【正文】 制信號都與系統(tǒng)的工作息息相關(guān)，設(shè)計時必須明確這些轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕、鍵盤、數(shù)字顯示器和狀態(tài)、故障指示燈等的作用和意義，仔細(xì)設(shè)計控制臺硬件及其相應(yīng)的控制臺管理程序．使設(shè)計的操作控制臺既方便操作又安全可靠，即使操作失誤也不會引起嚴(yán)重后果。 應(yīng)用軟件都要由用戶自行編寫，所以軟件設(shè)計主要是應(yīng)用軟件設(shè)計。 1)模塊化程序設(shè)計法。 所謂“模塊”，實質(zhì)上就是能完成一定功能、相對獨(dú)立的程序段。 其特點(diǎn)是程序本身易于用程序框圖描述，易于構(gòu)成模塊，操作順序易于跟蹤，便于查找錯誤和測試。 29 4． 1． 3 微型計算機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)成及種類 1 微型計算機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)成 人們常用 “ 微機(jī) ” 這個術(shù)語?？刂七壿嬁梢允墙M合邏輯，也可以是微程序的存儲邏輯，可叭執(zhí)行機(jī)器語言描述的系統(tǒng)指令，是完成計算機(jī)對信息的處理與控制等的中央處理功能的器件，并非是完整的計算機(jī)。 (1)按組裝形式分類 按組裝形式可將微型計算機(jī)分為單片機(jī)、單板機(jī)和微機(jī)系統(tǒng)等。 ?具有體積小、重量輕、能耗低、價格便宜， ?可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn) 使用 : 它很容易使各種機(jī)電、家電產(chǎn)品智能化、小型化、過程控制自動化，在不顯著增加機(jī)電一體化系統(tǒng) (或產(chǎn)品 )的體積、能耗及成本的情況下，大大增加其功能、提高其性能 隨著單片機(jī)性能的提高和功能的增強(qiáng) ,目前，單片機(jī)已廣泛應(yīng)用于家用電器、機(jī)電產(chǎn)品、儀器儀表、辦公室自動化產(chǎn)品、機(jī)器人等機(jī)電一體化產(chǎn)品上 . 36 2)單板機(jī)。 用單板機(jī)實現(xiàn)機(jī)電產(chǎn)品的機(jī)電一體化成本較低，在簡易數(shù)控機(jī)械設(shè)備、檢測設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。 所謂位數(shù)是指微處理機(jī)并行處理的數(shù)據(jù)位數(shù)，即可同時傳送數(shù)據(jù)的總線寬度。它的低端即為繼電器邏輯控制的代用品，高端實際上是一種高性能的計算機(jī)實用控制系統(tǒng)。數(shù)據(jù)處理和級間通訊等。 目前，單回路調(diào)節(jié)器在控制算法上實現(xiàn)了自適應(yīng)、自校正、自學(xué)習(xí)、自診斷和智能控制等控制方式。例如， PC總線工業(yè)控制計算機(jī)、 STD總線工業(yè)控制計算機(jī)以及 Q—BUs、 Multibus、 VME bus、 PCL總線等。 4．分布式計算機(jī)控制系統(tǒng) 分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)也稱為集散型計算機(jī)控制系統(tǒng)，簡稱為集散控制系統(tǒng)。典型的具有三層結(jié)構(gòu)模式的集散型控制系統(tǒng) 如圖所示 。 而 8086／ 8088是 Intel系列的 16位 /準(zhǔn) 16位微機(jī)，是 86系列微機(jī) (包括 Pentium和 PentiumPro高性能奔騰 )發(fā)展的基礎(chǔ)。1 8086／ 8088CPU的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1)8086／ 8088的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)。算術(shù)運(yùn)算可以按字或字節(jié)帶符號或無符號、二進(jìn)制或十進(jìn)制的方式進(jìn)行運(yùn)算。 5)16位 I／ O端口地址線。 7)具有管理 DMA操作和多處理器工作的能力。 55 所謂最小工作模式 是指單處理器系統(tǒng)，即系統(tǒng)中只有 8086或 8088一個微處理器。在 8086／ 8088最大工作模式系統(tǒng)中，主處理器為 8086／ 8088，其它處理器稱為協(xié)處理器。所以，在系統(tǒng)中加入 8089后，會明顯提高主處理器的效率，尤其是在輸入／輸出頻繁的場合。如引腳 32為讀信號面，其傳遞的信息是固定的。 一般稱這類引腳為分時復(fù)用引腳，如 AD。 59 ?ADl5～ ADo(Address Data Bus)(地址／數(shù)據(jù)總線 ) 輸入／輸出、三態(tài)、分時復(fù)用。 S6始終為低電平，即恒等于零； S5表明中斷允許標(biāo)志位的狀態(tài)， S5=1時表明 CPU可以響應(yīng)中斷的請求， S5=0時表明禁止屏蔽中斷。在 T T TW和 T4時輸出 S7， S7是高電平有效。它是總線上的其它主控設(shè)備請求使用總線的信號。它控制雙向驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸方向。在中斷響應(yīng)周期中，CPU接收中斷源發(fā)來的中斷向量，借助設(shè)置在存儲器中的中斷向量表，查到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址。它至少保持四個時鐘周期的高電平，使 CPU停止操作，并使內(nèi)部的標(biāo)志寄存器、段寄存器和指令隊列復(fù)位到起始狀態(tài)。 64 ?TEST(測試 ) 輸入。這三條信號線的編碼表達(dá)了 CPU總線的操作性質(zhì) (見表 4． 3)。這兩個信號的功能和在最小方式中的 HOLD／HLDA是一樣的。 LOCK總線封鎖信號，用軟件設(shè)置，即在一條指令的前面加上 “ LOCK”前綴，在該條指令執(zhí)行過程中，此信號向總線上其它主控設(shè)備表明，不允許它們占用總線。如表 4． 4所示。 圖中 8288對 CPU發(fā)出的控制信號進(jìn)行變換和組合，發(fā)出對存儲器和 I／ O端口的讀／寫信號和對鎖存器 828總線收發(fā)器 8286的控制信號，使總線控制功能更加完善。 圖 4． 14為 3—8譯碼器(74LSl38)的引腳配置。 75 76 4． 4 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其最小應(yīng)用系統(tǒng) 單片機(jī) (Singlechip Microputer)的典型結(jié)構(gòu)如圖 4． 25所示， 目前常用的 MCS一 45l、 96系列單片機(jī)的主要性能參數(shù)見 表4． 15。 8051片內(nèi)有 4 KB的 ROM。所以 8051用在批量較大 (1 000片以上 )時，經(jīng)濟(jì)上才合算。 程序存儲器 (ROM)： 8051共有 4096個 8位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格 定時 /計數(shù)器 (ROM)： 8051有兩個 16位的可編程定時 /計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向 82 并行輸入輸出 (I/O)口： 8051共有 4組 8位 I/O口 (P0、 P P2或 P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸 全雙工串行口： 8051內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用 中斷系統(tǒng)： 8051具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2級的優(yōu)先級別選擇。這兩組口線用來作為 CPU與外部數(shù)據(jù)存儲器、外部程序存儲器和 I/O擴(kuò)展口，而不能象 P P3直接用作輸出口。另外一種是外部時鐘方式，即將XTAL1接地，外部時鐘信號從 XTAL2腳輸入。 除 805l／ 8751外真正可完全為用戶使用的 I／ O口線只有 P1口以及部分作為第一功能使用的 P3口。 Vss 40 接地電平。在編程和校驗時，用 于接受低位地址字節(jié)。實現(xiàn)第二功能時，必 須在相應(yīng)的輸出鎖存器里寫入 “ l”。初始化后，程序計數(shù)器 PC指向 0000H， P0P3輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫入 07H，其它專用寄存器被清“ 0”。 92 93 ALE／ PROG 30 提供地址鎖存允許輸出信號。 當(dāng)訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號， PC的 16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在 P0和 P2口上，外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到 P0口上，由 CPU讀入并執(zhí)行 EA/Vpp 31 低電平時， 8051執(zhí)行外程序存儲器的指令。 XTAL2 19 振蕩器的放大器輸出，或接收外振蕩器信號。此時，口 0分別輸出 外部低位地址 、 讀／寫數(shù)據(jù) ，而口 2輸出外部 存儲器高位地址 。當(dāng) OE=1時輸出線呈高阻抗?fàn)顟B(tài)。用戶可以把 MCS一 51的64KB數(shù)據(jù)存儲器地址空間的一部分 (例如 0DH～ FFH)作為外部 I／ O的地址空間， CPU像訪問外部 RAM單元一樣讀寫擴(kuò)展的 I／ O口。 其中 LED和 LCD成本低、配置靈活、與單片機(jī)接口方便，故應(yīng)用廣泛。控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。 8位并行輸出口輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)即可獲得不同的數(shù)字或字符。 所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止。 所謂動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器 (掃描 )。 107 108 根據(jù)圖可寫出動態(tài)顯示子程序如下： DATA SEGMENT SEGTABL DB 3FH， 06H， 5BH， 4FH， 66H， 6DH， 7DH， 07H， DB 7FH， 6FH， 77H， 7CH ,39H,5EH,79H． 71H ；共陰極 LED顯示模型 PORTCNL DW 0803H． 0802H， 0801H， 0800H； 8255A端口地址 DISBUF1 DB 09， 08， 07， 06， 05， 04 ,03,02,01 。 121 3．行列式鍵盤接口電路 行列式鍵盤又叫矩陣式鍵盤。鍵盤中 有無按鍵按下 是由列線 送入 全掃描字、行線 讀入 行線狀態(tài)來判斷的。如果不全為 l，則所按下的鍵必在此列。如圖 4． 37中鍵盤鍵值從左至右、從上至下依次是 7 7B、7D、 7E、 B BB、 BD、 BE、 … 、 E BD、 ED、 EE。此時，首先將列值讀數(shù)右移，每移位一次列值寄存器加 1，直到有鍵按下 (低電平 )為止。 125 1．程控掃描法 如圖所示 為 4 8矩陣組成的 32鍵盤與微型機(jī)接口電路。 ?程控掃描法是由程序控制鍵掃描的方法。 (2)去除鍵抖動 。使 PC0=0，然后讀入列值，看其是否等于FFH，若等于 FFH，說明該行無鍵按下。 此時，首先將列值讀數(shù)右移，每移位一次列值寄存器加1，直到有鍵按下 (低電平 )為止。 將列值讀數(shù) 逐位右移 ,第一次移位 ,無鍵按下 ,列值寄存器=00H+01H=01H；第二次移位 ,無鍵按下 ；第三次移位仍 無鍵按下 ，列值寄存器： 01H+01H+01H=03H；當(dāng)?shù)谒拇我莆粫r，發(fā)現(xiàn) 有鍵按下 (低電平 )，列值寄存器 =03H，不變。 此行有鍵按下，求列值 SHR AL,1 JC KEY3 KEY4： CALL D10 ms； 防抖動 CALL KEXAM； JNZ KEY4； 若有鍵按下 ,轉(zhuǎn) KEY4,等待鍵釋放 ADD BL， BH； 計算鍵值 DEC BL MOV BUFF， BL；存鍵值 CALL KEYPRO； 轉(zhuǎn)鍵值處理程序 BEGIN ENDP D10ms PROC NEAR ；延時 10 ms子程序 ????? D10 ms ENDP 比如列值讀數(shù)11110111 137 KEXAM PROC NEAR ；查是否有鍵按下子程序 PUSH DX DEC DX；從 C口輸出使所有行均為低電平模型 MOV AL， 00H OUT DX， AL DEC DX；從 A口讀入列值 DEC DX IN AL， DX CMP AL， 0FFH POP DX；恢復(fù) DX初值 (控制口 ) RET KEXAM ENDP DISUP PROC NEAR ????? DISP ENDP CODE ENDS END START 138 ?鍵值處理程序 取鍵值 是功能鍵 ？ 轉(zhuǎn)功能鍵處理程序？ 是數(shù)字鍵？ 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的 ASCII碼 0~9的數(shù)字？ A~F的字母？ 顯示 139 2．中斷掃描法 為了更進(jìn)一步節(jié)省 CPU的時間，可采用中斷掃描法。 圖 3 7所示為中斷掃描法硬件接線圖。其掃描方法與程控法相同，不同的只是當(dāng)有鍵按下時，才進(jìn)行掃描。在執(zhí)行鍵功能程序時，CPU不再響應(yīng)鍵輸入要求。 其方法為： PA口輸出全掃描字 00H，讀 PC口狀態(tài)， PC0～PC3為全 l，則鍵盤無鍵按下，若不全為 1，則有鍵按下。 b:按照 行首鍵號與列號相加 的辦法處理，每行的行首鍵號依次為： 0， 8， 16， 24，列首依列線順序為 0～ 7． 4)為保證鍵閉合一次， CPU僅進(jìn)行一次功能操作。它使用可編程存儲器儲存用戶設(shè)計的程序指令，這些指令用來實現(xiàn) 邏輯運(yùn)算、順序操作、定時、計數(shù)及算術(shù)運(yùn)算和過數(shù)字或模擬輸入／輸出 來控制各種機(jī)電一體化系統(tǒng)。 148 PLC主要是利用邏輯運(yùn)算以實現(xiàn)各種 開關(guān)量 的控制。 PLC編程器是編制順序程序不可缺少的輔助工具。對其硬件電路的要求是： ① 能夠可靠地傳遞控制信息，并能夠輸入有關(guān)運(yùn)動機(jī)構(gòu)的狀態(tài)信息； ②能夠進(jìn)行相應(yīng)的信息轉(zhuǎn)換以滿足微機(jī)對輸入／輸出信息的轉(zhuǎn)換要求，如 D／ A、 A／ D轉(zhuǎn)換，并行數(shù)字量轉(zhuǎn)換成串行電脈沖、電平的轉(zhuǎn)換與匹配，電量與非電量之間的轉(zhuǎn)換，弱電與強(qiáng)電的轉(zhuǎn)換以及功率的匹配等； ③應(yīng)具有強(qiáng)的阻斷干擾信號進(jìn)入微機(jī)控制系統(tǒng)的能力，以提高系統(tǒng)的可靠性。這樣信息通過光電轉(zhuǎn)換，單向傳遞，又由于光電耦合器輸入與輸出端之間絕緣電阻非常大 (一般為 1011～1012Ω )，寄生電容很小 (一般為 ～ 2pF)，因此，干擾信號很難從輸出端