主机及其接口

沈阳航空工业学院自动控制系第1页计算机测控技术与应用主要内容1.主机电路2.测控接口及程序3.人机接口及程序4.通讯接口第三章主机及其接口沈阳航空工业学院自动控制系第2页计算机测控技术与应用3.1主机电路一般将CPU、与其相连的存储器、接口电路统称为主机电路。微机测控系统的主机有PC机与单片机两种。一、基于PC机的主机电路基于PC机的测控系统分为：内插式、外接式、组合式三种。1.内插式将输入或输出接口电路制成插板形式，直接插入PC机主机箱里的扩展槽内。图3-1-1。通过计算机的系统总线与CPU交换信息。来自测量电路的测量信号通过插板与计算机打交道，主机与控制电路系统之间也是通过插板进行联系。PC机扩展槽的总线形式：ISA总线、VESA总线、PCI总线或AGP总线。沈阳航空工业学院自动控制系第3页计算机测控技术与应用2.外接式将输入接口与输出接口据均装在PC机机箱外一个独立的专用电箱中，并通过外部总线（如RS-232C串行总线或IEEE-488并行总线）与PC机通讯和传递数据。（图3-1-2）沈阳航空工业学院自动控制系第4页计算机测控技术与应用3.组合式内插式与外接式结合。（图3-1-3）输入与输出接口装在PC机外的独立电箱中，同时在PC机的扩展槽内也插有接口板。测量信号和控制信号通过外接电箱后，再经过接口板与计算机交换数据。沈阳航空工业学院自动控制系第5页计算机测控技术与应用二、基于单片机的主机电路单片机指在一块芯片上集成了计算机的基本部件（CPU、存储器、I/O接口、计数器/定时器等），一块芯片就构成一台计算机。MCS-51单片机的结构如下：内部总线时钟电路CPUINT0T1T0并行接口串行接口P0P1P2P3TXDRXD中断系统ROMRAM定时/计数器INT1沈阳航空工业学院自动控制系第6页计算机测控技术与应用1.MCS-51单片机的引脚单片机内部ROM只有4K字节（8051、8751),RAM只有128个字节，8031片内无ROM，须外接EPROM，这样P0和P2口就不能作为I/O端口。P3口往往用于控制功能，真正能用于I/O的只有Pl口，不够。常需外接存储器和接口电路。沈阳航空工业学院自动控制系第7页计算机测控技术与应用2.外接存储器和外接I/O接口（1）外接存储器8031外接存储器时，P2口输出存储器地址的高8位，PO口分时输出地址的低8位和传送指令或数据。PO口先输出低8位地址信号，在ALE有效时将它锁存到外部地址锁存器中，然后P0口作为数据总线使用。地址锁存器通常采用74LS373。常用的RAM有6116(2Kx8）、6264(8Kx8）、62128(16Kx8）、62256(32Kx8）等，常用的EPROM有2732(4Kx8）、2764(8Kx8）、27128(16Kx8）、27256(32Kx8）、27512(64Kx8）等。当PSEN有效时，ROM的指令字节通过P0读入CPU,RAM的读写则由RD、WR控制。RD和WR信号是由专门的外部RAM访问指令产生的，累加器A与外部RAM单元之间的数据传送可由下列两类指令序列实现：①读：MOVDPTR,#addr16;16位地址一DPTRMOVXA,@DPTR;DPTR指出的RAM单元内容一A写MOVA,#data；要写入RAM的数一AMOVX@DPTR,A;A的内容一DPTR指出的RAM单元②读：MOVP2,#addrH.8；高8位地址一P2口MOVRi,#addrL.8；低8位地址一Ri(i=0,1)MOVXA,@Ri；由P2口、Ri指出的RAM单元内容一A写：MOVA,#data；要写入RAM的数一AMOVX@Ri,A;A的内容一P2和Ri指出的RAM单元沈阳航空工业学院自动控制系第8页计算机测控技术与应用（2）外接I/O接口I/O接口可采用带锁存的三态缓冲器74LS373、8212或8282等，也可采用可编程I/O接口芯片8155、8255等。8155是8031系统中最常用的一个外围器件，它具有256个字节的RAM、二个8位并行口、一个6位并行口和一个14位的计数器。（3）基于8031的主机电路实例（图3-1-6）由8031加接其它芯片构成的一种主机电路如图3-1-6所示。由图可见，8031扩展了1片2764,2片6116和1片8155。其中6116也可用E2ROM2816（引脚和6116相同）代换，以防止掉电时数据丢失。8155的AD0一AD7直接连至8031的P0口，而CE和I0/M则分别与P2.7和P2.0相连。沈阳航空工业学院自动控制系第9页计算机测控技术与应用沈阳航空工业学院自动控制系第10页计算机测控技术与应用3.2测控接口及程序测控系统中的输入输出通道与微机的接口统称为测控接口。主要包括A/D与微机接口、VFC与微机接口、D/A与微机接口、功率接口。3.2.1A/D与微机接口及程序■各种型号的A/D转换器芯片均设有数据输出、启动转换、转换结束和控制等引脚。A/D转换器注明能直接和CPU配接，这是指A/D转换器的输出线可直接接到CPU的数据总线上，说明该转换器的输出数据寄存器具有可控的三态输出功能。转换结束，CPU可用输入指令读入数据。一般8位A/D转换器均属此类。而10位以上的A/D转换器，为了能和8位字长的CPU直接配接，输出数据寄存器增加了读数控制逻辑电路，把10位以上的数据分时读出。对于内部不包含读数据控制逻辑电路的A/D转换器，在和8位字长的CPU相连接时，应增设三态门对转换后数据进行锁存，以便控制10位以上的数据分二次进行读取。■A/D转换器需外部控制启动转换信号方能进行转换，这一启动转换信号可由CPU提供。不同型号的A/D转换器，对启动转换信号的要求不同，有脉冲启动和电平控制启动两种。脉冲启动转换，只需给A/D转换器的启动控制转换的输入引脚上，加一个脉冲信号，即启动A/D转换器进行转换。例如，ADC0804、ADC0809、ADC1210等。电平控制转换的A/D转换器，当电平加到控制转换输入引脚上时，立即开始转换。此电平应保持在转换的全过程中，否则将会中止转换的进行。■A/D转换结束后输出转换结束标志电平，以通知主机读取转换结果。主机从A/D转换器读取转换结果的联络方式，有中断、查询、定时三种方式。沈阳航空工业学院自动控制系第11页计算机测控技术与应用一、ADC0809与8031的接口1.等待延时方式(图3-2-1)ADCO809的时钟频率范围要求在10一1280kHZ,8031单片机的ALE脚的频率是单片机时钟频率的1/6。如果单片机时钟频率采用6MHZ，则图3-2-1和图3-2-2中的ADCO809输入时钟频率分别为500kHZ和1000kHZ，均符合要求。当CLK=500kHZ时，ADCO809的转换速度为128μs，因此若采取等待延时方式，延时时间须大于128μs，即发生启动脉冲后至少延时100μs才可读取A/D转换数据。由于ADC0809具有输出三态锁存器，故其8位数据输出引脚可直接与数据总线相连。地址译码引脚A、B、C分别与地址总线的低三位AO、A1、A2相连，以选通INO一IN7中的一个通道。将P2.7（或P2.3）作为片选信号，在启动A/D转换时，由单片机的写信号WR和P2.7（或P2.3）控制ADC的地址锁存和转换启动。由于ALE与START连在一起，因此ADC0809在锁存通道地址的同时也启动转换。在读取转换结果时，用单片机的读信号面RD和P2.7（或P2.3）引脚经一级或非门后产生的正脉冲作为OE信号，用以打开三态输出锁存器。沈阳航空工业学院自动控制系第12页计算机测控技术与应用沈阳航空工业学院自动控制系第13页计算机测控技术与应用采用图3-2-1，分别对8路模拟信号轮流采样一次，并依次将A/D结果存到指定的数据区。程序如下：MAIN:MOVR1,#data；设置数据区首地址MOVDPTR,#7FF8H；P2.7=0,且指向通道0MOVR7,#08H；置通道数LOOP:MOVX@DPTR,A；启动A/D转换MOVR6,#0AH；软件延时DLAY:NOPNOPNOPDJNZR6,DLAYMOVXA,@DPTR；读转换结果MOV@R1,A；存储数据INCDPTR；指向下一通道INCR1；修改数据区指针DJNZR7,LOOP；8个通道全采样完了吗？……沈阳航空工业学院自动控制系第14页计算机测控技术与应用2.中断方式设某测控系统，采用图3-2-2的电路和中断方式巡回检测一遍8路模拟量输入，将转换后数据依次存在片内RAM的30H-37H单元中。沈阳航空工业学院自动控制系第15页计算机测控技术与应用软件由主程序和外部中断服务程序组成。（1）主程序功能：对外部中断1初始化；控制8个通道模拟输入量的转换。ORG0000HAJMPSTARTORG0013HAJMPINT1START：MOVDPTR，#F7F8HMOVR0，#30HMOVR2，#08HSETBIT1SETBEX1SETBEASTART1：MOVX@DPTR，A沈阳航空工业学院自动控制系第16页计算机测控技术与应用HE:SJMPHEDJNZR2,START1DONZ:……(2)外部中断服务程序功能：ADC转换结束后申请中断，完成A/D转换结果的读取和存放。INT1:MOVXA,@DPTR；读数据入AMOVX@R0,A；将数据存入RAM单元INCR0；数据区地址加1INCDPTR；通道号加1RETI；返回3.查询方式功能：以图3-2-2查询方式；对IN3通道模拟输入采样10次，转换结果存到从0000H单元起的数据存储器中。沈阳航空工业学院自动控制系第17页计算机测控技术与应用ORG0000HAJMPSTA1STA1:MOVR1,#00H;外部RAM单元首地址初值MOVR2,#00HMOVR7,#0AH；循环计数置初值STA2:MOVDPTR,#F7FBH；选IN3通道地址MOVX@DPTR,A；启动0809MOVR3,#20H；延时STA3:DJNZR3,STA3STA4:JBP3.3,STA4；询问转换完？MOVXA,@DPTR；A/D转换结果送AMOVDPH,R1MOVDPL,R2MOVX@DPTR,A；结果送入外部RAM单元中INCR2；置下一个单元地址DJNZR7,STA2；循环完？HD:SJMPHD；停止沈阳航空工业学院自动控制系第18页计算机测控技术与应用二、MC14433与8031接口(自看)MC14433是一个3位半（BCD码）双积分A/D芯片，其分辨率相当于二进制11位，转换速率3-10次/秒；模拟输入电压范围为0-1.999V或0-199.9mV3.2.2VFC与微机接口及程序1.某些长距离数据传输，精度要求高的情况可使用V/F转换器代替A/D器件。V/F转换器是将电压信号转变成频率信号的器件，具有良好的精度、线性和积分输入特点。因此，在一些非快速A/D过程中，也可使用V/F技术。2.V/F转换器与计算机接口的特点：（1）接口简单、占用计算机硬件资源少频率信号可输入微机的任一根I/O线或作为中断源与计数输入等。（2）抗干扰性能好V/F转换是一个积分过程，且用V/F转换器实现A/D转换，就是频率计数过程，有较强的抗干扰能力。另外可在V/F转换器与计算机之间使用光电耦合器，实现光电隔离。（3）便于远距离传输可通过调制进行无线传输或光传输。由于以上这些特点，V/F转换器适用于非快速而需进行远距离信号传输的A/D转换过程。另外，还可以减化电路、降低成本、提高性价比。沈阳航空工业学院自动控制系第19页计算机测控技术与应用3.V/F转换器与8031单片机接口电路如图3-2-4所示。为将VFC输出的频率fx=SVx(S为频率电压转换系数）转换成相应的数字Nx，外部脉冲fx从8031的T1(P3.5）脚引入，8031片内TO置为定时方式，T1置为计数方式，分别如图3-2-5(a）和（b）所示。沈阳航空工业学院自动控制系第20页计算机测控技术与应用开始时将TR0与TR1置1，使T0和T1分别对基准频率f0（0.5MHz）和被测频率fx进行