微型计算机控制技术-第4章ppt课件

第4章 常用控制程序的设计4.1 4.1 报警程序的设计报警程序的设计4.2 4.2 开关量输出接口技术开关量输出接口技术 4.3 4.3 电机控制接口技术电机控制接口技术 4.4 4.4 步进电机控制接口技术步进电机控制接口技术第4章 常用控制程序的设计4.1 报警程序的设计14.1报警程序设计 在微型机控制系统中，为了安全，在微型机控制系统中，为了安全，对于一些重要的参数或系统部位，对于一些重要的参数或系统部位，都设有紧急状态报警系统，都设有紧急状态报警系统，以便提醒操作人员注意，或采取紧急措施。以便提醒操作人员注意，或采取紧急措施。微机控制技术4.1报警程序设计 在微型机控制系统中，为了安全，微机24.1报警程序设计4.1.1 常用报警方式4.1.2 简单报警程序的设计4.1.3 越限报警程序的设计4.1.4 远程自动报警系统的设计4.1报警程序设计4.1.1 常用报警方式34.1.1 常用报警方式在控制系统中通常可采用在控制系统中通常可采用 声音声音 如电铃、电笛发出如电铃、电笛发出，蜂鸣器，蜂鸣器，集成电子音乐芯片，集成电子音乐芯片，光光 发光二极管或闪烁的白炽灯等发光二极管或闪烁的白炽灯等 语音报警，语音芯片语音报警，语音芯片 图形与声音混合报警图形与声音混合报警，显示报警画面（如报警发生的顺序、报警发生显示报警画面（如报警发生的顺序、报警发生 的时间、报警回路编号、报警内容及次数等）。的时间、报警回路编号、报警内容及次数等）。微机控制技术4.1.1 常用报警方式在控制系统中通常可采用 微机控制技术44.1.1常用报警方式1 1发光二极管及白炽灯驱动电路发光二极管及白炽灯驱动电路（1 1）报警方法不同采用的驱动电路方式也不同。）报警方法不同采用的驱动电路方式也不同。发光二极管的驱动电流一般在发光二极管的驱动电流一般在 20 2030mA30mA，不能直接由不能直接由 TTL TTL 电平驱动，常采用电平驱动，常采用 OC OC 门驱动器。门驱动器。如如 74LS06/07 74LS06/07 等。等。白炽灯报警时，应该使用交流固态继电器进行控制。白炽灯报警时，应该使用交流固态继电器进行控制。（2 2）为了能保持报警状态，常采用带有锁存器的）为了能保持报警状态，常采用带有锁存器的I/OI/O接口芯片，接口芯片，（Intel 8155 Intel 8155、8255A 8255A）也可选用一般的锁存器，也可选用一般的锁存器，（74LS273 74LS273，74LS37374LS373，或，或 74LS377 74LS377等）微机控制技术4.1.1常用报警方式1发光二极管及白炽灯驱动电路微机控制54.1.1常用报警方式图图4-1 LED4-1 LED报警接口电路报警接口电路微机控制技术4.1.1常用报警方式图4-1 LED报警接口电路微机控64.1.1常用报警方式 2.2.声音报警驱动电路声音报警驱动电路 常采用模拟声音集成电路芯片常采用模拟声音集成电路芯片，如如 KD-956X KD-956X 系列，系列，采用采用CMOSCMOS工艺，软封装的报警工艺，软封装的报警ICIC芯片。芯片。（1 1）工作电压范围宽；）工作电压范围宽；（2 2）静态电流低；）静态电流低；（3 3）外接振荡电阻可调节模拟声音的放音节奏；）外接振荡电阻可调节模拟声音的放音节奏；（4 4）外接一只小功率三极管，便可驱动扬声器。）外接一只小功率三极管，便可驱动扬声器。其功能如表其功能如表4.14.1（P97P97）所示。所示。微机控制技术4.1.1常用报警方式 2.声音报警驱动电路微机控制技术74.1.1常用报警方式型型 号号声声 光光 性性 能能KD-9561KD-9561机枪、警笛、救护车、消防车声机枪、警笛、救护车、消防车声KD-9561BKD-9561B嘟嘟嘟嘟声声KD-9562KD-9562机枪、炮弹等机枪、炮弹等8 8声声KD-9562BKD-9562B光控报警声光控报警声KD-9562CKD-9562C单键单键8 8音音KD-9563KD-95633 3声声2 2闪光闪光KD-9565KD-95656 6声声5 5闪光闪光微机控制技术4.1.1常用报警方式型 号声 光 性 能KD-9584.1.1常用报警方式KD-956XKD-956X系列系列ICIC芯片具有以下共同特性：芯片具有以下共同特性：（1 1）工作电压范围宽；）工作电压范围宽；（2 2）静态电流低；）静态电流低；（3 3）外接振荡电阻可调节模拟声音的放音节奏；）外接振荡电阻可调节模拟声音的放音节奏；（4 4）外接一只小功率三极管，便可驱动扬声器。）外接一只小功率三极管，便可驱动扬声器。微机控制技术4.1.1常用报警方式KD-956X系列IC芯片具有以下共同94.1.1常用报警方式 模拟声模拟声选声端电平选声端电平SEL1 SEL1 SEL2 SEL2 机器声机器声空空 VDD VDD 警备声警备声VDDVDDVSS VSS 救护车声救护车声VSS VSS VSS VSS 消防车声消防车声空空 VSS VSS 微机控制技术表表4.1 KD956X 4.1 KD956X 系列报警芯片功能表系列报警芯片功能表 P96P964.1.1常用报警方式 选声端电平SEL1 SEL2 104.1.1常用报警方式KD-9561 KD-9561 芯片内设：芯片内设：振荡器、节拍器、音色发生器、振荡器、节拍器、音色发生器、地址计数器、控制和输出级等部分。地址计数器、控制和输出级等部分。根据内部程序，设有两个选声端根据内部程序，设有两个选声端 SELl SELl和和SEL2SEL2，改变这两端的电平，便可发出各种不同的音响。改变这两端的电平，便可发出各种不同的音响。详见表详见表4.24.2。VDDVDD提供电源正端电压，提供电源正端电压，VSSVSS指电源负端电压（地）。指电源负端电压（地）。KD-9561KD-9561能发出能发出4 4种不同的声音，且体积小，价格低廉，音响逼种不同的声音，且体积小，价格低廉，音响逼真，控制简便，所以，广泛应用于报警装置及电动玩具。真，控制简便，所以，广泛应用于报警装置及电动玩具。外形及报警器电路图，如图外形及报警器电路图，如图4.24.2所示。所示。微机控制技术4.1.1常用报警方式KD-9561 芯片内设：微机控制技术114.1.1常用报警方式图图4.2 KD-95614.2 KD-9561的外形和报警电路图的外形和报警电路图 P97P97微机控制技术4.1.1常用报警方式图4.2 KD-9561的外形和报警124.1.1常用报警方式 如图4.2（b）中所示，当系统检查到报警信号以后，使三极管9013导通，发出报警声音。图中的R1选值一般在180k290k之间。R1的阻值愈大，报警声音愈急促；反之，报警声音节凑缓慢。微机控制技术4.1.1常用报警方式 如图4.2（b）中所示，当系统134.1.2 简单报警程序的设计（1 1）软件报警程序）软件报警程序 这种方法的基本作法是把被测参数如温度、压力、流量、速度、成分等参数，经传感器，变送器、模数转换器，送到微型机后，再与规定的上、下限值进行比较，根据比较的结果进行报警或处理，整个过程都由软件实现。这种报警程序又可分简单上、下限报警程序，以及上、下限报警处理程序。微机控制技术4.1.2 简单报警程序的设计（1）软件报警程序微机控制技144.1.2 简单报警程序的设计（2 2）硬件申请、软件处理报警程序）硬件申请、软件处理报警程序 报警要求直接由传感器产生。报警要求直接由传感器产生。例如：电接点式压力报警装置例如：电接点式压力报警装置 当压力高于（或低于）某一极限值时，当压力高于（或低于）某一极限值时，接点即闭合，正常时则打开。接点即闭合，正常时则打开。利用开关量信号，通过中断的办法来实现对参数利用开关量信号，通过中断的办法来实现对参数 或位置的监测。或位置的监测。例如，行车系统、电接点压力表等。例如，行车系统、电接点压力表等。微机控制技术4.1.2 简单报警程序的设计（2）硬件申请、软件处理报警154.1.2 简单报警程序的设计根据系统和参数的要求，根据系统和参数的要求，报警程序可分为：报警程序可分为：简单的越限报警程序；简单的越限报警程序；报警处理程序。报警处理程序。微机控制技术4.1.2 简单报警程序的设计根据系统和参数的要求，微机控164.1.2 简单报警程序的设计1.1.软件报警程序设计软件报警程序设计锅炉水位自动调节系统，如图锅炉水位自动调节系统，如图4.34.3所示。所示。汽包水位是锅炉正常工作的重要指标。汽包水位是锅炉正常工作的重要指标。液面太高会影响汽包的汽水分离，产生蒸汽带液现象。水位过低，则由于汽包的水量较少，负荷又很大，水的汽化会很快。如果不及时调节液面，就会使汽包内液体全部汽化，可能导致锅炉烧坏以至发生严重的爆炸事故。所以，锅炉液面是一个非常重要的参数，一般采用双冲量或如图所示的三冲量自动调节系统。微机控制技术4.1.2 简单报警程序的设计1.软件报警程序设计微机控174.1.2 简单报警程序的设计图图4343锅炉三冲量调节系统锅炉三冲量调节系统 P98P98微机控制技术4.1.2 简单报警程序的设计图43锅炉三冲量调节系统 184.1.2 简单报警程序的设计 系统设计有系统设计有 3 3 个报警参数：个报警参数：水位上、下限，水位上、下限，炉膛温度上、下限，炉膛温度上、下限，蒸汽压力下限。蒸汽压力下限。如图如图4.44.4中所示：中所示：要求当各参数全部正常时，绿灯亮。要求当各参数全部正常时，绿灯亮。若某一个参数不正常，将发出声光报警信号。若某一个参数不正常，将发出声光报警信号。微机控制技术4.1.2 简单报警程序的设计 系统设计有 3 个报警参194.1.2 简单报警程序的设计图图44 44 锅炉报警系统图锅炉报警系统图 P99P99微机控制技术4.1.2 简单报警程序的设计图44 锅炉报警系统图 20内存分配X1maxX1maxX1minX1minX2maxX2maxX2minX2minX3minX3minSAMPSAMPALAMALAMLIMITLIMITDPTRDPTR8100H8100HX1X1X2X2X3X3外存外存内内存存20H20H内存分配X1maxX1minX2maxX2minX3minS214.1.2 简单报警程序的设计 程序设计思想：程序设计思想：设置一个报警模型标志单元设置一个报警模型标志单元 ALARM ALARM，把各参数把各参数的采样值分别与上、下限值进行比较。的采样值分别与上、下限值进行比较。若某一位需要报警，则将相应位置若某一位需要报警，则将相应位置1 1，否则，清，否则，清0 0。所有参数判断完毕后，所有参数判断完毕后，看报警模型单元看报警模型单元 ALARM ALARM 的内容是否为的内容是否为00H00H。若为若为 00H 00H，说明所有参数均正常，使绿灯发光。，说明所有参数均正常，使绿灯发光。不等于不等于00H00H，则说明有参数越限，输出报警模型。则说明有参数越限，输出报警模型。程序流程图，如图程序流程图，如图4.54.5所示。所示。设设 3 3个参数的采样值：个参数的采样值：X1 X1（水位）、（水位）、X 2X 2（炉膛温度）、（炉膛温度）、X3 X3（蒸汽压力）（蒸汽压力）依次存放在以依次存放在以 SAMP SAMP 为首地址的内存单元中，为首地址的内存单元中，相应的允许极限值依次放在以相应的允许极限值依次放在以 LIMIT LIMIT为首地址的内存区域内，为首地址的内存区域内，报警标志位单元为报警标志位单元为 ALARM ALARM。微机控制技术4.1.2 简单报警程序的设计 程序设计思想：微机控制224.1.2 简单报警程序的设计微机控制技术 图图45 45 软件报警程序模块流程图软件报警程序模块流程图 P101P1014.1.2 简单报警程序的设计微机控制技术 图45 软23 ORG 8000H ORG 8000HALARMALARM：MOV DPTR MOV DPTR，#SAMP#SAMP ；采样值存放地址；采样值存放地址DPTRDPTR MOVX A MOVX A，DPTR DPTR ；取；取X1 1 MOV ALARM MOV ALARM，#00H#00H ；报警模型单元清；报警模型单元清0 0ALARM0:CJNE AALARM0:CJNE A，LIMITLIMIT，AAAA ；X X1MAX11MAX1吗吗ALARM1:CJNE AALARM1:CJNE A，LIMIT+1LIMIT+1，BB BB ；X X1MIN11MAX22MAX2吗吗ALARM3:CJNEALARM3:CJNE A A，LIMIT+3LIMIT+3，DD DD ；X X2MIN22MIN2吗吗ALARM4:INCALARM4:INC DPTR DPTR ；取；取X X3 3 MOVX MOVX A A，DPTR DPTR CJNE A CJNE A，LIMIT+4LIMIT+4，EE EE ；X X3MIN33MAX1 1MAX1 转转 AOUT1AOUT1 AJMP AJMPALARM1ALARM1 BB BB：JC JCAOUT2AOUT2；X X1MIN11MAX22MAX2转转AOUT3AOUT3 AJMP AJMPALARM3ALARM3 DD DD：JC JCAOUT4AOUT4；X X2MIN22MIN2转转AOUT4AOUT4 AJMP AJMPALARM4ALARM4微机控制技术 DONE1：MOVA，ALARM微机控制技术254.1.2 简单报警程序的设计EEEE：JCJCAOUT5AOUT5；X3MIN33MIN3转转AOUT5AOUT5AJMPAJMPDONEDONEAOUT1AOUT1：SETBSETB00H00H；置；置X1超上限报警标志超上限报警标志AJMPAJMPALARM2ALARM2AOUT2AOUT2：SETBSETB01H01H；置；置X1超下限报警标志超下限报警标志AJMPAJMPALARM2ALARM2AOUT3AOUT3：SETBSETB02H02H；置；置X2超上限报警标志超上限报警标志AJMPAJMPALARM4ALARM4AOUT4AOUT4：SETBSETB03H03H；置；置X2超下限报警标志超下限报警标志AJMPAJMPALARM4ALARM4AOUT5AOUT5：SETBSETB04H04H；置；置X1超下限报警标志超下限报警标志AJMPAJMPDONEDONE微机控制技术4.1.2 简单报警程序的设计EE：JC AOUT5264.1.2 简单报警程序的设计2硬件报警程序设计某些根据开关量状态进行报警的系统，为了使系统简化，可以不用上面介绍的软件报警方法，而是采用硬件申请中断的方法，直接将报警模型送到报警口中。这种报警方法的前提条件是被测参数与给定值的比较是在传感器中进行的。例如，电结点式压力计，电结点式温度计，色带指示报警仪等，都属于这种传感器。不管原理如何，它们的共同点是，当检测值超过（或低于）上、下限值时，结点开关闭合，从而产生报警信号。这类报警系统电路图，如图4.6所示。微机控制技术4.1.2 简单报警程序的设计2硬件报警程序设计微机控制274.1.2 简单报警程序的设计图图46 46 硬件直接报警系统原理图硬件直接报警系统原理图微机控制技术报警警结点点4.1.2 简单报警程序的设计图46 硬件直接报警系统原284.1.2 简单报警程序的设计 图图4.64.6中，中，SL1 SL1 和和 SL2 SL2 分别为液位上、下限报警结点，分别为液位上、下限报警结点，SP SP 表示蒸汽压力下限报警结点，表示蒸汽压力下限报警结点，ST ST 是炉膛温度上限超越结点。是炉膛温度上限超越结点。只要三个参数中的一个（或几个）超限（即结点闭合），只要三个参数中的一个（或几个）超限（即结点闭合），管脚都会由高变低，向管脚都会由高变低，向 CPU CPU 发出中断申请。发出中断申请。CPU CPU响应后，读入报警状态响应后，读入报警状态 P1.3 P1.3P1.0P1.0，然后从，然后从P1P1口的高口的高4 4 位输出，完成超限报警的工作。位输出，完成超限报警的工作。采用中断工作方式，既节省了采用中断工作方式，既节省了CPUCPU计算的宝贵时间，又能不计算的宝贵时间，又能不 失时机地实现参数超限报警。失时机地实现参数超限报警。微机控制技术4.1.2 简单报警程序的设计 图4.6中，微机控制技29ORG 0000HORG 0000HAJMP MAINAJMP MAIN；上电自动转向主程序；上电自动转向主程序ORG 0003HORG 0003H；外部中断方式；外部中断方式0 0入口地址入口地址AJMP ALARMAJMP ALARMORG 0200HORG 0200H MAIN MAIN：SETB IT0SETB IT0；选择边沿触发方式；选择边沿触发方式SETB EX0SETB EX0；允许外部中断；允许外部中断0 0SETB EASETB EA；CPUCPU允许中断允许中断 HERE HERE：SJMP HERESJMP HERE；模拟主程序；模拟主程序ORG 0210HORG 0210H ALARM ALARM：MOV AMOV A，#0FFH#0FFH；设；设P1P1口为输入口口为输入口MOV P1MOV P1，A AMOV AMOV A，P1P1；取报警状态；取报警状态SWAP ASWAP A；MOV P1MOV P1，A A；输出报警信号；输出报警信号RETIRETI根据图根据图4.64.6可写出报警程序如下：可写出报警程序如下：微机控制技术ORG 0000H根据图4.6可写出报警程序如下：微304.1.3 越限报警程序的设计 为了避免测量值在极限值附近摆动造成频繁报警，为了避免测量值在极限值附近摆动造成频繁报警，可以在上、下限附近设定一个回差带，可以在上、下限附近设定一个回差带，如图如图4.74.7所示。所示。微机控制技术4.1.3 越限报警程序的设计 为了避免测量值在极限值314.1.3 越限报警程序的设计图图4.7 4.7 越限报警示意图越限报警示意图 P103P103微机控制技术4.1.3 越限报警程序的设计图4.7 越限报警示意图 324.1.3 越限报警程序的设计在图4.7中，H是上限带，L为下限带。规定只有当被测量值越过A点时，才认为越过上限；测量值穿越H带区，下降到B点以下才承认复限。同样道理，测量值在L带区内摆动均不做超越下限处理；只有它回归于D点之上时，才做超越下限后复位处理。这样就避免了频繁的报警和复限，以免造成操作人员人为的紧张。实际上，大多数情况下，如前面锅炉水位调节系统中所述，上、下限并非只是惟一的值，而是允许一个“带”。在带区内的值都认为是正常的。带宽构成报警的灵敏区。上、下限带宽的选择应根据具体的被测参数而定。微机控制技术4.1.3 越限报警程序的设计在图4.7中，H是上限带334.1.3 越限报警程序的设计下面重新对锅炉液位报警程序进行设计。设锅炉水位采样并经滤波处理后的值存放在以SAMP为起始地址的内存单元中（设采样值为12位数，占用两个内存单元）。上、下限报警及上、下限复位门限值分别存放在以ALADEG为首地址的内存单元中。报警标志单元为FLAG，其中D2位为越上限标志位，D3位为越下限标志位。其内存分配，如图4.8所示。微机控制技术4.1.3 越限报警程序的设计下面重新对锅炉液位报警程34图图4.8 4.8 有关内存的分配有关内存的分配 P103P103 微机控制技术R0 R0 R1 R1 图4.8 有关内存的分配 354.1.3 越限报警程序的设计越限报警程序的基本思路是将采样、数字滤波后的数据与该被测点上、下限给定值进行比较，检查是否越限；或与上限复位值、下限复位值进行比较，检查是否复位上、下限。如越限，则分别置位越上、下限标志，并输出相应的声、光报警模型。如已复位上、下限，则清除相应标志。当上述报警处理完之后，返回主程序。如图4.9所示的是其程序的流程图。微机控制技术4.1.3 越限报警程序的设计越限报警程序的基本思路是36微机控制技术图图4.9 4.9 越限报警子程序的流程越限报警子程序的流程 P104P104BRAN1BRAN1DONEDONEBRAN4BRAN4BRAN2BRAN2BRAN3BRAN342H42H43H43H2AH2AH计数数微机控制技术图4.9 越限报警子程序的流程 37 ORG 8000H ORG 8000H ACACHE:MOV ACACHE:MOV R0，#SAMP#SAMP ；采样值首地址；采样值首地址 R0 R0MOV AMOV A，R0 R0；取采样值低；取采样值低8 8位位MOV MOV R1，#20H#20H ；取上限报警值低；取上限报警值低8 8位位ACALL ACALL DUBSUBDUBSUB；检查是否越上限；检查是否越上限JNC JNC BRAN1BRAN1 ；越上限，转；越上限，转BRAN1BRAN1MOV AMOV A，R0R0；取采样值低；取采样值低8 8位位ACALL DUBSUBACALL DUBSUB；检查是否复位上限；检查是否复位上限JNC JNC DONEDONE ；不复位上限，返回主程序；不复位上限，返回主程序JB JB 42H42H，BRAN2BRAN2 ；上限若置位，则转；上限若置位，则转BRAN2BRAN2MOV AMOV A，RORO；取采样值低；取采样值低8 8位位ACALL DUBSUBACALL DUBSUB；检查下限报警值；检查下限报警值JC JC BRAN3BRAN3；越下限，转；越下限，转BRAN3BRAN3根据图根据图4.9 4.9 可写出越限报警子程序如下：可写出越限报警子程序如下：微机控制技术 ORG 8000H根据图4.9 可写出越38 MOV A MOV A，R0R0；取采样值低；取采样值低8 8位位 ACALL DUBSUB ACALL DUBSUB ；检查复位下限值；检查复位下限值 JC DONE JC DONE；不复位下限，返回主程序；不复位下限，返回主程序 JNB 43H JNB 43H，DONEDONE CLR 43H CLR 43HBRAN4BRAN4:INC:INC 2AH2AH；记录调整次数；记录调整次数DONEDONE:RET RETSAMP:SAMP:EQU EQU 30H 30HBRAN1BRAN1:42H:42H，DONEDONE；判上限报警是否置位；判上限报警是否置位 SETB SETB 42H42H；置上限报警标志；置上限报警标志 MOV MOV A A，#81H#81H；输出越上限报警信号；输出越上限报警信号 MOV MOV P1P1，A A AJMP AJMP BRAN4BRAN4JBJB MOV A，R0；取采样值低8位39BRAN2BRAN2:CLR:CLR 42H42H；清上限报警标志；清上限报警标志 AJMP BRAN4 AJMP BRAN4BRAN3BRAN3:JB:JB 43H43H，DONE DONE ；判下限报警是否置位；判下限报警是否置位 若置位，则转若置位，则转DONEDONE SETB 43H SETB 43H；置下限报警标志；置下限报警标志 MOV MOV A,#82HA,#82H；输出越下限报警信号；输出越下限报警信号 AJMP BRAN4 AJMP BRAN4DUBSUBDUBSUB:CLR C:CLR C；双字节减法子程序；双字节减法子程序 SUBB A SUBB A，R1R1 INC INCR0R0 INC INCR1R1 MOV MOVA A，R0R0 SUBB SUBB A A，R1R1 INC INCR1R1 DEC DECR0R0 RET RET微机控制技术ALAMALAMBRAN2:CLR 42H；清上限报警标志微机控制技404.1.3 越限报警程序的设计本程序输出的报警模型及接口电路，可参看图4.4自行设计。报警标志单元FLAG（28H）和越限、复位上、下限处理次数单元（2AH）在初始化程序中应首先清零。除了上面讲的这种带上、下限报警带的报警处理程序外，还有各种各样的报警处理程序，读者可根据需要自行设计。微机控制技术4.1.3 越限报警程序的设计本程序输出的报警模型及接414.1.4 远程自动报警系统的设计适用范围：距离太远，或是无人职守场合。方法：（1）直接拨号（手机或固定电话）（2）网络（MODEM)4.1.4 远程自动报警系统的设计适用范围：距离太远，或是424.1.4 远程自动报警系统的设计1SS173K222AL芯片简介SS173K222AL是TDK公司产品，高集成度的单片MODEM芯片。该芯片的主要特点是：（1）可与8051系列单片机对接，接口电路简单。（2）串行口数据传输。（3）采用同步方式或异步方式工作。（4）与CCITT V.22、V.21、BELL 212A、103标准兼容。（5）具有呼叫进程、载波、应答音、长回环检测等功能。（6）通过编程产生DTMF信号及550/1800Hz防卫音信号。（7）具有自动增益控制，动态范围达45dB。（8）采用CMOS技术，低功耗、单电源供电。4.1.4 远程自动报警系统的设计1SS173K222A434.1.4 远程自动报警系统的设计引脚如图4.10 4.1.4 远程自动报警系统的设计引脚如图4.10 444.1.4 远程自动报警系统的设计 VDDVDD，GNDGND：D D电源和地。电源和地。AD0AD0AD7AD7：地址：地址/数据线。数据线。ALEALE：地址锁存控制信号，与单片机：地址锁存控制信号，与单片机ALEALE相连接，用于锁存地相连接，用于锁存地 址信号。址信号。WRWR和和RDRD：读：读/写控制信号，低电平有效。写控制信号，低电平有效。CLKCLK：时钟信号。：时钟信号。XTL1XTL1、XTL2XTL2：外接晶体震荡器。：外接晶体震荡器。TXDTXD、RXDRXD：用来发射和接收数据。：用来发射和接收数据。TXATXA、RXARXA：发射和接收响应管脚，与外部收发装置相连。：发射和接收响应管脚，与外部收发装置相连。CSCS：片选信号，低电平有效。：片选信号，低电平有效。VREF VREF：参考电平。：参考电平。RESERESET T：复位信号。：复位信号。4.1.4 远程自动报警系统的设计 VDD，GND：D电454.1.4 远程自动报警系统的设计2直接拨通手机号码报警 4.1.4 远程自动报警系统的设计2直接拨通手机号码报警464.1.4 远程自动报警系统的设计设本例中所拨打的手机号码为：13231502165 WANWAN：JNB P1.3JNB P1.3，DT DT ；监视；监视P1.3P1.3口口 SJMP WAN SJMP WANDTDT：ACALL DLY2 ACALL DLY2 ；延时；延时5050毫秒毫秒 JNB P1.3 JNB P1.3，ARM ARM ；确认有报警信号，转处理程序。；确认有报警信号，转处理程序。SJMP WAN SJMP WANARMARM：CLR P1.7 CLR P1.7 ；吸合继电器；吸合继电器J1J1 ACALL DLY2 ACALL DLY2 ；延时；延时5050毫秒毫秒 MOV R6 MOV R6，#0BH#0BH；拨打；拨打1111位手机号码，予置初值。位手机号码，予置初值。MOV DPTR MOV DPTR，#7FF8H#7FF8H；地址指针指向；地址指针指向R0R0 MOV A MOV A，#31H#31H；R0R0；按始发方式、；按始发方式、FSKFSK模式设置模式设置,但禁止发送。但禁止发送。MOVX DPTR MOVX DPTR，A ALOOPLOOP：MOV DPTRMOV DPTR，#7FFBH#7FFBH ；地址指针指向；地址指针指向TRTR MOV A MOV A，#0FH#0FH ADD A ADD A，R6R6；取出电话号码；取出电话号码 4.1.4 远程自动报警系统的设计设本例中所拨打的手机号码474.1.4 远程自动报警系统的设计MOVC A，A+PC MOVX DPTR，A；设置TR MOV DPTR，#7FF8H；地址指针指向R0 MOV A，#33H；允许发送 MOVX DPTR，A ACALL DLY3；延时250毫秒 MOV A，#31H；停止发送 MOVX DPTR，A ACALL DLY3；延时250毫秒 DJNZ R6，LOOP；拨号未完，再拨出一个号码 4.1.4 远程自动报警系统的设计MOVC A，A484.1.4 远程自动报警系统的设计DB 95H，96H，91H，92H，9AH，95H，91H，93H，92H，93H，91H；TR设置及手机号码DTA：MOV DPTR，#7FFAH；地址指针指向DR MOVX A，DPTR；监视DR JNB ACC.2，DTA；检测应答音 MOV DPTR，#7FF9H；地址指针指向R1 MOV A，#04H MOVX DPTR，A；复位MODEM SETB P1.7；释放J1 RET4.1.4 远程自动报警系统的设计DB 95H，96H493在接收端采用MODEM和单片机显示装置的报警3在接收端采用MODEM和单片机显示装置的报警50微型计算机控制技术-第4章ppt课件514.2 开关量输出接口技术在过程控制系统中，被测参数经采样处理计算之后，常在过程控制系统中，被测参数经采样处理计算之后，常需要进行控制。需要进行控制。输出设备往往需大电压（或电流）来控制，而微型机输出设备往往需大电压（或电流）来控制，而微型机 系统输出的开关量大都为系统输出的开关量大都为TTL/CMOS TTL/CMOS 电平，一般不能电平，一般不能 直接驱动外部设备开启或关闭。直接驱动外部设备开启或关闭。许多外部设备许多外部设备(如大功率直流电机，接触器等如大功率直流电机，接触器等)在开关过在开关过 程中会产生很强的电磁干扰信号，如不加隔离可能会使程中会产生很强的电磁干扰信号，如不加隔离可能会使 微机控制系统中造成误动作或损坏。微机控制系统中造成误动作或损坏。开关量输出控制中必须认真考虑并设法解决的两个问题开关量输出控制中必须认真考虑并设法解决的两个问题放大，隔离。放大，隔离。微机控制技术4.2 开关量输出接口技术在过程控制系统中，被测参数经采样处524.2 开关量输出接口技术4.2.1 4.2.1 光电隔离技术光电隔离技术4.2.2 4.2.2 继电器输出接口技术继电器输出接口技术4.2.3 固态继电器输出接口技术4.2.4 大功率场效应管开关接口技术4.2.5 4.2.5 可控硅接口技术可控硅接口技术4.2.6 电磁阀接口技术4.2 开关量输出接口技术4.2.1 光电隔离技术53421 光电隔离技术 光电隔离器的种类繁多光电隔离器的种类繁多:发光二极管发光二极管/光敏三极管光敏三极管 发光二极管发光二极管/光敏复合晶体管光敏复合晶体管 发光二极管发光二极管/光敏电阻光敏电阻 发光二极管发光二极管/光触发可控硅等。光触发可控硅等。微机控制技术421 光电隔离技术 光电隔离器的种类繁多:微机控制54421 光电隔离技术图图414 414 光电隔离器原理图光电隔离器原理图 P106P106微机控制技术421 光电隔离技术图414 光电隔离器原理图55421 光电隔离技术 当发光二极管有正向电流通过时，即产生 红外 光。光敏三极管接收光以后便导通。而当该电流撤去时，发光二极管熄灭，三极管截止。利用这种特性即可达到开关控制的目的利用这种特性即可达到开关控制的目的。该器件通过电光电的转换实现对输出设备进行控制的，彼此之间没有电气连接，因而起到隔离作用，隔离电压与光电隔离器的结构形式有关。塑料封装形式一般为2500V左右，陶瓷封装形式一般为500010000V。在一般微机控制系统中，由于大都采用TTL电平，不能直接驱动发光二极管，所以通常加一个驱动器，如7406和7407等。输入、输出端两个电源必须单独供电，如图411所示、图412所示。微机控制技术421 光电隔离技术 当发光二极管有正向电流通过56421 光电隔离技术 图图415 415 正确的隔离正确的隔离 P107P107 微机控制技术421 光电隔离技术 图415 正确的隔离 57421 光电隔离技术图图416 416 不正确的隔离不正确的隔离 P107P107微机控制技术421 光电隔离技术图416 不正确的隔离 584.2.2 继电器输出接口技术继电器是电气控制中常用的控制器件。一般由通继电器是电气控制中常用的控制器件。一般由通电线圈和触点（常开或常闭）构成。电线圈和触点（常开或常闭）构成。线圈通电时，开关触点闭合（或打开）。线圈通电时，开关触点闭合（或打开）。线圈不通电时，则开关触点断开（或闭合）。线圈不通电时，则开关触点断开（或闭合）。一般线圈一般线圈可以用直流低电压控制可以用直流低电压控制 （直流（直流 9V 9V，12V12V，24V 24V 等）等）；触点输出部分可以直接与市电（触点输出部分可以直接与市电（220V220V）连接；）连接；虽然继电器本身有一定的隔离作用，但在与微型虽然继电器本身有一定的隔离作用，但在与微型计算机接口连接时通常还是采用光电隔离器进行计算机接口连接时通常还是采用光电隔离器进行隔离隔离。微机控制技术4.2.2 继电器输出接口技术继电器是电气控制中常用的控制594.2.2 继电器输出接口技术图图4.17 4.17 继电器接口电路继电器接口电路 微机控制技术4.2.2 继电器输出接口技术图4.17 继电器接口电路 604.2.2 继电器输出接口技术如图4.13中所示，当开关量P1.0输出为高电平时，经反相驱动器7406变为低电平，使发光二极管发光，从而使光敏三极管导通，进而使三极管9013导通，因而使继电器J的线圈通电，继电器触点J1-1闭合，使220V电源接通。反之，当P1.0输出低电压时，使J1-1断开。图中所示电阻R1为限流电阻，二极管D的作用是保护晶体管T。当继电器J吸合时，二极管D截止，不影响电路工作。继电器释放时，由于继电器线圈存在电感，这时晶体管T已经截止，所以会在线圈的两端产生较高的感应电压。微机控制技术4.2.2 继电器输出接口技术如图4.13中所示，当开614.2.2 继电器输出接口技术此电压的极性为上负下正，正端接在晶体管的集电极上。当感应电压与VCC之和大于晶体管T的集电极反向电压时，晶体管T有可能损坏。加入二极管D后，继电器线圈产生的感应电流从二极管D流过，从而使晶体管T得到保护。微机控制技术4.2.2 继电器输出接口技术此电压的极性为上负下正，624.2.2 继电器输出接口技术不同的继电器，其线圈驱动电流的大小，不同的继电器，其线圈驱动电流的大小，以及带动负载的能力不同。以及带动负载的能力不同。选用时应考虑下列因素：选用时应考虑下列因素：继电器额定工作电压（或电流）；继电器额定工作电压（或电流）；接点负荷接点负荷 ；接点的数量或种类（常闭或常开）；接点的数量或种类（常闭或常开）；继电器的体积、封装形式、工作环境、接点吸合继电器的体积、封装形式、工作环境、接点吸合 或释放时间等。或释放时间等。微机控制技术4.2.2 继电器输出接口技术不同的继电器，其线圈驱动63423 固态继电器输出接口技术固态继电器（固态继电器（Solid State RelaySolid State Relay）简称）简称SSRSSR。带光电隔离器的无触点开关带光电隔离器的无触点开关 (用晶体管或可控硅代替常规继电器的触点开关，用晶体管或可控硅代替常规继电器的触点开关，在前级把光电隔离器熔为一体在前级把光电隔离器熔为一体)。固态继电器有直流型和交流型固态继电器之分。固态继电器有直流型和交流型固态继电器之分。固态继电器输入控制电流小，输出无触点，固态继电器输入控制电流小，输出无触点，在微机控制系统中得到了广泛的应用，大有取代电磁在微机控制系统中得到了广泛的应用，大有取代电磁 继电器之势。继电器之势。微机控制技术423 固态继电器输出接口技术固态继电器（Solid 64423 固态继电器输出接口技术 1 1直流型直流型SSRSSR输入端是一个光电隔离器，输入端是一个光电隔离器，可用可用 OC OC 门或晶体管直接驱动。门或晶体管直接驱动。输出端经整型放大后带动大功率晶体管输出，输出端经整型放大后带动大功率晶体管输出，输出工作电压可达输出工作电压可达 30 30180V180V（5V5V开始工作）。开始工作）。微机控制技术423 固态继电器输出接口技术 1直流型SSR微机控65423 固态继电器输出接口技术 图图418 418 直流型直流型 SSR SSR 原理图原理图 微机控制技术423 固态继电器输出接口技术 图418 直流型 66423 固态继电器输出接口技术直流直流 SSR SSR（Solid State RelaySolid State Relay）主要用于带有直流负主要用于带有直流负载的场合，载的场合，如直流电机控制，如直流电机控制，直流步进电机控制，直流步进电机控制，和电磁阀等。和电磁阀等。图419所示为采用直流SSR控制三相步进电机 原理电路图。微机控制技术423 固态继电器输出接口技术直流 SSR（Soli67 图中 A、B、C 为步进电机的三相，只要按着一定的通电顺序，即可实现步进电机控制 图图419 419 步进电机控制步进电机控制原理图原理图 微机控制技术 图中 A、B、C 为步进电机的三相，只要按着一定的通电68423 固态继电器输出接口技术 2.2.交流型交流型 SSR SSR(1)(1)采用双相可控硅作为开关器件采用双相可控硅作为开关器件.用于交流大功率驱动场合，用于交流大功率驱动场合，如交流电机控制，交流电磁阀控制等。如交流电机控制，交流电磁阀控制等。(2)(2)交流型交流型 SSR SSR 又可分为过零型和移相型两类。又可分为过零型和移相型两类。非过零型非过零型SSRSSR，在输入信号时，不管负载电流相位，在输入信号时，不管负载电流相位 如何，负载端立即寻通；如何，负载端立即寻通；过零型必须在负载电源电压接近零且输入控制信号过零型必须在负载电源电压接近零且输入控制信号 有效时，输入端负载电源才导通。有效时，输入端负载电源才导通。当输入的控制信号撤消后，不论哪一种类型，它们当输入的控制信号撤消后，不论哪一种类型，它们 都是流过双向可控硅负载电流为零时才关断都是流过双向可控硅负载电流为零时才关断。微机控制技术423 固态继电器输出接口技术 2.交流型 SSR微69423 固态继电器输出接口技术 图图420 420 交流过零型交流过零型SSRSSR原理图原理图 微机控制技术423 固态继电器输出接口技术 图420 交流过零70423 固态继电器输出接口技术 一个交流型SSR控制单向交流控制电机的实例如图422所示。图中，改变交流电机通电绕组，即可控制电机的旋转方向。例如用它控制流量调节阀的开和关，从而实现控制管道中流体流量的目的。微机控制技术423 固态继电器输出接口技术 一个交流型SSR71423 固态继电器输出接口技术 图图4-22 4-22 用交流用交流 SSR SSR 控制交流电机原理图控制交流电机原理图 P110P110微机控制技术1 10 01 1423 固态继电器输出接口技术 图4-22 用交流 72423 固态继电器输出接口技术 在图422中，当控制端PC0输出为低电平时，经反相后，使上边的SSR导通，下的SSR截止使交流电通过A相绕组正转；反之，如果PC0输出高电平，则上边SSR的截止，下边的SSR导通，使交流电流经B相，电机反转。图中Rp、Cp组成浪涌电压吸收回路，通常Rp为100左右，CP为01F。RM为压敏电阻，用做过电压保护。其电压取值范围通常为电源电压有效值的1619倍，市售有专门适用于交流220V或380V的压敏电阻。交流型固态继电器选用时主要注意它的额定电压和额定工作电流 微机控制技术423 固态继电器输出接口技术 在图422中，73424 大功率场效应管开关接口技术大功率场效应管开关的特点：大功率场效应管开关的特点：输入阻抗高输入阻抗高 关断漏电流小关断漏电流小 响应速度快响应速度快 与同功率继电器相比，体积较小，价格便宜，所以与同功率继电器相比，体积较小，价格便宜，所以在开关量输出控制中也常作为开关元件使用。在开关量输出控制中也常作为开关元件使用。场效应管的种类非常多，场效应管的种类非常多，如如IRFIRF系列，电流可从几个系列，电流可从几个mAmA几十几十A A，耐压可从几十耐压可从几十V V几百几百V V，因此可以适合任何场合因此可以适合任何场合 。微机控制技术424 大功率场效应管开关接口技术大功率场效应管开关的74424 大功率场效应管开关接口技术 值得说明的是，由于大功率场效应管本身没有隔离作用，故使用时为了防止高压对微型机系统的干扰和破坏，通常在它的前边加一级光电隔离器，如4N25、TIL113等 微机控制技术424 大功率场效应管开关接口技术微机控制技术75424 大功率场效应管开关接口技术 图图423 423 大功率场效应管的表示符号大功率场效应管的表示符号 微机控制技术控制栅极控制栅极 G G漏极漏极 D D源极源极 S S1 1NPN NPN 型型424 大功率场效应管开关接口技术 图423 大功76424 大功率场效应管开关接口技术 利用大功率场效应管可以实现图419所示的步进电机控制。其原理电路如图420所示图中，当某一控制输出端（如PC0）输出为高电平时，经反相器7406变为低电平，使光电隔离器，通电并导通，从而使电阻R1（R2或R3）输出为高电平，控制场效应管IRF 640导通，使A相（B相或C相）通电；反之，当P10为低电平时，则IRF640截止，A相无电流通过。改变步进电机A、B、C三相的通电顺序，便可实现对步进电机的控制，详见本章第四节，图中的RP、CP、D均为保护元件。其作用与前边讲过的相同。微机控制技术424 大功率场效应管开关接口技术 利用大功率场77 图图424 424 采用大功率场效应管的采用大功率场效应管的步进电机控制步进电机控制电路原理图电路原理图 P111P111微机控制技术大功率大功率场效效应管管只作只作开关开关 图424 采用大功率场效应管的步进电机控制电路原理图 784.2.5 可控硅接口技术可控硅（可控硅（Silicon Controlled RectifierSilicon Controlled Rectifier）,简称简称 SCRSCR，大功率电器元件，也称晶闸管。，大功率电器元件，也称晶闸管。它具有体积小，效率高，寿命长等优点。它具有体积小，效率高，寿命长等优点。在自动控制系统中，作为大功率驱动器件，实现用小在自动控制系统中，作为大功率驱动器件，实现用小 功率控件控制大功率设备。功率控件控制大功率设备。它在交直流电机调速系统、调功系统以及随动系统中它在交直流电机调速系统、调功系统以及随动系统中 得到了广泛的应用。得到了广泛的应用。微机控制技术4.2.5 可控硅接口技术可控硅（Silicon Con794.2.5 可控硅接口技术可控硅分单向可控硅和双向可控硅两种。可控硅分单向可控硅和双向可控硅两种。1.单向可控硅单向可控硅图4.25（a）单向可控硅的表示符号，3 个引脚:A为阳极，K为阴极，G为控制极。4 层半导体材料组成:等效于 P1N1P2 和 N1P2N2 两个三极管，如图 4.25（b）所示。微机控制技术4.2.5 可控硅接口技术可控硅分单向可控硅和双向可控硅两804.2.5 可控硅接口技术图图4.25 4.25 可控硅结构可控硅结构 P112P112微机控制技术阴极阴极阳极阳极控制极控制极4.2.5 可控硅接口技术图4.25 可控硅结构 814.2.5 可控硅接口技术工作原理：工作原理：当阳极电位高于阴极电位且控制极电流增大到一定值当阳极电位高于阴极电位且控制极电流增大到一定值（触发电流）时，可控硅由截止转为导通。（触发电流）时，可控硅由截止转为导通。导通后，导通后，Ig Ig 即使为零，可控硅仍保持导通状态，即使为零，可控硅仍保持导通状态，直到阳极电位小于或等于阴极电位时，直到阳极电位小于或等于阴极电位时，可控硅才由导通变为截止。可控硅才由导通变为截止。其特性曲线如图其特性曲线如图4.264.26所示。所示。单向可控硅多用于直流大电流场合。单向可控硅多用于直流大电流场合。在交流系统中常用于大功率整流回路。在交流系统中常用于大功率整流回路。微机控制技术即阳极电流小于维持电流即阳极电流小于维持电流4.2.5 可控硅接口技术工作原理：微机控制技术即阳极电824.2.5 可控硅接口技术图图4.26 4.26 可控硅输出特性可控硅输出特性 p112p112微机控制技术4.2.5 可控硅接口技术图4.26 可控硅输出特性 834.2.5 可控硅接口技术2.2.双向可控硅双向可控硅也称三端双向可控硅，也称三端双向可控硅，简称简称 TRIAC TRIAC。在结构上相当于两个单向可控硅反向连接，在结构上相当于两个单向可控硅反向连接，如图如图4.274.27所示。所示。具有双向导通功能。具有双向导通功能。通断状态由控制极通断状态由控制极 G G 决定。决定。G G 上加正脉冲（或负脉冲）可使其正向（或反向）导通。上加正脉冲（或负脉冲）可使其正向（或反向）导通。这种装置的优点是控制电路简单，没有反向耐压问题，因这种装置的优点是控制电路简单，没有反向耐压问题，因 此特别适合作交流无触点开关使用。此特别适合作交流无触点开关使用。微机控制技术4.2.5 可控硅接口技术2.双向可控硅微机控制技术844.2.5 可控硅接口技术图图4.27 4.27 双向可控硅的符号、结构及伏安特性双向可控硅的符号、结构及伏安特性 p113p113微机控制技术4.2.5 可控硅接口技术图4.27 双向可控硅的符号、854.2.5 可控硅接口技术可控硅在与微型计算机接口连接时也，。在单片机控制系统中，常用单片机的某一根接口线或外接I/O接口的某一位产生触发脉冲。为了提高效率，要求触发脉冲与交流电压同步，通常采用检测交流电过零点来实现。图4.28所示为某电炉温度控制系统可控硅控制部分的电路原理图。微机控制技术4.2.5 可控硅接口技术可控硅在与微型计算机接口连接时864.2.5 可控硅接口技术图图4.28 4.28 可控硅加热炉控制系统的原理可控硅加热炉控制系统的原理 p113p113微机控制技术需加接光电隔离器需加接光电隔离器触发脉冲电压触发脉冲电压应大于应大于4 V4 V；脉冲宽度应脉冲宽度应大于大于2020 s s4.2.5 可控硅接口技术图4.28 可控硅加热炉控制系87426 电磁阀接口技术 1 1、电磁阀是在气体或液体流动的管路中受电磁力控制、电磁阀是在气体或液体流动的管路中受电磁力控制 开闭的阀体。开闭的阀体。2 2、广泛用于液压机械、空调、热水器、自动机床等系统、广泛用于液压机械、空调、热水器、自动机床等系统 3 3、它由线圈、固定铁芯、可动铁芯及阀体等组成。、它由线圈、固定铁芯、可动铁芯及阀体等组成。线圈不通电时，可动铁芯受弹簧作用与固定铁芯脱离，线圈不通电时，可动铁芯受弹簧作用与固定铁芯脱离，阀门处于关闭状态。阀门处于关闭状态。线圈通电时，可动铁芯克服弹簧的弹力作用与固定铁芯线圈通电时，可动铁芯克服弹簧的弹力作用与固定铁芯 吸合，阀门处于打开状态吸合，阀门处于打开状态控制了液体和气体的流动。控制了液体和气体的流动。（流体推动油缸或气缸转换为物体的机械运动，完成往复运动）。（流体推动油缸或气缸转换为物体的机械运动，完成往复运动）。4 4、电磁阀有交流和直流两种。、电磁阀有交流和直流两种。交流电磁阀使用方便，但容易产生颤动，启动电流大，并会引起发热。交流电磁阀使用方便，但容易产生颤动，启动电流大，并会引起发热。直流电