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基于IO Server技术的Intouch与AB—PLC的光纤筛选系统
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　摘要： 随着信息技术的不断进步和经济的迅速发展，市场对光纤的需求量在快速增长，因此迫切需要对光纤筛选设备进行优化和升级。目前，Intouch等组态软件在工业自动化中已经有了广泛应用，但在光纤筛选系统中却少见报道。本文详细描述了基于Intouch的光纤筛选系统的体系结构和软件设计方案，利用以太网IO Server软件建立OPC，为系统的监控提供数据采集接口。系统应用于江苏通鼎集团，具有较好的可靠性和鲁棒性，很好的完成了光纤筛选的监控工作。 中国论文网 /7/view-3966919.htm　　Abstract： With the development of information technology and the rapid development of economy， market demand for optical fiber was in a fast growth， so optical fiber screening equipments need for optimization and upgrading urgently. At present， Intouch etc. Configuration software in industrial automation has been widely used， but rarely reported in the optical fiber screening system. This article describes the system structure and software design which based on optical fiber screening system， OPC that set up by using of Ethernet IO Server software， gives data acquisition interfaces for system monitoring. Because of the good reliability and robustness， the system has been applied to JiangSu TongDing Optic-Electronic Co.，Ltd， and finished fiber screening monitoring work well. 　　关键词： 光纤筛选；监控系统；Intouch；IO Server 　　Key words： optical fiber screening；monitoring system；Intouch；IO Server 　　中图分类号：TH6 文献标识码：A 文章编号：（9-03 　　0 引言 　　随着我国信息产业的快速发展，光纤的产能已经无法满足现有市场的需求。因此，光电行业都在寻找一条在保证产品质量的同时提高产能的途径。目前计算机网络技术结合自动化技术对工业生产控制的方法已经应用于很多大型高科技产业，将这种方法引入光纤生产行业也是大势所趋。本文提到的Intouch软件监控是一种将虚拟仪器引入生产网络，提供一种直观、集中和操作方便的人机交互界面。软件将仪器仪表、网络通信、硬件设施有机结合，为光纤筛选生产提供了便利的方法。 　　本光纤筛选系统基于Intouch开发平台，以MS-SQL Server2005数据库作为信息管理软件，采用以太网IO Server技术，对可编程逻辑控制器AB PLC进行数据信息传输。系统实现了对整个光纤筛选过程中各单元的数据采集与传送、数据分析、报警显示，参数控制、登陆管理等功能，并保证了光纤产品的筛选稳定性。 　　1 系统结构及功能 　　1.1 系统的体系结构 原有的筛选系统采用人机交互界面（FactoryTalk View Plus600触摸屏）进行参数交流，为了将方便光纤生产管理的产品跟踪系统（PTS系统）引入日常的生产进程中，现有系统采用工业控制计算机作为上位机。下位机选用AB公司的SLC500系列的中小型规模PLC。工控机和PLC之间采用以太网形式连接，只需要提供一个少量接口的交换机，避免了选用西门子PLC需要采用CP5621PCI通讯板卡的方式。上位机监控软件是用Intouch2010平台开发的源文件，将源文件植入Intouch软件中生成可执行的Development文件。 　　SLC500系列PLC中的DI和AI模块负责采集筛选机系统中的各个限位传感、张力传感及安川伺服驱动器的输出信息等，通过IO Server技术传送给上位机，完成实时信息显示和报警等功能；PLC的DO和AO模块负责将所有的指令信号传送给对象（伺服电机、电磁阀和继电器等）。系统的基本结构如图1所示。 　　筛选机在进行筛选时，光纤在两个高速旋转的驱动轮（大盘驱动轮和筛选驱动轮）的驱动下保持高速运动。在两个驱动轮直接保持一定的速度差，使得位于两轮之间的光纤受到一定的张力作用，通过张力传感器将该张力稳定在9.8N。当光纤不能承受9.8N的张力时，光纤将会发生断裂，筛选工作将中断，此部分光纤则成为报废品或者非标产品。 　　1.2 通过IO Server建立OPC服务器 Intouch软件采用IO Server与AB公司的SLC500系列PLC通过以太网方式进行数据传输，首先需要建立一个topic，即OPC服务器。OPC服务器，是指按照OPC基金组织规定的OPC规范群开发的软件驱动。OPC服务器作为中间媒介负责从数据源读取数据再跟另外一端的客户端通信。通信的发起端也可以是OPC客户端。客户端和服务器的对话是双向的，也就是说，客户端既可以从服务器读出也可以向服务器写入。OPC有一个开放的技术规范，它制定了过程客户应用服务和服务器应用程序之间进行交互的软件接口标准。 　　在开始建立OPC服务器之前，需要做好以下准备工作：①为了确保Intouch平台与PLC之间能够通过以太网方式通信，须正确配置PLC的以太网端口。②在本地的工业控制计算机上安装以太网板卡，安装并配置TCPIP协议。③安装Wonderware ABTCP IO server V7.5.0.2（或更高）软件。④安装Rockwell 的 RSLogix 500 和 RSLinx 软件。 　　本地计算机设置好windows XP系统的网络后，继续配置SLC500的Channel1。首先通过交换机PLC，运行RSLogix500软件，在On-Line模式下进入控制器，打开Channel Configeration，对用于以太网通讯的Channel1通道进行地址、波特率等参数的设置。如图2和图3所示：图中PLC的IP地址前三段192.168.**与上位机网卡的IP地址前三段必须一致，子网掩码255.255.255.0与上位机网卡子网掩码一致。 　　为了提高对上位机和PLC的网络域名解析效率，可以通过Hosts文件建立域名和IP的映射关系来达到目的。根据微软系统规定，在进行DNS请求以前，Windows系统会先检查自己的Hosts文件中是否存在这个网络域名的映射关系。如果有，则调用这个IP地址映射，如果没有，再向已知的DNS服务器提出域名解析。也就是说Hosts的请求级别比DNS高。所以为了使筛选系统通讯成功，须配置Hosts文件。如图4所示：通过C：＼WinNT＼System32＼drivers＼etc路径，用记事本打开Hosts文件，添加PLC的IP地址和别名。 　　配置好Hosts文件后，在ABTCP IO Server中的菜单栏选择Configure/Topic Definition，在弹出的Topic List窗口中点击New… 新建一个Topic ，名为SLC505PLC，如图5所示。HostName为SLC505，这与之前在hosts文件中的定义一致。 　　2 筛选机系统的人机交互界面 　　筛选机控制系统的上位机选用Windows XP作为操作系统，选择美国Wonderware公司的Intouch10.0版组态开发软件为平台界面，通过与PLC中的标签对应或者自身的脚本编辑功能实现逻辑判断和运行参数的监控。光纤筛选机的人机界面增加了工业级的PTS系统，界面中通过“Reel ID”子菜单录入当前详细的产品信息，这样可以有效的实现光纤产品从上游拉丝到下游入库出库的信息管理；同样，人机交互界面具有完善的报警功能，当设备的某一功能部分出现故障时，系统可以及时的提示操作人员报警位置和报警内容；系统的“Maintenance Menu”菜单，不但可以在线测试各电机的运行状态，还能通过调整设置各伺服驱动器系统的PID参数，为设备的调试带来方便。 　　除了常规的控制标签外，Intouch软件还定义了量程转换、掉电数据保存、超限报警参数设定等标签。界面上可以随时改变参数和保存参数、初始值和与AB-PLC通讯的地址参数设置等功能。 　　整个筛选工艺的人机交互界面如图6所示，系统中的用户登录等级分为三级，其中工程师级可以进行原点校准等维护菜单的设置，管理员级可以对各伺服电机进行PID参数设置；子菜单Take-up Reel Parameter可进行收线端光纤筒径和宽度、光纤排线间隙的设定；Pay-off Reel Parameter子菜单可以进行放线端光纤筒径的设定；Line Speed Capstan Control子菜单负责伺服电机升速减速的时间设定、筛选模式的选择等功能；Alarm子菜单可以显示报警信息，包括当前报警和已经消除的报警历史信息等。 　　3 AB-PLC的硬件组态及软件使用 　　RSLogix500软件在一个新建工程文件中需要首先进行硬件组态，在定义好的框架里选择与硬件匹配的模块拖入。IO模块放入的槽号根据实际使用情况由用户指定，并且需要为CPU机架配置好电源模块。针对光纤筛选系统，PLC设置一个机架，IO模块主要包括：数字量输入模块，负责各开关、按钮的信号输入；数字量输出模块，负责各伺服驱动器的数字量控制信号及电磁阀、继电器的控制信号；模拟量输入模块，负责压力传感器和跳舞轮位置传感器的模拟量信号；模拟量输出模块，输出各伺服驱动器速度给定控制信号；高速计数模块，输入速度驱动轮、收线筒旋转和收线端排线电机长度计数脉冲信号。 　　4 研究分析及总结 　　本文简要分析了光纤筛选控制系统的硬件和软件结构，系统通过采用工业以太网技术，将上位机、PLC和伺服驱动等对象的三层结构连接在一起。经过生产认证，光纤筛选控制系统达到了各项要求指标，设备运行稳定，单台故障停机率为1.2次/10万公里。同时，PTS系统的加入，有效的实现了光纤产品的企业化管理。 　　参考文献： 　　[1]刘清建，王太勇等.基于总线架构的多层次监控开放数控系统[J].吉林大学学报，）：. 　　[2]李瑞棠.自动控制理论基础[M].西安：电子科技大学出版社，1996.5. 　　[3]Wonderware Corporation.Wonderware FactorySuit System Administrator’s Guide.Revision G，August 2001. 　　[4]宋伯生.PLC编程及实用指南[M].北京：机械工业出版社，2006（6）. 　　[5]Allen-Bradley.Converting PLC-5 or SLC-500 logic to Logix 5550 logic reference manual. 　　[6]马正午，周德兴著.过程可视化组态软件Intouch应用技术[J].北京：机械工业出版社，2006.6.
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3秒自动关闭窗口&MCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片,引脚分布请参照单片机引脚图：&
这4个I/O口具有不完全相同的功能,大家可得学好了,其它书本里虽然有,但写的太深,对于初学者来说很难理解的,我这里都是按我自已的表达方式来写的,相信你也能够理解的。&
P0口有三个功能：&
1、外部扩展存储器时,当做数据总线（如图1中的D0~D7为数据总线接口）&
2、外部扩展存储器时,当作地址总线（如图1中的A0~A7为地址总线接口）&
3、不扩展时,可做一般的I/O使用,但内部无上拉电阻,作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。 　
P1口只做I/O口使用：其内部有上拉电阻。&
P2口有两个功能：&
1、扩展外部存储器时,当作地址总线使用&
2、做一般I/O口使用,其内部有上拉电阻;&
P3口有两个功能：&
除了作为I/O使用外（其内部有上拉电阻）,还有一些特殊功能,由特殊寄存器来设置,具体功能请参考我们后面的引脚说明。
有内部EPROM的单片机芯片（例如8751）,为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源,这些信号也是由信号引脚的形式提供的,&
即：编程脉冲：30脚（ALE/PROG）&
编程电压（25V）：31脚（EA/Vpp）&
在介绍这四个I/O口时提到了一个&上拉电阻&那么上拉电阻又是一个什么东东呢？他起什么作用呢？都说了是电阻那当然就是一个电阻啦,当作为输入时,上拉电阻将其电位拉高,若输入为低电平则可提供电流源;所以如果P0口如果作为输入时,处在高阻抗状态,只有外接一个上拉电阻才能有效。
ALE 地址锁存控制信号：在系统扩展时,ALE用于控制把P0口的输出低8位地址送锁存器锁存起来,以实现低位地址和数据的隔离。参见图2（8051扩展2KB EEPROM电路,在图中ALE与4LS373锁存器的G相连接,当CPU对外部进行存取时,用以锁住地址的低位地址,即P0口输出。&
由于ALE是以晶振六分之一的固定频率输出的正脉冲,当系统中未使用外部存储器时,ALE脚也会有六分之一的固定频率输出,因此可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。&
PSEN 外部程序存储器读选通信号：在读外部ROM时PSEN低电平有效,以实现外部ROM单元的读操作。&
1、内部ROM读取时,PSEN不动作;&
2、外部ROM读取时,在每个机器周期会动作两次;&
3、外部RAM读取时,两个PSEN脉冲被跳过不会输出;&
4、外接ROM时,与ROM的OE脚相接。&
参见图2&（8051扩展2KB EEPROM电路,在图中PSEN与扩展ROM的OE脚相接）
EA/VPP 访问和序存储器控制信号&
1、接高电平时：&
CPU读取内部程序存储器（ROM）&
扩展外部ROM：当读取内部程序存储器超过0FFFH（8051）1FFFH（8052）时自动读取外部ROM。&
2、接低电平时：CPU读取外部程序存储器（ROM）。&
3、8751烧写内部EPROM时,利用此脚输入21V的烧写电压。
RST 复位信号：当输入的信号连续2个机器周期以上高电平时即为有效,用以完成单片机的复位初始化操作。&
XTAL1和XTAL2 外接晶振引脚。当使用芯片内部时钟时,此二引脚用于外接石英晶体和微调电容;当使用外部时钟时,用于接外部时钟脉冲信号。
VCC：电源+5V输入&
VSS：GND接地。&
8031各端口工作原理讲解
总线I／O端口,双向,三态,数据地址分时复用,该端口除用于数据的输入／输出外,在8031单片机外接程序存储器时,还分时地输出／输入地址／指令。由Po端口输出的信号无锁存,输入的信息有读端口引脚和读端口锁存器之分。P0端口8位中的一位结构图见下图：
由上图可见,P0端口由锁存器、输入缓冲器、切换开关与相应控制电路、场效应管驱动电路构成。
在输出状态下,当切换开关MUX向下时,从内部总线来的数据经锁存器反相和场效应管T2反相,输出到端口引脚线上。此时,场效应管T1关断,因而这种输出方式应为外接上拉电阻的漏极开路式。当切换开关MUX向上时,一位地址／数据信号分时地输出到端口线上。此外,由T1、T2的通断组合,形成高电平、低电平与高阻浮动三态的输出。
在输入状态下,从锁存器和从引脚上读来的信号一般是一致的,但也有例外。例如,当从内部总线输出低电平后,锁存器Q＝0,Q＝1,场效应管T2开通,端口线呈低电平状态。此时无论端口线上外接的信号是低电乎还是高电平,从引脚读入单片机的信号都是低电平,因而不能正确地读入端口引脚上的信号。又如,当从内部总线输出高电平后,锁存器Q＝1,Q＝0,场效应管T2截止。如外接引脚信号为低电平,从引脚上读入的信号就与从锁存器读入的信号不同。为此,8031单片机在对端口P0一P3的输入操作上,有如下约定：为此,8031单片机在对端口P0一P3的输入操作上,有如下约定：凡属于读-修改-写方式的指令,从锁存器读入信号,其它指令则从端口引脚线上读入信号。
读-修改-写指令的特点是,从端口输入(读)信号,在单片机内加以运算(修改)后,再输出(写)到该端口上。下面是几条读--修改-写指令的例子。
这样安排的原因在于读-修改-写指令需要得到端口原输出的状态,修改后再输出,读锁存器而不是读引脚,可以避免因外部电路的原因而使原端口的状态被读错。
P0端口是8031单片机的总线口,分时出现数据D7一D0、低8位地址A7一AO,以及三态,用来接口存储器、外部电路与外部设备。P0端口是使用最广泛的I／O端口。
通用I／0端口,准双向静态口。输出的信息有锁存,输入有读引脚和读锁存器之分。P1端口的一位结构见下图. 由图可见,P1端口与P0端口的主要差别在于,P1端口用内部上拉电阻R代替了P0端口的场效应管T1,并且输出的信息仅来自内部总线。由内部总线输出的数据经锁存器反相和场效应管反相后,锁存在端口线上,所以,P1端口是具有输出锁存的静态口。
由下图可见,要正确地从引脚上读入外部信息,必须先使场效应管关断,以便由外部输入的信息确定引脚的状态。为此,在作引脚读入前,必须先对该端口写入l。具有这种操作特点的输入／输出端口,称为准双向I／O口。8031单片机的P1、P2、P3都是准双向口。P0端口由于输出有三态功能,输入前,端口线已处于高阻态,无需先写入1后再作读操作。
单片机复位后,各个端口已自动地被写入了1,此时,可直接作输入操作。如果在应用端口的过程中,已向P1一P3端口线输出过0,则再要输入时,必须先写1后再读引脚,才能得到正确的信息。此外,随输入指令的不同,H端口也有读锁存器与读引脚之分。
Pl端口是51单片机中唯一仅有的单功能I／O端口,并且没有特定的专用功能,输出信号锁存在引脚上。
P2端口的一位结构见下图：
由图可见,P2端口在片内既有上拉电阻,又有切换开关MUX,所以P2端口在功能上兼有P0端口和P1端口的特点。这主要表现在输出功能上,当切换开关MUX向左时,从内部总线输出的一位数据经反相器和场效应管反相后,输出在端口引脚线上;当MUX向右时,输出的一位地址信号也经反相器和场效应管反相后,输出在端口引脚线上。
由于8031单片机必须外接程序存储器才能构成应用电路,而P2端口就是用来周期性地输出从外存中取指令的地址(高8位地址),因此,P2端口的切换开关MUX总是在进行切换,分时地输出从内部总线来的数据和从地址信号线上来的地址。因此P2端口是动态的I／O端口。输出数据虽被锁存,但不是稳定地出现在端口线上。其实,这里输出的数据往往也是一种地址,只不过是外部RAM的高8位地址。
在输入功能方面,P2端口与P0和H端口相同,有读引脚和读锁存器之分,并且P2端口也是准双向口。
可见,P2端口的主要特点包括：
①不能输出静态的数据;
②自身输出外部程序存储器的高8位地址;
②执行MOVX指令时,还输出外部RAM的高位地址,故称P2端口为动态地址端口。（这是针对8031说的,P2端口的描述与8051的不同。8051有内部的ROM，无需外加ROM，所以8051的P2可以输出静态的数据。也可以作为外部存储器的地址总线。）
双功能静态I／O口P3端口的一位结构见下图。
由上图可见,P3端口和P1端口的结构相似,区别仅在于P3端口的各端口线有两种功能选择。当处于第一功能时,第二输出功能线为1,此时,内部总线信号经锁存器和场效应管输入／输出,其作用与P1端口作用相同,也是静态准双向I／O端口。当处于第二功能时,锁存器输出1,通过第二输出功能线输出特定的内含信号,在输入方面,即可以通过缓冲器读入引脚信号,还可以通过替代输入功能读入片内的特定第二功能信号。由于输出信号锁存并且有双重功能,故P3端口为静态双功能端口。
P3口的特殊功能（即第二功能）：
使P3端品各线处于第二功能的条件是:
1\串行I/O处于运行状态(RXD,TXD);
2\打开了处部中断(INT0,INT1);
3\定时器/计数器处于外部计数状态(T0,T1)
4\执行读写外部RAM的指令(RD,WR)
在应用中,如不设定P3端口各位的第二功能(WR,RD信号的产生不用设置),则P3端口线自动处于第一功能状态,也就是静态I／O端口的工作状态。在更多的场合是根据应用的需要,把几条端口线设置为第二功能,而另外几条端口线处于第一功能运行状态。在这种情况下,不宜对P3端口作字节操作,需采用位操作的形式。
端口的负载能力和输入／输出操作:
P0端口能驱动8个LSTTL负载。如需增加负载能力,可在P0总线上增加总线驱动器。P1,P2,P3端口各能驱动4个LSTTL负载。
前已述及,由于P0-P3端口已映射成特殊功能寄存器中的P0一P3端口寄存器,所以对这些端口寄存器的读／写就实现了信息从相应端口的输入／输出。例如：
MOV A, P1 ;把Pl端口线上的信息输入到A
MoV P1, A ;把A的内容由P1端口输出
MOV P3, #0FFH ;使P3端口线各位置l&
MCS-51系列单片机片内有一个串行I／O端口,通过引脚RXD(P3．0)和TXD(P3．1)可与外设电路进行全双工的串行异步通信。
1．串行端口的基本特点
8031单片机的串行端口有4种基本工作方式,通过编程设置,可以使其工作在任一方式,以满足不同应用场合的需要。其中,方式0主要用于外接移位寄存器,以扩展单片机的I／O电路;方式1多用于双机之间或与外设电路的通信;方式2,3除有方式1的功能外,还可用作多机通信,以构成分布式多微机系统。
串行端口有两个控制寄存器,用来设置工作方式、发送或接收的状态、特征位、数据传送的波特率(每秒传送的位数)以及作为中断标志等。
串行端口有一个数据寄存器SBUF(在特殊功能寄存器中的字节地址为99H),该寄存器为发送和接收所共同。发送时,只写不读;接收时,只读不写。在一定条件下,向阳UF写入数据就启动了发送过程;读SBUf就启动了接收过程。
串行通信的波特率可以程控设定。在不同工作方式中,由时钟振荡频率的分频值或由定时器Tl的定时溢出时间确定,使用十分方便灵活。
2．串行端口的工作方式
8位移位寄存器输入／输出方式。多用于外接移位寄存器以扩展I／O端口。波特率固定为fosc/12。其中,fosc为时钟频率。
在方式0中,串行端口作为输出时,只要向串行缓冲器SBUF写入一字节数据后,串行端口就把此8位数据以等的波特率,从RXD引脚逐位输出(从低位到高位);此时,TXD输出频率为fosc/12的同步移位脉冲。数据发送前,仅管不使用中断,中断标志TI还必须清零,8位数据发送完后,TI自动置1。如要再发送,必须用软件将TI清零。
串行端口作为输入时,RXD为数据输入端,TXD仍为同步信号输出端,输出频率为fosc/12的同步移位脉冲,使外部数据逐位移入RxD。当接收到8位数据(一帧)后,中断标志RI自动置。如果再接收,必须用软件先将RI清零。
串行方式0发送和接收的时序过程见下图。
10位异步通信方式。其中,1个起始位(0),8个数据位(由低位到高位)和1个停止位(1)。波特率由定时器T1的溢出率和SMOD位的状态确定。
一条写SBUF指令就可启动数据发送过程。在发送移位时钟(由波特率确定)的同步下,从TxD先送出起始位,然后是8位数据位,最后是停止位。这样的一帧10位数据发送完后,中断标志TI置位。
在允许接收的条件下(REN＝1),当RXD出现由1到O的负跳变时,即被当成是串行发送来的一帧数据的起始位,从而启动一次接收过程。当8位数据接收完,并检测到高电乎停止位后,即把接收到的8位数据装入SBUF,置位RI,一帧数据的接收过程就完成了。
方式1的数据传送波特率可以编程设置,使用范围宽,其计算式为：
波特率＝2SMOD/32&(定时器T1的溢出率)
其中,SMOD是控制寄存器PCON中的一位程控位,其取值有0和l两种状态。显然,当SMOD＝0时,波特率＝1/32(定时器Tl溢出率),而当SMOD＝1时,波特率＝1/16(定时器T1溢出率)。所谓定时器的溢出率,就是指定时器一秒钟内的溢出次数。波特率的算法,以及要求一定波特率时定时器定时初值的求法,后面将详细讨论。 &
串行方式1的发送和接收过程的时序见下图。
11位异步通信方式。其中,1个起始位(0),8个数据位(由低位到高位),1个附加的第9位和1个停止住(1)。方式2和方式3除波特率不同外,其它性能完全相同。方式2,3的发送、接收时序见下图。
由图可见,方式2和方式3与方式l的操作过程基本相同,主要差别在于方式2,3有第9位数据。
发送时,发送机的这第9位数据来自该机SCON中的TB8,而接收机将接收到的这第9位数据送入本机SCON中的RB8。这个第9位数据通常用作数据的奇偶检验位,或在多机通信中作为地址／数据的特征位。
方式2和方式3的波特率计算式如下：
方式2的波特率＝2SMOD/64&fosc
方式3的波特率＝2SMOD/32&定时器T1的溢出率
由此可见,在晶振时钟频率一定的条件下,方式2只有两种波特率,而方式3可通过编程设置成多种波特率,这正是这两种方式的差别所在。
3．串行端口的控制寄存器
串行端口共有2个控制寄存器SCON和PCON,用以设置串行端口的工作方式、接收／发送的运行状态、接收／发送数据的特征、波特率的大小,以及作为运行的中断标志等。
MCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片,引脚分布请参照单片机引脚图：&
这4个I/O口具有不完全相同的功能,大家可得学好了,其它书本里虽然有,但写的太深,对于初学者来说很难理解的,我这里都是按我自已的表达方式来写的,相信你也能够理解的。&
P0口有三个功能：&
1、外部扩展存储器时,当做数据总线（如图1中的D0~D7为数据总线接口）&
2、外部扩展存储器时,当作地址总线（如图1中的A0~A7为地址总线接口）&
3、不扩展时,可做一般的I/O使用,但内部无上拉电阻,作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。 　
P1口只做I/O口使用：其内部有上拉电阻。&
P2口有两个功能：&
1、扩展外部存储器时,当作地址总线使用&
2、做一般I/O口使用,其内部有上拉电阻;&
P3口有两个功能：&
除了作为I/O使用外（其内部有上拉电阻）,还有一些特殊功能,由特殊寄存器来设置,具体功能请参考我们后面的引脚说明。
有内部EPROM的单片机芯片（例如8751）,为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源,这些信号也是由信号引脚的形式提供的,&
即：编程脉冲：30脚（ALE/PROG）&
编程电压（25V）：31脚（EA/Vpp）&
在介绍这四个I/O口时提到了一个&上拉电阻&那么上拉电阻又是一个什么东东呢？他起什么作用呢？都说了是电阻那当然就是一个电阻啦,当作为输入时,上拉电阻将其电位拉高,若输入为低电平则可提供电流源;所以如果P0口如果作为输入时,处在高阻抗状态,只有外接一个上拉电阻才能有效。
ALE 地址锁存控制信号：在系统扩展时,ALE用于控制把P0口的输出低8位地址送锁存器锁存起来,以实现低位地址和数据的隔离。参见图2（8051扩展2KB EEPROM电路,在图中ALE与4LS373锁存器的G相连接,当CPU对外部进行存取时,用以锁住地址的低位地址,即P0口输出。&
由于ALE是以晶振六分之一的固定频率输出的正脉冲,当系统中未使用外部存储器时,ALE脚也会有六分之一的固定频率输出,因此可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。&
PSEN 外部程序存储器读选通信号：在读外部ROM时PSEN低电平有效,以实现外部ROM单元的读操作。&
1、内部ROM读取时,PSEN不动作;&
2、外部ROM读取时,在每个机器周期会动作两次;&
3、外部RAM读取时,两个PSEN脉冲被跳过不会输出;&
4、外接ROM时,与ROM的OE脚相接。&
参见图2&（8051扩展2KB EEPROM电路,在图中PSEN与扩展ROM的OE脚相接）
EA/VPP 访问和序存储器控制信号&
1、接高电平时：&
CPU读取内部程序存储器（ROM）&
扩展外部ROM：当读取内部程序存储器超过0FFFH（8051）1FFFH（8052）时自动读取外部ROM。&
2、接低电平时：CPU读取外部程序存储器（ROM）。&
3、8751烧写内部EPROM时,利用此脚输入21V的烧写电压。
RST 复位信号：当输入的信号连续2个机器周期以上高电平时即为有效,用以完成单片机的复位初始化操作。&
XTAL1和XTAL2 外接晶振引脚。当使用芯片内部时钟时,此二引脚用于外接石英晶体和微调电容;当使用外部时钟时,用于接外部时钟脉冲信号。
VCC：电源+5V输入&
VSS：GND接地。&
8031各端口工作原理讲解
总线I／O端口,双向,三态,数据地址分时复用,该端口除用于数据的输入／输出外,在8031单片机外接程序存储器时,还分时地输出／输入地址／指令。由Po端口输出的信号无锁存,输入的信息有读端口引脚和读端口锁存器之分。P0端口8位中的一位结构图见下图：
由上图可见,P0端口由锁存器、输入缓冲器、切换开关与相应控制电路、场效应管驱动电路构成。
在输出状态下,当切换开关MUX向下时,从内部总线来的数据经锁存器反相和场效应管T2反相,输出到端口引脚线上。此时,场效应管T1关断,因而这种输出方式应为外接上拉电阻的漏极开路式。当切换开关MUX向上时,一位地址／数据信号分时地输出到端口线上。此外,由T1、T2的通断组合,形成高电平、低电平与高阻浮动三态的输出。
在输入状态下,从锁存器和从引脚上读来的信号一般是一致的,但也有例外。例如,当从内部总线输出低电平后,锁存器Q＝0,Q＝1,场效应管T2开通,端口线呈低电平状态。此时无论端口线上外接的信号是低电乎还是高电平,从引脚读入单片机的信号都是低电平,因而不能正确地读入端口引脚上的信号。又如,当从内部总线输出高电平后,锁存器Q＝1,Q＝0,场效应管T2截止。如外接引脚信号为低电平,从引脚上读入的信号就与从锁存器读入的信号不同。为此,8031单片机在对端口P0一P3的输入操作上,有如下约定：为此,8031单片机在对端口P0一P3的输入操作上,有如下约定：凡属于读-修改-写方式的指令,从锁存器读入信号,其它指令则从端口引脚线上读入信号。
读-修改-写指令的特点是,从端口输入(读)信号,在单片机内加以运算(修改)后,再输出(写)到该端口上。下面是几条读--修改-写指令的例子。
这样安排的原因在于读-修改-写指令需要得到端口原输出的状态,修改后再输出,读锁存器而不是读引脚,可以避免因外部电路的原因而使原端口的状态被读错。
P0端口是8031单片机的总线口,分时出现数据D7一D0、低8位地址A7一AO,以及三态,用来接口存储器、外部电路与外部设备。P0端口是使用最广泛的I／O端口。
通用I／0端口,准双向静态口。输出的信息有锁存,输入有读引脚和读锁存器之分。P1端口的一位结构见下图. 由图可见,P1端口与P0端口的主要差别在于,P1端口用内部上拉电阻R代替了P0端口的场效应管T1,并且输出的信息仅来自内部总线。由内部总线输出的数据经锁存器反相和场效应管反相后,锁存在端口线上,所以,P1端口是具有输出锁存的静态口。
由下图可见,要正确地从引脚上读入外部信息,必须先使场效应管关断,以便由外部输入的信息确定引脚的状态。为此,在作引脚读入前,必须先对该端口写入l。具有这种操作特点的输入／输出端口,称为准双向I／O口。8031单片机的P1、P2、P3都是准双向口。P0端口由于输出有三态功能,输入前,端口线已处于高阻态,无需先写入1后再作读操作。
单片机复位后,各个端口已自动地被写入了1,此时,可直接作输入操作。如果在应用端口的过程中,已向P1一P3端口线输出过0,则再要输入时,必须先写1后再读引脚,才能得到正确的信息。此外,随输入指令的不同,H端口也有读锁存器与读引脚之分。
Pl端口是51单片机中唯一仅有的单功能I／O端口,并且没有特定的专用功能,输出信号锁存在引脚上。
P2端口的一位结构见下图：
由图可见,P2端口在片内既有上拉电阻,又有切换开关MUX,所以P2端口在功能上兼有P0端口和P1端口的特点。这主要表现在输出功能上,当切换开关MUX向左时,从内部总线输出的一位数据经反相器和场效应管反相后,输出在端口引脚线上;当MUX向右时,输出的一位地址信号也经反相器和场效应管反相后,输出在端口引脚线上。
由于8031单片机必须外接程序存储器才能构成应用电路,而P2端口就是用来周期性地输出从外存中取指令的地址(高8位地址),因此,P2端口的切换开关MUX总是在进行切换,分时地输出从内部总线来的数据和从地址信号线上来的地址。因此P2端口是动态的I／O端口。输出数据虽被锁存,但不是稳定地出现在端口线上。其实,这里输出的数据往往也是一种地址,只不过是外部RAM的高8位地址。
在输入功能方面,P2端口与P0和H端口相同,有读引脚和读锁存器之分,并且P2端口也是准双向口。
可见,P2端口的主要特点包括：
①不能输出静态的数据;
②自身输出外部程序存储器的高8位地址;
②执行MOVX指令时,还输出外部RAM的高位地址,故称P2端口为动态地址端口。（这是针对8031说的,P2端口的描述与8051的不同。8051有内部的ROM，无需外加ROM，所以8051的P2可以输出静态的数据。也可以作为外部存储器的地址总线。）
双功能静态I／O口P3端口的一位结构见下图。
由上图可见,P3端口和P1端口的结构相似,区别仅在于P3端口的各端口线有两种功能选择。当处于第一功能时,第二输出功能线为1,此时,内部总线信号经锁存器和场效应管输入／输出,其作用与P1端口作用相同,也是静态准双向I／O端口。当处于第二功能时,锁存器输出1,通过第二输出功能线输出特定的内含信号,在输入方面,即可以通过缓冲器读入引脚信号,还可以通过替代输入功能读入片内的特定第二功能信号。由于输出信号锁存并且有双重功能,故P3端口为静态双功能端口。
P3口的特殊功能（即第二功能）：
使P3端品各线处于第二功能的条件是:
1\串行I/O处于运行状态(RXD,TXD);
2\打开了处部中断(INT0,INT1);
3\定时器/计数器处于外部计数状态(T0,T1)
4\执行读写外部RAM的指令(RD,WR)
在应用中,如不设定P3端口各位的第二功能(WR,RD信号的产生不用设置),则P3端口线自动处于第一功能状态,也就是静态I／O端口的工作状态。在更多的场合是根据应用的需要,把几条端口线设置为第二功能,而另外几条端口线处于第一功能运行状态。在这种情况下,不宜对P3端口作字节操作,需采用位操作的形式。
端口的负载能力和输入／输出操作:
P0端口能驱动8个LSTTL负载。如需增加负载能力,可在P0总线上增加总线驱动器。P1,P2,P3端口各能驱动4个LSTTL负载。
前已述及,由于P0-P3端口已映射成特殊功能寄存器中的P0一P3端口寄存器,所以对这些端口寄存器的读／写就实现了信息从相应端口的输入／输出。例如：
MOV A, P1 ;把Pl端口线上的信息输入到A
MoV P1, A ;把A的内容由P1端口输出
MOV P3, #0FFH ;使P3端口线各位置l&
MCS-51系列单片机片内有一个串行I／O端口,通过引脚RXD(P3．0)和TXD(P3．1)可与外设电路进行全双工的串行异步通信。
1．串行端口的基本特点
8031单片机的串行端口有4种基本工作方式,通过编程设置,可以使其工作在任一方式,以满足不同应用场合的需要。其中,方式0主要用于外接移位寄存器,以扩展单片机的I／O电路;方式1多用于双机之间或与外设电路的通信;方式2,3除有方式1的功能外,还可用作多机通信,以构成分布式多微机系统。
串行端口有两个控制寄存器,用来设置工作方式、发送或接收的状态、特征位、数据传送的波特率(每秒传送的位数)以及作为中断标志等。
串行端口有一个数据寄存器SBUF(在特殊功能寄存器中的字节地址为99H),该寄存器为发送和接收所共同。发送时,只写不读;接收时,只读不写。在一定条件下,向阳UF写入数据就启动了发送过程;读SBUf就启动了接收过程。
串行通信的波特率可以程控设定。在不同工作方式中,由时钟振荡频率的分频值或由定时器Tl的定时溢出时间确定,使用十分方便灵活。
2．串行端口的工作方式
8位移位寄存器输入／输出方式。多用于外接移位寄存器以扩展I／O端口。波特率固定为fosc/12。其中,fosc为时钟频率。
在方式0中,串行端口作为输出时,只要向串行缓冲器SBUF写入一字节数据后,串行端口就把此8位数据以等的波特率,从RXD引脚逐位输出(从低位到高位);此时,TXD输出频率为fosc/12的同步移位脉冲。数据发送前,仅管不使用中断,中断标志TI还必须清零,8位数据发送完后,TI自动置1。如要再发送,必须用软件将TI清零。
串行端口作为输入时,RXD为数据输入端,TXD仍为同步信号输出端,输出频率为fosc/12的同步移位脉冲,使外部数据逐位移入RxD。当接收到8位数据(一帧)后,中断标志RI自动置。如果再接收,必须用软件先将RI清零。
串行方式0发送和接收的时序过程见下图。
10位异步通信方式。其中,1个起始位(0),8个数据位(由低位到高位)和1个停止位(1)。波特率由定时器T1的溢出率和SMOD位的状态确定。
一条写SBUF指令就可启动数据发送过程。在发送移位时钟(由波特率确定)的同步下,从TxD先送出起始位,然后是8位数据位,最后是停止位。这样的一帧10位数据发送完后,中断标志TI置位。
在允许接收的条件下(REN＝1),当RXD出现由1到O的负跳变时,即被当成是串行发送来的一帧数据的起始位,从而启动一次接收过程。当8位数据接收完,并检测到高电乎停止位后,即把接收到的8位数据装入SBUF,置位RI,一帧数据的接收过程就完成了。
方式1的数据传送波特率可以编程设置,使用范围宽,其计算式为：
波特率＝2SMOD/32&(定时器T1的溢出率)
其中,SMOD是控制寄存器PCON中的一位程控位,其取值有0和l两种状态。显然,当SMOD＝0时,波特率＝1/32(定时器Tl溢出率),而当SMOD＝1时,波特率＝1/16(定时器T1溢出率)。所谓定时器的溢出率,就是指定时器一秒钟内的溢出次数。波特率的算法,以及要求一定波特率时定时器定时初值的求法,后面将详细讨论。 &
串行方式1的发送和接收过程的时序见下图。
11位异步通信方式。其中,1个起始位(0),8个数据位(由低位到高位),1个附加的第9位和1个停止住(1)。方式2和方式3除波特率不同外,其它性能完全相同。方式2,3的发送、接收时序见下图。
由图可见,方式2和方式3与方式l的操作过程基本相同,主要差别在于方式2,3有第9位数据。
发送时,发送机的这第9位数据来自该机SCON中的TB8,而接收机将接收到的这第9位数据送入本机SCON中的RB8。这个第9位数据通常用作数据的奇偶检验位,或在多机通信中作为地址／数据的特征位。
方式2和方式3的波特率计算式如下：
方式2的波特率＝2SMOD/64&fosc
方式3的波特率＝2SMOD/32&定时器T1的溢出率
由此可见,在晶振时钟频率一定的条件下,方式2只有两种波特率,而方式3可通过编程设置成多种波特率,这正是这两种方式的差别所在。
3．串行端口的控制寄存器
串行端口共有2个控制寄存器SCON和PCON,用以设置串行端口的工作方式、接收／发送的运行状态、接收／发送数据的特征、波特率的大小,以及作为运行的中断标志等。
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