微型计算机控制技术.ppt

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1、微型计算机控制技术微型计算机控制技术什么是计算机控制？能完成什么功能？什么是计算机控制？能完成什么功能？计算机控制计算机控制控制控制监控对象监控对象显示显示监控对象的变化过程监控对象的变化过程（1 1）控制）控制监控对象监控对象 利用利用传感装置传感装置将被监控对象中的物理参量（如温度、压力、将被监控对象中的物理参量（如温度、压力、液位、速度）转换为电量（如电压、电流），再将这些代表液位、速度）转换为电量（如电压、电流），再将这些代表实际物理参量的电量送入输入装置中实际物理参量的电量送入输入装置中转换为计算机可识别的转换为计算机可识别的数字量数字量，则由计算机中的应用软件根据采集到的物理参量的

2、，则由计算机中的应用软件根据采集到的物理参量的大小和变化情况以及按照工艺所要求该物理量的设定值进行大小和变化情况以及按照工艺所要求该物理量的设定值进行判断；然后在判断；然后在输出装置输出装置中输出相应的电信号，并且中输出相应的电信号，并且推动执行推动执行装置装置（如调节阀、电动机）动作从而（如调节阀、电动机）动作从而完成相应的控制任务完成相应的控制任务。1.1 1.1 计算机控制系统概述计算机控制系统概述涉及到哪些技术？涉及到哪些技术？计算机技术、自动控制技术、显示技术、传感器检测与技术、网络与通信技术、电子技术等（2 2）显示）显示监控对象的变化过程监控对象的变化过程 将将传感装置传感装置采

3、集到的被监控对象中的物理参量（如温度、采集到的被监控对象中的物理参量（如温度、压力、液位、速度）转换为电量（如电压、电流），并且在压力、液位、速度）转换为电量（如电压、电流），并且在计算机的显示装置中以数字、图形或曲线的方式计算机的显示装置中以数字、图形或曲线的方式显示出来显示出来，从而使得操作人员能够直观而迅速地了解从而使得操作人员能够直观而迅速地了解被监控对象的变化被监控对象的变化过程过程。除此之外除此之外，计算机还可以将采集到的，计算机还可以将采集到的数据存储数据存储起来，起来，随时进行随时进行分析、统计和显示分析、统计和显示并制作并制作各种报表各种报表。1.1 计算机控制系统概述 自动

4、控制：就是在没有人自动控制：就是在没有人直接参与直接参与的情况下，通过的情况下，通过控制控制器器使生产过程自动地使生产过程自动地按照预定的规律按照预定的规律运行。运行。自动控制系统原理框图：自动控制系统原理框图：图图1-1 自动控制系统框图自动控制系统框图返回1.1.1 1.1.1 计算机控制系统计算机控制系统 计算机控制系统：就是利用计算机控制系统：就是利用计算机计算机(通常称为工业控制计算机，简通常称为工业控制计算机，简称工业控制机称工业控制机)来来实现实现生产过程生产过程自动控制自动控制的系统。的系统。微型计算机图图1-2 计算机控制系统原理框图计算机控制系统原理框图1.计算机控制系统的

5、工作原理计算机控制系统的工作原理返回自控系统计算机温度监控系统以一个计算机温度监控系统为例：上上述述温温度度监监控控计计算算机机系系统统对对生生产产过过程程实实现现自自动动控控制制可可以以分解为分解为四个过程四个过程：1 1）实实时时数数据据采采集集。生生产产过过程程的的被被控控参参量量（过过程程信信号号）通通过过测测量量环环节节转转化化为为相相应应的的电电量量或或电电参参数数，再再由由变变送器或放大器变换成标准的送器或放大器变换成标准的电压信号或电流信号电压信号或电流信号；2 2）A/DA/D转转换换。电电压压信信号号或或电电流流信信号号经经过过A/DA/D转转换换后后变变成成计计算算机机可

6、可以以识识别别的的数数字字信信号号，并并将将其其转转换换为为人人们们易易于理解的工程量（测量值）；于理解的工程量（测量值）；3 3）实实时时控控制制决决策策。计计算算机机根根据据测测量量值值与与给给定定值值的的偏差偏差，按一定的，按一定的控制算法控制算法输出控制信号；输出控制信号；4 4）实实时时控控制制输输出出。控控制制信信号号作作用用于于执执行行机机构构，通通过过调节物料流量或能量调节物料流量或能量的大小来实现对生产过程的调节。的大小来实现对生产过程的调节。1.1.2 1.1.2 计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成 计算机控制系统由计算机控制系统由计算机计算机(工业控制机工业控制机)

7、和和生产过程生产过程两大部分两大部分组成。组成。1.1.1.1.工业控制机工业控制机工业控制机工业控制机 （1 1 1 1）硬件组成硬件组成硬件组成硬件组成：主机、输入输出通道：主机、输入输出通道：主机、输入输出通道：主机、输入输出通道 （2 2 2 2）软件组成软件组成软件组成软件组成:系统软件；应用软件。系统软件；应用软件。系统软件；应用软件。系统软件；应用软件。2.2.2.2.生产过程生产过程生产过程生产过程图1-3 计算机控制系统的组成框图1.2 计算机控制系统的典型形式1.2.1 1.2.1 操作指导控制系统操作指导控制系统 （为操作人员提供操作指导信为操作人员提供操作指导信息息）执

8、行机构图1-4 操作指导控制系统 计算机不直接参与过程控制计算机不直接参与过程控制，主要用于对被控过程的现场状态进行，主要用于对被控过程的现场状态进行实时实时数据采集和处理数据采集和处理，进行必要的集中记录、显示、报警或打印输出，对，进行必要的集中记录、显示、报警或打印输出，对现场状况的集中监视，并现场状况的集中监视，并为操作人员提供操作指导信息为操作人员提供操作指导信息。优点优点是结构简单，控制灵活和安全。是结构简单，控制灵活和安全。缺点缺点是要由人工操作，开环结构，控制的实时性差，不能是要由人工操作，开环结构，控制的实时性差，不能控制多个对象。控制多个对象。主要用于生产初期实验，过程模型获

9、取主要用于生产初期实验，过程模型获取1.2.2 1.2.2 直接数字控制（直接数字控制（DDCDDC）系统）系统闭环结构，控制的实时性好，可以控制多个回路或对象。闭环结构，控制的实时性好，可以控制多个回路或对象。变送器执行机构 计算机通过检测单元对过程参数进行计算机通过检测单元对过程参数进行巡回检测巡回检测，并经过，并经过输输入通道入通道将检测数据输入计算机，将检测数据输入计算机，计算机计算机按照一定的控制规律进按照一定的控制规律进行运算，得到相应的行运算，得到相应的控制信息控制信息，并通过，并通过输出通道输出通道去控制去控制执行机执行机构，从而使系统的被控参数达到期望的要求构，从而使系统的被

10、控参数达到期望的要求1.2.3 1.2.3 监督控制（监督控制（SCCSCC）系统）系统 a a）SCC+SCC+模拟调节器的控制系统模拟调节器的控制系统 b b）SCC+DDCSCC+DDC的分级控制系统的分级控制系统图1-6 监督控制系统输出通道输入通道 亦称分布式控制系统。亦称分布式控制系统。计算机分布式控制系计算机分布式控制系统采用统采用分级分散型分级分散型控制原理、控制原理、集中操作集中操作、分级管分级管理、分散控制、综合协调的理、分散控制、综合协调的设计原则设计原则，将系统由，将系统由下至上可分为下至上可分为现场分布式控制级、过程控制集中现场分布式控制级、过程控制集中监控级、综合信

11、息管理级监控级、综合信息管理级等，各级之间通过高速等，各级之间通过高速通讯通道相互连接，传递信息，协调工作。通讯通道相互连接，传递信息，协调工作。1.2.4 1.2.4 集散控制系统（集散控制系统（DCSDCS）1.2.4 1.2.4 集散控制系统（集散控制系统（DCSDCS）图1-7 DCS结构示意图操作站控制站现场仪表MICSCCDDC生产过程最优化，效率提高，成本降低1.2.5 1.2.5 现场总线控制系统（现场总线控制系统（FCSFCS）图1-8 FCS结构示意图二层结构二层结构：工作站：工作站-现场总线智能仪表现场总线智能仪表1.2.6 1.2.6 综合自动化系统综合自动化系统 综合

12、自动化系统的整体解决方案综合自动化系统的整体解决方案：企业资源信息管理系统企业资源信息管理系统ERPERP （Enterprise Resources PlanningEnterprise Resources Planning）；生产执行系统生产执行系统MESMES （Manufacturing Execution SystemManufacturing Execution System）；生产过程控制系统生产过程控制系统PCSPCS （Process Control SystemProcess Control System）。综合自动化系统主要包括综合自动化系统主要包括综合自动化系统主要包括

13、综合自动化系统主要包括：计算机集成制造系统计算机集成制造系统计算机集成制造系统计算机集成制造系统(CIMS-Computer Integrated(CIMS-Computer Integrated(CIMS-Computer Integrated(CIMS-Computer Integrated Manufacture System)Manufacture System)Manufacture System)Manufacture System)制造业；制造业；制造业；制造业；计算机集成过程系统（计算机集成过程系统（CIPS-Computer Integrated CIPS-Computer

14、Integrated Process SystemProcess System）流程工业。流程工业。流程工业。流程工业。1.3 工业控制机的组成结构及特点工业控制机的组成结构及特点1.3.1 工业控制机的组成工业控制机的组成 工业控制机包括工业控制机包括硬件硬件和和软件软件两部分。两部分。硬件硬件包括包括主机主机(CPU、RAM、ROM)板、板、内内部总线和外部总线部总线和外部总线、人机接口人机接口、系统支持系统支持功能、磁盘系统、通信接口、输入输出通功能、磁盘系统、通信接口、输入输出通道道。软件包括系统软件、支持软件和应用。软件包括系统软件、支持软件和应用软件。软件。1.工业控制机的硬件组成

15、工业控制机的硬件组成主机板人机接口系统支持磁盘系统通信接口模拟量输入通道(AI)模拟量输出通道(AO)数字量输入通道(DI)数字量输出通道(DO)外部总线内部总线图1-10 工业控制机的硬件组成结构1.3.3 工业控制机的特点(1)(1)可靠性高和可维修性好。可靠性高和可维修性好。可靠性可靠性：指设备在规定的时间内运行不发生故障。：指设备在规定的时间内运行不发生故障。可维修性可维修性：工业控制机发生故障时，维修快速、：工业控制机发生故障时，维修快速、简单方便简单方便(2)(2)环境适应性强。环境适应性强。工业环境恶劣，高温、高湿、腐蚀、振动、灰尘、工业环境恶劣，高温、高湿、腐蚀、振动、灰尘、电

16、磁干扰。电磁干扰。(3)(3)控制的实时性。控制的实时性。具有时间驱动和事件驱动能力，要能对生产过程具有时间驱动和事件驱动能力，要能对生产过程工况变化实时的进行监视和控制。工况变化实时的进行监视和控制。(4)(4)完善的输入输出通道。完善的输入输出通道。模拟量输入、输出、开关量输入、输出、模拟量输入、输出、开关量输入、输出、人机通信设备等人机通信设备等(5)(5)丰富的软件。丰富的软件。(6)(6)适当的计算机精度和运算速度。适当的计算机精度和运算速度。2.1 IO2.1 IO端口及地址译码技术端口及地址译码技术2.2 2.2 数字量输入输出接口与过程通道数字量输入输出接口与过程通道2.3 2

17、.3 模拟量输模拟量输入入接口与过程通道接口与过程通道2.4 2.4 模拟量输模拟量输出出接口与过程通道接口与过程通道2.5 2.5 硬件抗干扰技术硬件抗干扰技术第第2 2章章 输入输出接口与过程通道输入输出接口与过程通道第第2 2章章 输入输出接口与过程通道输入输出接口与过程通道接口接口：接口是：接口是计算机与外部设备计算机与外部设备（部件与部件之间）交换信（部件与部件之间）交换信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口。息的桥梁，它包括输入接口和输出接口。接口的含义接口的含义：l狭义上：连接计算机和狭义上：连接计算机和I/O设备的部件；设备的部件；l广义上：还包括接口电路的管理驱动程序；广义上：

18、还包括接口电路的管理驱动程序；接口技术接口技术：接口技术是研究计算机与外部设备之间：接口技术是研究计算机与外部设备之间如何交换如何交换信息信息的技术。的技术。接口的必要性：接口的必要性：外设是用来实现人机交互的一些机电设备外设是用来实现人机交互的一些机电设备.外设处理信息的类外设处理信息的类型、速度、通信方式与型、速度、通信方式与CPU不匹配不匹配,不能直接挂在总线上不能直接挂在总线上,必须必须通过接口和系统相连通过接口和系统相连.CPU外部外部设备设备数据数据状态状态控制控制通常有三类信息：通常有三类信息：数据信息数据信息数字量数字量模拟量模拟量开关量开关量状态信息状态信息控制信息控制信息C

19、PU与外设之间交换信息的种类与外设之间交换信息的种类接口的构成接口的构成数据端口数据端口状态端口状态端口控制端口控制端口地址地址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路外外设设ABDBCBCPU(1)从编程角度看从编程角度看,接口内部主要包括接口内部主要包括一个或多个一个或多个CPU可可以进行读以进行读/写操作的写操作的有地址的有地址的寄存器寄存器,又称为又称为I/O端口端口.(2)数据端口数据端口:双向的数据端口具有锁存和三态缓冲功能双向的数据端口具有锁存和三态缓冲功能.状态端口状态端口:只读端口只读端口,包含三态缓冲器包含三态缓冲器.控制端口控制端口:只写端口只写端口,包含锁存器包含锁存器

20、.过程通道是在过程通道是在计算机和生产过程计算机和生产过程之间设置的信息传送之间设置的信息传送和转换的连接通道，它包括模拟量输入通道、模拟量输和转换的连接通道，它包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量出通道、数字量(开关量开关量)输入通道、数字量输入通道、数字量(开关量开关量)输输出通道。出通道。AI/AOAI/AO、DI/DO.DI/DO.生产参数生产参数输入通道输入通道计计算算机机输出通道输出通道控制生产过程控制生产过程过程通道过程通道：模拟量输出通道模拟量输出通道数字量输出通道数字量输出通道2.1 2.1 总线扩展技术总线扩展技术 （IOIO端口及地址译码技术）端口及地址译码技术）一

21、、一、I/OI/O端口及其编址方式端口及其编址方式1 1、I/OI/O端口端口 （1 1）定义：定义：是接口电路中能被是接口电路中能被CPUCPU直接访问的直接访问的寄存器的地址寄存器的地址。CPUCPU 通过这些地址（端口）向接口电路的寄存器发送命令，通过这些地址（端口）向接口电路的寄存器发送命令，读取状态和传送数据。读取状态和传送数据。I/OI/O操作：操作：对对I/OI/O端口的读写操作。端口的读写操作。（2 2）端口的作用与类型）端口的作用与类型 作用：作用：CPUCPU通过端口向接口电路中的寄存器发送命令、读通过端口向接口电路中的寄存器发送命令、读 取状态和传送数据。取状态和传送数据

22、。类型：类型：命令端口、状态端口、数据端口。命令端口、状态端口、数据端口。272.I/O2.I/O端口编址方式端口编址方式 （1 1）统一编址：把）统一编址：把I/OI/O端口看作一个存储单元，与存储端口看作一个存储单元，与存储单元统一编址，访问存储器的所有指令均可用来访问单元统一编址，访问存储器的所有指令均可用来访问I/OI/O端端口。口。存储器映射存储器映射I/OI/O编址方式。编址方式。（2 2）独立编址：有独立的）独立编址：有独立的I/OI/O地址空间，采用专门的地址空间，采用专门的I/OI/O指令来访问。称为指令来访问。称为I/OI/O映射方式映射方式。二、二、I/OI/O端口地址分

23、配端口地址分配（1 1）系统板上的）系统板上的I/OI/O芯片芯片 定时定时/计数器、中断控制器、计数器、中断控制器、DMADMA控制器、并行接口等控制器、并行接口等（2 2）I/OI/O扩展槽上的接口控制卡（适配器）扩展槽上的接口控制卡（适配器）软驱卡、硬驱卡、显卡、声卡、网卡、并行、串行通信卡软驱卡、硬驱卡、显卡、声卡、网卡、并行、串行通信卡1 1、I/OI/O端口硬件分类端口硬件分类 早期早期IBMPC使用使用10条地址线中的低条地址线中的低10位，位，A0A9寻址范寻址范围围0000H03FFH共共1024个端口，前个端口，前512个端口分给主板，后个端口分给主板，后512个端口分配给

24、扩展槽的常规外设。个端口分配给扩展槽的常规外设。后来后来PC/AT系统中前系统中前256个端口个端口00H0FFH供系统板上的供系统板上的I/O接口芯片使用，后接口芯片使用，后768个个100H3FFH供扩展槽上的接口控制卡使供扩展槽上的接口控制卡使用，其中允许用户使用的地址是用，其中允许用户使用的地址是300H31FH。2 2、I/OI/O端口地址分配端口地址分配29系统板上接口芯片的端口地址系统板上接口芯片的端口地址扩展槽上接口控制卡的端口地址扩展槽上接口控制卡的端口地址I/OI/O芯片名称芯片名称端口地址端口地址游戏控制卡游戏控制卡200H200H20FH20FH并行控制卡并行控制卡1

25、1并行控制卡并行控制卡2 2370H370H37FH37FH270H270H27FH27FH串行控制卡串行控制卡1 1串行控制卡串行控制卡2 23F8H3F8H3FFH3FFH2F8H2F8H2FFH2FFH插件板（用户）插件板（用户）300H300H31FH31FH同步通信卡同步通信卡1 1同步通信卡同步通信卡2 23A0H3A0H3AFH3AFH380H380H38FH38FH单显单显MDAMDA彩显彩显CGACGA彩显彩显EGA/VGAEGA/VGA3B0H3B0H3BFH3BFH3D0H3D0H3DFH3DFH3C0H3C0H3CFH3CFH硬驱控制卡硬驱控制卡软驱控制卡软驱控制卡1F

26、0H1F0H1FFH1FFH3F0H3F0H3FFH3FFHPCPC网卡网卡360H360H36FH36FHI/OI/O芯片名称芯片名称端口地址端口地址DMADMA控制器控制器1 1DMADMA控制器控制器2 2DMADMA页面寄存器页面寄存器000H000H01FH01FH0C0H0C0H0DFH0DFH080H080H09FH09FH中断控制器中断控制器1 1中断控制器中断控制器2 2020H020H03FH03FH0A0H0A0H0BFH0BFH定时器定时器040H040H05FH05FH并行接口芯片并行接口芯片060H060H06FH06FHRT/CMOS RAMRT/CMOS RAM

27、070H070H07FH07FH协处理器协处理器0F0H0F0H0FFH0FFH30三、三、I/OI/O端口地址译码端口地址译码1 1、端口地址译码、端口地址译码 在执行在执行I/O指令时，指令时，CPU首先把所要访问首先把所要访问端口的地址端口的地址放放 到地址总线上（既选中该端口），到地址总线上（既选中该端口），然后才能对其进行然后才能对其进行读或读或 写操作写操作，将总线上的地址信号转换为某个端口的将总线上的地址信号转换为某个端口的“使能使能”信信 号，号，这个操作就称为端口地址的译码，这个操作就称为端口地址的译码，实现译码这个实现译码这个“媒媒 介介”就为就为I/O地址译码电路地址译码

28、电路。2 2、I/O地址译码电路工作原理及作用地址译码电路工作原理及作用（1 1）作用：作用：把地址和控制信号进行逻辑组合，把地址和控制信号进行逻辑组合，从而产生对从而产生对 接口芯片的接口芯片的选择信号选择信号。31（3 3）译码电路的输出信号：译码电路的输出信号：把输入的地址线和控制线经过逻辑组把输入的地址线和控制线经过逻辑组 合后，所产生的输出信号线合后，所产生的输出信号线就是就是 1 1根根 选中线选中线，低电平有效。，低电平有效。（2 2）译码电路的输入信号：译码电路的输入信号：包括来自系统总线的包括来自系统总线的地址线和控制线地址线和控制线。地址线：地址线：把把1010位地址线分成

29、高位位地址线分成高位/低位两部分地址线。低位两部分地址线。高高 位地址线位地址线输入译码电路，输入译码电路，并和控制信号经过逻并和控制信号经过逻 辑组合后，产生片选信号，选中接口芯片。辑组合后，产生片选信号，选中接口芯片。低低 地址线不参加译码地址线不参加译码，直接连到被选中的接口芯直接连到被选中的接口芯 片，去选中接口芯片内部的寄存器，片，去选中接口芯片内部的寄存器，实现片内实现片内 端口寻址端口寻址。控制线：控制线：AEN、IOR、IOW、SBHE、I/OCS16等。等。323 3、译码电路的形式及组成、译码电路的形式及组成 译码电路形式可分成固定式和开关（可选）式等几种。译码电路形式可分

30、成固定式和开关（可选）式等几种。（1）固定式：固定式：译出的译出的I/O地址不能改变，不灵活（接口中用地址不能改变，不灵活（接口中用 到的端口地址不能改变），到的端口地址不能改变），一般由一般由IC芯片或芯片或 译码器组成。译码器组成。（2）开关式：开关式：地址可以改变，地址可以改变，一般由地址开关、译码器和一般由地址开关、译码器和 比较器组成。比较器组成。（3）另外，采用）另外，采用GAL（PAL）器件来构建地址译码电路。）器件来构建地址译码电路。4 4、地址译码的译码方法、地址译码的译码方法（1 1）要求产生单个端口时，采用全译码方法。）要求产生单个端口时，采用全译码方法。（2 2）要求产

31、生多个端口时，采用部分译码方法。）要求产生多个端口时，采用部分译码方法。（3 3）要求产生的端口可变时，采用地址开关的译码方法。）要求产生的端口可变时，采用地址开关的译码方法。33I/O端口地址部分译码方法图端口地址部分译码方法图译译码码器器控制线控制线地址线高位地址线高位接接口口芯芯片片CS地址线低位地址线低位芯片中寄存器（端口）芯片中寄存器（端口）345 5、地址译码电路的类型、地址译码电路的类型（1 1）单个端口单个端口的地址译码电路（无需片选信号）的地址译码电路（无需片选信号）（2 2）单个）单个接口接口的译码电路（需要一个片选信号）的译码电路（需要一个片选信号）（3 3）多个接口多个

32、接口的地址译码电路（需要产生多个接口芯片的的地址译码电路（需要产生多个接口芯片的 片选信号）片选信号）6、译码器和、译码器和I/O地址译码电路地址译码电路 译码器是一种能实现译码功能的元件，是一种译码器是一种能实现译码功能的元件，是一种IC芯片。芯片。I/O地址译码电路是一种电路，它一般除了译码器作为核心地址译码电路是一种电路，它一般除了译码器作为核心芯片之外，还需要一些其他门电路或元器件作为辅助芯片，芯片之外，还需要一些其他门电路或元器件作为辅助芯片，一起进行逻辑组合，组成一个能一起进行逻辑组合，组成一个能实现实现I/O端口地址译码功能端口地址译码功能的电路的电路。可见，译码器并不是。可见，

33、译码器并不是I/O地址译码电路的全部，而地址译码电路的全部，而是其中的一部分。是其中的一部分。35四、四、I/OI/O端口译码电路设计举例端口译码电路设计举例 1、固定式单个端口地址译码电路的设计、固定式单个端口地址译码电路的设计 （1）要求：要求：设计一个端口地址为设计一个端口地址为2F8H的译码电路。的译码电路。（2）分析：分析：由于是单个端口地址的译码电路，不需要片选信号由于是单个端口地址的译码电路，不需要片选信号 CS，故采用，故采用全译码方法全译码方法。10 根地址线全部作为译根地址线全部作为译 码电路的输入线，参加译码。并从题目要求的端口码电路的输入线，参加译码。并从题目要求的端口

34、 地址是地址是2F8H，可知，可知10位输入地址线的取值是：位输入地址线的取值是：A9A0对应的值为对应的值为1011111000 （3）设计：设计：能够实现上述地址线取值的译码电路有很多种，一能够实现上述地址线取值的译码电路有很多种，一 般采用门电路就可以实现，而且很方便。常用的门般采用门电路就可以实现，而且很方便。常用的门 电路有：与门、或门、非门及与非、或非等。本例电路有：与门、或门、非门及与非、或非等。本例 设计采用的门电路有设计采用的门电路有 74LS04 非门、非门、74LS20 四输入四输入 端与非门、端与非门、74LS30 八输入端与非门、八输入端与非门、74LS32 或门或门

35、 和和74LS133十三输入端与非门中的几个。十三输入端与非门中的几个。36地址线地址线A11 A10 A9A8A7A6A5A4A3A2A1 A0二进制二进制001011111000十六进制十六进制2F874LS30（与非门）（与非门）&A8A7A6A5A4A3A274LS20(与非门与非门)&A1A0AENIOR74LS32（或门）（或门）1 12F8HA9 Y0372、固定式单个接口电路地址译码电路的设计、固定式单个接口电路地址译码电路的设计 （1）要求：要求：设计一个片内拥有设计一个片内拥有8个端口个端口的接口电路的的接口电路的I/O地址译码地址译码 电路，其端口地址为电路，其端口地址为

36、310H317H。（2）分析：分析：由于接口芯片内部包括由于接口芯片内部包括8个端口地址，应先选中芯片，个端口地址，应先选中芯片，再从选中的芯片内部选端口，因此，需要产生片选信再从选中的芯片内部选端口，因此，需要产生片选信 号号 CS，故故采用部分译码方法采用部分译码方法。从题目要求端口地址从题目要求端口地址 范围为范围为310H317H可知，其输入地址线的取值为：可知，其输入地址线的取值为：A9A0对应的值为对应的值为 1100010?，其中，其中低低 3 位不参加地位不参加地 址译码电路译码址译码电路译码，这，这3位地址变化范围为位地址变化范围为 000111，可，可 满足在接口芯片内部寻

37、址满足在接口芯片内部寻址8个端口的要求。个端口的要求。高高7位的地位的地 址线固定不变，作为门电路的输入。址线固定不变，作为门电路的输入。因此，在保证这因此，在保证这 7 根输入线取值不变的条件下，根输入线取值不变的条件下，输出线为低电平的任输出线为低电平的任 何一种逻辑组合电路，何一种逻辑组合电路，都能满足本例题设计要求。都能满足本例题设计要求。（3）设计：设计：考虑到是考虑到是单个接口电路，只需一个片选信号单个接口电路，只需一个片选信号CS，故采，故采 用用IC门电路来组成译码电路。门电路来组成译码电路。38地址线地址线A11 A10 A9A8A7A6A5A4A3A2A1 A0二进制二进制

38、001100010？十六进制十六进制3107 1 174LS30&A9A4A7A6A5A3AENA874LS2739（1）要求：要求：某微机系统，包含某微机系统，包含8个接口电路个接口电路，每个接口拥有，每个接口拥有4个端口，个端口，试设计地址译码电路，其地址分配在试设计地址译码电路，其地址分配在200H21FH。（2）分析：分析：由于要求每个接口包含由于要求每个接口包含4个端口，故个端口，故采用部分译码方法采用部分译码方法。为了满足产生为了满足产生8个片选信号个片选信号CS0CS7的要求，只采用的要求，只采用IC门门 电路就不行了，需要启用译码器。电路就不行了，需要启用译码器。（2-4：74

39、LS139、3-8：74LS138、4-16：74LS154）（3）设计：设计：输入地址线的取值为输入地址线的取值为A9A0对应的值为对应的值为10000CBA?，其，其 中最低中最低2位未参加地址译码电路，用于寻址位未参加地址译码电路，用于寻址4个端口。个端口。A4A2用于译码，高用于译码，高5位作为译码器的控制信号。位作为译码器的控制信号。3 3、固定式多个接口电路地址译码电路的设计、固定式多个接口电路地址译码电路的设计40地址线地址线A4A3A2A1A0作用作用芯片片选芯片片选芯片内部端口芯片内部端口 174LS138AA2A4A6A7A9AENA3BCG2AG1Y0A5G2BY1Y2Y

40、3Y4Y5Y6Y7CS1CS1CS2CS3CS4CS5CS6CS7A8414 4、开关式单个端口地址译码电路的设计、开关式单个端口地址译码电路的设计（1）要求：要求：设计一个设计一个 I/O 地址可以改变的地址可以改变的端口地址译码电路，端口地址译码电路，并且在并且在300H3FFH范围内可以任意选择一个端口。范围内可以任意选择一个端口。（2）分析：分析：要实现地址可选必须在电路中增加地址开关和相关要实现地址可选必须在电路中增加地址开关和相关 的中介元件（比较器）。的中介元件（比较器）。为满足为满足256种选择，每次只选择种选择，每次只选择1个端口，应采用全个端口，应采用全 译码法，译码法，1

41、0位地址线不分高位地址线不分高/低全部参加译码。低全部参加译码。（3）设计：设计：根据可选地址的选择范围，确定地址开关的位数，根据可选地址的选择范围，确定地址开关的位数，题目要求题目要求256种选择，故采用种选择，故采用8位地址开关位地址开关DIP8。地址开关不能直接接在系统地址线上，需通过中地址开关不能直接接在系统地址线上，需通过中 介元件（比较器或异或门）进行地址转移。采用介元件（比较器或异或门）进行地址转移。采用 8位比较器位比较器74LS688。42 74LS688工作原理工作原理：有两组输入分别是：有两组输入分别是P和和Q，各有，各有8位。比较位。比较 结果有两种，即结果有两种，即

42、A=B 和和 AB。当。当G端为低，且端为低，且P组组=Q组时，组时，P=Q输出线为低；当输出线为低；当P组组Q组时，组时，P=Q输出线为高。输出线为高。从题目要求的地址范围从题目要求的地址范围300H3FFH可知，可知，译码电路的输入线译码电路的输入线 地址的取值为：地址的取值为：A9A0为为11S7S0，通过比较器把开关的状态，通过比较器把开关的状态 转移到地址线转移到地址线A0A7的取值了。的取值了。8位地址开关有位地址开关有 256 种状态组合，种状态组合，拨动拨动 DIP8 开关，开关，就可以在就可以在 300H3FFH范围内任意选择端口地址了。范围内任意选择端口地址了。4374LS

43、688A0A2A4A3A5A6A174LS10P0P1P2P3P4P5P6P7Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7A7VccS0S2S4S3S5S6S1S7DIP8AENGP=Q1A8A9&Y445 5、可选式端口地址译码器、可选式端口地址译码器 例：设计扩展板上的例：设计扩展板上的I/O端口地址译码器电路，要求让扩展板端口地址译码器电路，要求让扩展板 上上每个接口芯片的内部端口数目为每个接口芯片的内部端口数目为4，并且端口地址可选，并且端口地址可选 地址范围地址范围300H31FH。端口地址端口地址接口芯片地址接口芯片地址地地 址址 线线A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0

44、二进制值二进制值1 1 0 0 0 0 0 0.1 1 0 0 0 1 1 10 0.1 145A2A3A574LS138ABCAENG1G2AG2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7823782598254825574LS85A0A1A2A3B0B1B2B3A=BABA6A7A8A9A=BVCCA4S0S1S2S3地地 址址 线线A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0二进制值二进制值1 1 0 0 0 0 0 0.1 1 0 0 0 1 1 10 0.1 1462.2 2.2 数字量输入输出接口与过程通道数字量输入输出接口与过程通道数字量含义：数字量含义：数值量信号是以二进

45、制的逻辑数值量信号是以二进制的逻辑“1”和和“0”出现的。如：开关的合与开，指示灯的亮出现的。如：开关的合与开，指示灯的亮与灭，继电器的吸合与释放，马达的启动与停止，与灭，继电器的吸合与释放，马达的启动与停止，阀门的打开与关闭等。阀门的打开与关闭等。开关量（数字量）的种类开关量（数字量）的种类按类型分有电平式和触点式两种按类型分有电平式和触点式两种电平式为电平式为高电平高电平或或低电平低电平；触点式为触点触点式为触点闭合闭合或触点或触点断开断开。按电源分有有源和无源两种按电源分有有源和无源两种有源即直接提供高、低电平有源即直接提供高、低电平;无源即提供物理触点，或感应器件。无源即提供物理触点，

46、或感应器件。常见的数字信号有：常见的数字信号有：编编码码数数字字（二二进进制制或或十十进进制制）：如如成成组组拔拔码码开开关关设设置置控控制制给给定定值值或或控控制制参参数数，用用绝绝对对编编码码的的编编码码器检测位置等。器检测位置等。开关量：开关量：如按钮或转换开关的启如按钮或转换开关的启/停、阀门的开停、阀门的开/闭，指示灯亮闭，指示灯亮/灭等。灭等。数字脉冲列信号：数字脉冲列信号：如光电脉冲编码器检测速度、如光电脉冲编码器检测速度、晶闸管的脉冲触发器等。晶闸管的脉冲触发器等。特点：特点：幅值离散，可用一位或多位二进制码表示。幅值离散，可用一位或多位二进制码表示。2.2.1 2.2.1 数

47、字量输入输出接口技术数字量输入输出接口技术 1.1.数字量输入接口数字量输入接口 在总线结构的微机系统中在总线结构的微机系统中,任一时刻任一时刻只能有一个设备只能有一个设备利利用总线进行数据传送用总线进行数据传送,输入设备的数据线应通过输入设备的数据线应通过三态门三态门与系与系统相连统相连.输入设备的输入设备的I/O 接口要起到三态门的作用。接口要起到三态门的作用。1.1.数字量输入接口数字量输入接口 缓冲器缓冲器防止外设数据干扰数据总线。防止外设数据干扰数据总线。三态门缓冲器三态门缓冲器74LS244，用来取得设备的输入状态信，用来取得设备的输入状态信息，可同时输入息，可同时输入8个开关状态

48、。个开关状态。实现：实现：可用如下指令完成可用如下指令完成8个开关量个开关量的状态采集：的状态采集：MOV DX,port IN AL,DX 其中其中port为片选端口的地址，在为片选端口的地址，在初始化程序中分配。初始化程序中分配。三态门缓冲器三态门缓冲器74LS244用来隔离用来隔离输入和输出线路，起缓冲作用。输入和输出线路，起缓冲作用。2.数字量输出接口数字量输出接口锁存器锁存器 在总线结构的微机系统中在总线结构的微机系统中,CPU送出的数据送出的数据以广以广播的形式在数据线上传出播的形式在数据线上传出.CPU要利用总线不停的传要利用总线不停的传送数据送数据,总总线上的数据变化快线上的数

49、据变化快,如何使慢速设备有足如何使慢速设备有足够的时间处理数据够的时间处理数据?CPU 总线总线输出设备输出设备1输出设备输出设备2输出设备输出设备3输出设备输出设备4 CPUCPU 总线总线总线总线输出设备输出设备输出设备输出设备1 1CP1CP1锁存器锁存器锁存器锁存器1 1输出设备输出设备输出设备输出设备2 2CP2CP2锁存器锁存器锁存器锁存器2 2输出设备输出设备输出设备输出设备3 3CP3CP3锁存器锁存器锁存器锁存器3 3 输出设备利用锁存器接受输出设备利用锁存器接受CPU输出的数据输出的数据:(1)使某输出设备锁存器的控制端处于使某输出设备锁存器的控制端处于触发状态触发状态,数

50、据通数据通过该锁存器过该锁存器;(2)当触发信号消失当触发信号消失,数据锁存在锁存器中数据锁存在锁存器中,外设侧外设侧数据数据不随总线侧数据的变化而变化不随总线侧数据的变化而变化,使使慢速的外设有足够的慢速的外设有足够的时间处理数据时间处理数据.2.2.数字量输出接口数字量输出接口 汇编汇编 MOV AL,8FHMOV AL,8FH MOV DX,221H MOV DX,221H OUT DX,AL OUT DX,ALC C语言：语言：outportb(0 x221,0 x8f)outportb(0 x221,0 x8f)2.2.2 数字量输入通道1、数字量输入通道的结构、数字量输入通道的结构