智能装置与仪表归总.docx
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智能装置与仪表归总
第一章作业思考题
1.数码管动态显示，静态显示有什么不同？
LED数码管显示按扫描方式分有动态显示和静态显示2种。
（1）动态显示:
一般需要占用8个段码线和4位以上的位码线，即一般至少要占用12条以上的I/O口资源。
优点是节省芯片；但亮度可能不够，或者显示有断续的闪烁现象，同时要占用CPU动态扫描时间。
（2）静态显示
每一位数码管需要有一个芯片来驱动。
优点是亮度够，显示质量好；缺点是所需芯片多，电路一般采用多个芯片首尾相接串联而成。
2.使用串行芯片与并行芯片各有什么优缺点？
串行芯片比并行芯片节省I/O资源（串行一般2-3条线），并行比串行速度快。
3.专用显示键盘芯片CH451有什么功能和特点？
功能和特点：
•可以自行动态驱动8位8段的数码管显示，或者8x8＝64位发光指示灯。
段电流可达30毫安，字电流可达160毫安；
•支持8x8按键输入；
•内置看门狗电路，可以对CPU实行监控；
•与CPU可以4线串行接口；
其他的辅助功能还有：
•可选数码管显示的段码为不译码方式或者BCD译码方式；
•字数据可以左移、右移、左循环、右循环显示；
•各数字可以独立闪烁控制。
•通过占空比设定，提供16级亮度控制。
；
•支持段电流上限调整，可以省去所有限流电阻；
•键盘内置去抖电路，提供按键释放标志
•有键盘中断，低电平有效；
4.CH451时钟线DCLK有什么作用？
DCLK用于提供串行时钟，CH451在其上升沿从DIN输入数据，在其下降沿从DOUT输出数据。
此外，看门狗计时器也是通过观察DCLK信号来使CPU正常工作的。
CH451在启用看门狗功能后，只要输入引脚DCLK没有信号变化，看门狗计时器就会计时，当计满溢出周期时，就会产生看门狗复位脉冲信号。
所以CPU必须定时、有规律的输出DCLK信号，清除看门狗计时器。
所以，一旦CPU工作混乱，就会被CH451强制复位。
5.CH451读取按键代码的步骤是怎样的？
CPU收到键盘中断，开始读按键代码：
（1）CPU向DIN输出读取按键代码的命令命令为：
7××H
（2）向LOAD输出低电平脉冲，其中包括一个上升沿使CH451加载串行数据，CH451接受并判别是读取按键命令后，立即在DOUT输出按键代码；
（3）CPU按位读取7位数据；
6.组成CH451的键码的各个比特有什么实际含义？
CH451所提供的按键代码为7位，位2-位0位是列扫描码，位5-位3是行扫描码，位6是状态码（键按下为1，键释放为0）.
7.请编写串行写12比特数据到CH451的程序，其中低8位在30H，高4位在31H中。
DINBITP1.0；
DCLKBITP1.1；
DOUTBITP3.3；
LOADBITP1.2；
BYTE_HDATA30H；
BYTE_LDATA31H；
WRITE:
PUSHACC;
PUSHR7;
CLREX1;
CLRLOAD;
MOVR7,#08H;
MOVA,BYTE_L;
WRITE_L:
RRCA;
CLRDCLK;
MOVDIN,C;
SETBDCLK;
DJNZR7WRITE_L;
MOVA,31H;
MOVR7,#04H;
WRITE_H:
RRCA;
CLRDCLK;
MOVDIN,C;
SETBDCLK;
DJNZR7,WRITE_H;
SETBLOAD;
SETBEX1;
POPR7;
POPACC;
RET
8.请编写串行读CH451按键代码的子程序，键码放到32H中。
KEYDATA32H
READ_KEY:
PUSHACC;
PUSHR7;
CLREX1;
CLRLOAD;
MOVA,#07H;
MOVR7,#04H；
READ_4:
RRCA
CLRDLCK;
MOVDINC;
SETBDCLK;
DJNZR7,READ_4;
SETBLOAD;
CLRA;
MOVR7,#07H
READ_7:
MOVC,DOUT;
CLRDCLK;
RLCA;
SETBDCLK;
DJNZR7,READ_7;
CLRC;
SUBBA,#40H;
MOVKEY,A;
CLRIE1;
SETBEX1;
POPR7;
POPACC;
RET
9.什么叫BCD码？
什么叫显示段码？
即BCD代码。
Binary-CodedDecimal，简称BCD，称BCD码或二-十进制代码，亦称二进码十进数。
是一种二进制的数字编码形式，用二进制编码的十进制代码。
这种编码形式利用了四个位元来储存一个十进制的数码，使二进制和十进制之间的转换得以快捷的进行。
10.请写出字符“U”和“n”的段码。
U:
0111110Bn:
1010100B
第2章作业思考题：
1．仪表状态的含义是什么？
状态仪表每时每刻工作在某种状态下，当一个消息到达之后，仪表将做出对应的反应：
执行一项任务，并从一种状态迁移到新状态下。
仪表中的状态是指仪表接受了一个消息驱动后，系统所处的位置及状况。
2．状态转移法编程的优点是什么？
状态法优点：
用“状态转移法”设计键控程序时，其程序基本框架是相同的，对不同的应用实例只需更改状态表和子程序功能即可。
因此程序具有通用性强、修改方便、便于阅读等优点。
3．程序状态表的结构是如何组成的？
状态表：
状态表就是反映状态、键码、子程序、次态之间关系的表格
程序状态表：
将状态表写成程序数据表的形式，用于程序查表使用
4．广义来看，消息可以有哪些来源？
消息:
主要是按键，也可以定时器溢出，外部中断信号，I/O输入信号，脉冲信号等.
5．写出查状态表要用到的下态和任务号地址的计算公式。
状态的转移和程序的执行过程是通过查状态表来实现的。
设按键DOWN,PARA,UP对应的数值分别为0，1，2，已知当前状态为ST，当某个按键按下后，查找下态和要执行的任务号地址的公式为：
下态地址=#ST_TAB+ST*6+KEY*2
任务号地址=#ST_TAB+ST*6+KEY*2+1=下态存放地址＋1
其中＃ST_TAB为程序中状态表的首地址。
也就是程序中数据表的标号。
乘6是因为3键时，每行数据为6个；如果是4键，则每行数据为8个，就需要乘8。
6．在4个按键情况下，编写程序查状态表获得下态和任务号。
MOVA,STATE;原状态号
MOVB,#8;状态乘以8
MULAB
ADDA,KEY;键值乘2
ADDA,KEY
MOVR0,A;保存偏移量
MOVDPTR,#ST;取状态表首地址
MOVCA,@A+DPTR
MOVSTATE,A;得到新状态号
MOVA,R0;恢复偏移量
INCA;指向任务号地址
MOVCA,@A+DPTR;得到任务号于A中
7．根据已知任务号，编写散转程序，转去执行对应程序。
MOVAPR;任务号送A
MOVB#03H;乘3，每个LJMP为3字节
MULAB;任务号于A中
MOVDPTR#TASK;散转，去执行对应任务
JMP@A+DPTR
TASK:
LJMPP_0;空操作
LJMPP_1显示100/P…
LJMPP_2;显示AAAA
LJMPP_3;XX=YY,并且显示XX
LJMPP_4;XX-1并且显示XX
LJMPP_5;XX+1并且显示XX
LJMPP_6;YY=XX并且显示P---
LJMPP_7;显示BBB
8.改写课堂讲述的状态键盘实验程序：
（1）适当增补1－2种以上状态；
（2）增加若干个功能子程序；（3）对应修改状态表中的内容。
状态
键号0
次态号
任务号
0
1
1
1
2
2
2
3
3
3
0
0
TASK:
LJMPP_0;跳转子程序0
LJMPP_1;跳转子程序1
LJMPP_2;跳转子程序2
LJMPP_3;跳转子程序3
P_0：
…；子程序略
P_1：
…；子程序略
P_2：
…；子程序略
P_3：
…；子程序略
；状态表
;K0
;ST,PR
STAB:
DB1,1;stat0
DB2,2;stat1
DB3,3;stat2
DB0,0;stat3
自动化装置设计课外作业
第3章作业思考题：
1.C51是一种什么语言？
与标准C有什么主要区别？
C51是在51系列单片机上使用一种简单的高级语言，语法符合标准C语言规范。
编写程序和调试程序的时间大大缩短。
区别：
C51是兼容ANSI的编译器，但为了支持8051系列MCU加入了一些扩展的内容。
C51编译器的扩展内容包括
数据类型
存储器类型
指针
重入函数
中断服务程序
实时操作系统
和PL/M及A51源程序的接口。
2.与汇编程序相比，C51有什么主要优缺点？
采用汇编语言编程，优点是程序运行效率高，但程序设计周期长，设计工作效率低，程序调试困难，不利于程序维护和升级。
C51编写程序和调试程序的时间大大缩短。
3.在C51程序设计中，有哪些主要的存储器类型？
存储器类型
code程序空间（64Kbytes）,通过MOVC@A+DPTR访问。
data直接访问的内部数据存储器,访问速度最快（128ytes）。
idata间接访问的内部数据存储器,可以访问所有的内部存储器空间（256bytes）。
bdata可位寻址的内部数据存储器,可以字节方式也可以位方式访问（16bytes,20H-2FH）。
xdata外部数据存储器（64Kbytes）,通过MOVX@DPTR访问。
pdata分页的外部数据存储器（256bytes）,通过MOVX@Rn访问（固定住P2高8位地址线内容）。
4.写出C51中断服务程序的基本格式。
创建中断服务程序。
需要关心中断号和寄存器组的选择。
编译器自动产生中断向量和程序的入栈及出栈代码。
•用interrupt，定义一个中断服务程序
•用using定义此中断服务程使用的寄存器组
unsignedintinterruptcnt;//定义变量
unsignedcharsecond;//定义变量
voidtimer0（void）interrupt1using2
{//定义中断
if（++interruptcnt==4000）
{//countto4000
second++;//secondcounter
interruptcnt=0;//clearintcounter
}
}
5.用C51编写一个简单计算器程序，要求能够完成个位数加减运算的功能。
按键包含数字键0－9。
其他键定义如下：
A代表加号，B代表减号，C代表清除前1字符输入，D无定义，E代表等于号；F代表全部清空，重新开始。
第4章作业思考题：
1.电子音乐的音频和节拍是靠什么实现的？
音乐的基本构成：
音符、节拍
（1）乐谱中不同的音符由不同频率的正弦波产生
（2）音的节拍由延时子程序实现
要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期（1/频率），然后将此周期除以2，即为半周期的时间。
利用定时器进行半周期计时，每当半周期计时到，就将输出脉冲的I/O口反相，如此重复，就可在I/O口上得到对应频率的脉冲。
再通过硬件电路对脉冲滤波，得到近似的正弦波信号，送给小喇叭发出音乐声。
电子音乐的生成原理：
音乐的旋律是由几百—几KHz的音频波形合成的。
例如二胡，由于钢丝带动蛇皮振动而发声，小提琴也是由钢丝带动音响盒振动发声。
计算机的发声原理是按特定旋律，定时产生周期的方波来生成的。
2.在单片机程序中如何存储一首音乐的乐谱？
1）先把乐谱的音符由低到高找出，然后按顺序建立T值表，编制简谱码。
再按照T值表建立数据表TABLE1；
2）编制节拍码，如表3.6所示。
设定1/4拍的延时时间（167ms），由延时子程序完成；
DELAY：
MOVR7，#02
DEL2：
MOVR4，#167
DEL3：
MOVR3，#248
DJNZR3，$
DJNZR4，DEL3
DJNZR7，DEL2
RET
（3）乐谱描述：
A、采用单字节描述时：
每个音符使用一个字节，字节的高4位为简谱码（音符），低四位为节拍码（节拍），按照乐谱建立数据表TABLE.
B、采用双字节描述时：
每个音符使用2个字节，1字节为简谱码，1字节为节拍码。
3.如何利用定时器实现不同频率的脉冲输出？
要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期（1/频率），然后将此周期除以2，即为半周期的时间。
利用定时器进行半周期计时，每当半周期计时到，就将输出脉冲的I/O口反相，如此重复，就可在I/O口上得到对应频率的脉冲。
再通过硬件电路对脉冲滤波，得到近似的正弦波信号，送给小喇叭发出音乐声。
利用8051的内部定时器让其工作在方式1下，改变定时器的计数初值TH0及TL0，就可以产生不同频率的音频脉冲。
计数脉冲与频率的关系如下推导如下，设：
Fr：
要产生的音乐频率；则音频周期：
T=1/Fr,音频半周期：
T/2=1/（2Fr）
Fi：
定时器计数频率；12M晶振时，内部计时1次需时1µs，故其频率为Fi＝1MHz；6M晶振时，内部计时一次需时2µs，频率则为Fi＝0.5MHz。
N：
半周期内计数器的计数次数；
则N=（1/（2Fr））÷（1/Fi）=Fi/（2Fr）
计数器是递增的，计满溢出，所以计数初值计算公式如下：
T＝65536－N＝65536－Fi/（2Fr）
＝65536－500000/Fr（12M晶振）
T＝65536－N＝65536－Fi/（2Fr）
＝65536－250000/Fr（6M晶振）
4.计数器的初值大小与频率的大小是什么样的关系？
利用8051的内部定时器让其工作在方式1下，改变定时器的计数初值TH0及TL0，就可以产生不同频率的音频脉冲。
计数脉冲与频率的关系如下推导如下，设：
Fr：
要产生的音乐频率；则音频周期：
T=1/Fr,音频半周期：
T/2=1/（2Fr）
Fi：
定时器计数频率；12M晶振时，内部计时1次需时1µs，故其频率为Fi＝1MHz；6M晶振时，内部计时一次需时2µs，频率则为Fi＝0.5MHz。
N：
半周期内计数器的计数次数；
则N=（1/（2Fr））÷（1/Fi）=Fi/（2Fr）
计数器是递增的，计满溢出，所以计数初值计算公式如下：
T＝65536－N＝65536－Fi/（2Fr）
＝65536－500000/Fr（12M晶振）
T＝65536－N＝65536－Fi/（2Fr）
＝65536－250000/Fr（6M晶振）
5.编写一程序，可以输出规定频率F0=1K的脉冲。
设为12M晶振，计时频率1K,算初值T=65035（FE0BH）
OUTPLUSEBITP3.7
ORGOOH
SJMPSTART
ORG0BH
LJMPTIM0_INT
ORG30H
START:
MOVTMOD,#01H;定时器工作方式1
MOVIE,#82H;允许T0中断
MOVTH0,#0FEH
MOVTL0,#0BH;
SETBTR0
JMP$
TIM0_INT:
MOVTL0,#0BH
MOVTH0,#FEH
CPLOUTPLUSE
RETI
END
6.参照实验程序的数据表TABLE1，试写出记录如下一节乐谱的乐谱数据表。
音符
发音
音符码
T值
2
中音RE
1
64684
3
中音MI
2
64777
5
中音SO
3
64898
6
中音LA
4
64968
TABLE1:
DW64684,64777,64898,64968
TABLE：
DB22H,42H,42H,32H,26H,12H
第5章作业思考题：
1.I2C总线有什么特点？
I²C总线是器件与器件或InterIcBus之间的通信总线，它采用总线寻址方式查询外围接口器件，不需要片选地址，接口电路简单，可以在总线上挂接多个外围接口器件。
I2C总线为二线制串行扩展总线，它只需要两根线（串行时钟线和串行数据线）即可在连接于总线上的器件之间传送信息。
I²C总线规范中的传送速度可达400Kb/s，总线驱动能力400pf，可带电插拔。
计算机外围器件市场上有许多带I²C总线的外围芯片可用。
如：
串行EEPROM，串行ADC/DAC，串行时钟芯片，串行数字电位器，串行微处理器监控芯片，串行温度传感器等等。
2.SDA和SCL为什么采用漏极开路形式并且要接上拉电阻？
I²C总线结构
I2C总线规定SDA线和SCL线是各设备对应输出状态相“与”的结果，I²C总线上接口芯片的输出必须是漏极开路或集电极开路结构。
输出端必须接上拉电阻。
为了使总线上所有电路输出实现“与”的逻辑功能，使其能够线与，用以实现总线的仲裁（即判断多个器件的主从关系），否则只能输出低电平。
总线上数据的有效性：
I2C总线规定，SCL的一个时钟周期传送一位数据，并且在SCL的高电平期间，SDA上的数据必须保持稳定的逻辑电平状态，即高电平位数据1，低电平位数据0.只有在时钟SCL为低电平时，才允许数据线上的电平状态变化。
3.I2C总线的开始信号和结束信号的逻辑时序是什么？
•起始信号：
在时钟线SCL保持高电平期间，数据线SDA出现由高电平向低电平变化时，启动I²C总线。
称之为I²C总线的起始信号。
•终止信号：
在时钟线SCL保持高电平期间，数据线SDA出现由低电平向高电平变化时，停止I²C总线数据传送。
称之为I²C总线的终止信号。
4.在E2PROM的访问中，I2C的应答和非应答信号如何使用？
I2C总线数据传送时，每传送一个字节数据后都必须有应答信号，与应答信号相对应的时钟由主控器产生，这时，发送器必须在这一时钟位上释放数据线，使其处于高电平状态，以便接收器在这一位上送出应答信号。
应答信号在第九个时钟位上出现，接收器输出低电平为应答信号（A），输出高电平则为非应答信号（/A）。
5.在I2C总线上，数据的传送方向如何决定？
数据传送和传送方向
I²C总线规定，起始信号代表一次数据传送的开始，其后为寻址字节，寻址字节由高7位地址和最低1位方向位组成。
方向位表明是“读”或“写”操作，方向位为“0”时表明主控器对被控器的写操作，为1时表明主控器对被控器的读操作。
在寻址字节后是读或写的数据字节与应答位。
在数据传送完成后主控器都必须发送终止信号。
6.在I2C器件的访问中，器件地址和偏移地址各有什么含义？
器件地址:
选择该写外挂的哪个器件
偏移地址：
是选中器件内存储空间的地址。
与普通的I2C器件访问指令相比，由于E2PROM器件中有多个单元，为了访问到特定单元，所以必须指定要访问的单元的地址（WordAdr）。
为了与器件地址（或设备号，SLA）相区别，这个具体的单元地址称为偏移地址。
7.为访问I2C器件E2PROM，请写出写入N字节的指令格式。
//Offset;要访问的目的器件数据的偏移地址
//Size;要访问的单元字节个数
//*RamBuf;要写的数据存放在内存中的起始地址
voidE2promWrite（ucharOffset,ucharSize,uchar*RamBuf）
{
12cStart（）;//发起始信号
WrtByte（EEPROM）;//写入器件地址
WrtByte（Offfset）;//写入要访问的单元地址
While（Size--）
{WrtByte（*RamBuf++）;//写1字节
}
I2cStop（）;
}
一般I2C指令格式
（a）I2C指令中，时钟信号SCL由主CPU发出；
（b）数据信号SDA由读写方向决定主或从器件发出；
•写N字节指令（对当前地址，无偏移）
数据由CPU发出，响应信号A由被写芯片发出。
SLAW是器件地址（例如A0H）
•读N字节指令（对当前地址，无偏移）
数据由被读芯片发出，响应信号A和/A由CPU发出。
SLAR是器件地址+1（例如A1H）
E2PROM的I2C指令中通常还要包含存储器内部单元的偏移地址。
•写N字节指令
数据由CPU发出，响应信号A由被写芯片发出。
SLAW是器件地址（A0H），WordAdr是单元偏移地址DataN。
•读N字节指令
数据由被读芯片发出，响应信号A和/A由CPU发出。
SLAW是器件地址（A0H），SLAR是器件地址+1（A1H），WordAdr是单元偏移地址。
•注意：
读指令有2次开始信号
（4）与普通的I2C器件访问指令相比，由于E2PROM器件中有多个单元，为了访问到特定单元，所以必须指定要访问的单元的地址（WordAdr）。
为了与器件地址（或设备号，SLA）相区别，这个具体的单元地址称为偏移地址。
E2PROM的读指令，相当于先通过一条写指令来指定单元偏移地址，然后再用一条读当前地址的指令来完成读过程。
8.编写向E2PROM写入1字节数据时的子程序。
（5）写1字节到E2PROM
voidWrtByte（uncharTempB）
{unchari;//写1字节
for（i=0;i<8;i++）
{if（TempB&0x80）//数据由高位到低位
SDA=1;
else
SDA=0;
_nop_（）;
SCL=1;
TempB=TempB<<1;
SCL=0;
}
SDA=1;//准备读应答信号
SCL=1;
_nop_（）;
while（SDA==1）;//等待低电平应答信号
SCL=0;
}
9.编写从E2PROM读出1字节数据时的子程序
读1字节内容
uncharReadByte（）//读1字节内容
{unchari,DataByte;
SDA=1;//准备读管脚
DataByte=0;
for（i=0;i<8;i++）
{SCL=1;
DataByte=DataByte<<1;
if（SDA==1）//读取1位数据，由高到低
DataByte|=0x01;
SCL=0;
}
returnDataByte;//返回1字节数据
}
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