智能化测量仪表原理与设计

1、智能仪表原理与设计智能仪表原理与设计任课教师：王久龙任课教师：王久龙江苏理工学院 电信学院60-321 测控系课程的性质：电子与测控、电气类专业课、考查课课程的性质：电子与测控、电气类专业课、考查课。 学时：学时：3232学时。学时。 成绩评定：开卷考试等。成绩评定：开卷考试等。平时成绩平时成绩2020+ +考试成绩考试成绩8080。教材：智能化测量控制仪表原理与设计教材：智能化测量控制仪表原理与设计 第第3 3版版课程的作用与任务课程的作用与任务 随着微电子技术的迅速发展和超大规模集成电随着微电子技术的迅速发展和超大规模集成电路的出现，特别是单片机的出现，正在引起测量控路的出现，特别是单片机

2、的出现，正在引起测量控制仪表领域内的一场新的技术革命。通过它能够很制仪表领域内的一场新的技术革命。通过它能够很容易地将计算技术与测量控制技术相结合，组成新容易地将计算技术与测量控制技术相结合，组成新一代的所谓一代的所谓“智能化测量控制仪表智能化测量控制仪表”。在计算机与。在计算机与仪表一体化设计中具有其他微型计算机无法比拟的仪表一体化设计中具有其他微型计算机无法比拟的优势。优势。 适用专业：电子与测控、电气类适用专业：电子与测控、电气类 参考书参考书 : : 1. 1. 吕能元等编著，吕能元等编著，80C5180C51单片微型计算机原理单片微型计算机原理，科学出版社，科学出版社，1993199

3、3年年 2. 2. 赵新民等编著，智能仪器原理及设计赵新民等编著，智能仪器原理及设计，哈尔哈尔滨工业大学出版社，滨工业大学出版社，19911991年年 3. 3. 杨吉祥编著，智能仪器杨吉祥编著，智能仪器，南京工学院出版南京工学院出版社，社， 1986 1986年年 第一章第一章 绪论绪论基本要求：基本要求： 了解智能仪表的组成、发展趋势、主要了解智能仪表的组成、发展趋势、主要功能特点及基本设计思想和研制步骤。功能特点及基本设计思想和研制步骤。 重点：智能仪表的组成重点：智能仪表的组成难点：难点：1.1.智能仪表的功能特点智能仪表的功能特点2.2.智能仪表的设计方法智能仪表的设计方法学时：学时

4、：2 2作业：作业：1 1教学内容：教学内容：1 1. .智能仪表的基本组成与发展智能仪表的基本组成与发展2.2.智能仪表的功能特点智能仪表的功能特点3.3.智能仪表的设计方法智能仪表的设计方法一、智能化测量控制仪表的概念：一、智能化测量控制仪表的概念： 以单片机为主体的测量控制仪器仪表。以单片机为主体的测量控制仪器仪表。二、智能化测量控制仪表的特点：二、智能化测量控制仪表的特点：1. 测量过程自动化测量过程自动化2. 测量结果的数据处理（最突出的特点）测量结果的数据处理（最突出的特点） a.对随机误差和系统误差进行处理对随机误差和系统误差进行处理 b.数值处理和非数值处理数值处理和非数值处理

5、3. 多功能多功能 如电力需求分析仪，可测量有功功率如电力需求分析仪，可测量有功功率、电能电能、频率频率、功率因素功率因素、峰值等，可预置用电需求计划，并有记录峰值等，可预置用电需求计划，并有记录、打印打印、报警报警、控制等功能。控制等功能。第一章第一章 绪论绪论三、功能：三、功能： 数据运算数据运算、存储存储、逻辑判断逻辑判断、命令识别命令识别、自诊断自校自诊断自校正正、自适应自学习等功能。自适应自学习等功能。 设计重点从模拟和逻辑电路转向单片机设计重点从模拟和逻辑电路转向单片机、功能部件功能部件、接口电路接口电路、输入输出通道设计等。输入输出通道设计等。1.1 智能化测量控制仪表的基本组成

6、与智能化测量控制仪表的基本组成与发展发展 智能化测量控制仪表的主体：单片机。智能化测量控制仪表的主体：单片机。 单片机内部：单片机内部：CPU、存储器、定时器存储器、定时器/计数器、计数器、并行并行I / O口、串行口甚至口、串行口甚至A/D等。等。 一、一、 智能化测量控制仪表的基本组成：智能化测量控制仪表的基本组成：二、智能化测量控制仪表的发展。二、智能化测量控制仪表的发展。 国内市场上比如：能自动进行差压补偿的智国内市场上比如：能自动进行差压补偿的智能节流式流量计、能对各种频谱图进行分析和数能节流式流量计、能对各种频谱图进行分析和数据处理的智能色谱仪、能进行程序控温的智能多据处理的智能色

7、谱仪、能进行程序控温的智能多段式温度控制仪、能实现数字段式温度控制仪、能实现数字PID控制和各种复控制和各种复杂控制规律的智能式调节器等。杂控制规律的智能式调节器等。 其发展速度很快的一个重要因素是集成电路其发展速度很快的一个重要因素是集成电路和计算机技术的飞速发展。如和计算机技术的飞速发展。如80C51 、80C552等。等。DSP芯片如芯片如TMS320系列。系列。 Computer脉冲发生器数据采集卡脉冲氙灯电源步进电机控制模块步进电机控制模块光栅CCD样品室光栅氙灯光纤荧光光谱仪的结构框图光纤荧光光谱仪的结构框图 wave相对强度 1.2智能化测量控制仪表的功能特点智能化测量控制仪表的

8、功能特点 一、传统测控仪表对输入信号测量的一、传统测控仪表对输入信号测量的准确性准确性和和正正确性确性方面不能保证。方面不能保证。 1、准确性：智能化测量控制仪表采用自动校准技术准确性：智能化测量控制仪表采用自动校准技术消除零点漂移，用校正算法（自校准）消除系统误差，提消除零点漂移，用校正算法（自校准）消除系统误差，提供数字滤波算法消除随机误差。供数字滤波算法消除随机误差。 2、正确性：设有自检功能确保对输入信号测量的正确、正确性：设有自检功能确保对输入信号测量的正确性。性。 主要功能特点：利用单片机的数据处理能力，可消除随主要功能特点：利用单片机的数据处理能力，可消除随机误差和系统误差。机误

9、差和系统误差。 二、其他方面功能：利用数据处理技术对仪表进二、其他方面功能：利用数据处理技术对仪表进行非线性特性的校正（线性化）；利用串行和并行通行非线性特性的校正（线性化）；利用串行和并行通讯接口组成自动测控系统等。讯接口组成自动测控系统等。 GP-IB的接口能力及总线结构图。的接口能力及总线结构图。 1.3智能化测量控制仪表的设计方法智能化测量控制仪表的设计方法一、智能化测量控制仪表设计的主要内容：一、智能化测量控制仪表设计的主要内容：1)硬件硬件2)软件软件3)仪表结构工艺。仪表结构工艺。 在设计一台智能仪表时首先应根据仪表要完在设计一台智能仪表时首先应根据仪表要完成的任务确定其具体的功

10、能。成的任务确定其具体的功能。 1)在硬件设计时首先考虑单片机的选择。在硬件设计时首先考虑单片机的选择。 选择单片机时应考虑的因素：选择单片机时应考虑的因素：1. 字长字长 用于工业现场的单片机和用于通用计算机系用于工业现场的单片机和用于通用计算机系统的微处理器不同。字长为统的微处理器不同。字长为8位位、时钟频率为时钟频率为20-30MHZ满足要求。满足要求。2. 寻址能力寻址能力 64K3. 指令功能和执行速度指令功能和执行速度 111条指令条指令4. 中断能力中断能力 5个基本中断源个基本中断源5. 市场上对该单片机的软硬件支持状况市场上对该单片机的软硬件支持状况 80C51 其他几种其他

11、几种51系列单片机的选择（了解）：系列单片机的选择（了解）： 1、AT89C52 内部有内部有3个定时器个定时器T0、T1、T2，6个中断源，有个中断源，有256字节内部字节内部RAM可供使用，其中：可供使用，其中： 低低128B（007FH）可以直接或间接寻址）可以直接或间接寻址 高高128B（80FFH）只能间接寻址）只能间接寻址 特殊功能寄存器只能直接寻址，它与高特殊功能寄存器只能直接寻址，它与高128BRAM是靠寻址方式不同来区分的是靠寻址方式不同来区分的 2、ADuC831 具备具备AT89C52的全部资源，另外，还有：的全部资源，另外，还有： 片内扩展的片内扩展的2KB数据数据XR

12、AM，占用外部数据存储，占用外部数据存储空间的低空间的低2KB空间，必须用空间，必须用MOVX指令访问指令访问 4KB片内片内EEPROM数据存储器数据存储器 8通道通道12位位ADC，可，可247KSPS高速采样，可实现高速采样，可实现ADC至至RAM的的DMA控制器控制器 2路路12位电压输出位电压输出DAC 另外还有另外还有 ：SPI串行接口，看门狗定时器等。串行接口，看门狗定时器等。 3、STC89C54RD+ STC89C54RD+单片机在引脚和外形与单片机在引脚和外形与AT89C52完全兼容，另外扩展了完全兼容，另外扩展了1KB内部内部XRAM，其地址为，其地址为0003FFH，必

13、须使用，必须使用MOVX指令访问，另有指令访问，另有2KB EEPROM数据存储器，可存放非易失性数据。数据存储器，可存放非易失性数据。STC单片机可用普通单片机开发装置开发、在线下载，单片机可用普通单片机开发装置开发、在线下载， 输入输出接口包括：输入输出接口包括：1. A/D接口接口2. D/A接口接口3. 键盘显示器打印机接口键盘显示器打印机接口4. 通信接口通信接口先画电路图，在试验板上调试，先画电路图，在试验板上调试，PCB板。板。 2)软件设计常用的程序设计方法：软件设计常用的程序设计方法：1. 模块法模块法 监控管理程序三大模块：监控管理程序三大模块： 监控主程序监控主程序 接口

14、管理程序接口管理程序 命令处理子程序命令处理子程序2. 自顶向下设计方法自顶向下设计方法3. 结构化程序设计结构化程序设计 结构化程序设计三种基本结构：结构化程序设计三种基本结构：a. 顺序结构顺序结构b. 选择结构选择结构 c. 循环结构：循环结构：以上三种结构可嵌套任意层数以上三种结构可嵌套任意层数优点：利用该三种结构可构成任意程序。优点：利用该三种结构可构成任意程序。缺点：缺点：1. 执行速度慢，占用存储器多。执行速度慢，占用存储器多。 2. 只采用三种结构，某些复杂任务实现只采用三种结构，某些复杂任务实现 困难。困难。 第二章第二章 智能化测量控制仪表的专用微处理器智能化测量控制仪表的

15、专用微处理器基本要求：基本要求： 了解了解80C5180C51系列单片机的特点和结构。系列单片机的特点和结构。重点难点：重点难点：1 1. 80C51. 80C51系列单片机的特点系列单片机的特点2. 2. 80C5180C51系列单片机的结构系列单片机的结构 3. 3. 80C5180C51单片机的系统扩展单片机的系统扩展学时：学时：4 4作业：作业：教学内容：教学内容：1 1. 80C51. 80C51系列单片机的特点系列单片机的特点 2. 2. 80C5180C51单片机的结构单片机的结构3. 3. 80C5180C51单片机的存储器结构单片机的存储器结构4. 4. 80C5180C51

16、单片机的单片机的CPUCPU时序时序5. 5. 80C5180C51单片机的复位信号与复位电路单片机的复位信号与复位电路6. 6. 80C5180C51单片机的并行单片机的并行I/OI/O口口7. 7. 80C5180C51单片机的指令系统单片机的指令系统8. 8. 80C5180C51单片机的汇编语言程序设计与实用子程序单片机的汇编语言程序设计与实用子程序9. 9. 80C5180C51单片机的定时器单片机的定时器/ /计数器计数器10.10.80C5180C51单片机的串行口单片机的串行口11. 11. 80C5180C51单片机的中断系统单片机的中断系统12. 12. 80C5180C5

17、1单片机的节电工作方式单片机的节电工作方式13. 13. 80C5180C51单片机的系统扩展单片机的系统扩展 第二章第二章 智能化测量控制仪表的专用微处智能化测量控制仪表的专用微处理器理器 很多仪表厂家都采用很多仪表厂家都采用8位微处理器。位微处理器。 单片机在内部集成：单片机在内部集成：CPU、ROM、RAM、定时器定时器/计数器、串行口、并行计数器、串行口、并行I / O口、中断系统、口、中断系统、时钟电路等。时钟电路等。 目前市场上单片机的硬件支持芯片及软件应目前市场上单片机的硬件支持芯片及软件应用程序十分丰富，许多仪表厂家都采用用程序十分丰富，许多仪表厂家都采用80C51系系列单片机

18、作为其生产的测量控制仪表的专用微处列单片机作为其生产的测量控制仪表的专用微处理器。理器。 80C51系列单片机在片内集成了：系列单片机在片内集成了： CPU、并并行行I / O口、异步串行口、口、异步串行口、16位定时器位定时器/计数器、计数器、 中中断系统、片内断系统、片内RAM、片内片内ROM等。等。 80C51系列单片机分为无片内系列单片机分为无片内ROM型型(80C31)和带片内和带片内ROM型（型（ 80C51、 87C51 、 89C51 ）。）。 80C51系列单片机在存储器上采用系列单片机在存储器上采用ROM 和和RAM分开结构；七种寻址方式；分开结构；七种寻址方式；111条指

19、令；条指令；5个个中断源。中断源。2.1 80C51系列单片机的特点系列单片机的特点2.2 80C51单片机的结构单片机的结构 2.2.1 基本组成基本组成 80C51单片机通常采用单片机通常采用40引脚引脚双列直插式封装。双列直插式封装。2.2.2 引脚功能引脚功能2.3 80C51单片机的存储器结构单片机的存储器结构80C51单片机的存储器结构组成：单片机的存储器结构组成：四个存储器空间：四个存储器空间：64K内部内部ROM64K外部外部ROM128B内部内部RAM64K外部外部RAM 80C51单片机特殊功能寄存器一览表：单片机特殊功能寄存器一览表： 工作寄存器组选择由程序状态字寄存器工

20、作寄存器组选择由程序状态字寄存器PSW中的中的两位两位RS0和和RS1决定。决定。RS1、RS0与工作寄存器组的关系：与工作寄存器组的关系：2.4 80C51单片机的单片机的CPU时序时序 CPU执行一条指令所需的时间以机器周期执行一条指令所需的时间以机器周期为单位，为单位， 80C51单片机的一个机器周期包括单片机的一个机器周期包括12个振荡周期，分为个振荡周期，分为6个个S状态：状态：S1S6。 指令的执行速度与其需要的机器周期数有指令的执行速度与其需要的机器周期数有关，机器周期数越少速度越快。关，机器周期数越少速度越快。2.5 80C51单片机的复位信号与复位电路单片机的复位信号与复位电

21、路 80C51单片机在启动时需要复位，使单片机在启动时需要复位，使CPU和系统的各个部件处于一种确定的和系统的各个部件处于一种确定的状态。状态。 80C51单片机复位电路有上电自动复单片机复位电路有上电自动复位电路和按键手动复位电路。位电路和按键手动复位电路。 复位以后不影响片内复位以后不影响片内RAM内容。内容。 80C51单片机有单片机有4个并行个并行I/O口：口：P0、P1、P2、P3，每个口都有每个口都有8根引脚，都是双向通道，每个引脚都能独根引脚，都是双向通道，每个引脚都能独立地用作输入或输出。立地用作输入或输出。2.6 80C51单片机的并行单片机的并行I/O口口 80C51单片机

22、并行单片机并行I/O口一位的逻辑图：口一位的逻辑图： 80C51单片机并行单片机并行I/O口一位的逻辑图：口一位的逻辑图： P0、P2口用作地址口用作地址/数据总线，数据总线，P3口用其第二功口用其第二功能，可以对外形成地址、数据和控制三总线。在利用能，可以对外形成地址、数据和控制三总线。在利用三总线时需在三总线时需在P0口加接一地址锁存器，而口加接一地址锁存器，而P2口不用。口不用。单片机与外部存储器、单片机与外部存储器、I/O端口的连接：端口的连接：2.7.1 指令和助记符指令和助记符2.7 80C51单片机的指令系统单片机的指令系统2.7.2 指令的字节数指令的字节数 指令是一组二进制代

23、码。助记符一般采用指令是一组二进制代码。助记符一般采用英文单词缩写。英文单词缩写。 一条指令通常由操作码和操作数组成。一条指令通常由操作码和操作数组成。1）单字节指令）单字节指令2）双字节指令）双字节指令3）三字节指令）三字节指令2.7.3 寻址方式寻址方式 寻址：寻找操作数的地址。寻址：寻找操作数的地址。1.寄存器寻址寄存器寻址2.直接寻址直接寻址3.立即寻址立即寻址4.寄存器间接寻址寄存器间接寻址5.变址寻址变址寻址6.相对寻址相对寻址7.位寻址位寻址 可以位寻址的可以位寻址的SFR：2.8 80C51单片机的汇编语言程序设计单片机的汇编语言程序设计2.8.1 汇编语言格式与伪指令汇编语言

24、格式与伪指令汇编语言源程序转换为目标程序称为汇编。汇编语言源程序转换为目标程序称为汇编。1.设置程序起始地址设置程序起始地址ORGORG nnnn2.定义字节定义字节DB标号：标号：DB 项或项表项或项表3.定义字定义字DW标号：标号：DW 项或项表项或项表4.保留存储器空间保留存储器空间DS标号：标号：DS 表达式表达式5.为标号赋值为标号赋值EQU字符名字符名 EQU 表达式表达式设计应用程序时首先要确定算法。一般先编写一个设计应用程序时首先要确定算法。一般先编写一个主程序框架，再编写各个功能子程序。主程序框架，再编写各个功能子程序。2.8.2 应用程序设计应用程序设计6.源程序结束源程序

25、结束END END2.9 80C51单片机的定时器单片机的定时器/计数器计数器 方式控制寄存器方式控制寄存器TMOD的控制字格式：的控制字格式：2.9.1 定时器定时器/计数器的控制寄存器与逻辑结构计数器的控制寄存器与逻辑结构 80C51单片机内部有两个单片机内部有两个16位定时器位定时器/计数器：计数器：T0和和T1。定时器定时器/计数器在硬件上由双字节加法计数计数器在硬件上由双字节加法计数器器TH和和TL组成。定时器组成。定时器/计数器的工作方式由计数器的工作方式由TMOD和和TCON编程决定。编程决定。 运行控制寄存器运行控制寄存器TCON的控制字格式：的控制字格式：1）方式）方式0和方

26、式和方式1 以定时器以定时器/计数器计数器T1为例，方式为例，方式0为为13位定时器位定时器/计数器，由计数器，由TL1的低的低5位和位和TH1的的8位构成。方式位构成。方式1为为16位定时器位定时器/计数器，计数器，TL1和和TH1均为均为8位。位。定时器定时器T1方式方式0和方式和方式1逻辑结构：逻辑结构： 2）方式）方式2定时器定时器T1方式方式2逻辑结构：逻辑结构：3）方式）方式3定时器定时器T0方式方式3逻辑结构：逻辑结构：T2CON控制字格式：控制字格式：80C52：T2，其控制寄存器，其控制寄存器T2CON地址为地址为C8H。T2定时器操作方式：定时器操作方式：1）常数自动装入方

27、式）常数自动装入方式 当当T2工作于此方式时，由工作于此方式时，由TL2和和TH2构成构成16位计数位计数器，器，RCAP2L和和RCAP2H组成组成16位常数寄存器位常数寄存器 。常数自动重新装入方式时定时器常数自动重新装入方式时定时器T2的逻辑结构：的逻辑结构：3）串行口波特率发生器方式）串行口波特率发生器方式2）16位捕捉方式位捕捉方式捕捉方式时定时器捕捉方式时定时器T2的逻辑结构：的逻辑结构： 80C51定时定时/计数器在进行定时或计数之前要初始计数器在进行定时或计数之前要初始化，初始化步骤：化，初始化步骤：1. 确定工作方式，即给确定工作方式，即给TMOD写入控制字。写入控制字。2.

28、 设置初值，将初值写入寄存器设置初值，将初值写入寄存器TL0、TH0或或TL1、TH1。3. 对中断控制寄存器对中断控制寄存器IE置初值，即决定是否开放定时置初值，即决定是否开放定时器中断。器中断。4. 使使TCON中中TR0或或TR1置位，以启动定时置位，以启动定时/计数器。计数器。2.9.2 定时器定时器/计数器应用举例计数器应用举例2.10 80C51单片机的串行口单片机的串行口 异步通信字符格式：异步通信字符格式： 80C51单片机在与外设或其他计算机之间交换信单片机在与外设或其他计算机之间交换信息时，通常采用并行通信和串行通信方式。息时，通常采用并行通信和串行通信方式。2.10.1

29、串行通信方式与串行口控制寄存器串行通信方式与串行口控制寄存器1. 异步串行通信方式异步串行通信方式 串行通信分为异步传送和同步传送。串行通信分为异步传送和同步传送。 同步传送格式：同步传送格式： 在串行通信中有个反映串行通信速率的重要指标：在串行通信中有个反映串行通信速率的重要指标：波特率。波特率。 波特率不等于时钟频率，时钟频率通常是波特率波特率不等于时钟频率，时钟频率通常是波特率的的16或或64倍。倍。2. 同步串行通信方式同步串行通信方式 串行通讯中数据传送方式：串行通讯中数据传送方式： 80C51串行口组成。串行口组成。 串行口控制寄存器串行口控制寄存器SCON格式：格式： 串行口工作

30、方式：串行口工作方式： 波特率系数控制寄存器波特率系数控制寄存器PCON格式：格式：2.10.2 串行口应用举例串行口应用举例 串行口一般用定时器串行口一般用定时器T1作为波特率发生器，通作为波特率发生器，通常将常将T1设置为工作方式设置为工作方式2。2.11 80C51单片机的中断系统单片机的中断系统中断的类型：中断的类型：1. 屏蔽中断。屏蔽中断。2. 非屏蔽中断非屏蔽中断。3. 软件中断。软件中断。2.11.1 中断的概念中断的概念 中断就是中断就是CPU暂时终止当前正在执行的程序转而暂时终止当前正在执行的程序转而执行中断服务子程序。执行中断服务子程序。中断系统的任务：中断系统的任务：1

31、. 开中断、关中断。开中断、关中断。2. 中断的排队中断的排队。3. 中断的响应。中断的响应。4. 中断撤除。中断撤除。2.11.2 中断申请与控中断申请与控制制 80C51单片机的中断系统由若干个单片机的中断系统由若干个SFR组成：组成：定时器运行控制寄存器定时器运行控制寄存器TCON中断允许寄存器中断允许寄存器IE中断优先级寄存器中断优先级寄存器IP串行口控制寄存器串行口控制寄存器SCON 80C51有有5个中断源：个中断源：外部中断外部中断0外部中断外部中断1T0T1串行口串行口 定时器控制寄存器定时器控制寄存器TCON格式：格式： 串行口控制寄存器串行口控制寄存器SCON格式：格式：

32、中断允许寄存器中断允许寄存器IE格式：格式： 中断优先级寄存器中断优先级寄存器IP格式：格式： 80C51单片机的单片机的5个中断源及其优先级固定查询次序：个中断源及其优先级固定查询次序： 表表2-8 80C51单片机的中断源：单片机的中断源：2.11.3 中断响应中断响应响应中断的条件：响应中断的条件：1. 没有同级或更高级别的中断正在得到相应。没有同级或更高级别的中断正在得到相应。2. 等到当前正在执行的指令执行完毕后，等到当前正在执行的指令执行完毕后，CPU响应新的中断申请。响应新的中断申请。3. 若正在执行的指令是若正在执行的指令是RETI或任何访问或任何访问IE或或IP的指令，要在执

33、行完该指令以及其后的一条指的指令，要在执行完该指令以及其后的一条指令后才响应新的中断。令后才响应新的中断。80C51单片机单片机5个中断源中，响应后系统能通过个中断源中，响应后系统能通过硬件自动清硬件自动清0的有：的有：1. T0或或T1的中断请求标志的中断请求标志TF0或或TF1。2. 外部中断外部中断0或或1的中断请求标志的中断请求标志IE0或或IE1。80C51单片机对于串行口的中断请求标志单片机对于串行口的中断请求标志TI和和RI不予以自动撤除。不予以自动撤除。80C51单片机中断系统的初始化：单片机中断系统的初始化：1. 开中断。开中断。2. 确定各中断源优先级。确定各中断源优先级。

34、3. 若是外部中断，应规定是低电平触发还是负若是外部中断，应规定是低电平触发还是负边沿触发。边沿触发。中断处理包括：中断处理包括： 1. 保护现场。保护现场。2. 为中断服务。为中断服务。编写中断服务程序时需注意：编写中断服务程序时需注意：1. 如果中断服务程序的长度超过如果中断服务程序的长度超过8个地址单元，个地址单元，应在中断入口地址处安排一条转移指令。应在中断入口地址处安排一条转移指令。2. 若执行当前中断服务程序时需要禁止更高级若执行当前中断服务程序时需要禁止更高级中断源，则要用指令关闭中断。中断源，则要用指令关闭中断。3. 在保护和恢复现场前关中断。在保护和恢复现场前关中断。4. 及

35、时清除不能被硬件自动清及时清除不能被硬件自动清0的中断请求标志。的中断请求标志。2.12 80C51单片机的节电工作方式单片机的节电工作方式80C51单片机的两种节电工作方式：单片机的两种节电工作方式：1. 空闲方式空闲方式2. 掉电方式掉电方式特殊功能寄存器特殊功能寄存器PCON格式：格式：2.12.2 节电方式的应用节电方式的应用2.13 80C51单片机的系统扩展单片机的系统扩展2.13.1 程序存储器扩展程序存储器扩展1.地址线地址线2.数据线数据线3.控制线控制线2.13.2 数据存储器扩展数据存储器扩展 80C51单片机采用哈佛式存储器结构，程序存储单片机采用哈佛式存储器结构，程序

36、存储器和数据存储器在物理上是独立的，且各自具有不同器和数据存储器在物理上是独立的，且各自具有不同的控制信号。的控制信号。2.13.3 并行并行I/O端口扩展端口扩展 对于无对于无ROM型单片机，由于型单片机，由于P0和和P2口不能再用口不能再用作并行作并行I/O口，所以很多情况下需要进行外部并行口，所以很多情况下需要进行外部并行I/O口扩展。口扩展。 为了唯一选中某个外部存储器单元或外部为了唯一选中某个外部存储器单元或外部I/O端端口，必须进行两种选择操作：片选和字选。口，必须进行两种选择操作：片选和字选。1. 线选法线选法2. 地址译码法地址译码法1. 线选法线选法 线选法利用单片机的一根空

37、闲高位地址线选中一线选法利用单片机的一根空闲高位地址线选中一个外部扩展个外部扩展I/O口芯片。口芯片。2. 地址译码法地址译码法80C51单片机的工作方式单片机的工作方式 1.复位方式复位方式 2.程序执行方式程序执行方式 80C51单片机的基本工作方式。所执行单片机的基本工作方式。所执行的程序可放在内部的程序可放在内部ROM、外部外部ROM或同时或同时存放在内外存放在内外ROM中。中。 3.单步执行方式单步执行方式 使程序的执行处在外加脉冲的控制之下，使程序的执行处在外加脉冲的控制之下，使程序指令逐条执行。使程序指令逐条执行。 单步执行方式可以利用单步执行方式可以利用80C51单片机的中单片

38、机的中断控制来实现。断控制来实现。 4.编程和校验方式编程和校验方式 (1) 8751H EPROM的操作方式：的操作方式： 8751H EPROM的编程线路：的编程线路： 8751H EPROM的校验线路：的校验线路： 8751H EPROM的保密位编程线路：的保密位编程线路： 87C51 EPROM的操作方式：的操作方式： (2) 87C51 的编程方法：的编程方法： CMOS型单片机的型单片机的EPROM编程线路：编程线路： CMOS型单片机的型单片机的EPROM校验线路：校验线路：第三章第三章 智能化测量控制仪表的智能化测量控制仪表的ADC和和DAC接口接口基本要求：基本要求： 了解智

39、能仪表的过程通道接口技术，掌了解智能仪表的过程通道接口技术，掌握握A/DA/D，D/AD/A转换接口及数据采集系统的设计转换接口及数据采集系统的设计方法。方法。 重点难点：重点难点：1. 1. DACDAC接口技术接口技术 2. 2. ADCADC接口技术接口技术 3. 3. 数据采集系统数据采集系统学时：学时：8 8作业：作业：7 7教学内容：教学内容：1. 1. A/DA/D及及D/AD/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 2. 2. DACDAC接口技术接口技术 3. 3. ADCADC接口技术接口技术 4. 4. 数据采集系统数据采集系统 第三章第三章 智能化测量控制仪表的智能

40、化测量控制仪表的ADC和和DAC接口接口 智能化测量控制仪表的工作过程：智能化测量控制仪表的工作过程：1.分辨率分辨率2.精度精度3.量程（满刻度范围）量程（满刻度范围）4.线性度误差线性度误差5.转换时间转换时间3.1.1 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 3.1 A/D及及D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标3.1.2 D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 3.2 DAC接口技术接口技术 DAC的功能是将数字量转换为与其成比例的的功能是将数字量转换为与其成比例的模拟量。模拟量。 几种常用几种常用DAC芯片的特点及性能：芯片的特点及性能： 将电流型将电流型D

41、AC芯片连接成电压输出方式：芯片连接成电压输出方式： 将电流型将电流型DAC芯片连接成电压输出方式：芯片连接成电压输出方式： 将电流型将电流型DAC芯片连接成电压输出方式：芯片连接成电压输出方式：3.2.1 常用常用DAC芯片的接口方法芯片的接口方法1.无内部锁存器的无内部锁存器的DAC接口方法接口方法10位位DAC接口接口(a)无内部锁存器无内部锁存器的的DAC接口接口(b)毛刺毛刺采用双组缓冲器的采用双组缓冲器的10位位DAC接口：接口：图图3.4 采用双组缓冲器的采用双组缓冲器的10位位DAC接口接口DAC0832逻辑框图逻辑框图2.带内部锁存器的带内部锁存器的DAC接口方法接口方法图图

42、3.5 DAC0832逻辑框图逻辑框图DAC0832与与80C51单片机的接口单片机的接口图图3.6 DAC0832与与80C51单片机的接口单片机的接口二路二路DAC0832与与80C51的接口的接口图图3.7 二路二路DAC0832与与80C51的接口的接口多通道模拟量输出接口多通道模拟量输出接口图图3.8 多通道模拟量输出接口多通道模拟量输出接口DAC1208的结构的结构图图3.9 DAC1208的结构的结构DAC1208与单片机与单片机80C51接口接口图图3.10 DAC1208与单片机与单片机80C51接口接口3.2.2 DAC接口的应用接口的应用DAC0832与与80C51单片机

43、的接口单片机的接口图图3.6 DAC0832与与80C51单片机的接口单片机的接口3.2.2 DAC接口的应用接口的应用正向阶梯波正向阶梯波双通道正交可程控正弦波发生器原理图双通道正交可程控正弦波发生器原理图图图3.13 双通道正交可程控正弦波发生器原理图双通道正交可程控正弦波发生器原理图正弦波形的离散化：正弦波形的离散化：调制型调制型DAC任意波形发生器原理图任意波形发生器原理图 3.3 ADC接口技术接口技术 ADC的功能是将输入模拟量转换为与的功能是将输入模拟量转换为与其成比例的数字量。它是智能化测量控制仪其成比例的数字量。它是智能化测量控制仪表的一种重要组成器件，按其工作原理分为：表的

44、一种重要组成器件，按其工作原理分为：比较式比较式ADC，积分式积分式ADC以及以及VFC式式ADC（电压频率转换式）。电压频率转换式）。几种常用几种常用A/D芯片的特点和性能：芯片的特点和性能：3.3.1 比较式比较式ADC接口接口(a)原理电路图图3.17 阶梯波比较式阶梯波比较式ADC工作原理工作原理（b)工作波形软件软件ADC的接口的接口图图3.18 软件软件ADC的接口的接口软件软件ADC的程序框图：的程序框图：ADC0809的原理结构框图：的原理结构框图：图图3.20 ADC0809的原理结构框图的原理结构框图ADC0809的工作时序：的工作时序：ADC0809的引脚排列：的引脚排列

45、：ADC0809与单片机与单片机80C51的接口：的接口：图图3.23 ADC0809与单片机与单片机80C51接口接口AD574的转换方式和数据输出格式：的转换方式和数据输出格式：表表3-4 AD574的转换方式和数据输出格式的转换方式和数据输出格式AD574A单极性和双极性输入：单极性和双极性输入：AD574A与与80C51接口电路接口电路图图3.27 AD574A与与80C51的接口电路的接口电路AD578的管脚排列：的管脚排列：AD578的工作时序：的工作时序：AD578与单片机与单片机8751的接口电路的接口电路图图3.30 AD578与单片机与单片机8751的接口电路的接口电路3.

46、3.2 积分式积分式ADC接口接口 有些智能化测量控制仪表要求能在工业现场有些智能化测量控制仪表要求能在工业现场使用，现场通常存在很强的干扰，如大功率电机使用，现场通常存在很强的干扰，如大功率电机的磁场等，而被测信号往往是微弱的直流信号，的磁场等，而被测信号往往是微弱的直流信号，如果不能有效地抑制干扰测量结果则没有意义，如果不能有效地抑制干扰测量结果则没有意义，这时可考虑采用积分式这时可考虑采用积分式ADC。双积分式双积分式ADC的原理及工作波形：的原理及工作波形：图图3.31 双积分工双积分工ADC的原理及工作波形的原理及工作波形(a)原理电路（b）工作波形5G14433的引脚排列：的引脚排

47、列：EOC和和DS的时序：的时序：单片机单片机80C51与与5G14433A/D转换器的接口转换器的接口中断服务子程序中断服务子程序ICL7135引脚排列：引脚排列：ICL7135输出时序：输出时序：ICL7135与单片机的接口电路：与单片机的接口电路：转换数据在内存中的存放格式：转换数据在内存中的存放格式：图图3.35 7135A/D转换流程转换流程（a）主程序三积分式三积分式AD原理及工作波形：原理及工作波形：三积分式三积分式ADC中的计数器：中的计数器：3.3.3 压频转换式压频转换式ADC接口接口(a) 原理电路（b)工作波形图图3.38 VFC原理电路与工作波形原理电路与工作波形用V

48、FC组成ADC的原理：图图3.39 用用VFC组成组成AD转换器的原理框图转换器的原理框图LM331的主要性能特点：的主要性能特点：1.满量程频率范围：满量程频率范围：1Hz100kHz2.最大非线性度：最大非线性度：0.01%3.脉冲输出与所有逻辑形式兼容脉冲输出与所有逻辑形式兼容4.最佳的温度稳定性最佳的温度稳定性5.可在双电源或单电源下工作可在双电源或单电源下工作6.功率低功率低7具有电源电压输出短路保护具有电源电压输出短路保护8.价格低廉价格低廉LM331的引脚排列：的引脚排列：LM331与单片机与单片机80C51的接口的接口图图3.41 LM331与单片机与单片机80C51的接口的接

49、口图图3.42 用用LM331实现实现A/D转换的程序流程转换的程序流程 3.4 数据采集系统数据采集系统 在智能化测量控制仪表中，为了能够实现对外在智能化测量控制仪表中，为了能够实现对外界各种模拟信号的测量，必须要采用数据采集系统界各种模拟信号的测量，必须要采用数据采集系统将信号送入仪表中，数据采集系统是外部信号进入将信号送入仪表中，数据采集系统是外部信号进入仪表内部的必经通道。仪表内部的必经通道。多通道数据采集系统原理：多通道数据采集系统原理：多通道数据采集系统原理：多通道数据采集系统原理：多通道数据采集系统原理：多通道数据采集系统原理：3.4.1 前置放大器前置放大器ICL7650接法：

50、接法：ADOP07接法接法程控放大器原理：程控放大器原理：AD521的管脚排列和基本接法：的管脚排列和基本接法：AD521与输入信号不同耦合方式下的接地方法：与输入信号不同耦合方式下的接地方法：AD524的结构框图及引脚排列：的结构框图及引脚排列：3.4.2 采样保持器采样保持器采样保持放大器（SHA）原理：图图3.52 采样保持器原理图采样保持器原理图3.4.2 采样保持器采样保持器采样保持器采样保持器SH的基本特性参数：的基本特性参数：AD582和和LF398的引脚和接法：的引脚和接法：AD7506多路模拟开关多路模拟开关第四章第四章 智能化测量控制仪表的智能化测量控制仪表的 键盘、键盘、

51、显示器及打印输出接口显示器及打印输出接口基本要求：基本要求： 了解智能仪表的人了解智能仪表的人-机接口技术，掌握键盘、机接口技术，掌握键盘、显示器及打印机接口的设计原理和方法。显示器及打印机接口的设计原理和方法。 重点难点：重点难点：1.1.键盘接口技术键盘接口技术 2.2.显示器接口技术显示器接口技术 3.3.液晶显示器液晶显示器LCDLCD接口技术接口技术4.4.打印机输出接口技术打印机输出接口技术 学时：学时：6 6作业：作业：1313教学内容：教学内容：1.1.键盘接口技术键盘接口技术 2.2.显示器接口技术显示器接口技术 3.82793.8279可编程键盘可编程键盘/ /显示器芯片接

52、口显示器芯片接口 技术技术 4.4.液晶显示器液晶显示器LCDLCD接口技术接口技术5.5.打印机输出接口技术打印机输出接口技术 4.1 键盘接口技术键盘接口技术键盘由一组按压式或触摸式开关构成阵列。键盘由一组按压式或触摸式开关构成阵列。键盘分为编码式键盘和非编码式键盘。键盘分为编码式键盘和非编码式键盘。 1.按键识别按键识别第四章第四章 智能化测量控制仪表的智能化测量控制仪表的 键盘、键盘、显示器及打印输出接口显示器及打印输出接口2. 反弹跳反弹跳3. 串键保护串键保护处理串键的技术：处理串键的技术：1.两键同时按下两键同时按下2. n 键同时按下键同时按下3. n 键锁定键锁定矩阵式矩阵式

53、16键键盘接口键键盘接口4.1.1 非编码键盘非编码键盘行扫描法按键识别：行扫描法按键识别：键位与行列线关系：键位与行列线关系：串键保护流程图：串键保护流程图：第第2行第一列有键按下时的矩阵键盘接口：行第一列有键按下时的矩阵键盘接口：接口总线方向反转后的矩阵键盘接口：接口总线方向反转后的矩阵键盘接口：键盘、显示器与单片机键盘、显示器与单片机80C51的接口：的接口：4.1.3 编码键盘编码键盘静态编码键盘接口电路：静态编码键盘接口电路：扫描式编码键盘：扫描式编码键盘： 4.2 LED显示器接口技术显示器接口技术LED是近似于恒压的元件。是近似于恒压的元件。发光二极管显示器驱动的方法：发光二极管

54、显示器驱动的方法：1.静态驱动方法静态驱动方法给欲点亮的给欲点亮的LED通以恒定的电流。通以恒定的电流。2.动态驱动方法动态驱动方法给欲点亮的给欲点亮的LED通以脉冲电流。通以脉冲电流。4.2.1 七段七段LED显示器显示器七段七段LED数码显示器的连接：数码显示器的连接：共阴极接法共阴极接法共阳极接法共阳极接法内部段的排列内部段的排列七段数码显示器的段码表：七段数码显示器的段码表：采用硬件译码器的采用硬件译码器的LED接口：接口：软件译码的动态扫描多位软件译码的动态扫描多位LED显示接口：显示接口：点阵式点阵式LED显示器显示器75点阵式点阵式LED显示电路：显示电路： 4.3 8279可编

55、程键盘可编程键盘/显示器芯片接口技显示器芯片接口技术术4.3.1 8279的工作原理的工作原理8279分为两部分：键盘部分和显示部分。分为两部分：键盘部分和显示部分。8279的内部逻辑结构：的内部逻辑结构：4.3.2 8279的数据输入、显示输出及命令格的数据输入、显示输出及命令格式式1.数据输入数据输入2.显示输出显示输出（1）键盘、显示器工作模式设置命令）键盘、显示器工作模式设置命令左端输入方式写入过程：左端输入方式写入过程：右端输入方式写入过程：右端输入方式写入过程：K2、K1、K0用于设置键盘的工作方式定义：用于设置键盘的工作方式定义：（2）扫描频率设置命令）扫描频率设置命令（3）读）

56、读FIFO堆栈的命令堆栈的命令（4）读显示）读显示RAM命令命令（5）写显示）写显示RAM命令命令（6）显示屏蔽消隐命令）显示屏蔽消隐命令（7）清除命令）清除命令（8）中断结束）中断结束/显示出错方式命令显示出错方式命令状态字：状态字：4.3.3 8279的接口方法的接口方法用用8279实现键盘实现键盘/显示器接口：显示器接口：单片机单片机80C51与与8279的接口电路：的接口电路：8279工作程序框图：工作程序框图：4.4.1 LCD显示器的工作原理和驱动方式显示器的工作原理和驱动方式 LCD显示器工作原理：液晶的扭曲向显示器工作原理：液晶的扭曲向列效应。列效应。 LCD显示器采用交流驱动

57、，驱动方式：显示器采用交流驱动，驱动方式：静态和动态。静态和动态。 4.4 液晶显示器液晶显示器LCD接口技术接口技术LCD的基本驱动电路及波形：的基本驱动电路及波形：1/3偏压法驱动原理：偏压法驱动原理：4.4.2 段式段式LCD显示器的驱动接口显示器的驱动接口采用硬件译码器的段式采用硬件译码器的段式LCD驱动接口：驱动接口：动态动态LCD驱动接口：驱动接口：MC145000显示寄存器与显示矩阵的对应关系：显示寄存器与显示矩阵的对应关系：4.4.3 点阵式液晶显示模块点阵式液晶显示模块EAD系列点阵式液晶显示模块外部特性：系列点阵式液晶显示模块外部特性：EAD20040AR的内部结构：的内部

58、结构：EAD20040AR显示地址码显示地址码CGROM和和CGRAM字符表字符表CGRAM自定义字符：自定义字符：（1）清显示命令）清显示命令EAD20040AR显示命令：显示命令：（2）光标返回命令）光标返回命令（3）设置输入方式命令）设置输入方式命令（4）显示）显示/开关控制命令开关控制命令（5）光标或显示屏移动命令）光标或显示屏移动命令（6）功能设置命令）功能设置命令（7）设置）设置CGRAM地址命令地址命令（8）设置）设置DDRAM地址命令地址命令（9）读忙标志和地址命令）读忙标志和地址命令（10）向）向CGRAM或或DDRAM写数据命令写数据命令（11）从）从CGRAM或或DDRA

59、M读数据命令读数据命令液晶显示模块液晶显示模块EAD20040AR与单片机与单片机80C51的接口的接口 4.5 打印输出接口技术打印输出接口技术4.5.1 PP40的接口信号的接口信号4.5.2 PP40的操作方的操作方式式PP40文字符号编码文字符号编码4.5.3 PP40的接口方法和打印程序的接口方法和打印程序设计设计PP40的接口方法：的接口方法：第五章第五章 智能化测量控制仪表的智能化测量控制仪表的抗干扰技术抗干扰技术基本要求：基本要求： 了解智能仪表的硬件和软件抗干扰技术。了解智能仪表的硬件和软件抗干扰技术。 重点难点：重点难点：1.1.硬件抗干扰措施硬件抗干扰措施 2.2.软件抗

60、干扰措施软件抗干扰措施 学时：学时：4 4作业：作业：1 1、1010教学内容：1.干扰源 2.硬件抗干扰措施 3.软件抗干扰措施 第五章第五章 智能化测量控制仪表智能化测量控制仪表的抗干扰技术的抗干扰技术 5.1 干扰源干扰源干扰信号主要通过三个途径进入仪表内部：1.电磁感应2.传输通道3.电源线5.1.1 串模干扰、共模干扰及电源干串模干扰、共模干扰及电源干扰扰 串模干扰是指干扰电压与有效信号串联叠加后作用到智能化测量控制仪表上。 共模干扰是指输入通道两个输入端上共有的干扰电压。 单端对地输入方式：5.1.2 数字电路的干扰数字电路的干扰平行导线的电容耦合： 5.2 硬件抗干扰措施硬件抗干