《智能控制系统与工程》课件-3.计算机控制过程通道

智能控制系统与工程计算机控制过程通道复习：计算机控制技术的发展1946年第一台计算机问世50年代末应用于过程控制1962年，英国实现了一个DDC系统1972年，出现了DCS系统FCS成为计算机控制系统结构的发展方向智能化、综合化、集成化、系统化、标准化、微型化、大型化、多媒体化、网络化复习：计算机控制系统的组成计算机控制系统=工业控制计算机系统+被控对象输入通道及接口DI、AI输出通道及接口DO、AO被控对象外存人机接口计算机硬件计算机主机过程通道及接口人机接口、外存软件系统软件支持软件应用软件复习：常用工业控制计算机工业控制计算机：基于微处理器的自动控制装置。可编程控制器（PLC）可编程调节器（单回路调节器SSC，智能调节器）单片微型计算机（SCM）总线式工控机（IPC）计算机的硬件结构运算器控制器存储器输入设备输出设备通过系统总线构成一个完整的系统系统总线总线：连接模块与模块或设备与设备的一组信号线。它可以让计算机控制系统中的各部件进行信息交换。计算机内部的各单元模块通过内部总线交换信息。计算机和外部设备或其他计算机通过外部总线交换信息。总线标准：总线上各个单元（如芯片、扩展卡、系统）要进行正确的连接与信息交互，应遵守协议和规范，这些规范称为总线标准。总线类型按其传送数据的方式可分为串行总线和并行总线；按应用的场合可分为芯片总线、板内总线、机箱总线、设备互连总线、现场总线及网络总线等；按用途可分为计算机总线、外设总线和控制系统总线；按总线的作用域可分为全局总线和本地总线；按标准化程度可分为标准总线和非标准化（专用）总线等；按使用位置可为分内部总线和外部总线。接口技术计算机接口技术：是采用硬件与软件相结合的方法，使微处理器与外部设备进行最佳的匹配，实现CPU与外部设备之间的高效、可靠的信息交换的一门技术。处理器通过总线与接口电路连接，再与外部设备连接，因此CPU总是通过接口与外部设备发生联系。（输入量、反馈量、控制量）接口技术是组成计算机控制系统的关键技术，因此智能控制系统的开发也离不开接口的设计、选用和连接。常见的接口思考：你还知道哪些接口？接口能起什么作用？接口电路的作用接口电路：是主机和外围设备之间交换信息的连接部件(电路)。接口电路的功能：对数据传送进行控制。解决主机CPU和外围设备之间的时序配合和通信联络问题；解决CPU和外围设备之间的数据格式转换和匹配问题；解决CPU的负载能力和外围设备端口选择问题；接口电路可实现端口的可编程功能以及错误检测功能。计算机控制系统的过程通道与接口过程通道是计算机和生产过程之间进行信息传送和转换的连接通道，它包括数字量输入通道、模拟量输入通道、数字量输出通道和模拟量输出通道。生产过程的各种参数通过数字量输入通道或模拟量输入通道送入计算机。计算机机经过计算和处理后所得到的结果通过数字量输出通道或模拟量输出通道送到生产过程，从而实现对生产过程的控制。输入通道及接口DI、AI输出通道及接口DO、AO被控对象外存人机接口计算机将传感器或变送器的电流/电压信号转换为计算机可以识别的数字信号。将计算机输出的数字信号转换为可直接推动执行机构的电气信号。生产过程信息输入的开关量：设备的启停状态、阀门开关状态等，指两种状态的过程量；输入的模拟量：变送器输出的电信号（1~5V或4~20mA），如压力、流量、温度、液位等；输出的数字量：设备启停指令、指示灯的控制指令等。输出的模拟量：控制指令，送往执行机构；过程通道的分类（1）数字量输入通道（DI）DigitalInput（2）数字量输出通道（DO）DigitalOutput（3）模拟量输入通道（AI）AnalogInput（4）模拟量输出通道（AO）AnalogOutput常见的数字量输入形式基本开关输入电路当开关断开时，输出触点通过上拉电阻与电源网络相连，呈现为高电平。开关接通时，输出触点被开关与地网络相连，呈现为低电平。常见的数字量输入常见的数字量输入

常见开关量输入打开热水龙头时，进水管处的水量传感器发出信号，微机检测后控制燃气电磁阀和点火电路对热交换器中的水进行加热。思考在待测转轴上固定一个带孔的调制圆盘，在调制圆盘的一边由发光元件产生恒定光，光透过盘上的小孔到达由光敏二极管组成的光敏转换器上，转换成相应的电脉冲信号。思考题：如果圆盘一周打12个孔，转速为1500转/分钟，传感器输出脉冲信号频率为多少？光电式传感器测转速数字量输入通道的作用开关量输入通道的主要任务是将现场的开关信号或仪表盘中的各种继电器接点信号有选择的传送至微机系统，在控制系统中主要起到如下的作用：（1）随时检测系统的启动、停止、暂停按钮状态，以作出相应的处理；（2）定时记录生产过程中某些设备的状态，例如电机是否在运转，阀门是否开启，行程开关是否到位等；（3）对生产过程中的某些状态进行定时检查，以保证生产顺利进行，例如是否过温过压，料位是否超限，是否发生故障等。数字量输入通道结构数字量经过调理、防抖、隔离、整形及电平转换后被送入微机，即数字量输入。输入信号调理电路来自外部的输入可能引入干扰和过电压、过电流、电压瞬态尖峰和反极性等。输入信号调理电路用来对外部输入实现过压保护、过流保护、反压保护和抗干扰的RC滤波。防干扰输入隔离电路现场开关与计算机接口之间，一般有较长传输线路，容易引入强电荷干扰。通过光电耦合器可以将输入和输出电路进行隔离，起到安全保护和抗干扰的作用。防干扰输入隔离电路当现场开关合上，继电器线圈通电产生磁场，吸合继电器开关，从而内部晶体管导通，逻辑电平由高电平变化为低电平。通过继电器可以将输入和输出电路进行隔离，起到安全保护和抗干扰的作用。数字量输入通道结构数字量经过调理、防抖、隔离、整形及电平转换后被送入微机，即数字量输入。输入缓冲器和地址译码器地址译码器输入缓冲器1A1~1A4，2A1~2A4输入端1G，2G三态允许端(低电平有效)1Y1~1Y4，2Y1~2Y4输出端InputsOutputGAYLLLLHHHXZ74LS244功能表L表示低电平、H表示高电平、X表示不定状态、Z表示高阻态三、数字量输入通道的结构（DI）·

·

·三、数字量输入通道的结构（DI）本堂小结系统总线接口电路过程通道的分类常见的数字量输入的形式数字量输入通道在控制系统中的作用数字量输入通道结构数字量输入程序设计1.功能需求：按下按钮SB1，LED亮，按下按钮SB2，LED灭。一、按钮开关状态输入数字量输入程序设计2.功能需求：通过单片机P1.0输入脉冲信号，P2口输出脉冲数。脉冲数应该和计数器上的显示一致。3.思考题是否可以在“按钮开关状态输入”或“脉冲信号输入”电路中添加光电耦合器（optocoupler-npn)和输入缓冲器（74LS244芯片）？再进一步添加地址译码器（74LS138）！数字量输入通道复习：过程通道与接口过程通道是计算机和生产过程之间进行信息传送和转换的连接通道，它包括数字量输入通道、模拟量输入通道、数字量输出通道和模拟量输出通道。生产过程的各种参数通过数字量输入通道或模拟量输入通道送入计算机。计算机机经过计算和处理后所得到的结果通过数字量输出通道或模拟量输出通道送到生产过程，从而实现对生产过程的控制。输入通道及接口DI、AI输出通道及接口DO、AO被控对象外存人机接口计算机将传感器或变送器的电流/电压信号转换为计算机可以识别的数字信号。将计算机输出的数字信号转换为可直接推动执行机构的电气信号。过程输出通道及接口输入通道与接口的作用在于将被控对象的各种信息转换成微机可以接受的信息，以供微机运算或处理。微机运算或处理后产生的相应的控制命今或控制量，也必须转换成相应的物理量才能对被控对象实施控制。将微机的控制命令或控制量进行转换并传给执行机构的信号路径与器件，称为过程输出道与接口。过程输出通道的作用CPU快，执行机构慢，要解决信息处理速度匹配问题。过程输出通道与接口靠近强电环境的大功率外部设备，干扰严重，须采用隔离措施抑制干扰。小信号输入，大功率输出。微机输出TTL电平，功率小，而控制对象或执行机构要求大功率信号。过程通道需解决执行机构的驱动问题。数字量输入，模拟量输出。数字量输出通道简称DO通道，它的任务是把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的数字驱动信号。直接控制现场具有两种状态的设备，如电机的“启动”和“停止”，阀门的“开”和“关”等。37数字量输出通道的结构数字量输出通道的结构数字量输出通道主要由输出锁存电路、数字光电隔离电路、输出驱动电路等组成CPU①②③生产过程39数字量输入输出通道输出锁存电路当对生产过程进行控制时，一般控制状态需要保持，通过输出锁存电路将CPU送出的数字控制量进行保持，直到下次给出新值为止。常见的输出锁存形式有：74LS273输出锁存器结合74LS138译码构成的输出锁存电路8155或8255可编程接口芯片提供的并行接口MCS-51单片机自带的P0~P3并行接口当对生产过程进行控制时，一般控制状态需要保持，通过输出锁存电路将CPU送出的数字控制量进行保持，直到下次给出新值为止。41输出锁存电路锁存器与缓冲器在功能上有什么不同？输入缓冲器VS输出锁存器将输入信号暂时寄存，等待处理输出跟随输入，具有三态上升沿有效MR低电平复位，Q为0数字光电隔离电路过程输出通道同输入通道一样，也需要将微机接口与控制对象隔离开，以防止来自现场的干扰或强电侵入。隔离电路一般采用光电耦合器来实现。数字光电隔离电路输出驱动电路输出驱动电路对微机送出的信号进行放大以驱动对被控对象进行控制的执行机构。常见的输出驱动电路结构有：晶体管输出驱动电路、继电器输出驱动电路和固态继电器(SSR)驱动电路等。输出驱动电路输出驱动电路对微机送出的信号进行放大以驱动对被控对象进行控制的执行机构。常见的输出驱动电路结构有：晶体管输出驱动电路、继电器输出驱动电路、晶闸管输出驱动电路和固态继电器(SSR)驱动电路等。晶体管输出驱动电路驱动电流：十几~几十mA输出驱动电路达林顿晶体管输出驱动电路驱动电流：几百mA输出驱动电路继电器输出驱动电路输出驱动电路晶闸管输出驱动电路SSR输出驱动电路DCSSRACSSR数字量输入输出模板把数字量输入通道或者数字量输出通道设计在同一块模板上，称为DI模板或者DO模板，也可统称为数字量I/O模板。DI/DO模板思考：经过过程输出通道的数字信号，采用什么方式实现控制功能的呢？直流斩波调光原理开关保持断开，灯熄灭；开关保持接通，灯全亮；开关切换断开和接通，灯亮度介于全亮和熄灭之间。直流斩波调光原理占空比10%，亮度低；占空比50%，亮度中；占空比90%，亮度高。脉宽调制变频器正弦波脉宽调制（SPWM）：通过控制逆变器中开关元件的通、断，使得出端得到一系列幅值相等而宽度不等的脉冲，并用这些脉冲近似所需要的正弦波。按照一定规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路的输出电压，也可改变输出频率。采样控制理论等效原则：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。脉宽调制的基本原理将正弦半波等分为N份，每份面积不同；每份用一面积相等的矩形代替，保持各矩形幅值相等；矩形脉冲中点与正弦波等分脉冲中点重合。显然，矩形波宽度是按正弦规律变化的，根据冲量等效原则可知，该PWM波与正弦波是等效的。完整的正弦波形用等效的PWM波形表示称为SPWM波形。脉宽调制的基本原理脉宽调制的基本原理单片机调光系统示例系统硬件组成：基本开关输入电路、单片机、MOS管驱动板、照明电路。系统接线关系：基本开关输入电路 > 单片机P1.0口单片机P1.1口 > MOS管驱动板输入MOS管驱动板输出 > 照明电路调光灯仿真电路功能：利用单片机产生PWM信号控制三极管导通，对LED进行调光，一个按键增加占空比，亮度增加，一个按键减小占空比。仿真任务：请添加光电隔离电路和输出锁存电路。添加两个按钮，一个的功能为让LED完全点亮，一个的功能为让LED完全熄灭。请添加地址译码器调光灯仿真程序void

main()

{

TMOD

=

0x02;

TH0

=

0xF0;

TL0

=

0xF0;

TR0

=

1;

EA

=

1;

ET0

=

1;

while

(1)

{

if

(UP

==

0)

{

delay();

if

(u

<

100)

{

u++;

}

}

if

(DOWN

==

0)

{

delay();

if

(u

>

0)

{

u--;

}

}

}

}

void

timer0()

interrupt

1

{

if

(u

==

0)

{

PWM

=

0;

}

else

if

(u

>=

100)

{

PWM

=

1;

}

else

{

if

(c

<

100)

{

c++;

}

else

{

c

=

0;

}

if

(c

<=

u)

{

PWM

=

1;

}

else

{

PWM

=

0;

}

}

}

初始化中断定时器T0输出脉冲C：周期U：导通时间循环扫描按键输入PWM调光系统CLK上升沿有效，需接时钟脉冲（注意脉冲频率），实际的单片机系统可以通过非门接ALE引脚。CLR（MR）低电平复位，Q引脚全部输出低电平，高电平处于工作状态。PWM调光系统P1.0口输出高电平时，CLK引脚得到上升沿，MR为高电平，Q0输出高电平。P1.0口输出低电平时，MR为低电平，Q0复位，输出低电平。PWM调光系统复习：数字量输入输出通道复习：数字量输入输出通道执行电动机控制接口技术常用执行器68执行器或执行机构是计算机控制系统中的重要组成部分，它的作用是把计算机发出的控制信号转换成调节机构的动作，使生产过程按规定的要求进行。常见的执行器有固态继电器、步进电机、伺服电机、电磁阀、变频器等。常见的执行机构电动执行机构电动机驱动，可以实现线性或旋转运动，适用于需要精确控制的场合。特点是响应速度快、精度高、可靠性好。气动执行机构气压系统驱动，可以实现快速运动和简单控制，适用于低负载、高速运动等场合。特点是响应速度快、成本低、易维护。液态执行机构通过液压系统驱动，可以实现大力矩和大功率输出，适用于重载、高速运动等场合。特点是输出力矩大、响应速度慢、可靠性较差。

执行电动机接口技术执行电动机在计算机控制系统中是将控制命令作用于受控对象的重要装置，是最常用的执行机构。执行电动机主要有直流伺服电动机、交流伺服电动机、步进电动机。数字量输出信号可控制电磁阀的打开与关闭，可以控制继电器的接通与断开；可以电动机正反转启动和停止，配合PWM技术还可以控制电动机的转速。执行电机的驱动方式1.

电机驱动器：电机驱动器是一种专门用于控制电机的设备，可以通过PLC或工控机的数字输出口与电机驱动器相连，从而实现对电机的控制。2.

继电器：继电器是一种常用的开关设备，可以通过PLC或工控机的数字输出口与继电器相连，从而实现对执行电机的控制。3.

变频器：变频器是一种能够改变交流电源频率和电压的设备，可以通过PLC或工控机的模拟输出口与变频器相连，从而实现对执行电机转速和方向等参数的调节。4.

伺服驱动器：伺服驱动器是一种高精度、高性能的运动控制设备，可以通过PLC或工控机的数字输出口与伺服驱动器相连，从而实现对执行电机位置、速度和加速度等参数的精确控制。

计算机控制普通异步电机伺服电机与伺服驱动器伺服电机又称为执行电动机，具有服从控制信号要求而动作的功能。可分为交流伺服电机和直流伺服电机。伺服电机可以将电压信号转换为轴上的角位移和角速度输出。在信号来到之前，转子静止不动；信号来到之后，转子立即转动；当信号消失，转子能即时自行停转。伺服驱动器(servodrives)又称为"伺服控制器"、"伺服放大器"，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现高精度的传动系统定位。伺服电机伺服电机具有服从控制信号要求而动作的功能。可分为交流伺服电机和直流伺服电机。伺服电机可以将电压信号转换为轴上的角位移和角速度输出。在信号来到之前，转子静止不动；信号来到之后，转子立即转动；当信号消失，转子能即时自行停转。伺服电机具有精度高，转速平稳，过载能力强，噪音温升低等特点。一般应用于机床、精密设备、机器人、自动化生产线等对工艺精度、加工效率和工作可靠性等要求相对较高的设备电机。交流伺服电机及驱动器伺服电机不仅具有即启即停的伺服特性，还具备对转速大小和方向的可控性。交流伺服电机有三种不同控制方式：1、幅值控制2、相位控制3、幅值/相位控制直流伺服电机有两种控制方式：1、电枢绕组控制2、励磁绕组控制伺服电机的控制方式单相交流伺服电机驱动电路该电路中用晶体管放大器来放大单片机8051的P1.0的输出信号，当P1.0为高电平时，光电耦合器接通，直流大功率继电器K的线圈就能流过来自电源E的电流，使继电器触点闭合，从而使接触器KM线圈通电，其触点闭合，电动机启动。停止旋转时，只要P1.0为低电平即可。交流伺服系统的控制框图直流伺服电机控制接口直流伺服电动机的转动方向由电枢电压的极性所决定。当正转控制信号有效时，V1和V3导通，电机正转；当反转控制信号有效性时，V2和V4导通，电机反转。直流电机调速系统直流伺服电机的转速由电枢电压决定。在定子励磁电压和负载转矩恒定时，电动机转速与电枢电压成正比；电枢电压为０Ｖ时，电动机就停转；改变电枢电压的极性，电动机就反转。因此直流伺服电机的调速可以通过控制电枢电压来实现，在控制端加入PWM信号就可以改变电枢电压。实验任务1.添加电路控制电动机正反转；2.添加开关控制电动机启停。直流伺服电机程序设计#include<reg51.h>sbitPWM=P1^0;#defineR0.9

//PWM波频率#defineF50

//PWM波周期#defineT(1.0/F)

#defineFOSC12000000.0

#defineHI((T*R)/(12.0/FOSC))

//高电平计数值#defineLO((T*(1.0-R))/(12.0/FOSC))voidmain(){ TMOD=0x01;while(1) {

PWM=1; TH0=(65536-HI)/256; TL0=(65536-HI); TF0=0; TR0=1; while(!TF0);

PWM=0; TH0=(65536-LO)/256; TL0=(65536-LO); TF0=0; TR0=1; while(!TF0); }}单片机驱动电机的方式驱动芯片：使用专门的驱动芯片，如L293D、ULN2003等，将单片机的输出信号转换为电机所需的高电平或低电平信号。晶体管：使用三极管作为开关，将单片机的输出信号转换为电机所需的高电平或低电平信号。继电器：使用继电器作为开关，将单片机的输出信号转换为电机所需的高电平或低电平信号。直接驱动：对于小功率直流无刷、步进等类型的执行电机，可以直接通过单片机输出口驱动。直流伺服电机正反转仿真电路直流伺服电机正反转程序设计#include<reg51.h>sbitPWM=P1^0;sbitPWM1=P1^1;sbitzz=P1^6;sbitfz=P1^7;

#defineR0.9

#defineF50

#defineT(1.0/F)

#defineFOSC12000000.0

#defineHI((T*R)/(12.0/FOSC))

#defineLO((T*(1.0-R))/(12.0/FOSC))voidmain(){ TMOD=0x01;while(1) {

if(fz==0) { PWM1=1;

PWM=0; TH0=(65536-HI)/256; TL0=(65536-HI); TF0=0; TR0=1; while(!TF0);

PWM1=0;

PWM=0; TH0=(65536-LO)/256; TL0=(65536-LO); TF0=0; TR0=1; while(!TF0); }}}

if(zz==0)

{ PWM=1;

PWM1=0; TH0=(65536-HI)/256; TL0=(65536-HI); TF0=0; TR0=1; while(!TF0);

PWM=0;

PWM1=0; TH0=(65536-LO)/256; TL0=(65536-LO); TF0=0; TR0=1; while(!TF0); }步进电机步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。步进电机实际上是一个数字／角度转换器，也是一个串行的数模转换器。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”。它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。步进电机根据结构可分为：反应式、永磁式和混合式三种。反应式步进电机定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、成本低、步距角小，可达1.2°、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大（一般为7.5°或15°）。混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性能好，步距角小，但结构复杂、成本相对较高。步进电机的类型步进电机的结构与工作原理三相步进电机的定子上有６个等分的磁极，相对的两个磁极组成一组，分别构成ＡＡ′相，ＢＢ′相，ＣＣ′相，相邻两个磁极间的夹角为60°

转子上均匀分布了40个小齿，两齿间的夹角为9°当按照A-B-C-A顺序通电一周，则转子转动9°，状态改变3次，步距角为3°步进电机的控制方法步进电机常用的有三相、四相、五相、六相步进电机４种，控制原理类似。三相步进电机的工作方式有三种：单三拍、双三拍、三相六拍，正向转动的通电顺序如下：

１）单三拍→Ａ→Ｂ→Ｃ→Ａ

２）双三拍→ＡＢ→ＢＣ→ＣＡ→ＡＢ

３）三相六拍→Ａ→ＡＢ→Ｂ→ＢＣ→Ｃ→ＣＡ→Ａ如要反向转动，则通电顺序反之即可。四相步进电机步进电机应该怎么控制？步进电机的控制接口电路应该是怎样的？微机控制步进电机的方法用I/O口或接口电路的每一位控制一相绕组，例如可用8255A扩展芯片的PC0，PC1，PC2分别接至步进电机的Ａ，Ｂ，Ｃ三相绕组。根据选定的步进电机及控制方式，写出相应的控制方式的控制模型。按控制模型的顺序，编制发送脉冲序列的程序，即可控制步进电机正（或反）转。步进电机控制接口步进电机驱动芯片:ULN2003A三相步进电机的控制模型三相步进电机的控制模型三相步进电机的控制模型课堂练习：请写出四相步进电机的控制模型！步进电机控制系统计算机输出的脉冲频率与步进电机的转速成正比步进电机控制实验任务修改程序，使步进电机以四相八拍模式运行；补充接口和驱动电路；添加反转功能。步进电机控制程序设计确定控制模型，列写状态表1.#include<reg51.h>

3.sbitPIN_KEY=P2^0;5.voidmain()6.{7.unsignedcharphase=0;8.unsignedcharstatus[]={0xFE,0xFD,0xFB,0xF7};9.bitkey=1;10.bitkey_old=1;11.

while(1)12.{13.key_old=key;14.key=PIN_KEY;16.

if(key_old==1&&key==0)17.{18.phase++;19.

if(phase>=4)20.{21.phase=0;22.}23.}25.P1=status[phase];26.}27.}当按钮按下时，从status数组中取出数据作为步进电机定子绕组通电状态送出，送出数据的低四位用来控制定子绕组的各相通断电。思考题参考电路思考题参考电路#include<reg51.h>sbitPIN_KEY=P2^0;sbitsblk=P2^1;unsignedcharphase=0;unsignedcharstatus[]={0xFE,0xFC,0xFD,0xF9,0xFB,0xF3,0xF7,0xF6};unsignedcharfan[]={0xe7,0xF7,0xF3,0xFB,0xF9,0xFD,0xFC,0xFE};voidmain(){bitkey=1;bitkey_old=1;

EA=1;EX0=1;IT0=0;while(1){key_old=key;key=PIN_KEY;if(key_old==1&&key==0){phase++;if(phase>=8){phase=0;}}P1=status[phase];}}voiddsad()interrupt0{unsignedchara=0;bitkey=1;bitkey_old=1;while(1){key_old=key;key=sblk;if(key_old==1&&sblk==0){a++;if(a>=8){a=0;}}P1=fan[a];}}思考题参考答案#include<reg51.h>sbitpin_key=P2^0; sbitkey0=P2^1;sbitkey1=P2^2;sbitkey2=P2^3;voidmain(){unsignedcharphase=0;unsignedcharphase1=0;unsignedcharstatus[]={0xfe,0xfc,0xfd,0xf9,0xfb,0xf3,0xf7,0xf6};

unsignedchars[]={0xf6,0xf7,0xf3,0xfb,0xf9,0xfd,0xfc,0xfe};bitkey=1;bitkey_old=1;while(1){if(key1==0){key_old=key;key=pin_key;if(key_old==1&&key==0){phase++; if(phase>8) {phase=0;}}P1=status[phase];}elseif(key2==0){key_old=key;key=key0;if(key_old==1&&key==0){phase1++;

if(phase1>8) {phase1=0;}}P1=s[phase1];}}}复习数字量输入输出通道包含哪些部分？光电隔离电路的作用是什么？数字量输出驱动主要形式有哪些？步进电机驱动芯片ULN2003A采用的哪种驱动形式？四相步进电机如果工作在八拍模式，ABCD相应如何通电？如果想令其反转又该如何通电？模拟量输入通道在工业生产过程中，被测参数如压力、流量、温度、液面高度等，一般都是随时间连续变换的非电物理量，通过传感器或敏感元件等检测元件和变送器，把它们转换为模拟电流或电压。由于计算机只能识别数字量，故模拟电信号必须通过模拟量输入通道转换为相应的数字信号才能送入计算机。转速模拟量输入通道在数据采集的过程中，经过各种传感器来获取数据，传感器将各种温度、湿度、光照、压力等模拟信号转换为电信号。有些采集的信息还需要对电信号进行放大、去噪，再经过A/D转换后变成离散的数字信号送给微机。采集来的数字信号送至微机进行数字滤波、工程量变换等处理后，能够反映实际测量的数值。从传感器输出的原始电信号到送入微机的数字信号的过程称为模拟量输入，输入过程涉及到硬件称为模拟量输入通道。单路模拟量输入通道传感器采样保持器模数转换器微机信号调理电路输入缓冲器光电耦合器多路模拟量输入通道多路开关传感器传感器传感器…放大器S/HA/D微机逻辑控制模拟量输入通道的核心是模/数转换器，即AD转换器。信号调理电路输入缓冲器光电耦合器模拟信号到数字信号的转换模拟信号在时间和幅值维度均连续。数字信号在时间和幅值维度均离散。模拟信号到数字信号的转换模拟信号首先经过采样，变为时间维度离散的采样信号，采样信号在幅值上是连续的。采样信号再经过量化过程变成幅值维度离散的数字信号被输入到微机中。信号的采样模拟信号的采样是通过采样器（采样开关）来完成的，采样开关每隔一段时间间隔T闭合一段时间τ

。T为采样周期，τ为采样宽度。在对模拟信号进行采样时，采样周期的选取很重要。采样周期太长会造成信息丢失严重，控制效果变差，采样周期太短则对微机的运行速度和存储能力有更高要求。香农采样定理：采样频率应不小于输入模拟信号最高频率分量的两倍。在实际应用中，F≥(5~10)Fmax。其中，F为采样频率，Fmax是模拟信号的最大频率。信号的采样量化采样信号在时间维度上是离散的，但在幅值维度上仍是连续的。通过A/D转换器，可以将采样信号转换为幅值维度离散的数字信号。A/D转换器的位数和量程范围决定了量化单位，量化过程就是用量化单位去度量采样幅值高低的归整过程。外界的各种非电参量通过检测元件或变送器转换为模拟电流或电压。帮助计算机实现一对多控制信号处理放大输入信号采样保持器模数转换器多路模拟量输入通道多路选择开关多路选择开关又叫多路选择器，在多路数据的传送过程中可以根据需要选通某一路或者某几路是导通的从而达到通道扩展或者复用的目的。比较常见的多路选择开关有4选1，双4选1、8选1等。按照组成结构的不同，可以分为：机械触点式开关，如干簧继电器、水银继电器和机械振子式继电器；无触点电子式开关，如晶体管、场效应管以及集成电路开关等。干簧继电器场效应管集成电路开关多路选择开关按照用途的不同，可以分为：单向多路开关，只能用作多路开关或者反多路开关其中的一种用途，如AD7501(8路)、AD7506(16路)；双向多路开关，既能用作多路开关，又能用作多路分配器，如CD4051。按照输入信号的连接方式的不同，可以分为：单端输入，CD4051是单端8通道多路开关；双端输入（差动输入），CD4052是双端4通道模拟多路开关。多路选择开关CD4051CD4051是单端8通道双向多路开关，它有3个通道选择输入端A、B、C和一个禁止输入端INH（高电平静止）

。多路选择开关多路选择开关4051引脚INHCBA所选通道0000X00001X10010X20011X30100X40101X50110X60111X71XXXX采样保持器采样保持器是计算机系统模拟量输入通道中的一种模拟量存储装置。它是连接采样开关和模数转换器的中间环节。采样开关在固定时间点上取出被处理信号的值。采样保持器则把这个信号值存储起来，保持一段时间，以供模数转换器转换，直到下一个采样时间再取出一个模拟信号值来代替原来的值。常用的采样/保持器有美国国家半导体公司的LF198/298/398以及美国AD公司的AD582、AD585、AD389、ADSHC-85等。以LF398为例，其引脚图如图所示。采样保持器课堂小结模拟量输入通道通常由哪几部分构成？多路转换器、放大器的作用是什么？采样/保持器的作用是什么？采样定理的内容是什么？模拟量转换为数字量要经过哪些步骤？数字音频、视频信号变换、气象数据分析处理(低速)(中速)(高速)(超高速)数字万用表，电子秤、电子体温计等工业控制，实验设备等数字通信模数转换的应用场景在直接A/D转换器中，输入模拟信号不需要中间变量就直接被转换成相应的数字信号输出，其特点是工作速度高，转换精度容易保证，调准也比较方便。在间接A/D转换器中，输入模拟信号先被转换成某种中间变量，然后再将中间变量转换为最后的数字量，其特点是工作速度较低，但转换精度可以做得较高，且抗干扰性能强，一般在测试仪表中用得较多。模数转换的类型A/D转换器（Analog-to-DigitalConvert）A/D转换器即模数转换器，简称ADC。是指将模拟量转变为数字量的电子器件。模数转换器最重要的参数是转换的分辨率，通常用输出的数字信号的位数的多少表示。转换器能够准确输出的数字信号的位数越多，表示转换器能够分辨输入信号的能力越强，转换器的性能也就越好。常见的A/D转换器工作原理有：逐次逼近法、双积分法、电压频率转换法等。逐次逼近式A/D转换器逐次逼近式A/D转换器的工作原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。逐次逼近型A/D转换器包括五个部分：电压比较器、D/A转换器、逐次逼近寄存器和顺序脉冲发生器、输出寄存器及相应的控制逻辑。双积分法A/D转换器双积分法A/D转换的过程是：先将开关接通待转换的模拟量Vi，Vi采样输入到积分器，积分器从零开始进行固定时间T的正向积分，时间T到后，开关再接通与Vi极性相反的基准电压VREF，将VREF输入到积分器，进行反向积分，直到输出为0V时停止积分。Vi越大，积分器输出电压越大，反向积分时间也越长。计数器在反向积分时间内所计的数值，就是输入模拟电压Vi所对应的数字量，实现了A/D转换。电压频率转换法电压频率转换法的工作过程是：当模拟电压Vi加到V/F的输入端，便产生频率F与Vi成正比的脉冲，在一定的时间内对该脉冲信号计数，时间到，统计到计数器的计数值正比于输入电压Vi，从而完成A/D转换。A/D转换器的主要参数1、分辨率分辨率是指能对转换结果发生影响的最小输入量。分辨率越高，转换时对输入模拟信号变化的反应就越灵敏。A/D转换器的分辨率通常用数字量的位数来表示，如8位、10位、12位、16位等。分辨率为8位，表示它可以对满量程的１∕28的增量做出反应。因此，Ｎ位二进制数的最低位具有的权值就是它的分辨率。例如最大输出电压为5V的8位ADC的分辨率为：

5V/28=19.6mA2、量程即所能转换的电压范围，如0～10Ｖ/0～5Ｖ等。3、精度有绝对精度和相对精度两种表示方法。绝对精度是指在整个刻度范围内，任一输入数码所对应的模拟量实际输出值与理论值之间的最大误差。通常用最低有效位LSB的倍数来表示。例如：转换误差不大于1/2LSB，即说明实际输出数字量与理想输出数字量之间的最大误差不超过1/2LSB。A/D转换器的主要参数4、转换时间指A/D转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。逐次逼近式单片A/D转换器转换时间的典型值为1.0～200μｓ。转换速度比较：并联比较型>逐次逼近型>双积分型数十ns数十

s

数十ms转换时间越小，转换速度越高。A/D转换器的主要参数5、输出逻辑电平多与TTL电平配合。在考虑数字量输出与微处理器数据总线的关系时，应注意是否要用三态逻辑输出，是否要对数据进行锁存等。6、工作温度范围由于温度会对运算放大器和电阻网络产生影响，故只有在一定温度范围内才能保证额定精度指标。较好的转换器件工作温度为－４０～＋８５℃，比较差的只有０～７０℃。7、对基准电源的要求基准电源的精度将对整个系统的精度产生影响，故选片时应考虑是否要外加精密参考电源等。A/D转换器的主要参数ADC0809主要性能ADC0809是8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，可以根据地址码锁存译码后的信号，选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。其主要特性如下：8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。不可调误差<=1LSB。转换时间为100μs(时钟为640KHz时)，130μs（时钟为500KHz时）。单个+5V电源供电。模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准。工作温度范围为-40～+85℃。低功耗，约15mW。ADC0809的内部结构ADC0809内部结构包括：8路模拟开关地址锁存与译码器8位A/D转换器三态输出锁存器逻辑控制和定时电路ADC8089的引脚功能IN0～IN7：8路模拟量输入端。D0～D7：8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。ALE：地址锁存允许信号，输入端。START：A/D转换启动脉冲输入端，输入脉冲的上升沿使芯片复位，下降沿启动A/D转换。EOC：A/D转换结束信号输出端，当A/D转换结束时，此端输出高电平（转换期间为低电平）。OE：数据输出允许信号，输入端，高电平有效。CLK：时钟脉冲输入端。一般要求时钟频率不高于640KHz。REF（+）、REF（-）：基准电压。Vcc、GND：电源和地，采用单一+5V电源。地址输入与选通ADC0809的工作时序选择输入通道ADDA、ADDB、ABBC产生控制信号ALE、START查询转换状态EOC转换完成允许输出OE=1读取转换结果D0~D7禁止输出OE=0YN模拟量输入模板性能指标32路单端模拟量输入12位分辨率的逐次逼近式AD转换器，AD574或同规格芯片，转换时间25微秒500V直流隔离保护模拟量输入量程：单极性、双极性数据传输速率：最大15kbps，软件控制放大倍数：1、2、4、8，可编程触发模式：软件触发工作温度：0~50℃输入阻抗：大于10兆欧过电压保护：连续正负30V课堂小结常见的A/D转换器工作原理有哪些？ADC0809芯片采用的哪种转换方法？逐次逼近法的模数转换原理是什么？模数转换器的主要参数有哪些？最重要的参数是什么？ADC0809芯片是几位的ADC？支持几路模拟量输入？由几伏电源供电？转换的模拟电压范围为？有多少个引脚？通过哪些引脚控制模数转换开始？哪个引脚控制数据输出？如何知道模数转换是否完成？ADC574芯片是几位的ADC？仿真实验思考题实现void

display(int

d)

{

d=d*100/51;//将0~255转换为0~5v

P2

=

0xf7;

P0

=

SEG_CODE[d

%

10];

//

第4个数码管显示个位数

delay(5);

P2

=

0xfb;

P0

=

SEG_CODE[(d

%

100)

/

10];

//

第3个数码管显示十位数

delay(5);

P2

=

0xfd;

//让第2个数码管显示小数点

P0

=

SEG_CODE[d

/

100]|0x80;

//

第2个数码管显示百位数

delay(5);

}

仿真实验思考题实现voidmain(){ unsignedcharvalue; while(1){ value=read_adc0809();

value=value*100/255;//将0~255转换为0~100℃ display(value);red=1; blue=1;

delay(10);//闪烁间隔

if(value>=50)//按温度选择告警灯闪烁 {red=0;}

if(value<=20) {blue=0;} }}复习：计算机系统的过程通道（1）模拟量输入通道（AI）AnalogInput（2）模拟量输出通道（AO）AnalogOutput（3）数字量输入通道（DI）DigitalInput（4）数字量输出通道（DO）DigitalOutput复习2.数字量输出通道的结构？分别解决了哪些问题？模拟量输出通道将数字信号转换为模拟信号的器件称为数模转换器，由数模转换器为核心构成的计算机控制过程通道称为模拟量输出通道。模拟量输出通道的作用是将计算机处理后的数字量信号转换成模拟电压或电流信号，去驱动相应的执行器，从而达到控制的目的。模拟量输出通道一般由接口电路、数模转换器和电压/电流转换电路构成。模拟量输出通道有多通道独立D/A转换形式和多通道共享D/A转换形式。多通道独立D/A转换形式的特点有：1）每路输出通道使用独立的D/A转换器；2）D/A转换器具有数字信号转模拟信号和信号保持作用；3）结构简单，转换速度快，工作可靠；4）所需D/A转换芯片较多，成本高。CPUI/O接口电路D/AV/I执行器D/AV/I执行器模拟量输出通道CPUS/HV/I执行器I/O接口电路D/A多路开关S/HV/I执行器多通道共享D/A转换形式的特点有：1）多路输出通道共享一个D/A转换器；2）D/A转换器只起信号转换作用；3）采样保持器实现信号保持功能；4）节省D/A转换器，但电路复杂，精度差。模拟量输出通道V/I转换器电流信号易于远距离传送，且不易受干扰，特别在过程控制系统中，自动化仪表只接受电流信号，所以在输出通道中通常以电流信号来传送信息，这就需要将电压信号转换为电流信号。电压信号转电流信号一般有两种形式：集成运放V/I转换电路专用集成V/I转换器1v~5V/4mA~20mA转换电路ZF2B20集成电压/电流转换器数模转换器（DAC）D/A转换就是要将数字量D转换成与之成正比的模拟量V，即：V=R×D，其中R为比例系数。数模转换（D/A）电路形式是多种多样的，多数采用T型电阻解码网络。常用的模数转换芯片：DAC0832、DAC1210数模转换器工作原理数模转换器的主要参数数模转换器的主要参数数模转换器的主要参数数模转换器的主要参数输出电平输入编码DAC0832与单片机接口DAC0832是一种具有两个输入锁存器的8位分辨率的D/A转换集成芯片，主要性能如下：分辨率为8位电流稳定时间1us可单缓冲、双缓冲或直接数字输入单一电源供电（+5V～+15V）低功耗，20mWAD变换的公式为：Vout=-D*Vref/256D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。D0～D7：8位数据输入线ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效WR1：数据锁存器写选通输入线XFER：数据传输控制信号输入线WR2：DAC寄存器选通输入线IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数Rfb：反馈信号输入线Vcc：电源输入端，Vcc的范围为+5V～+15VVREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V～+10VAGND：模拟信号地DGND：数字信号地DAC0832与单片机接口根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。1、单缓冲方式。单缓冲方式是控制输入锁存器和DAC寄存器同时接收资料，或者只用输入锁存器而把DAC寄存器接成直通方式。此方式适用只有一路模拟量输出或几路模拟量异步输出的情形。

DAC0832与单片机接口

1、单缓冲方式。单缓冲方式是控制输入锁存器和DAC寄存器同时接收数据，或者只用输入锁存器而把DAC寄存器接成直通方式。此方式适用只有一路模拟量输出或几路模拟量异步输出的情形。DAC0832与单片机接口2、双缓冲方式。双缓冲方式是先使输入锁存器接收数据，再控制输入寄存器的输出数据到DAC寄存器，即分两次锁存输入数据。此方式适用于多个D/A转换同步输出的情节。DAC0832与单片机接口3、直通方式。直通方式是资料不经两级锁存器锁存，即CS，XFER，WR1，WR2均接地，ILE接高电平。此方式适用于连续反馈控制线路和不带微机的控制系统，不过在使用时，必须通过另加I/O接口与CPU连接，以匹配CPU与D/A转换。DAC1208与单片机接口DAC1208与单片机接口模拟量输出模板1.性能指标2.地址选择与寄存器格式3.IO接口课堂小结什么是模拟量输出通道？其作用是什么？模拟量输出通道一般由哪些部分组成？模拟量通道中为什么需要VI转换器？DAC0832芯片是几位的DAC？有哪几种工作方式？有多少个引脚？DAC0832芯片单缓冲输出时引脚应该怎么接？DAC1210芯片是几位的DAC？单缓冲输出接口电路1.是否能够对项目2波形发生器的程序进行修改，使其能够输出50hz的正弦波，波谷电压为0v，波峰电压接近5v。2.可否让数模转换器采用双缓冲工作方式，同时输出方波和正弦波。3.在项目1的模拟量输出端加上电热炉oven，设置电炉时间常数为60，功率为5w，体验输出模拟量对被控对象的影响。基于PCI总线的过程板卡能通过PCI总线进行计算机控制系统输入输出信息交互的过程通道。在基础的过程通道中添加专用的PCI芯片，实现PCI总线与应用电路的接口。多回路温度控制系统过程通道基于PC总线的多回路温度控制板卡结构图；该板卡可以用于多回路温度控制系统，采集温度的热电偶可以直接接入板卡的输入端，板卡的温度控制输出信号可以直接驱动固态继电器。图中的CPLD是一块可编程逻辑器件，它是温度控制板卡的核心，其功能是通过PC总线扩展输入输出端口，即缓冲器和锁存器。CPLD的内部逻辑主要包括译码器、缓冲器和锁存器，缓冲器用于读取AD转换器的信号，锁存器用于多路开关的选择和控制信号的输出。AD转换器的功能是把调理后的热电偶信号转换成数字量，供计算机读取。热电偶信号调理电路是一个单路的信号处理电路，其主要功能是热电偶信号的放大和冷端补偿。多路开关是一个多输入单输出的开关阵列，其功能是把多个热电偶中的某一个连接到热电偶的号调理电路中。多路输出驱动电路的功能是把TTL电平的输出信号变换成固态继电器的驱动信号。远程输入输出模块远程I/O模块：安装在生产现场，就地完成A/D转换、D/A转换、数字量的输入输出操作，数据通过串口与计算机进行交互。一般采用RS-485标准串口进行信息交互。特点：1.远程可编程2.内置看门狗电路3.网络配置灵活4.可靠性高、模块化配置远程输入输出模块人机交互通道复习：自动控制系统的组成自动控制系统与人生三个问题：WHHWhat:目标是什么?How:如何去实现?How:结果怎么样?在每个阶段都要设定好人生目标值，把控好人生实际值，做到人生闭环“无误差”或“小误差”控制。无论在什么时期，都要不负韶华，做一个内核稳定的人，为实现自己现阶段的人生目标而努力。今天用知识缝制铠甲，明天用铠甲成就不一样的人生。我是谁？我要什么？我去哪里？宠辱不惊，看庭前花开花落去留无意，望天上云卷云舒复习：智能控制系统的结构人工智能在控制系统中的应用人工智能：基于规则——》概率统计——》深度学习逻辑推理

有效数据

大量可容错数据控制过程：生产过程是基于规则的，正常生产数据是受控数据，故障数据量小。控制决策智能化基于规则和概率统计更实用，而深度学习可应用于人机交互。复习：计算机控制系统的组成计算机控制系统=工业控制计算机系统+被控对象输入通道及接口DI、AI输出通道及接口DO、AO被控对象外存人机接口计算机人机接口人与计算机之间建立联系、交换信息的输入/输出设备的接口，这些设备包括键盘、显示器、打印机、鼠标等。用户通过人机接口与控制系统交互信息。课堂任务收集和人机交互相关的科技资料分析资料，并介绍一种先进人机交互技术人机接口概述人机接口(HMI)包括指示和控制工业自动化设备状态所需的电子设备。人机接口设备可以从基本的LED状态指示灯和按键开关到带有触摸输入功能的液晶显示屏。键盘和显示器是常用的人机接口器件。键盘是一组按键或开关的集合，是单片机系统中最常用的一种输入设备。键盘按不同接口标准有不同分类方法，按键盘接口是否进行硬件编码可分成非编码方式和编码方式。这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法不同。编码键盘主要用硬件来实现对按键的识别，硬件结构复杂；非编码键盘主要由软件来实现对按键的识别，硬件结构简单，软件编程量大。按键盘排布，可分成独立方式和行列方式。当按键较少时，一般采用独立式键盘，而当按键较多时采用行列式键盘。键盘接口键盘设计需解决的问题（１）键信息的可靠输入（２）给定键值或给出键号（３）选择键盘的监测方法（中断or查询）（４）键盘程序的编制重键连击处理和按键消抖按键就是一个机械开关结构，被按下时，由于机械触点的弹性及电压突跳等原因，在触点闭合或断开的瞬间会出现电压抖动。当键按下，按键从开始接上至接触稳定要经过数毫秒的弹跳时间，弹跳会引起一次按键被读入多次的情况。键松开时也有同样的问题。注：Proteus中不需要考虑抖动问题按键消抖技术硬件消抖软件消抖键盘程序一个完善的键盘控制程序应解决下列任务：１）监测有无按键按下。２）有键按下后，在无硬件除抖动电路时，应有软件延时方法除去抖动影响。３）有可靠的逻辑处理办法，对重键和连击进行有效的处理。４）根据键值输出确定键号以满足散转转移指令的要求。独立式键盘和矩阵式键盘独立式键盘接口技术独立式按键实际上就是一组相互独立的按键，这些按键一端直接与单片机的输入端连接。左图为4个按键的独立式键盘的接口。每个按键独占一条I/O口线。无键按下时，单片机的输入口线状态皆为高电平，当某键按下时，该键对应单片机的输入口变为低电平。中断方式or查询方式独立式键盘接口技术独立式键盘接口技术例1设计单片机接口电路并编写程序，用4个按键的独立键盘接口控制LED数码管上的数字。要求：4个按键分别代表数字1~4，当某个按键按下时，对应的数字显示在LED数码管上。矩阵式键盘接口技术矩阵式键盘上的键按行列构成矩阵，在行列的交点上都对应有一个键。行列方式是用M条I/O线组成行输入口，用N条I/O线组成列输出口，在行列线的每一个交点处，设置一个按键，组成一个MＸN的矩阵。行扫描法先令列线Y0为低电平（0），其余3根列线Y1、Y2、Y3都为高电平，读行线状态。如果X0、X1、X2、X3都为高电平，则Y0这一列上没有键闭合，如果读出的行线状态不全为高电平，则为低电平的行线和Y0相交的键处于闭合状态；如果Y0这一列上没有键闭合，接着使列线Y1为低电平，其余列线为高电平。用同样的方法检查Y1这一列上有无键闭合，依次类推，最后使列线Y3为低电平，其余列线为高电平，检查Y3这一列有无键闭合。矩阵式键盘接口技术图３．６用８２５５Ａ扩展Ｉ／Ｏ口的矩阵式键盘矩阵式键盘的工作方式编程扫描的工作方式定时扫描的工作方式中断扫描的工作方式中断方式矩阵键盘接口串行口扩展矩阵式键盘LED显示器（LEDpanel），是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。LED显示器分为点阵式和分段式。点阵式根据大小，可以显示丰富的文字甚至图形内容，常用在户外用于广告牌或者信息提示使用。分段式显示的内容有限，一般用在工控领域用于显示数字和简单字符。显示器概述分段式LED显示器有多段LED构成，每段LED都可以单独控制点亮或者熄灭，从而显示不同的数字或者字符。多段LED的一端接在一起作为公共端，另一端引出作为控制端。LED显示器中的发光二极管共有两种连接方法：分别为共阳极接法和共阴极法。共阳极数码管共阴极数码管分段式LED显示器通过发光段的不同组合，LED显示器可以显示0～9和A～F共16个字母数字，从而实现十六进制数的显示。根据LED显示器内部结构的不同，用于显示某个字符的控制端组合称为LED显示器的段码。LED段码多位LED显示器的显示控制方式分成静态显示方式和动态显示方式两种。静态显示是每个LED显示器必须接一个8位I/O口锁存器用来锁存待显示的段码。在显示某一字符时，相应的发光二极管恒定导通或截止。静态显示方式下，LED显示器在送入一次字形码后显示字形一直保持，直到送入新的段码为止。静态显示的优点是占用CPU时间少，显示便于监测和控制。缺点是硬件电路比较复杂，成本较高。静态显示静态显示动态显示是N个显示器共占用一个I/O口锁存器，通过软件控制逐个地循环地点亮各位显示器。虽然这种显示方式在任一时刻只有一位显示器被点亮，但循环点亮的速度很快，由于人眼的视觉暂留效应看起来与全部显示器持续点