工业控制计算机及其接口技术课件

算机接口技术[接口的分类和特点]

以控制微机(微电子系统)为出发点，将接口分为人机接口与机电接口两大类，图10-1

按照信息和能量的传递方向，又可分为信息采集接口(传感器接口)与控制输出接口。

控制微机通过信息采集接口接受传感器输出信号，检测机械系统运行参数，经过运算处理后，发出有关控制信号，经过控制输出接口的匹配、转换、功率放大，驱动执行元件来调节机械系统的运行状态，使其按要求动作。[机电接口分类]包括输出接口与输入接口两类;

通过输出接口，操作者对系统的运行状态、各种参数进行监测；通过输入接口，操作者向系统输入各种命令及控制参数，对系统运行进行控制。[人机接口分类

]

人机接口(HumanMachineInterface，HMI)是操作者与机电系统(主要是控制微机)之间进行信息交换的接口。

HMI要完成两个方面的工作:一是操作者通过输入设备向CPU发出指令，干预系统的运行状态；二是在CPU的控制下，用输出设备来提示机器工作状态的各种信息。机电一体化设备中常用的输入装置:控制开关、BCD码拨盘、键盘、触摸屏等；常用的输出装置:指示灯、LED数码显示器、液晶显示器、微型打印机、CRT显示器、蜂鸣器等。[人机接口][键盘]键盘种类：编码键盘和非编码键盘。·

**编码键盘——靠硬件译码器识别键值。如ASCII码键盘，BCD码键盘。·

**非编码键盘——靠软件识别键值。

[键盘]按键输入及消除抖动[消除抖动处理]为了保证CPU对按键每按下一次作一次处理,且仅作一次处理，应消除抖动的影响。采用硬件电路或软件延时的方法消除按键抖动的影响:①滤波

②双稳态消抖电路

③软件消抖如果按键较多，上述两种硬件消抖的方法电路太复杂，可以采用软件消抖。{即:在第一次检测到有键按下时，执行一段延时10ms的子程序之后，再检测此按键，如果第二次检测结果仍为按下状态，CPU便确认此按键已真正按下，从而消除了抖动的影响。}[键盘与单片机接口电路]

独立式非编码键盘与单片机的接口电路如图所示。各键独立接通一条输出数据线，采用查询方式确定哪个键被按下，转到相应的键处理子程序。[键盘扫描子程序]KEY：MOVP1，#0FFH；PI口为输入时先写1MOVA，P1；读按键状态

CPLA；取反

ANLA，#07H；屏蔽高5位

JZGORET；无键按下，返回

LCALLDELAY；有键按下，延时10ms消抖

JBACC.0，KEY0；转K0键功能程序

JBACC.1，KEYl；转K1键功能程序

JBACC.2，KEY2；转K2键功能程序GORET：RETKEY0：LCALLWORK0；执行K0键功能程序

RETKEY1：LCALLWORK1；执行K1键功能程序

RETKEY2：LCALLWORK2；执行K2键功能程序

RET[LED数码显示器

]常用的显示器：发光二极管显示器，简称LED(LightEmittingDiode)；液晶显示器，简称LCD(LiquidCrystalDisplay)；荧光管显示管等。近年来也开始使用简易CRT接口，显示一些汉字及图形。前两种显示器都有两种显示结构：段显示

(七段，“米”字型等)和点阵显示

(5×7，5×8，8×8点阵等)。发光二极管显示又分为固定段显示和可以拼装的大型字段显示，此外还有共阳极和共阴极之分等。[七段LED显示器结构与原理]结构如图:

由8个发光二极管组成，编号为a、b、c、d、e、f、g和dp。显示器有共阳极和共阴极之分;共阴极是将各发光二极管的阴极连接在一起，作为公共端，通常此公共端接地，用高电平驱动。共阳极是将各发光管的阳极连接在一起，作为公共端，通常此公共端接正电压，用低电平驱动。

[原理]通过引脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点亮而显示不同的字形。例如:共阴极七段LED显示器，如要显示字符5，只需在a、c、d、f、g引脚上加高电平即可，控制字形显示的段选码为6DH。动态显示方式

当显示位数较多时，为简化电路，常采用动态显示方式。

动态方式下，将所有LED显示器的同名段选线连在一起，由一个8位I／O口控制，而每个LED的公共端由另一个I／O口控制

每位显示器必须采取轮流点亮的扫描方式，即每隔一段时间点亮一次。方法是在某一时刻，段选控制I／O口输出相应的字符段选码，位选控制I／O口送出该显示位的选通电平(共阴极送低电平，共阳极送高电平)，其他位不选通，这样只有这一位显示相应字符，其他位暗，延时一段时间。同一时刻只有一位显示器在工作(点亮)，但利用人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭的余辉效应，看到的却是多个字符“同时”显示。[LED显示器与单片机接口电路]

静态显示方式,LED显示器为共阴极，它们的公共端均接地，3位显示器的段选线分别由P0、P1和P2端口控制，74LS244起驱动作用，为LED显示器提供所需的电流，限流电阻选300

，使LED显示器的工作电流为10mA左右。

设8051单片机内部RAM的20H和21H单元中存放要显示的数据，20H中为低位数字，显示在右侧，查表法编写静态显示程序:DISPLAY：MOVA，20H；取低位显示数字

MOVDPTR，#TAB；表头地址送DPTRMOVCA，@A+DPTR；查表得到显示数字的字段码

MOVP0，A；从P0口送出低位数据显示

MOVA，21H；取高位显示数字

MOVDPTR，#TAB；表头地址送DPTRMOVCA，@A+DPTR；查表得到显示数字的字段码

MOVP1，A；从P1口送出高位数据显示

TAB：DB3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH；数字0-9共阴极字段码

DB7DH，07H，7FH，6FH，77H，7CHDB39H，5EH，79H，71H，00H

[机电接口]——任务及特点信息采集接口

机电一体化产品中，计算机对机械装置进行有效控制，使其按预定规律运行，必须随时对系统运行状态进行监控，随时检测各种工作和运行参数如位置、速度、转矩、压力、温度等。系统设计时，必须选用传感器将物理量转换为电量，再经过信息采集接口的整形、放大、匹配、转换，变成微机可以接受的信号。传感器输出有开关信号，又有频率信号(超声波无损探伤)；既有数字量，又有模拟量。对不同性质的信号，信息采集接口要对其进行不同的处理（例如对模拟信号须模／数转换）

[机电接口]——任务及特点控制输出接口控制微机通过信息采集接口检测机械系统的状态，经过运算处理，发出有关控制信号，经过控制输出接口的匹配、转换、功率放大，驱动执行元件去调节机械系统的运行状态，使其按设计要求运行。根据执行元件的需要不同控制接口的任务也不同，例如对于交流电机变频调速器，控制信号为0~5V电压或4~20mA电流信号，则控制输出接口必须进行数／模转换；对于交流接触器等大功率器件，必须进行功率驱动。[ADC0809与单片机的接口电路

]采用查询方式判断A／D转换是否结束。8个模拟通道输入的测量参数经A／D转换后，存放在单片机内部RAM的30H-37H单元。[8路模拟通道进行巡回检测的子程序]ADC：MOVR0，#30H；数据存储区首地址送R0MOVR1，#08H；模拟通道8个

MOVDPTR，#7FF8H；模拟通道的地址送DPTRLOOP：

MOVX@DPTR，A；起动A／D转换WAIT：JNBP1.0，WAIT；查询方式判断A／D转换是否结束

MOVXA，@DPTR；转换结束取检测数据