 （4）嵌入式片上系统： 例如C8051F系列单片机 （1）嵌入式微处理器: 例如PC104（2）嵌入式微控制器： 例如8051（3）嵌入式DSP处理器： 例如TI的TMS320C2000/C5000等1.2.5 1.2.5 现场总线控制系统（现场总线控制系统（FCS FCS ）1. 现场总线控制系统网络通信与管理的概念联系起来，是数字通信。现场总线控制系统是分布式控制系统DCS的换代产品。特点： (1)数字化信息传递 (2)分散的系统结构 (3)方便的互操作性 (4)开放的互联网络 (5)传输媒介和拓朴结构图1-7

12、现场总线控制系统结构 第第1 1章章 计算机控制系统概述计算机控制系统概述1.2.5 1.2.5 现场总线控制系统（现场总线控制系统（FCS FCS ）2. 用于过程自动化构成FCS的基本设备如下： 变送器 执行器 服务器和网桥 辅助设备 监控设备3. FCS的核心是现场总线。从本质上说，它是一种数字通信协议，是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、全分散、双向传输、多分支结构的通信网络，是控制技术、仪表工业技术和计算机网络技术三者的结合，具有现场通信网络、现场设备互连、互操作性、分散的功能块、通信线供电、开放式互连网络等技术特点。第第1 1章章 计算机控制系统概述计算机控制系统概述1.3 1

13、.3 计算机控制系统的发展趋势计算机控制系统的发展趋势1.智能控制系统智能控制系统（ICS） 应用自动控制理论和智能控制技术来实现先进的计算机控制系统，将极大地推动科学技术的进步和提高工业自动化系统的水平 。2.集散控制系统（集散控制系统（DCS） 以微型计算机为基础的分散型控制系统，采用分散控制，集中管理的基本设计思想。以及分层、分级和合作自治的结构形式，适应现代的工业生产和管理要求3.计算机集成制造系统计算机集成制造系统（CIMS） 在自动化技术、信息技术及制造技术基础上，通过计算机及其软件，将制造工厂全部生产环节有机地集成起来，实现多品种、中小批量生产的总体高效益、高柔性的智能控制系统。

14、4.可编程序控制器可编程序控制器(PLC) PLC几乎全都采用微处理器作为主控制器，而采用大规模集成电路作为存储器及I/O接口，因而使其可靠性、功能、价格、体积都达到了比较成熟和完美的境界第第1 1章章 计算机控制系统概述计算机控制系统概述 可编程并行接口可编程并行接口8255A 8155与与MCS51接口技术接口技术 存储器及存储器及I/O接口的编址方式接口的编址方式键盘与显示接口键盘与显示接口 第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术2.1 2.1 存储器及存储器及I/OI/O接口的编址方式接口的编址方式第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技

15、术2.1.1 2.1.1 编址方法编址方法1.线选法指将某一位地址线连到扩展电路的片选端，作为该芯片的片选信号，通常是低电平有效。2.扩展RAM或I/O的地址确定法：连片选信号的地址线为低电平0，RAM 区或I/O口地址由CPU寻址确定，其他没用到的地址线为高电平1。3.线选法的优点是节省译码电路，连线简单，但扩展的存储器芯片地址不连续，地址空间没有充分利用，适宜于不太复杂的场合。 2.1.1 2.1.1 编址方法编址方法第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术 例例2-1 用线选法扩展三片6264RAM的电路，写出各芯片的地址空间以及分析过程。1.1.线选法线选法20

16、/622.1.1 2.1.1 编址方法编址方法A图2-1 线选法扩展三片 6264 第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术7FFFH 1111111111111110末尾地址7000H0000000000000110起始地址IC26264BFFFH1111111111111101末尾地址A000H0000000000000101起始地址IC16264DFFFH1111111111111011末尾地址C000H0000000000000011起始地址IC06264A0A1A2A3A4A5 A6A7A8A9A10A11 A12A13A14A15 地址线地址空间P0.0P0

17、.1P0.2P0.3P0.4 P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2 .5P2.6P2.78031引脚6264RAM容量是8K，占用13根8031地址线A12A0。剩余A15A13 用作线选法的片选信号线，其中ICO 6264片选线为A13，IC1 6264片选线为A14，IC2 6264 片选线为 A15。下面用线选法确定它们的地址分配。2.1.1 2.1.1 编址方法编址方法(1)部分译码法 74LS139译码器 逻辑功能表第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术01111101011010110110011100001111XX1AB

18、 Y3Y2Y1Y0选择使能输出输入2地址译码法:用低位地址线做扩展电路的片内寻址线，对剩余的高位地址线经过译码器译码作为片选控制，称为地址译码法。根据选用的高位地址线(通常是扩展电路占用后余下的高位地址线)全部或几位经过译码作为片选控制，又分为部分译码和全译码。22/622.1.1 2.1.1 编址方法编址方法第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术例例2-2 用部分译码法扩展三片6264RAM，写出各芯片的地址空间以及分析过程。图23 部分译码法扩展三片6264RAM电路23/62第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术8031引脚P2.7P2

19、.6P2 .5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P0.7P0.6P0.5P0.4 P0.3P0.2P0.1P0.0地址空间地址线A15 A14A13A12A11 A10A9A8A7A6A5 A4A3A2A1A0139引脚BAIC0 06264起始地址00000000000000000000H末尾地址00011111111111111FFFH 或起始地址10000000000000008000H末尾地址10011111111111119FFFHIC1 16264起始地址00100000000000002000H末尾地址00111111111111113FFFH或起始地址1010000000

20、000000A000H末尾地址1011111111111111BFFFHIC2 26264起始地址01000000000000004000H末尾地址01011111111111115FFFH 或起始地址1100000000000000C000H末尾地址1101111111111111DFFFH2.1.12.1.1 编址编址 方法方法部部分分译译码码法法24/622.1.1 2.1.1 编址方法编址方法74LS138译码器 及逻辑功能表H高电平 L低电平 X任意12345678161514131211109ABCE1E2E3Y7GNDY0Vcc138Y1Y2Y3Y4Y5Y612EE0Y1Y2Y3

21、Y4Y5Y6Y7YLHHHHHHHHHHLHHLHHHHHHLHHLHHHLHHHHHHLHLHHHHLHHHHLLHLHHHHHLHHHHHLLHHHHHHLHHLHLLHHHHHHHLHHLLLHHHHHHHHLLLLLHHHHHHHHHXXXXLHHHHHHHHXXXHXABCE3输出选择输入第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术(2) 全译码法全译码法74LS138译码器 25/622.1.1 2.1.1 编址方法编址方法图25 用全译码法扩展2片6264和2片2764的电路第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术例例2-32-3 用全

22、译码法扩展2片6264和2片2764，写出各芯片的地址空间以及分析过程。 26/622.1.1 2.1.1 编址方法编址方法第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术全译码法全译码法例例2-32-3 用全译码法扩展2片6264和2片2764，它们的地址分配为：5FFFH 1111111111111010末尾地址4000H0000000000000010起始地址IC262643FFFH1111111111111100末尾地址2000H0000000000000100起始地址IC127641FFFH1111111111111000末尾地址0000H00000000000000

23、00起始地址IC02764IC26264ABC138引脚A0A1A2A3A4A5 A6A7A8A9A10A11 A12A13A14A15 地址线地址空间P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4 P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2 .5P2.6P2.78031引脚27/62 2.1.1 2.1.1 编址方法编址方法1.全译码时存储器芯片地址连续，地址空间得到了 充分利用，没有地址重叠，部分译码有地址重叠问题。2.线选法用于扩展多片程序存储器时，不能形成0000H为起始地址的程序存贮空间，因此对8051和8751的端必须接高电平，使用片内0000H0FFFH的地址

24、空间，而对8031由于复位后从0000H 地址开始执行程序，并且中断入口地址都分布在该区域内，必须保留该空间，就需要选用全译码，不能使用线选译码，或者选用单片EPROM，使其脚接地，使其地址空间安排在程序存储器区即可。3.线选法还有地址重叠及空间不连续问题。第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术编址方法编址方法小结小结28/62 2.1.2 2.1.2 程序存储器的扩展程序存储器的扩展 1.常用程序存储器芯片有：2716，2732，2764，27128，27256，27512等，另外还有电可擦除电可编程的EEPROM，如2817A，2864A也可作为程序存储器。2.对

25、于8031扩展多片外部程序存储器时，可用全译码法进行编址。一方面可形成0000H为起始地址的EPROM空间，保证程序执行和中断入口地址；另一方面地址连续，节约空间。通常情况下，使用单片程序存储器即可满足要求。第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术29/62 2.1.3 2.1.3 数据存储器的扩展数据存储器的扩展 1.MCS51系列单片机片内有128个字节的RAM区（8032、8052有256个字节)，可用作工作寄存器区、堆栈区、数据缓冲区等，对于要求大容量RAM区的系统如数据采集系统，就要扩展数据存储器。常用的数据存储器芯片有：6116，6264，62256等。2.

26、MCS51对外部数据存储器的操作指令有四条： 1MOVX A，Ri ；(P2)(Ri)A i=0，1 读 2MOVX Ri，A ；(A)(P2)(Ri) i=0，1 写 3MOVX A，DPTR ；(DPTR)A 读 4MOVX DPTR，A ；(A)(DPTR) 写3.其中1-2条指令是以R0或R1作指针对外部数据存储器页面寻址，页号由当前P2口锁存器内容决定，这两条指令适宜于寻址容量较小的外部数据存储器。3-4指令是以16位的DPTR作指针的，可对64K字节的外部数据存储器寻址。第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术30/622.2 2.2 可编程并行接口可编程并

27、行接口8255A8255A2.2.1 8255A2.2.1 8255A的结构的结构1.8255A是Intel公司的可编程并行I/O接口芯片，有三个8位并行口PA，PB和PC。分为A，B两组，A组包括PA口和PC口的PC7PC4，B组包括PB口和PC口的PC3PC0。每个口均可通过编程确定为指定工作方式。图2-6 8255A的内部结构第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术31/622.2.1 2.2.1 8255A内部结构内部结构8255A由四个逻辑电路组成：1.数据总线驱动器数据总线驱动器 双向三态8位驱动器是8255A和CPU数据总线的接口，数据命令和状态传送都是通

28、过双向三态总线驱动器转送的。2.I/O口口 PA口口：有一个8位数据输出锁存器和缓冲器，一个8位数据输入锁存器。 PB口口：有一个数据输入输出、锁存缓冲器，一个8位数据输入缓冲器。 PC口口：一个8位数据输出锁存缓冲器，一个8位数据输入缓冲器（输入没有锁存）。3.读读/写控制逻辑写控制逻辑 8255的读/写控制逻辑与CPU地址总线的A1、A0、 / 相连， 为片选。通过这些控制信号实现CPU对8255的端口寻址。4.A组和组和B组控制电路组控制电路 根据CPU命令控制8255的工作方式。A组控制PA口和PC7PC4，B组控制PB口和PC3PC0第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制

29、系统的接口技术32/622.2.1 8255A2.2.1 8255A内部结构内部结构图2-7 8255A引脚配置引脚功能：D0D7：双向三态数据总线PA：8位I/O口PB：8位I/O口PC：8位I/O口A1、A0：端口地址输入线，用于选择内部端口 寄存器 ：读选通信号输入线，低电平有效 ：写选通信号输入线，低电平有效。 ：片选线，低电平有效RESET：复位输入，高电平有效。复位后PA、PB、PC均为输入方式VCC：电源5VGND：地第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术33/622.2.2 2.2.2 8255A的操作方式的操作方式图2-8 8255A的方式控制字格式

30、图2-9 8255A的C口按位置位/复位控制字第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术1. 8255A的控制字 8255A有以下3种基本工作方式。方式0：基本输入输出方式。方式1：选通输入输出方式。方式2：双向传送方式，仅用于PA口。这3种工作方式通过对方式控制字的编程来确定。 34/62 1）方式）方式0：是基本的输入输出，方式0适用于无条件地传送数据的设备。这种方式下，数据简单地写入指定端口，输出数据带锁存功能。或从指定端口读入数据，输入不锁存。不需要应答信号。PA和PB口定义为方式0时，端口PC为1个8位的基本I/O口或2个4位的基本I/O口。在方式0工作方式下，

31、PA，PB，PC7PC4，PC3PC0，可定义为输入输出，有16种不同的组合。2.2.2 8255A2.2.2 8255A的操作方式的操作方式第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术2. 8255A的三种操作方式35/62 2）方式方式1：是选通输入输出方式（应答I/O方式），PA口和PB口定义为方式1时，PC口的某些位为状态控制线，其余作I/O线。适用于具有握手信号的输入输出设备，如打印等。 方式方式1输入输入：当PA，PB口工作于方式1输入时，8255A的逻辑结构如图2-10所示。 2.2.2 2.2.2 8255A的操作方式的操作方式第第2 2章章 计算机控制系统

32、的接口技术计算机控制系统的接口技术36/62方式方式1 1输出输出: : 2.2.2 8255A 2.2.2 8255A的操作方式的操作方式第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术各控制信号的意义为： ：输出缓冲器信号，低电平有效。 为低电平表示CPU已经把数据写入指定的端口，它由输出命令 上升沿置成有效，由 低电平将它恢复为高电平。 ：外设响应信号，低电平有效，表示外设已取走端口数据。INTR：中断请求信号，高电平有效。INTE：端口内部中断允许触发。INTE=1：允许中断。INTE=0：禁止中断。INTEA由 置位/复位控制。INTEB由 置位/复位控制。 37/6

33、2 3）方式方式2： 仅适用于PA口，此时PA口成为8位双向三态数据口，即发送又接收数据。PB口仍为I/O口，PC口高5位工作状态控制线。低3位作I/O线。8255A方式2适用于多CPU并行通讯场合，其逻辑结构如图2-12所示。 2.2.2 8255A2.2.2 8255A的操作方式的操作方式图2-12 8255A方式2逻辑结构第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术38/62 2.2.3 2.2.3 接口方法接口方法 2T 7T2T10T 4T 9T 3T 1 3.5 1 5 24.5 1.5时间/s返回卸工料开模加热 送料退回送料 进给 合模工序取动作时间的最大公约

34、数T=0.5s=500ms。以此作为公共延迟时间。第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术8255A的数据线D7D0可与单片机的数据总线相连， 、 接读写信号线，A0、A1由地址锁存储器提供， 线可由第一节中的编址方法得到。RESET线接系统复位线即可。例例2-6 8255A的应用举例：用MCS51单片机控制注塑机。（1）注塑机的生产工序）注塑机的生产工序39/62000000 01D0D1D2 D3 D4 D5 D6D7 （1）8255A的口地址为：控制口地址7FFFH;7FFDH。 （2）根据工序要求将8255芯片PB口置成方式0， 2.2.3 2.2.3 接口方法

35、接口方法控制字80H图2-13 注塑机控制电路第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术（2）控制电路）控制电路40/62（3）延时子程序延时子程序 表2-4已定出各道工序的动作时间，最大公 约数T=500ms，以此作为延迟时间，编写延时子程序。（4 4）建立注塑机控制信息表）建立注塑机控制信息表 2.2.3 2.2.3 接口方法接口方法40h0000001返回20H0000010卸工件10H0000100开模08H0001000加热04H0010000送料退回02H0100000送料进给01H1000000合模十六进制信息CT1CT2CT3CT4CT5CT6CT7功能第

36、第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术表2-5 注塑机控制信息表 41/62（5）注塑机控制程序流程图注塑机控制程序流程图 2.2.3 2.2.3 接口方法接口方法第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术42/62 2.3 81552.3 8155与与MCS51接口技术接口技术 2.3.1 81552.3.1 8155的结构的结构Intel 8155是一种可编程多功能并行接口芯片。片内有三个并行口PA、PB和PC，其中PA和PB为8位口，PC为6位口，一个可编程的14位定时计数器和256个字节的RAM区，可以用作I/O口和RAM扩展，是单片机系统

37、中常用的接口电路。图2-15 8155的结构第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术43/62x x x x x 1 0 0 x x x x x 1 0 1定时器/计数器低8位定时器/计数器高6位于方式字x x x x x 0 1 1PC口寄存器x x x x x 0 1 0PB口寄存器x x x x x 0 0 1PA口寄存器x x x x x 0 0 0命令字寄存器、状态字寄存器地址A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0名称无操作xxx1写内部寄存器0110读内部寄存器1010写RAM单元（地址为xx00HxxFFH）0100读RAM单元（地址为xx00Hx

38、xFFH）1000 操作控制信号 2.3.2 8155 RAM/IO 2.3.2 8155 RAM/IO口寻址方法口寻址方法在 0时，8155被选中，AD0AD7是低8位地址/数据复用线，与MCS51的P0口连接。 是8155 RAM和I/O口选择线，当 0时，选中8155片 内 R A M ， 地 址 为00H0FFH 当 1时，选中三个I/O口PA、PB、PC。地址分配如表2-6所示。CPU对8155RAM和内部寄存器的操作如表2-7所示。表2-7 CPU对8155的操作控制表2-6 8155 I/O口编址第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术44/62 2.3.

39、2 8155 RAM/IO 2.3.2 8155 RAM/IO口寻址方法口寻址方法例例2-7 设8155的 连P2。6， 连P2.5，则8155的I/O口和RAM地址分配为：当P2.60，P2.50 选中8155片内RAM区，地址是：9F00H9FFFH。当P2.60，P2.51 选中8155I/O口，口地址分配为：A口地址： BF01HB口地址： BF02HC口地址： BF03H定时器低8位地址： BF04H定时器高6位地址： BF05H例例2-8 如果要把累加器A的内容送入8155A口，程序为： ORG 2000H MOV DPTR，#0BF01H ;8155A口地址。 MOVX DPTR

40、，A LOOP：LJMP LOOP第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术CE45/62 2.3.3 2.3.3 命令寄存器及状态寄存器命令寄存器及状态寄存器8155提供的PA口、PB口、PC口以及定时器/计数器都是可编程的。CPU通过写命令字来控制对它们的操作，通过读状态字来判别他们的状态。命令字和状态字寄存器共用一个口地址，命令字寄存器只能写不能读，状态字寄存器只能读不能写。1. 8155的命令字格式的命令字格式第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术46/62 2.3.3 2.3.3 命令寄存器及状态寄存器命令寄存器及状态寄存器2.8155

41、2.8155的状态字格式的状态字格式第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术47/62 2.3.4 8155 2.3.4 8155的定时器的定时器/计数器计数器8155的定时器/计数器是一个14位的减法计数器。它 的 计 数 初 值 可 设 在0002H3FFFH之间。它的计数速率取决于时钟T1的频率，最高可达4MHz。它有四种操作方式，不同的方式下引脚TO输出不同的波形。8155内有两个寄存器存放操作方式码和计数初值，初值占14位，高两位定义输出方式，其格式如下：第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术48/622.3.4 81552.3.4

42、8155的定时器的定时器/计数器计数器4种操作方式的选择及相应的输出波形见表2-8每次计数溢出时输出一个TI时钟周期的负脉冲并自动重新恢复初值 连续脉冲1 1计数溢出时输出一个TI时钟周期的负脉冲 单负脉冲1 0低电平宽n/2个（n偶）或（n-1）/2个（n奇）TI时钟周期；高电平宽n/2个（n偶）或（n-1）/2个（n奇）TI时钟周期，自动恢复初值 连波方式0 1宽为n/2个（n偶）或（n-1）/2个（n奇）TI时钟周期 单波方式0 0 说 明TO 脚输出波形方 式 M2 M1第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术49/622.3.5 81552.3.5 8155与

43、与MCS-51MCS-51接口方法举例接口方法举例 例例2-92-9 设8031单片机用地址译码法扩展的I/O端口与程序存储器的电路如图2-16所示，8155 I/O口编址表如2-9所示。1. 写出8155 “PC口”的地址及分析过程（这里规定：无关地址位取“0”）。2. 利用图中的74LS139译码器，不改变原有芯片的连接方式，除IC1以外还可以再扩展几 片8255芯片？简要说明扩展的8255的 端如何与现有电路联接。第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术101定时器/计数器高6位与方式字001定时器/计数器低8位110PC口寄存器010PB口寄存器100PA口寄存

44、器000命令字寄存器、状态字寄存器A0A1A2A3A4A5A6A7地 址名 称表2-9 8155 I/O口编址图2-16 MCS-51与8155的接口方法50/6211000000100000018155PC口地址A0A1A2 8155引脚AB139引脚A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15地址线P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6 P2.78031引脚 2.3.5 8155 2.3.5 8155与与MCS-51MCS-51接口方法举例接口方法举例第第2 2章章 计算机控制

45、系统的接口技术计算机控制系统的接口技术1. 8155芯片“PC口”的地址：8103H2. 还可以再扩展2片8255芯片。扩展的2片8255芯片的 端分别联接74LS139的 和 端。51/62 2.4 2.4 键盘与显示接口键盘与显示接口 2.4.1 LED 2.4.1 LED显示器接口显示器接口(a) 管脚配置 (b) 共阴极 (c) 共阳极第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术1. LED显示器的结构 52/62 2.4.1 LED 2.4.1 LED显示器接口显示器接口 LED的段选码表83H7CHBCEH31H88H77HABFH40H-90H6FH9FFH0

46、0H全暗80H7FH800HFFH全亮F8H07H789H76HH82H7DH6C1H3EHU92H6DH582H73HP99H66H484H71HFB0H4FH386H79HEA4H5BH2A1H5EHDF9H06H1C6H39HCC0H3FH0共阳极段选码共阴极段选码显示字符共阳极段选码共阴极段选码显示字符第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术53/62 2.4.1 LED 2.4.1 LED显示器接口显示器接口2.LED显示方式：LED的显示方式分为静态显示和动态显示两种方式。 图2-18 并口静态显示第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口

47、技术1) 静态显示 静态显示指当显示字符时，发光二极管一直保持导通或截止，直到下次显示新的字符为止。其特点是显示亮度高、稳定、CPU效率高，适用于显示位数不太多的场合。在MCS-51系统中可用并口或串口来实现。 54/622.4.1 LED2.4.1 LED显示器接口显示器接口LED显示方式图2-19 串口静态显示第第2 2章章 计算机控制系统的接口技术计算机控制系统的接口技术55/62 2.4.1 LED 2.4.1 LED显示器接口显示器接口 静态显示程序清单： ORG 2000H MAIN： MOV R7，#08H； 显示数据个数 MOV R0，#7FH； 显示缓冲区78H-7FH DL0: MOV A，R0 ADD A，#0BH； 加偏移量 MOVC A，A+PC； 查表 MOV SBUF，A DL1： JNB T1，DL1 CLR TI DEC R0 DJNZ R7，DL0 RET DSEGTAB：DB 0C0H，0F9H，0A4H，0B0H，99H；0，1，2，3，4字形码 92H，82H，0F8H , 80H，90H； 5，6，7，8，9字形码 88H，83H，0C6H，0A1H，86H，84H；A，B，C，D，E，F字形码