测控系统原理与设计3主机及接口课件.ppt
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- 测控 系统 原理 设计 主机 接口 课件
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1、 由由PC机组成的测控系统充分利用机组成的测控系统充分利用PC机机的显示、数据存储与处理、打印、网络通信的显示、数据存储与处理、打印、网络通信能力,使测控系统的性能和灵活性得到大大能力,使测控系统的性能和灵活性得到大大提高。由于提高。由于PC机与外部测控接口电路的数机与外部测控接口电路的数据交换是通过据交换是通过PC机的各种总线进行,故主机的各种总线进行,故主机电路通常分:机电路通常分:内插式内插式 外接式外接式 混合式混合式 由由PC机组成的测控系统充分利用机组成的测控系统充分利用PC机的显示、数据存储与处理、打印、网络机的显示、数据存储与处理、打印、网络通信能力,使测控系统的性能和灵活性得
2、通信能力,使测控系统的性能和灵活性得到大大提高。由于到大大提高。由于PC机与外部测控接口机与外部测控接口电路的数据交换是通过电路的数据交换是通过PC机的各种总线机的各种总线进行,故主机电路通常分:进行,故主机电路通常分:内插式内插式外接式外接式混合式混合式内插式接口电路一般使用的是内插式接口电路一般使用的是PC机的机的PCI总线总线、ISA总线总线、VESA总线总线、AGP总线总线。特点:构成简单,结构紧凑,成本低;但特点:构成简单,结构紧凑,成本低;但由于由于PC机扩展槽数量有限,因而灵活性差。机扩展槽数量有限,因而灵活性差。显示器打印机键盘测量电路鼠标控制电路PC主机系统扩展槽 输入和输出
3、接口电路通过外部总线(如:输入和输出接口电路通过外部总线(如:RS232C、IEEE488、USB、IEEE1394等)等)与与PC机传递数据。这种方式构成的测控系统机传递数据。这种方式构成的测控系统灵活方便。灵活方便。显示器打印机键盘测量电路鼠标控制电路PC主机系统外接电箱 混合式是混合式是内插式与内插式与外接式的外接式的结合,这结合,这种方式灵种方式灵活方便、活方便、适用范围适用范围广,可组广,可组成复杂的成复杂的测控系统。测控系统。显示器打印机键盘测量电路鼠标控制电路PC主机系统扩展槽外接电箱单片机的主机电路主要是指:单片机的主机电路主要是指:存储器扩展电路存储器扩展电路外接外接I/O接
4、口(即接口(即I/O口扩展)电路口扩展)电路A/D接口接口V/F接口接口D/A接口接口输出功率接口输出功率接口A/D转换芯片的信号一般有:转换芯片的信号一般有:数据输出数据输出 启动转换启动转换 转换结束转换结束 其他控制信号(如通道控制等)其他控制信号(如通道控制等)A/D芯片与芯片与CPU之间的接口即是处理这些之间的接口即是处理这些信号的电路。对于数据输出字长与信号的电路。对于数据输出字长与CPU 匹配的匹配的A/D芯片,只要电平能和芯片,只要电平能和CPU配合,配合,可以直接和可以直接和CPU相连。对于字长与相连。对于字长与CPU不不匹配的匹配的A/D芯片,必须设计相应的电路将芯片,必须
5、设计相应的电路将A/D转换后的输出数据分时读出。转换后的输出数据分时读出。A/D芯片的启动转换信号一般直接由芯片的启动转换信号一般直接由CPU控控制。但要注意所选用的制。但要注意所选用的A/D芯片对启动转换芯片对启动转换信号的要求(脉冲信号还是电平信号?)信号的要求(脉冲信号还是电平信号?)转换结束信号视转换结束信号视CPU和和A/D之间采用哪种方之间采用哪种方式传送数据来决定是否需要和式传送数据来决定是否需要和CPU相连。相连。例:例:MCS-51与与ADC0809接口接口主要处理好以下信号的连接问题:主要处理好以下信号的连接问题:START:由:由CPU提供一个提供一个100ns宽的脉冲宽
6、的脉冲EOC:若采用中断方式,此信号作:若采用中断方式,此信号作CPU的的中断请求输入线;若采用查询方式,此信中断请求输入线;若采用查询方式,此信号作号作CPU的一个输入线,供的一个输入线,供CPU查询转换查询转换是否结束。是否结束。OE:CPU读数据时需向此线送一个高电平。读数据时需向此线送一个高电平。MC14433与与8031的接口的接口 1.等待延时方式等待延时方式取数据区首址和第一个通道地址启动转换延时等待读取数据并存储数据区指针加1取下一通道地址全部通道转换结束?是否2.中断方式中断方式启动转换关闭中断读取数据并存储存储数据取下一通道地址全部通道转换结束?是否中断服务程序中断返回设数
7、据区首址和第一个通道地址开中断执行其他任务主程序3.查询方式查询方式取数据区首址和第一个通道地址启动转换读取数据并存储数据区指针加1取下一通道地址全部通道转换结束?是否转换结束?否是 V/F转换器是将电压信号转换成频率信号转换器是将电压信号转换成频率信号的器件,适用于转换速度要求不高的场的器件,适用于转换速度要求不高的场合。它与计算机的接口有以下特点:合。它与计算机的接口有以下特点:接口简单:数据线只有一根线,可作为接口简单:数据线只有一根线,可作为计算机的计算机的I/O线,或中断源,或计数输入。线,或中断源,或计数输入。抗干扰性能好:频率信号是数字信号,抗干扰性能好:频率信号是数字信号,具有
8、较强的抗干扰能力。具有较强的抗干扰能力。便于远距离传输。便于远距离传输。T0和和T1分别对基准频率分别对基准频率fo和被测频率和被测频率fx同时开始计数。当同时开始计数。当T0溢出时产生中断,溢出时产生中断,CPU响应中断后,停止响应中断后,停止T0计数并将计数并将T1的的计数值计数值Nx读出,则读出,则Nx与被测电压与被测电压Vx的的关系为:关系为:其中:其中:m预置数预置数 S频率电压转换系数频率电压转换系数使用光电隔离器减少干扰使用光电隔离器减少干扰 图图3-2-7 使用串行通讯器件增大传输距离使用串行通讯器件增大传输距离1.无输入锁存的无输入锁存的DAC与与CPU接口接口 内部无输入锁
9、存的内部无输入锁存的DAC不能直接与不能直接与CPU相连,必须用一外接锁存器来保相连,必须用一外接锁存器来保存存CPU输出的待转换数据。如输出的待转换数据。如DAC的的位数与位数与CPU的数据总线相同,就只要的数据总线相同,就只要一个位数相同的锁存器;如一个位数相同的锁存器;如DAC的位的位数与数与CPU的数据总线不同,则需要两的数据总线不同,则需要两级锁存。级锁存。2.有输入锁存的有输入锁存的DAC与与CPU接口接口 有的有的DAC内部只有一级数据锁存器内部只有一级数据锁存器(如如AD558,AD7524);有的;有的DAC内部有两内部有两级数据锁存器级数据锁存器(如如DAC0832),但可
10、以工,但可以工作在单缓冲器方式。内部有两级数据锁作在单缓冲器方式。内部有两级数据锁存器的存器的DAC工作在单缓冲器方式时,其工作在单缓冲器方式时,其内部的两个数据锁存器有一个处于直通内部的两个数据锁存器有一个处于直通方式,另一个受方式,另一个受CPU的控制。的控制。DAC0832的结构与引脚的结构与引脚 典型继电器接口电路典型继电器接口电路 继电器继电器接触器接口电路接触器接口电路 脉冲变压器脉冲变压器晶闸管输出电路晶闸管输出电路 定时波形图定时波形图微机化测控系统通常都要有人机对话微机化测控系统通常都要有人机对话功能,这个功能有两方面的含义:一是功能,这个功能有两方面的含义:一是操作人员能向
11、微机发布命令和输入数据;操作人员能向微机发布命令和输入数据;二是微机能向操作人员报告运行状态和二是微机能向操作人员报告运行状态和运行结果。前一功能主要是通过测控系运行结果。前一功能主要是通过测控系统操作面板上的键盘来实现的,后一功统操作面板上的键盘来实现的,后一功能主要是通过显示、记录和报警等装置能主要是通过显示、记录和报警等装置实现的。本节介绍微机化测控系统的人实现的。本节介绍微机化测控系统的人机接口及程序。机接口及程序。测控系统中常用的显示器件有:发光二测控系统中常用的显示器件有:发光二极管(简称极管(简称LED)和液晶显示器(简称)和液晶显示器(简称LCD),在不带微机的测控系统中,这)
12、,在不带微机的测控系统中,这些数字显示器通常与些数字显示器通常与BCD码输出的码输出的A/D转换器连接,而在微机化测控系统中,转换器连接,而在微机化测控系统中,这些数字显示器通常与微机接口连接。这些数字显示器通常与微机接口连接。LEDLED(发光二极管)显示器件的工作电压低、功耗(发光二极管)显示器件的工作电压低、功耗小、工作温度范围宽(小、工作温度范围宽(30308585)、寿命长、)、寿命长、成本低、机械强度高、亮度中等、易于与成本低、机械强度高、亮度中等、易于与TTLTTL数字数字逻辑电路连接。逻辑电路连接。7 7段段LEDLED显示器的段排列结构如图显示器的段排列结构如图a a所示,图
13、所示,图b b、c c给给出共阴及共阳极出共阴及共阳极7 7段段LEDLED显示电路。对于共阴显示电路。对于共阴LEDLED来来说,如果当某个字段的阳极为高电平时,相应字说,如果当某个字段的阳极为高电平时,相应字段就点亮。若阳极为低电平,则该字段不亮。对段就点亮。若阳极为低电平,则该字段不亮。对于共阳于共阳LEDLED则刚好相反。利用则刚好相反。利用7 7段段LEDLED显示器显示数显示器显示数字或字母,需要设计一个字型码。字或字母,需要设计一个字型码。如下表所示,字型码是单字节结构,对于如下表所示,字型码是单字节结构,对于共阴极共阴极7段段LED显示器而言,数字显示器而言,数字0的字型码为的
14、字型码为3FH,数字,数字1的字型码为的字型码为06H。D7D6D5D4D3D2D1D0DPgfcdcba 14段段LED显示器的段排列如显示器的段排列如图所示。经适当的组合,可显示图所示。经适当的组合,可显示数字和数字和26个英文字母的大写与小个英文字母的大写与小写。字形代码需占用双字节,如写。字形代码需占用双字节,如表所示。表所示。14段段LED显示器也分为显示器也分为共阴极与共阳极两种结构。对于共阴极与共阳极两种结构。对于共阴极共阴极14段段LED显示器而言,数显示器而言,数字字8的字形代码为的字形代码为813FH,字符,字符M的字形代码为的字形代码为0A36H。onmlkjihdpfe
15、dcba 发光二极管在适当的驱动电流作用下,才能得发光二极管在适当的驱动电流作用下,才能得到需要的亮度。到需要的亮度。LED是恒压元件,正向电压一般为是恒压元件,正向电压一般为1.22.4V。调整驱动电路即选取限流电阻。调整驱动电路即选取限流电阻R,应使,应使LED的工作电流在的工作电流在1020mA。也可用试验方法,。也可用试验方法,改变限流电阻,得到适合亮度。发光二极管的驱动改变限流电阻,得到适合亮度。发光二极管的驱动方式有两种。静态驱动方法:对要显示段始终通以方式有两种。静态驱动方法:对要显示段始终通以额定电流。动态驱动方法:对要显示段通以矩形脉额定电流。动态驱动方法:对要显示段通以矩形
16、脉冲电流。为保证足够的显示亮度,应施加脉冲电流冲电流。为保证足够的显示亮度,应施加脉冲电流幅度为额定电流的数倍。为实现这种显示方式,各幅度为额定电流的数倍。为实现这种显示方式,各位位LED数码管的段选端应并接在一起,由同一个数码管的段选端应并接在一起,由同一个8位位I/O口或锁存器口或锁存器/驱动器控制,而各位数码管的位驱动器控制,而各位数码管的位选端分别由相应的选端分别由相应的I/O口线或锁存器控制。口线或锁存器控制。后面是用硬件译码电路构成的静态显示电路,此处采后面是用硬件译码电路构成的静态显示电路,此处采用了用了MC14495和和74LS138进行译码驱动。进行译码驱动。MC14495内
17、带内带4位输入锁存器、译码器和驱动器,但一个位输入锁存器、译码器和驱动器,但一个MC14495只能与只能与一位显示块接口,所以需要采用一位显示块接口,所以需要采用8个个MC14495和和LED显示显示块才能构成的块才能构成的8位位LED静态显示器电路。静态显示器电路。MC14495的的BCD码输入端挂接在数据总线上,每两片一组,每组形成一个码输入端挂接在数据总线上,每两片一组,每组形成一个数据字节单元,各字节单元由数据字节单元,各字节单元由38译码器输出的译码信号译码器输出的译码信号进行寻址。译码器的输出受进行寻址。译码器的输出受WR控制,只有向这些字节单控制,只有向这些字节单元中写数据时,译
18、码器才译出地址选通信号,将数据总线元中写数据时,译码器才译出地址选通信号,将数据总线上的两位上的两位BCD码打入到相应的码打入到相应的MC14495芯片锁存器中,芯片锁存器中,从而使两位从而使两位LED同时产生相应的显示。这种方法结构简单,同时产生相应的显示。这种方法结构简单,编程容易。编程容易。由由MC14495构成的构成的8位静态位静态LED显示器显示器 利用软件译码构成的静态显示电路,如利用软件译码构成的静态显示电路,如后图所示,后图所示,8031的串行口工作方式的串行口工作方式0时,为时,为移位寄存器方式。图中利用移位寄存器方式。图中利用6片串入并出的片串入并出的移位寄存器移位寄存器7
19、4LS164作为作为6位静态显示器的位静态显示器的显示输出口,欲显示的显示输出口,欲显示的8位段码即字型码通位段码即字型码通过软件译码产生,并由过软件译码产生,并由RXD串行送出去,串行送出去,这样,主程序可不必扫描显示器,从而这样,主程序可不必扫描显示器,从而CPU能用于其它工作。能用于其它工作。图图3-3-4 软件译码静态显示器接口实例软件译码静态显示器接口实例 START:SETB P1.7 ;开放显示器传送控制开放显示器传送控制 MOV R1,#06H MOV R0,#00H ;字型码首地址偏移量字型码首地址偏移量 MOV DPTR,#TABLOOP:MOV A,R0 MOVC A,A
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