單片機(jī)原理及接口技術(shù)緒論

單片機(jī)原理及接口技術(shù)單片機(jī)原理及接口技術(shù)緒論單片機(jī)原理及接口技術(shù)單片機(jī)原理及接口技術(shù)目錄1.1

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成1.2

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類1.3

常用的51系列單片機(jī)介紹單片機(jī)原理及接口技術(shù)單片微型計(jì)算機(jī)（SingleChipMicrocomputer）簡(jiǎn)稱單片機(jī)，因?yàn)樗饕糜诳刂葡到y(tǒng)中，所以又稱之為微控制器或嵌入式控制器。單片機(jī)是把組成微型計(jì)算機(jī)的各功能部件：中央處理器CPU、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、I/O接口電路、定時(shí)/計(jì)數(shù)器以及串行通信接口等部件制作在一塊芯片中，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。圖1-1單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖概述單片機(jī)原理及接口技術(shù)1.1

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成常見的工業(yè)控制系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)傳送的通路結(jié)構(gòu)可以分成兩大類：開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。其中，閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。這種控制結(jié)構(gòu)有助于提高控制質(zhì)量和控制精度，是一種重要的并被廣泛應(yīng)用的控制方式。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要指的就是用這種控制方式組成的系統(tǒng)。圖1-2

閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖單片機(jī)原理及接口技術(shù)

閉環(huán)控制系統(tǒng)中由計(jì)算機(jī)作為控制器，就組成了一個(gè)典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)主要完成現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)輸入、比較運(yùn)算和控制量計(jì)算以及控制輸出。一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要由微型計(jì)算機(jī)、接口電路、外部通用設(shè)備和工業(yè)生產(chǎn)對(duì)象組成，其典型結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。圖1-3

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成單片機(jī)原理及接口技術(shù)1.1.1

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件微型計(jì)算機(jī)主機(jī)I/O接口與輸入輸出通道通用外部設(shè)備模擬量輸入通道開關(guān)量輸出通道開關(guān)量輸入通道模擬量輸出通道硬件單片機(jī)原理及接口技術(shù)1.1.2

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)：管理程序、磁盤操作系統(tǒng)程序……信息處理：文字翻譯、企業(yè)管理開發(fā)系統(tǒng)診斷程序：調(diào)解程序……軟件過程監(jiān)視：包括巡回檢測(cè)程序、數(shù)據(jù)處理程序、判斷程序……過程控制計(jì)算公共服務(wù)程序：包括信息生成調(diào)度、文件管理控制算法程序信息管理程序事故處理程序程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言：匯編語(yǔ)言、設(shè)計(jì)語(yǔ)言服務(wù)程序：裝配程序、編輯程序數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)單片機(jī)原理及接口技術(shù)1.2

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類1.2.1

操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)

操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)（OperationIndicateSystem，OIS）也稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在此類系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)的輸出不直接控制生產(chǎn)對(duì)象，僅用來(lái)對(duì)生產(chǎn)對(duì)象的現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)輸入，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，顯示現(xiàn)場(chǎng)工況，經(jīng)過控制算法計(jì)算輸出一個(gè)參考的控制量。其組成框圖見圖1-5。圖1-5

操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)的工作原理單片機(jī)原理及接口技術(shù)1.2.2

直接數(shù)字控制系統(tǒng)

直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DirectDigitalControlSystem，DDC）就是利用一臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)一個(gè)或多個(gè)控制對(duì)象的現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)輸入和預(yù)先給定的設(shè)定值進(jìn)行比較，按照程序設(shè)定的控制算法進(jìn)行運(yùn)算，然后輸出控制命令到執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，使被控參數(shù)按照工藝要求的規(guī)律變化。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1-6所示。圖1-6

直接數(shù)字控制系統(tǒng)的工作原理單片機(jī)原理及接口技術(shù)1.2.3

計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)（SupervisoryComputerControlSystem，SCC）是由上位監(jiān)督計(jì)算機(jī)收集控制對(duì)象參數(shù)和實(shí)時(shí)操作命令，根據(jù)生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出最佳的給定值，并將它傳送給DDC計(jì)算機(jī)或者模擬調(diào)節(jié)器，最后由DDC計(jì)算機(jī)或者模擬調(diào)節(jié)器控制生產(chǎn)過程，從而使生產(chǎn)過程處于最優(yōu)工況。SCC系統(tǒng)可分為SCC+模擬調(diào)節(jié)器和SCC+DDC控制系統(tǒng)兩類。圖1-7SCC+模擬調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)的工作原理圖1-8SCC＋DDC控制系統(tǒng)的工作原理單片機(jī)原理及接口技術(shù)1.2.4

分布式控制系統(tǒng)

分布式控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem，DCS）也稱之為集散控制系統(tǒng)。采用多臺(tái)微型計(jì)算機(jī)代替價(jià)格昂貴的中小型計(jì)算機(jī)，由多臺(tái)微機(jī)分別承擔(dān)部分控制任務(wù)，組成分布式控制系統(tǒng)。這種控制結(jié)構(gòu)具有可靠性高、功能強(qiáng)大以及設(shè)計(jì)靈活的特點(diǎn)。分布式控制系統(tǒng)常采用三級(jí)的控制結(jié)構(gòu)，其工作原理如圖1-9所示。圖1-9分布式控制系統(tǒng)的工作原理單片機(jī)原理及接口技術(shù)1.2.5

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FieldbusControlSystem，F(xiàn)CS）是分布式控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代產(chǎn)品，也是工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化領(lǐng)域的新興技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)總線從本質(zhì)之上來(lái)說，是一種數(shù)字通信協(xié)議，是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、全分散、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-10所示。圖1-10

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的工作原理單片機(jī)原理及接口技術(shù)1.3

常用的51系列單片機(jī)介紹1.3.1Intel公司MCS-51系列單片機(jī)表1-1MCS-51系列單片機(jī)的分類單片機(jī)原理及接口技