[機(jī)電一體化] 樓宇監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[附程序+圖]

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1、摘 要 當(dāng)今信息時(shí)代人們給予了智能大廈愈來愈多的關(guān)注,它是傳統(tǒng)建筑技術(shù)和先進(jìn)的信息技術(shù)(計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)等交叉技術(shù))相結(jié)合的產(chǎn)物。它涉及行為科學(xué)、信息科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、社會(huì)工程學(xué)、人類工程學(xué)等跨學(xué)科理論，大量高新技術(shù)競(jìng)相在此應(yīng)用，多功能可視電話、多媒體技術(shù)、電子郵件、衛(wèi)星通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、智能保安與環(huán)境控制等正逐步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)；信息高速公路、能量無管線傳輸?shù)茸罴舛说目萍家矔?huì)首先在這片沃土上扎根成長(zhǎng)。本文介紹一種由PC(上位機(jī))與PLC（下位機(jī)）組成的電梯群控系統(tǒng)，講述了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法和PLC與PC之間的通訊方案，并給出VB系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例程序。本設(shè)計(jì)論文從微機(jī)控制系統(tǒng)與接

2、口設(shè)計(jì)的基本方面出發(fā)，著重講敘了以下兩部分內(nèi)容：第一部分為硬件電路設(shè)計(jì)，另一部分為軟件設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞： 群控系統(tǒng)；電梯 ；PLC； 串行通訊；DCS集散控制系統(tǒng)； ABSTRACT Intelligent building has received much attention during the past many years，which is integrated trad building technology and info-technology. It refer to action science, information

3、 science , human engineering and other technology used in this system. For example，video phone multimedia art Email satellite communications and internet environment controlled. But also information speed way ,wireless transfer turn into realized step by step .And many high technology will be used i

4、n this field. This paper introduced the group control system of an elevator control system with PC and PLC and also described the design of its software and the communication method between PLC and PC. It designed a set of the elevators’control system by VB to control the elevators. The design artic

5、le divided into two parts by the basic principle of circuit ,the next part is about the software design. KEY WORDS ：Group Control System；Elevator；PLC；Serial Communication；DCS ； 目 錄 1 智能大廈概述……………………………….................……………………5 1.1概述………………………………………………………………………5

6、1.2智能大廈的核心………………..……………………………………………5 1.3智能大廈監(jiān)控的發(fā)展…………………………………………………………7 2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)…………………………………………………………………9 3.硬件電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………………11 3.1電梯工作原理及通信……………………………………………………….11 3.2主要芯片介紹…………..……………………………..………..………11 3.3硬件電路……………………………………………..………………...22 3.4小結(jié)…………………………………………………..………………...

7、24 4 軟件設(shè)計(jì)………………………………………….………………………. 25 4.1 FX系列PLC的通信規(guī)程………………………………….……………...25 4.2 通信口驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)………………..………………………………..….27 4.3 控制程序設(shè)計(jì)…………………………………………………………..……..39 結(jié)論……………………………………………………………………….40 致謝……………………………………………………………………….41 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………….42 附錄1 附錄2 前 言 現(xiàn)

8、在智能大廈的應(yīng)用技術(shù)涵蓋了各方各面的學(xué)科，并且深入了各個(gè)領(lǐng)域。隨著高層建筑的不斷發(fā)展，對(duì)樓宇智能化程度要求越來越高。在智能大廈中，人們通過可視電話、電子郵件、聲音郵件、電視會(huì)議、信息檢索與統(tǒng)計(jì)分析等多種手段，及時(shí)獲得全球各地的最新信息；通過國(guó)際計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)，隨時(shí)與世界各地的企業(yè)或機(jī)構(gòu)開展各種業(yè)務(wù)。智能大廈是社會(huì)信息化與全球經(jīng)濟(jì)一體化的必然產(chǎn)物，是多學(xué)科、高新科技與現(xiàn)代建筑巧妙集成，給經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展帶來了空前的高速度和高效率，已成為綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力的總體表征。 高層建筑的不斷發(fā)展，對(duì)樓宇智能化程度要求越來越高，很多高層建筑中都安裝了多部電梯。為了提高能源利用率，本文會(huì)提出在電梯監(jiān)控方面的一些

9、看法。由于PLC可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于對(duì)電梯的現(xiàn)場(chǎng)控制。但是以PLC為控制器的電梯群也有不足之處，如系統(tǒng)人機(jī)交互性差、管理人員不能及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)情況等。這就需要采用一套PC- PLC監(jiān)控管理系統(tǒng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，合理調(diào)度，使多部電梯協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。提高電梯群的運(yùn)行效率和服務(wù)效果，從而避免資源浪費(fèi)。而在此系統(tǒng)中，其核心問題是PC(上位機(jī))與PLC(下位機(jī))之間的通信。本文以三菱FX系列PLC為例，介紹如何用VB實(shí)現(xiàn)它與上位機(jī)之間的串行通信。 1 智能大廈概述 1.1 概述 智能大廈是信息時(shí)

10、代高科技的產(chǎn)物，由于科技的發(fā)展之快和時(shí)代進(jìn)步之迅猛，所以世界各國(guó)關(guān)于智能大廈并無統(tǒng)一的定義。美國(guó)智能建筑學(xué)會(huì)的定義是“將結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、運(yùn)營(yíng)及相互聯(lián)系全面綜合，并達(dá)到最佳組合，所獲得的高效軍、高功能與高舒適性的大樓?！痹摱x的特點(diǎn)是較概括與抽象。日本智能型大樓專家黑沼清先生則定義為“可自由高效地利用最新發(fā)展的各種信息通信設(shè)備、具備更自動(dòng)化的高度綜合性管理功能的大樓。近年來國(guó)內(nèi)有人將智能大廈簡(jiǎn)稱為“3A大廈”、“5A大廈”，雖欠嚴(yán)謹(jǐn)，但卻通俗易懂。所謂“3A大廈”是指一座建筑具有樓宇自動(dòng)化（BA）、通訊自動(dòng)化(CA)和辦公自動(dòng)化(0A)系統(tǒng)功能者。而“5A大廈”則是一些部門或地區(qū)出于對(duì)建筑管理

11、的不同要求，而將火災(zāi)報(bào)警及自動(dòng)滅火系統(tǒng)獨(dú)立出來，形成消防自動(dòng)化系統(tǒng)(FA)，同時(shí)又將面向整個(gè)樓宇的管理自動(dòng)化系統(tǒng)獨(dú)立出來稱之為信息管理自動(dòng)化系統(tǒng)(MA)或保安自動(dòng)化系統(tǒng)(SA)，合稱為“5A”。 智能大廈除具有傳統(tǒng)大廈建筑功能外，通常要具備以下基本構(gòu)成要素：舒適的工作環(huán)境、高效率的管理信息系統(tǒng)和辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)距離通信網(wǎng)絡(luò)和具有多種監(jiān)控功能的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)。智能大屋的類型主要有三種基本形式：專用辦公樓型智能大廈；出租型寫字樓式智能大廈；綜合型智能大廈?！爸悄芑笨梢岳斫鉃?，具有某種“擬人智能”特性或功能。建筑物的智能化意味著： （1）對(duì)環(huán)境和使用功能的變化具有感知能力；

12、 （2）具有傳遞、處理感知信號(hào)或信息的能力； （3）具有綜合分析、判斷的能力； （4）具有做出決定、并且發(fā)出指令信息提供動(dòng)作響應(yīng)的能力。 以上四種能力建立在三大基本要素有機(jī)結(jié)合、系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)上，智能化程度的高低，取決與三大要素有機(jī)結(jié)合、滲透的程度，也就是系統(tǒng)綜合集成的程度，普通的建筑設(shè)備管理系統(tǒng)和光纜并不能造就建筑物的智能化。 1.2 智能大廈的核心 智能大廈有多學(xué)科、多技術(shù)系統(tǒng)綜合集成的特點(diǎn)，是傳統(tǒng)建筑技術(shù)和先進(jìn)的信息技術(shù)(計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)等交叉技術(shù))相結(jié)合的產(chǎn)物。它涉及行為科學(xué)、信息科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、社會(huì)工程學(xué)、人類工程學(xué)等跨學(xué)科理論，大量高新技術(shù)競(jìng)相在此

13、應(yīng)用，多功能可視電話、多媒體技術(shù)、電子郵件、衛(wèi)星通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、智能保安與環(huán)境控制等正逐步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)；信息高速公路、能量無管線傳輸?shù)茸罴舛说目萍家矔?huì)首先在這片沃土上扎根成長(zhǎng)。智能大廈的核心[2]是“智能建筑系統(tǒng)”IBS(Intelligent Building System)，它包自樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)(BAS)、辦公自動(dòng)化(0A)與管理信息系統(tǒng)(MIS)、通信與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(COM)，一般稱之為智能大廈組成三要素。其中，樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)是智能大目的基礎(chǔ)，通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是核心，是大廈的中樞神經(jīng)，辦公自動(dòng)化和管理信息系統(tǒng)則是使智能大廈取得效率和發(fā)展的必要手段。三要素相輔相承，缺一不可。智能大廈正是在一般建筑的

14、基礎(chǔ)上，引入了這些可實(shí)現(xiàn)“智能化”功能的若干設(shè)施，以使建筑樓宇實(shí)現(xiàn)智能化服務(wù)。 1.2.1 樓宇自動(dòng)化系統(tǒng) 這個(gè)系統(tǒng)的核心是一個(gè)分布式控制系統(tǒng)DCS(Distributed Control Systems)，它是20世紀(jì)70年代中期迅速發(fā)展起來的一種過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，由多臺(tái)計(jì)算機(jī)(或現(xiàn)場(chǎng)控制器)分別控制生產(chǎn)過程中(或分散的若干機(jī)電設(shè)備)多個(gè)控制回路，中央控制(管理)機(jī)采用高可靠性的容錯(cuò)計(jì)算機(jī)或工業(yè)控制機(jī)(有時(shí)為確保可靠，甚至采用雙計(jì)算機(jī)熱備份方案)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的集中監(jiān)測(cè)、控制與管理。簡(jiǎn)言之，叫做“集中管理，分散控制”。 由于智能大廈內(nèi)部有大量分散的電力、給排水、防火、通信

15、等設(shè)備，需要通過子系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量、監(jiān)視和自動(dòng)控制。各子系統(tǒng)間可互通信息，也可獨(dú)立工作，中央控制機(jī)實(shí)施最優(yōu)化控制與管理。這樣，可隨時(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)及運(yùn)行時(shí)間，能量的消耗及變化，提高整個(gè)大廈系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性，節(jié)省人力、物力和能源，降低設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。 1.2.2 通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(COM) 智能大廈通信網(wǎng)絡(luò)是以數(shù)字程控交換機(jī)(PABX)為核心，以語(yǔ)音信號(hào)為主，兼有數(shù)據(jù)信號(hào)、傳真、圖像資料傳輸?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)。該通信網(wǎng)絡(luò)不僅要保證大廈內(nèi)的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像的傳輸，也要與外界的通信網(wǎng)絡(luò)如電話網(wǎng)、用戶電報(bào)網(wǎng)、傳真網(wǎng)、公用數(shù)據(jù)網(wǎng)、衛(wèi)星通訊網(wǎng)、無線

16、電話網(wǎng)及多種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相通，達(dá)到與國(guó)內(nèi)外各種場(chǎng)所互通信息，實(shí)現(xiàn)信息資料共享。智能大廈的信息基礎(chǔ)設(shè)施，是結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng)SCS(Structured Cabing System)，它包括綜合布線系PDS(Primises Distribution System)、 智能大廈系統(tǒng)IBS(Intelligent Building System)、工業(yè)布線系統(tǒng)IDS(Industry Distribution System)。IBS是在PDS基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，采用模塊化方法，使語(yǔ)音數(shù)據(jù)、BAS的測(cè)控信號(hào)進(jìn)行系統(tǒng)集成，徹底改變了過去按項(xiàng)目縱向布線、互不兼容的做法，使得設(shè)備、工位變動(dòng)，通過跳線簡(jiǎn)單插拔

17、即可，而不必變動(dòng)布線本身大大方便了管理、使用、維護(hù)。 1.2.3 辦公自動(dòng)化(0A)與管理信息系統(tǒng) 辦公自動(dòng)化的定義指，利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，不斷地使人們的一部分辦公業(yè)務(wù)物化于人以外的各種現(xiàn)代化的辦公設(shè)備中，以達(dá)到提高辦公效率的目的。智能大廈的辦公自動(dòng)化系統(tǒng)目前尚處于初級(jí)階段。 管理信息系統(tǒng)MIS(Management Information System)是收集和加工系統(tǒng)管理過程中有關(guān)的信息，為管理決策過程提供幫助的一種信息處理系統(tǒng)。實(shí)質(zhì)上是一個(gè)根據(jù)對(duì)象系統(tǒng)的目的而建立的、有大容量數(shù)據(jù)庫(kù)支持的、以數(shù)據(jù)處理為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 1.3 智能大廈監(jiān)控的發(fā)展 1984年1月，美國(guó)康涅

18、狄格州哈特福特市，將一幢38層高、總建筑面積達(dá)10萬平方米的舊金融大廈進(jìn)行改建，定名為“都市辦公大樓”。改建時(shí)，該大樓住戶之一的聯(lián)合技術(shù)建筑系統(tǒng)公司在承包該大樓的空調(diào)、電梯及防災(zāi)設(shè)備等工程中將計(jì)算機(jī)與通信設(shè)施連接，廉價(jià)地向大樓中其他住戶提供計(jì)算機(jī)服務(wù)和通信服務(wù)。這樣，大樓里的住戶不必自購(gòu)，而以分租方式獲得昂貴設(shè)備的使用權(quán)，既節(jié)省了空間又節(jié)省了人事費(fèi)用；同時(shí)，這幢大樓擁有計(jì)算機(jī)、專用數(shù)字交換機(jī)和局域網(wǎng)，能為住戶提供語(yǔ)音通信、文字處理、電子郵件、情報(bào)資料檢索和科技計(jì)算等服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)了綜合管理自動(dòng)化，使住戶感到安全、舒適、方便。這就是公認(rèn)的出界上第一幢“智能大廈。隨后，日本于1985年8月在東京青山

19、完成了本田青山大樓，運(yùn)用本田與IBM合作開發(fā)的“HARMONY”綜合辦公系統(tǒng)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化。有人稱之為日本的第一幢智能大廈。時(shí)至今日，國(guó)外新建的大型建筑多數(shù)已屬該范疇，我國(guó)在北京、上海、深圳等城市也已率先建成一批程度不同的智能化高層建筑。 1.3.1電梯監(jiān)控的功能 電梯升降控制器作為 BAS系統(tǒng)的一個(gè)分站，它控制和掃描電梯升降層的信號(hào)，并將其傳送到中央控制站。 對(duì)各部電梯的運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)。 故障檢測(cè)與報(bào)警，包括廳門、廂門故障檢測(cè)與報(bào)警；轎廂上下限超限故障報(bào)警以及鋼繩輪超速故障報(bào)警等。 各部電梯的開/?？刂?，電梯群控，當(dāng)任一層用戶按叫電梯時(shí)，最接近用戶的同方向電梯，將率先到達(dá)用戶層，

20、以節(jié)省用戶的等待時(shí)間；自動(dòng)檢測(cè)電梯運(yùn)行的繁忙程度以及控制電梯組的開啟/停止的臺(tái)數(shù)，以便節(jié)省能源。 當(dāng)發(fā)生火警能夠時(shí)，由電梯升降控制器控制所有的電梯，包括直升客梯和貨梯降至首層，并切斷電梯的供電電源。 1.3.2電梯監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成 　　根據(jù)上述電梯監(jiān)控系統(tǒng)的功能可知，必須以計(jì)算機(jī)為核心，組成一個(gè)智能化的監(jiān)控系統(tǒng)才能完成所要求的監(jiān)控任務(wù)。同時(shí)，作為智能建筑BAS 的子系統(tǒng)，它必須與中央管理計(jì)算機(jī)或大樓管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（BMS）以及消防控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，以便與BAS 系統(tǒng)成為有機(jī)整體。 整個(gè)系統(tǒng)由主控制器、電梯控制屏（DDC）、顯示裝置（CRT）、打印機(jī)、遠(yuǎn)程操作臺(tái)及串行通訊網(wǎng)絡(luò)組成。

21、主控制器以32位微機(jī)為核心，一般為CPU 冗余結(jié)構(gòu)，因而可靠性較高，它與設(shè)在各電梯機(jī)房的控制屏進(jìn)行串行通信，對(duì)各電梯監(jiān)控。采用高清晰度的大屏幕彩色顯示器，監(jiān)視、操作都很方便。主控制器與上位計(jì)算機(jī)及安全系統(tǒng)具有串行通信功能，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的顯示功能，除了正常情況下顯示各電梯的運(yùn)行狀態(tài)之外，當(dāng)發(fā)生災(zāi)害或故障時(shí)，用專用畫面代替正常顯示圖面，并且當(dāng)必須管制運(yùn)行或發(fā)生異常時(shí)，能把操作順序和必要的措施顯示在圖面上，因此可迅速地處理災(zāi)害和故障，提高對(duì)電梯的監(jiān)控能力。 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 本次設(shè)計(jì)是針對(duì)樓宇自動(dòng)化系

22、統(tǒng)中的電梯群監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)由上位機(jī)PC與下位機(jī)PLC，電梯控制電路組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示: 計(jì)算機(jī) 通信接口 PLC（FX系列） PLC（FX系列） PLC（FX系列） PLC（FX系列） 電梯1# 電梯2# 電梯3# 電梯4# 圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 由于PLC可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于對(duì)電梯的現(xiàn)場(chǎng)控制。但是以PLC為控制器的電梯群也有不足之處，如系統(tǒng)人機(jī)交互性差，管理人員不能及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)情況等。這就需要采用一套PC-PLC監(jiān)控管理系統(tǒng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，合理調(diào)度，

23、使多部電梯協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，提高電梯群的運(yùn)行效率和服務(wù)效果，從而避免資源浪費(fèi)。而在此系統(tǒng)中，問題是PC（上位機(jī)）與PLC（下位機(jī)）之間的通信。 上位機(jī)采用工業(yè)PC機(jī),其通過設(shè)計(jì)的程序來控制下位機(jī)即電梯的運(yùn)行,其主要作用是：①數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)采集各臺(tái)PLC中存儲(chǔ)的電梯運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，②狀態(tài)監(jiān)控，實(shí)時(shí)顯示各部電梯的工作狀態(tài)并用動(dòng)畫顯示電梯的動(dòng)作過程。③故障報(bào)警，發(fā)生故障時(shí)，上位機(jī)可以控制電梯運(yùn)行，并及時(shí)報(bào)警以便盡快修復(fù)故障。④數(shù)據(jù)分析，可根據(jù)采集來的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)PLC發(fā)出相應(yīng)控制指令，合理調(diào)度電梯。⑤故障記錄，實(shí)時(shí)登記電梯中發(fā)生的故障，并提供查詢功能，為電梯維修提供幫助。 PLC采用三菱公司的FX系列,

24、其的主要任務(wù)是：①控制功能，完成對(duì)電梯各項(xiàng)功能的現(xiàn)場(chǎng)控制。②存儲(chǔ)功能，開辟數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)電梯運(yùn)行狀態(tài)，供上位機(jī)查詢。③發(fā)生故障時(shí)，按照上位機(jī)指令執(zhí)行故障子程序。 通信接口采用串行通信技術(shù),采用RS-232C通信接口。計(jì)算機(jī)與PLC之間采用主從應(yīng)答方式，計(jì)算機(jī)始終處于主動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)需要向PLC發(fā)出讀∕寫命令，下位機(jī)處于被動(dòng)狀態(tài)只能響應(yīng)上位機(jī)的命令。讀數(shù)據(jù)時(shí)上位機(jī)通過通信口向PLC發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令，PLC響應(yīng)命令并將數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，上位機(jī)再次讀通信口即可讀到所需數(shù)據(jù)。寫數(shù)據(jù)時(shí)，上位機(jī)通過通信口向PLC發(fā)布寫命令及數(shù)據(jù)，PLC即可接收。PLC通信模塊有多種命令代碼，微機(jī)通過向PLC發(fā)出不同的命令，

25、可以靈活地對(duì)其位或字設(shè)備以及特殊功能模塊的緩沖區(qū)進(jìn)行讀寫，并且還可以對(duì)PLC進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。 現(xiàn)代群控電梯還具備遠(yuǎn)距離監(jiān)控技術(shù)，它包括以下幾個(gè)內(nèi)容：①終端顯示：在中央值班室終端屏幕上形象化地用彩色圖象表示各梯的實(shí)時(shí)運(yùn)行參量；②故障診斷：對(duì)電梯系統(tǒng)各環(huán)節(jié)進(jìn)行搜索診斷，使故障及早發(fā)現(xiàn)，減少檢修時(shí)問，提高安全性；③分析和統(tǒng)計(jì)：電梯群在實(shí)時(shí)運(yùn)行中的各種參變量進(jìn)行分時(shí)采樣記錄，也可進(jìn)行客流分布統(tǒng)計(jì)供電梯專業(yè)人員參考制定出下一階段按時(shí)間區(qū)間的群控軟件。因此，電梯客流控制在多梯的情況下要采用計(jì)算機(jī)多級(jí)控制。 說明:電梯控制由同組張波、龐家欣同學(xué)完成。本組完成上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信部分設(shè)計(jì)。

26、 3 硬件電路設(shè)計(jì) 3.1 電梯工作原理及通信 1.每一層樓的廳門有觸摸開關(guān)，作為招呼電梯向招呼層運(yùn)行。每一個(gè)觸摸招呼開關(guān)，相應(yīng)有一個(gè)招呼指示燈，當(dāng)觸摸招呼開關(guān)時(shí)，相應(yīng)的指示燈亮，表示已按過招呼開關(guān)，當(dāng)電梯到達(dá)招呼樓層的廳門，電梯停在門內(nèi)，招呼燈熄滅，電梯自動(dòng)開門，經(jīng)一定的延時(shí)，自動(dòng)關(guān)門，電梯向轎內(nèi)乘客所選擇的樓層運(yùn)行。 2.廳門的觸摸招呼開關(guān)，具有記憶判斷功能，在電梯運(yùn)行中，若同時(shí)有兩個(gè)以上的廳門按招呼開關(guān)，相應(yīng)的招呼燈亮，電梯先響應(yīng)與運(yùn)行方向一致的招呼層，由近及遠(yuǎn)，待響應(yīng)了與運(yùn)行同方向的所有招呼層后，再響應(yīng)反方向的招呼層。例如，電梯向上運(yùn)行三樓，此時(shí)有人

27、按五樓下行招呼開關(guān)，二樓上行開關(guān)，二樓下行和一樓上行開關(guān)，電梯響應(yīng)的順序是：先到五樓，反向運(yùn)行到二樓（二樓下行招呼燈熄滅），再下降到一樓，若樓內(nèi)有乘客觸摸三樓的停層開關(guān)，電梯先在二樓停（二樓上行招呼燈滅），再到三樓停。 3.轎內(nèi)有停層觸摸開關(guān)，供轎內(nèi)乘客選擇所停樓層，并有相應(yīng)的停層指示燈，當(dāng)觸摸轎內(nèi)停層開關(guān)，相應(yīng)的停層燈亮，到達(dá)停層位置，相應(yīng)的停層燈滅，若觸摸廳內(nèi)招呼開關(guān)，其方向與電梯運(yùn)行方向一致，轎內(nèi)的停層燈也亮，若與運(yùn)行方向相反，電梯具有記憶功能，當(dāng)電梯反向運(yùn)行時(shí)，與其相應(yīng)的停層燈亮。 4.轎內(nèi)有開門和關(guān)門觸摸開關(guān)，用于手動(dòng)控制電梯開門和關(guān)門。只有當(dāng)電梯停在門區(qū)，觸摸開關(guān)才起作用。當(dāng)電

28、梯在關(guān)門過程中，觸摸開門的開關(guān)或觸摸當(dāng)層停層招呼開關(guān)時(shí)，電梯將自動(dòng)重新開門。電梯運(yùn)行時(shí)，每層樓和轎內(nèi)均能顯示電梯在運(yùn)行的樓層和運(yùn)行的方向。 由于本電梯采用點(diǎn)比較少的PLC控制，觸點(diǎn)少，特別是輸出點(diǎn)少不夠用，因此，在電路上做些簡(jiǎn)化、合并。例如：取消拖動(dòng)電機(jī)的逐步加速度起動(dòng)和減速停車，電機(jī)正反轉(zhuǎn)采用正負(fù)電源供電，一樓和八樓招呼與轎內(nèi)的一樓和八樓停層指示燈并聯(lián)顯示等，都是為了節(jié)省輸出觸點(diǎn)。 FX系列PLC根據(jù)使用的通信模塊與協(xié)議不同，分為以下四種通信模式： 　　1、PLC的N:N通信方式 　　2、PLC雙機(jī)并聯(lián)通信方式 　　3、PLC與計(jì)算機(jī)專有協(xié)議通信方式(無須梯形圖，電腦直接讀寫操縱P

29、LC) 　　4、PLC與計(jì)算機(jī)無協(xié)議通信方式(梯形圖RS指令方式，可自定義通信協(xié)議) 各通信模式的特性如下表： 表3-1：通信模式特性 　 N:N網(wǎng)絡(luò) PLC并聯(lián) 專用協(xié)議計(jì)算機(jī)連接 無協(xié)議通信 傳輸標(biāo)準(zhǔn) RS485 RS485/RS422 RS485/RS422或RS232 傳輸距離 500m RS485/RS422:500m RS232:15m 連接數(shù)量 8站 1:1 1:N(N<=16) 1:1 通信方式 半雙工 FX,FX2c,FXon:半雙工 FX2n: 全雙工 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 固定 7bit/8bit 校驗(yàn) 無/奇/偶 停止

30、位 1bit/2bit 波特率 38400bps 19200bps 300/600/1200/2400/4800/9600/19200 頭字符 固定 無／有效 尾字符 控制線 ------ 協(xié)議 --- 格式1/格式4 無 和校驗(yàn) 固定 無／有效 適用機(jī)型 FX2n,FXon FX2n,FX,FX2c FX2n,FXon,FX,FX2c 　 本次設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)出群控四臺(tái)電梯系統(tǒng)所以需要使用第三種專用協(xié)議計(jì)算機(jī)連接。PLC的CPU內(nèi)的RS - 232C端口和外設(shè)端口支持通信功能就有與編程設(shè)備（如編程器，LSS，或SSS （中文版））進(jìn)行通信、與個(gè)人計(jì)

31、算機(jī)和其它外設(shè)進(jìn)行上位機(jī)鏈接通信、與個(gè)人計(jì)算機(jī)和其它外設(shè)進(jìn)行RS - 232C、與其它PC進(jìn)行1:1、再有是與裝有NT鏈接接口的可編程終端（PT）進(jìn)行NT鏈接通信（1:1、1:N），本課題就是基于PLC的鏈接通信。本文的通信協(xié)議采用的是上位機(jī)鏈接通信。上位機(jī)鏈接通信通過在上位機(jī)與PLC之間交換命令和應(yīng)答實(shí)現(xiàn)的。在一次交換中傳輸?shù)拿詈蛻?yīng)答數(shù)據(jù)稱為一幀，一個(gè)幀最多可包含131個(gè)數(shù)據(jù)字符。 從硬件上講，現(xiàn)在中國(guó)市場(chǎng)上使用的PLC，在通信接口上多采用RS422接口或RS485接口；而微型機(jī)多采用RS232接口。這樣在計(jì)算機(jī)與PLC通信時(shí)就不可避免地要選用RS422-RS232轉(zhuǎn)換模塊，同時(shí)考慮到惡

32、劣工況下的抗干擾要求，這個(gè)轉(zhuǎn)換模塊必須具有良好的隔離功能和放大功能，而選用高性能進(jìn)口模塊，必定提高工程造價(jià)。 　　從軟件上講，計(jì)算機(jī)和PLC的通信技術(shù)屬于保密技術(shù)，長(zhǎng)期為國(guó)外公司壟斷。這就使得我們只要選用了該廠家生產(chǎn)的PLC，就必須選用它開發(fā)的工控軟件，提高工程造價(jià)。針對(duì)這種情況，我們開發(fā)了自己的工控軟件。下面以三菱公司生產(chǎn)的FX系列可編程序控制器為例，介紹我們的軟件設(shè)計(jì)。FX系列可編程序控制器命令格式如表3-2所示。 表3-2　FX系列可編程序控制器的命令格式 命令 命令號(hào) 日標(biāo)設(shè)備 功　　　能 設(shè)備讀 命令‘0’ X/Y/M/S/T/C/D 讀位設(shè)備或字設(shè)備狀態(tài) 設(shè)

33、備寫 命令‘1’ X/Y/M/S/T/C/D 寫位設(shè)備或字設(shè)備 強(qiáng)制開 命令‘7’ X/Y/M/S/T/C 打開位設(shè)備 強(qiáng)制關(guān) 命令‘8’ X/Y/M/S/T/C 關(guān)閉位設(shè)備 每一個(gè)字符都以ASCII碼形式串行傳輸， 傳輸格式 0 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 P 1 ↓ ↓ ↓ ↓ 1位起始位 七位數(shù)據(jù)位 校驗(yàn)位 1位停止位 PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議:

34、 RS-232-C 　　RS-232-C是OSI基本參考模型物理層部分的規(guī)格，它決定了連接器形狀等物理特性、以0和1表示的電氣特性及表示信號(hào)意義的邏輯特性。 　　RS-232-C是EIA發(fā)表的，是RS-232-B的修改版。本來是為連接模擬通信線路中的調(diào)制解調(diào)器等DCE及電傳打印機(jī)等DTE拉接口而標(biāo)準(zhǔn)化的?，F(xiàn)在很多個(gè)人計(jì)算機(jī)也用RS-232-C作為輸入輸出接口，用RS-232-C作為接口的個(gè)人計(jì)算機(jī)也很普及。 　　RS-232-C的如下特點(diǎn)：采用直通方式，雙向通信，基本頻帶，電流環(huán)方式，串行傳輸方式，DCE-DTE間使用的信號(hào)形態(tài)，交接方式，全雙工通信。RS-232-C在ITU建議的

35、V.24和V.28規(guī)定的25引腳連接器在功能上具有互換性。 　　RS-232-C所使用的連接器為25引腳插入式連接器，一般稱為25引腳D-SUB。DTE端的電纜頂端接公插頭，DCE端接母插座。 　　RS-232-C所用電纜的形狀并不固定，但大多使用帶屏蔽的24芯電纜。電纜的最大長(zhǎng)度為15m。使用RS-232-C在200K位/秒以下的任何速率都能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 X.21 　　X.21是對(duì)公用數(shù)據(jù)網(wǎng)中的同步式終端（DTE）與線路終端（DCE）間接口的規(guī)定。主要是對(duì)兩個(gè)功能進(jìn)行了規(guī)定：其一是與其他接口一樣，對(duì)電氣特性、連接器形狀、相互連接電路的功能特性等的物理層進(jìn)行了規(guī)定；其二是為控制

36、網(wǎng)絡(luò)交換功能的網(wǎng)控制步驟，定義了網(wǎng)絡(luò)層的功能。 V.35 　　V.35是通用終端接口的規(guī)定，其實(shí)V.35是對(duì)60-108kHz群帶寬線路進(jìn)行48Kbps同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)制解調(diào)器的規(guī)定，其中一部分內(nèi)容記述了終端接口的規(guī)定。 　　V.35對(duì)機(jī)械特性即對(duì)連接器的形狀并未規(guī)定。但由于48Dbps-64Kbps的美國(guó)Bell規(guī)格調(diào)制解調(diào)器的普及，34引腳的ISO2593被廣泛采用。模擬傳輸用的音頻調(diào)制解調(diào)器的電氣條件使用V.28（不平衡電流環(huán)互連電路），而寬頻帶調(diào)制解調(diào)器則使用平衡電流環(huán)電路。 3.2 主要電路介紹 要完成PC機(jī)與PLC機(jī)之間的通信,首先就要完成通信卡的設(shè)計(jì)，通信卡有以下幾

37、個(gè)部分組成： 3.2.1 接口電路芯片簡(jiǎn)介 接口電路主要由EIA RS-232C接口組成。首先，RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)最初是遠(yuǎn)程通信連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(Data Terminal Equipment)與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE（Data Communication Equipment)而制定的。因此這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，并未考慮計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用要求。但目前它又廣泛地被借來用于計(jì)算機(jī)（更準(zhǔn)確的說，是計(jì)算機(jī)接口）與終端或外設(shè)之間的近端連接標(biāo)準(zhǔn)。顯然，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的有些規(guī)定及和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是不一致的，甚至是相矛盾的。有了對(duì)這種背景的了解，我們對(duì)RS-232C標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)算機(jī)不兼容的地方就不難理解了。 其次，RS

38、-232C標(biāo)準(zhǔn)中所提到的“發(fā)送”和“接收”，都是站在DTE立場(chǎng)上，而不是站在DCE的立場(chǎng)來定義的。由于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，往往是CPU和I/O設(shè)備之間傳送信息，兩者都是DTE，因此雙方都能發(fā)送和接收。 RS-232C標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）的全稱是EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn)，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)，RS（Recommeded standard）代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識(shí)號(hào)，C代表RS232的最新一次修改（1969），在這之前，有RS232B、RS232A。。它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過程。常用物理標(biāo)準(zhǔn)還有EIAR

39、S-232-C、EIARS-422-A、EIARS-423A、EIARS-485。 這里只介紹EIARS-232-C（簡(jiǎn)稱232，RS232）。例如，目前在IBM PC機(jī)上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。 以上規(guī)定說明了RS-323C標(biāo)準(zhǔn)對(duì)邏輯電平的定義。對(duì)于數(shù)據(jù)（信息碼）：邏輯“1”（傳號(hào)）的電平低于-3V，邏輯“0”（空號(hào)）的電平高于+3V；對(duì)于控制信號(hào)；接通狀態(tài)（ON）即信號(hào)有效的電平高于+3V，斷開狀態(tài)(OFF)即信號(hào)無效的電平低于-3V，也就是當(dāng)傳輸電平的絕對(duì)值大于3V時(shí)，電路可以有效地檢查出來，介于-3～+3V之間的電壓無意義，低于-15V或高于+15V的電壓也

40、認(rèn)為無意義，因此，實(shí)際工作時(shí)，應(yīng)保證電平在(3－15)V之間。 圖3-1 T-R轉(zhuǎn)換 EIA-RS-232C與TTL轉(zhuǎn)換：EIA-RS-232C是用正負(fù)電壓來表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或終端的TTL器件連接，必須在EIA-RS-232C與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。實(shí)現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯片。目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL電平到EIA電平的轉(zhuǎn)換，而MC1489、SN75154可實(shí)現(xiàn)EIA電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換。MAX232芯片可完成TTL←→E

41、IA雙向電平轉(zhuǎn)換，圖3-1顯示了1488和1489的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳。MC1488的引腳(2)、(4,5)、(9,10)和(12,13)接TTL輸入。引腳3、6、8、11輸出端接EIA-RS-232C。MC1498的14的1、4、10、13腳接EIA輸入，而3、6、8、11腳接TTL輸出。具體連接方法如圖3-2所示。圖中的左邊是微機(jī)串行接口電路中的主芯片UART，它是TTL器件，右邊是EIA-RS-232C連接器，要求EIA高電壓。因此，RS-232C所有的輸出、輸入信號(hào)都要分別經(jīng)過MC1488和MC1498轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后才能送到連接器上去或從連接器上送進(jìn)來 圖3-2 DB25

42、接口電路 1.連接器的機(jī)械特性： 連接器：由于RS-232C并未定義連接器的物理特性，因此，出現(xiàn)了DB-25、DB-15和DB-9各種類型的連接器，其引腳的定義也各不相同。下面分別介紹兩種連接器。 DB-25： PC和XT機(jī)采用DB-25型連接器。DB-25連接器定義了25根信號(hào)線，分為4組分別是：異步通信的9個(gè)電壓信號(hào) ，20mA電流環(huán)信號(hào) 9個(gè) ，空6個(gè)，保護(hù)地1個(gè)作為設(shè)備接地端（1腳）。 DB-25型連接器的外形及信號(hào)線分配如圖3-3所示。注意，20mA電流環(huán)信號(hào)僅IBM PC和IBM PC/XT機(jī)提供，至AT機(jī)及以后，已不支持。 圖3-3 DB-25連接器 在AT

43、機(jī)及以后，不支持20mA電流環(huán)接口，使用DB-9連接器，作為提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2兩個(gè)串行接口的連接器。它只提供異步通信的9個(gè)信號(hào)。DB-25型連接器的引腳分配與DB-25型引腳信號(hào)完全不同。因此，若與配接DB-25型連接器的DCE設(shè)備連接，必須使用專門的電纜線。 電纜長(zhǎng)度：在通信速率低于20kb/s時(shí)，RS-232C所直接連接的最大物理距離為15m（50英尺）。 最大直接傳輸距離說明：RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，若不使用MODEM，在碼元畸變小于4%的情況下，DTE和DCE之間最大傳輸距離為15m（50英尺）。可見這個(gè)最大的距離是在碼元畸變小于4%的前提下給出的。為了保

44、證碼元畸變小于4%的要求，接口標(biāo)準(zhǔn)在電氣特性中規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載電容應(yīng)小于2500pF。 2.RS-232C的接口信號(hào) RS-232C規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)接口有25條線，4條數(shù)據(jù)線、11條控制線、3條定時(shí)線、7條備用和未定義線，常用的只有9根，它們是： 聯(lián)絡(luò)控制信號(hào)線： 數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好——有效時(shí)（ON）狀態(tài)，表明MODEM處于可以使用的狀態(tài)。 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好——有效時(shí)（ON）狀態(tài)，表明數(shù)據(jù)終端可以使用。 這兩個(gè)信號(hào)有時(shí)連到電源上，一上電就立即有效。這兩個(gè)設(shè)備狀態(tài)信號(hào)有效，只表示設(shè)備本身可用，并不說明通信鏈路可以開始進(jìn)行通信了，能否開始進(jìn)行通信要由下面的控制信號(hào)決定。 請(qǐng)求發(fā)送——用來表示DT

45、E請(qǐng)求DCE發(fā)送數(shù)據(jù)，即當(dāng)終端要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，使該信號(hào)有效（ON狀態(tài)），向MODEM請(qǐng)求發(fā)送。它用來控制MODEM是否要進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)。 允許發(fā)送——用來表示DCE準(zhǔn)備好接收DTE發(fā)來的數(shù)據(jù)，是對(duì)請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)RTS的響應(yīng)信號(hào)。當(dāng)MODEM已準(zhǔn)備好接收終端傳來的數(shù)據(jù)，并向前發(fā)送時(shí)，使該信號(hào)有效，通知終端開始沿發(fā)送數(shù)據(jù)線TXD發(fā)送數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)發(fā)送與接收線： 發(fā)送數(shù)據(jù)——通過TXD終端將串行數(shù)據(jù)發(fā)送到MODEM，(DTE→DCE)。 接收數(shù)據(jù)——通過RXD線終端接收從MODEM發(fā)來的串行數(shù)據(jù)，(DCE→DTE)。 地線： 地線有兩根SG——信號(hào)地和PG——保護(hù)地信號(hào)線，無方向。 上述控制信

46、號(hào)線何時(shí)有效，何時(shí)無效的順序表示了接口信號(hào)的傳送過程。例如，只有當(dāng)DSR和DTR都處于有效（ON）狀態(tài)時(shí)，才能在DTE和DCE之間進(jìn)行傳送操作。若DTE要發(fā)送數(shù)據(jù)，則預(yù)先將DTR線置成有效(ON)狀態(tài)，等CTS線上收到有效(ON)狀態(tài)的回答后，才能在TXD線上發(fā)送串行數(shù)據(jù)。這種順序的規(guī)定對(duì)半雙工的通信線路特別有用，因?yàn)榘腚p工的通信才能確定DCE已由接收方向改為發(fā)送方向，這時(shí)線路才能開始發(fā)送。 3.2.2可編程異步INS 8250 系統(tǒng)的引腳信號(hào)如圖3-4所示: D7~D0 雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線，可直接連到系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線。 CS0,CS1,CS2片選信

47、號(hào)輸入。當(dāng)CS0=CS1=1且CS2=0時(shí)選中此片，即三個(gè)片條件是相“與”關(guān)系，一般由高位地址譯碼，再加進(jìn)必要的I/O控制信號(hào)產(chǎn)生．在PC/XT機(jī)中只用到CS2,CS0和CS1都經(jīng)電阻接+5V.　Csout片選輸出。當(dāng)三個(gè)片選輸入同時(shí)有效時(shí)，CSout=1，作為選中此片的指示，在PC/XT機(jī)中未用。 A2~A0地址信號(hào)輸入，參加INS8250內(nèi)部譯碼，一般接系統(tǒng)地址總線A2~A0. ADS地址選通信號(hào)輸入。當(dāng)ADS=0時(shí)選通上述片選和地址輸入信號(hào)；當(dāng)ADS=1時(shí)INS8250鎖存以上信號(hào)，以保證內(nèi)部穩(wěn)定譯碼。在PC/XT機(jī)中，此信號(hào)固定接地。 DISTR和DISTR數(shù)據(jù)輸入選通信號(hào)，二者

48、作用相同，但有效極性相反。在芯片選中時(shí)，或者DISTR=1,或者DISTR=0，系統(tǒng)對(duì)芯片進(jìn)行讀操作。 DOST和DOST與面類似，當(dāng)二者之一有效時(shí)，系統(tǒng)寫入本片。在PC/XT機(jī)中DISTR接IOR,DOSTR接IOW而DOSTR和DOSTR都接地未用。 DDIS驅(qū)動(dòng)器禁止信號(hào)輸出，高電平有效。當(dāng)系統(tǒng)讀INS8250時(shí)，DDIS=0（接觸禁止），其他時(shí)間始終為高電平（禁止驅(qū)動(dòng)）。因此若芯片向系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)的通道上有三態(tài)驅(qū)動(dòng)器，可用此信號(hào)來作其控制信號(hào)，平時(shí)禁止INS8250干擾系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線。PC/XTT機(jī)中將此信號(hào)懸空未用。 MR主復(fù)位信號(hào)輸入，高電平有效。一般接系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)RESET，用

49、以復(fù)位芯片內(nèi)部寄存器及有關(guān)信號(hào)，如表9-3所列。表中未列出的數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器，數(shù)據(jù)接受寄存器及除數(shù)寄存器不受復(fù)位信號(hào)影響。INTRPT中斷請(qǐng)求信號(hào)輸出高電位有效，INS8250內(nèi)部的中斷控制電路在條件滿足時(shí)對(duì)系統(tǒng)發(fā)出中斷請(qǐng)求。在PC/XT機(jī)中，INTRPT輸出后還要經(jīng)過OUT2信號(hào)控制，只有OUT2=0時(shí)，才能最終對(duì)系統(tǒng)形成中斷請(qǐng)求。 1外部通信設(shè)備的引腳信號(hào)[1] Sout串行數(shù)據(jù)輸入。接受的串行數(shù)據(jù)從此進(jìn)入INS8250.以上兩個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)分別和RS-232C標(biāo)準(zhǔn)中的TXD幾R(shí)XD對(duì)應(yīng)。由于計(jì)算機(jī)內(nèi)部使用正邏輯而RS-232C使用負(fù)邏輯，中間加進(jìn)了反相驅(qū)動(dòng)器 INS8250內(nèi)部寄存器的

50、復(fù)位，如表3-1所示 表3-1 INS8250內(nèi)部寄存器的復(fù)位 寄存器或信號(hào) 復(fù)位控制 復(fù)位結(jié)果 中斷允許寄存器 中斷識(shí)別寄存器 線路控制寄存器 線路狀態(tài)寄存器 MODEM控制寄存器 MODEM狀態(tài)寄存器 MR MR MR MR MR MR D7~D0全為零 D0=1,其余全為零 全為零 D5=D6=0,其余全為1 全為零 D3~D0為零，其余取決于輸入 中斷識(shí)別 寄存器 的D2~D0 三位的狀態(tài) 110 100 010 000 MR或讀線路狀態(tài)寄存器 MR或讀接受寄存器 MR或?qū)懓l(fā)送結(jié)存

51、器或讀中斷識(shí)別寄存器 MR或讀MODEM狀態(tài)寄存器 D0=1,其余位全為零 RTS和CTS請(qǐng)求發(fā)送和清除發(fā)送，是一隊(duì)低電平有效的握手信號(hào)，與RS-232C中的RTS和CTS對(duì)應(yīng)。當(dāng)INS8250準(zhǔn)備好發(fā)送時(shí)，輸出RTS信號(hào)，對(duì)方的設(shè)備受到信號(hào)后，若允許發(fā)送，則回答一個(gè)低電平信號(hào)CTS輸入，于是握手成功，傳誦可以開始。 DTR和DSR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好和數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好，也是一對(duì)低電平有效的握手信號(hào)，工作過程與前述類似。RLSD接收線路信號(hào)檢測(cè)輸入，低電平有效，與RS-232C的DCD信號(hào)對(duì)應(yīng)，從通信線路上檢測(cè)到數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)有效，指示應(yīng)開始接收。RI振鈴信號(hào)輸入，低電平有效，與RS-

52、232C中RI同義。在PC/XT機(jī)中以上6個(gè)聯(lián)絡(luò)信號(hào)全部引致RS-232C接口。 OUT1和OUT2芯片內(nèi)部調(diào)制控制寄存器的D2、D3兩位的輸出信號(hào)，用戶可以編程對(duì)其職位或復(fù)位，以靈活地適應(yīng)外部的控制要求。在PC/XT機(jī)中，OUT2用以控制INS8250的中斷請(qǐng)求INTRP信號(hào)。 XTAL1和XTAL2時(shí)鐘輸入信號(hào)和始終輸出信號(hào)。也可以在兩端間接一個(gè)石英晶體振蕩器，在芯偏內(nèi)部產(chǎn)生始終。此時(shí)信號(hào)是IND8250傳輸率的時(shí)鐘基準(zhǔn)，其頻率除以數(shù)寄存器的 BAUDOUT波特輸出信號(hào)，即上述發(fā)送數(shù)據(jù)的工作始終，其頻率是發(fā)送波特率的16倍。因此在PC/XT機(jī)中：發(fā)送波特率=1.8432MHz/除數(shù)寄

53、存器/16 RCLK接收始終輸入，要求其頻率為接收波特率的16倍。通常將其與BAUDOUT信號(hào)短接，使接收和發(fā)送的波特率相等。 3.2.3 INS8250的結(jié)構(gòu) INS8250的功能除與系統(tǒng)相連的數(shù)據(jù)緩沖，地址選擇幾控制信號(hào)外，還可以分成五個(gè)功能模塊，每模塊內(nèi)又包含兩個(gè)寄存器，共10個(gè)寄存器。但芯片只引入3根地址線，在內(nèi)部至多產(chǎn)生8個(gè)地址。因此將兩個(gè)除數(shù)寄存器和其他寄存器共用地址，在尋址除數(shù)寄存器時(shí)先設(shè)立特征，即使線路控制寄存器的最高位DLAB=1.當(dāng)DLAB=0時(shí)，尋址除數(shù)寄存器以外的寄存器。INS8250內(nèi)部寄存器的詳細(xì)尋址情況如表3-2所示，表中還列出PC/XT機(jī)中1號(hào)異步串行通信

54、口COM1所用INS8250各個(gè)寄存器的物理地址。若將表中3F8~3FFH改成 2F8~2FH既是2號(hào)異步串行通信口COM2的地址表。 表3-2 INS 8250內(nèi)部寄存器尋址 地址信號(hào)A2,A1,A0 標(biāo)志位 DLAB COM1 地址位(H) 寄存器 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 X X X X X X 3F8 3F8 3F9 3F9 3FA 3FB 3FC 3FD 3FE 3FF 寫發(fā)送寄存器/讀接收寄存器

55、 除數(shù)寄存器低字節(jié) 除數(shù)寄存器高字節(jié) 中斷允許 中斷識(shí)別 線路控制 MODEM狀態(tài) 線路狀態(tài) MODEM狀態(tài) 不用 1.數(shù)據(jù)發(fā)送和接收部分 （1）數(shù)據(jù)發(fā)送 數(shù)據(jù)發(fā)送部分可氛圍數(shù)據(jù)發(fā)送包出寄存器和發(fā)送移位寄存器。輸出數(shù)據(jù)以字符為單位首先送到數(shù)據(jù)發(fā)送保持寄存器中，再進(jìn)入發(fā)送移位寄存器，以上過程都是并行方式傳送的。在發(fā)送移位寄存器中，按照事先和接收方約定的波特率（由波特率控制部分產(chǎn)生）先低位后高位地由Sout端串行移位送出。 數(shù)據(jù)發(fā)送保持寄存器在將數(shù)據(jù)傳給發(fā)送移位寄存器后（既發(fā)送寄存器空），CPU即可對(duì)它寫入下一個(gè)字符，而發(fā)送移位寄存器完全送出第一個(gè)字符各位（既發(fā)送以為3寄存

56、器空）后，又立即接收第二個(gè)字符，開始第二個(gè)字符的發(fā)送。“發(fā)送寄存器空”和“發(fā)送移位寄存器空”狀態(tài)，都在下面講到的線路狀態(tài)寄存器中有對(duì)應(yīng)位反映，使CPU可以用查詢或中斷方式了解，繼續(xù)輸出后繼字符。 （2）數(shù)據(jù)接收 數(shù)據(jù)接收部分包括接收移位寄存器和數(shù)據(jù)接收緩沖寄存器。串行數(shù)據(jù)從Sin端逐位進(jìn)入接收移位寄存器。接收數(shù)據(jù)時(shí)，首先搜尋起始位，然后才讀入數(shù)據(jù)位。 接受電路始終用接受始終RCLK選通采樣串行輸入Sin的狀態(tài)，每16個(gè)RCLK 脈沖對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)位。在檢測(cè)到由“1”到“0”的變化時(shí)，若連續(xù)采樣8次，Sin一直都保持為“0”，則認(rèn)定是數(shù)據(jù)起始位；否則認(rèn)為是干擾信號(hào)，將重新采樣。以后再每隔16

57、個(gè)RCLK周期讀去一次數(shù)據(jù)為（正好在每個(gè)數(shù)據(jù)位的中點(diǎn)讀），讀至停止位，一個(gè)字符接收完畢，然后開始搜尋地二個(gè)字符的起始位。這樣的安排除了可以減少誤判起始信號(hào)以外，還允許發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘的頻率有一定誤差，每個(gè)字符單獨(dú)起始又避免了時(shí)鐘誤差的積累。 接收移位寄存器接收一個(gè)字符后，要進(jìn)行格式檢查，若不正確，則通過線路狀態(tài)寄存器設(shè)置出錯(cuò)標(biāo)志位；若格式正確則將真正的數(shù)據(jù)位保留并傳給數(shù)據(jù)接收緩沖寄存器，然后將線路狀態(tài)寄存器中的“接收數(shù)據(jù)可用”位，以接收下一字符。顯然，若接收的前一個(gè)字符在數(shù)據(jù)接收緩沖寄存器中尚未被CPU取走，后一個(gè)字符經(jīng)接收移位寄存器接收完畢又要送至接收緩沖寄存器，就會(huì)丟失字符，這種情況稱

58、為“溢出錯(cuò)”，在線路狀態(tài)寄存器中也有相應(yīng)位記錄。 2．線路控制及狀態(tài)部分： （1）通信線路控制寄存器 CPU和OUT指令將一個(gè)8位的控制字寫入通信線路控制寄存器，以決定通信中字符的格式。控制寄存器的內(nèi)容也可以IN指令讀出。其最高位為訪問除數(shù)寄存器的標(biāo)記 DLAB.D7=1時(shí)執(zhí)行的I/O指令應(yīng)是訪問波特率控制部分的除數(shù)寄存器；D7=0，即正常尋址。 D6＝0時(shí)正常發(fā)送; D6＝1,即中指正常發(fā)送，串行輸出端Sout保持為“0”。 D5～D3這三位規(guī)定了通信數(shù)據(jù)的奇數(shù)偶校驗(yàn)規(guī)則。D3表示校驗(yàn)有或無，D4表示校驗(yàn)的奇偶性。D5的設(shè)置可以把發(fā)送方校驗(yàn)的奇偶性規(guī)定通過發(fā)送數(shù)據(jù)中的附加位去告訴接

59、收方（即不必事先約定）。當(dāng)D5=1時(shí)，在發(fā)送數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)位和停止位之間附加一個(gè)標(biāo)志位：若采用偶校驗(yàn)則附加位為“0”’若采用奇校驗(yàn)，則附加位為“1”。接收方收到數(shù)據(jù)后，只要將附加位分離出來，便可以得知發(fā)送數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)規(guī)定。正常情況下，數(shù)據(jù)的奇偶性是實(shí)現(xiàn)約定的 ,D5=0，也不附加標(biāo)志位。 D2=0時(shí)表示只有一位停止位。D2=1時(shí)，若數(shù)據(jù)位長(zhǎng)為5則表示有一位半停止位若數(shù)據(jù)位長(zhǎng)為6，7，或8。則停止位應(yīng)是兩位。 D1～D0規(guī)定了數(shù)據(jù)位的長(zhǎng)度。 （2）通信線路狀態(tài)寄存器 CPU讀如通信線路狀態(tài)寄存器，便可以了解數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的情況，如表3-3所示。其中 D7無用。 D5=

60、1反映發(fā)送寄存器已將字符傳送給移位寄存器，當(dāng)發(fā)送移位寄存器將字符各位全部從Sout送出后，D6=1。這兩位不全為1時(shí)說明發(fā)送工作沒有真正結(jié)束。其余位都反映接收數(shù)據(jù)的狀態(tài)。當(dāng)接收移位寄存器收夠一個(gè)字符規(guī)定的位數(shù)時(shí)，使D0=1，設(shè)置“接收數(shù)據(jù)就緒”（亦稱“接收移位寄存器滿”）狀態(tài)標(biāo)記。這個(gè)數(shù)據(jù)是否正確還要經(jīng)過多方面檢查，若發(fā)生錯(cuò)誤，則D3～D1相應(yīng)位置“1”。若接收連續(xù)的“0”信號(hào)超過一個(gè)字符寬度時(shí)，認(rèn)為對(duì)方已中指發(fā)送，則使D4＝1。 3.波特率控制部分 這部分的可編程寄存器即除數(shù)寄存器，實(shí)際上是分頻系數(shù)。外部輸入示眾XTAL1的頻率（PC/XT系列中為1.8432MHz）除以除數(shù)寄存器中的雙

61、字節(jié)數(shù)后，得到數(shù)據(jù)發(fā)送器的工作頻率，再除以16，才是真正的發(fā)送撥率，在PC/XT中也就是接收波特率。PC/XT中波特率和除數(shù)之間的關(guān)系見表3－4所示： 表3-4波特率與除數(shù)的關(guān)系 波特率 除 數(shù) 波特率 除 數(shù) 高字節(jié) 低字節(jié) 高字節(jié) 低字節(jié) 50 09 00 1800 00 40 75 06 00 2000 00 3A 110 04 17 2400 00 30 1345 03 59 3600 00 20 150 03 00 4800 00 18 300 01 80

62、 7200 00 10 600 00 C0 9600 00 0C 1200 00 60 19200 00 06 4．MODEM控制與狀態(tài) 此模塊實(shí)現(xiàn)通信過程中的聯(lián)絡(luò)功能，包括聯(lián)絡(luò)信號(hào)的生成及檢測(cè)。 （1）MODEM控制寄存器 如表3-5所示，該寄存器3的高三位無用。D4決定 INS8250的工作方式：D4=0,INS8250正常工作D4=1，INS8250處于自檢狀態(tài)，即其數(shù)據(jù)輸入 Sin同外部斷開，而在芯片內(nèi)部同數(shù)據(jù)輸出接通，同時(shí)四個(gè)輸入信號(hào)DSR,CTS,RLSDRI，分別和四個(gè)輸出信號(hào)DTR,RTS,OUT1,OUT2在內(nèi)部相連，于是可以用自發(fā)自收

63、的方式來檢查芯片 D3～D0每一位控制一個(gè)輸出信號(hào)。 （2）MODEM狀態(tài)寄存器 其高位即4個(gè)外部屬于信號(hào)的狀態(tài)，而低位記錄高4位的變化。每次MODEM狀態(tài)寄存器時(shí)，低4位被清零。以后若高4位中有某位狀態(tài)發(fā)生改變（由“0”變到“1”或由“1”變到“0”），則低4位中的相應(yīng)位就置“1”。這些狀態(tài)位的變化，除了可以CPU用輸入指令查詢外，也可以引起中斷。 5.中斷允許及識(shí)別 INS8250有很強(qiáng)的可編程中斷管理功能，用戶可以通過對(duì)中斷允許寄存器及中斷識(shí)別寄存器的讀寫操作來設(shè)置和利用。 （1）中斷允許寄存器 INS8250將芯片內(nèi)的各種中斷源分為四類，用中斷允許寄存器的低四位來

64、對(duì)各類中斷源實(shí)現(xiàn)允許或者屏蔽控制。中斷允許寄存器的高四位固定為“0”，沒有使用。若 D3=1則MODEM狀態(tài)寄存器的高四位狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，允許發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)INTRPT。D3=0，則MODEM狀態(tài)中斷被屏蔽。 D2～D0決定線路狀態(tài)寄存器引起的中斷是否允許，同樣也是為“1”的位允許中斷，為“0”的位屏蔽中斷。其中 D2對(duì)應(yīng)接收數(shù)據(jù)錯(cuò)（包括溢出錯(cuò)，奇偶錯(cuò)及幀格式錯(cuò)）及中止符檢測(cè)中斷。中斷允許寄存器的相應(yīng)位為“1”，只是允許中斷源產(chǎn)生INTRPT信號(hào)，后面還要經(jīng)過OUT信號(hào)控制才可能最終產(chǎn)生中斷請(qǐng)求IRQ信號(hào)送到8259A。 （2）中斷識(shí)別寄存器 INS8250對(duì)內(nèi)部四類中斷源各以兩位二進(jìn)

65、制編碼，在中斷允許的前提下，將當(dāng)前中斷類型的識(shí)別碼寫入中斷識(shí)別寄存器的D2 D1兩位中，同時(shí)將中斷指示位置零（表示有中斷請(qǐng)求）。四類只能中斷源具有不的中斷優(yōu)先級(jí)。當(dāng)不同級(jí)別的多個(gè)中斷源同時(shí)申請(qǐng)時(shí)，僅將最高優(yōu)先級(jí)的識(shí)別碼寫入中斷識(shí)別寄存器中。各中斷源的識(shí)別碼以及中斷識(shí)別寄存器的構(gòu)成見圖。其中接收數(shù)據(jù)錯(cuò)的中斷優(yōu)先級(jí)最高，其他逐級(jí)降低。 3.3 主要硬件電路說明 3.3.1 譯碼電路 根據(jù)譯碼電路所用地址線的多少，可以分為全譯碼，部分譯碼和線譯碼（線選）。全譯碼是指所有的地址線均參與譯碼，部分譯碼是指只有部分地址線參與譯碼，線譯碼則僅用一根地址線來選擇一個(gè)I/Q口，故又稱線選電路。全譯碼時(shí)各I

66、/Q口的地址是唯一的，部分譯碼和線譯碼則會(huì)產(chǎn)生地址重疊區(qū)，I/Q口地址不唯一。 根據(jù)I/Q地址能否在使用時(shí)改變，可以分為固定地址譯碼和可變地址譯碼，下面分別加以介紹。 固定是指借口卡中用到的口地址在使用時(shí)不能改變，在固定地址譯碼方式中，若僅需要一個(gè)口地址時(shí)，則采用門電路譯碼是很方便的，如圖所示電路，可譯出讀/寫地址2E2H，圖中AEN參加譯碼，它可對(duì)口地址譯碼進(jìn)行控制，只有當(dāng)AEN=0時(shí)，即不是DMA操作時(shí)，譯碼才有效。當(dāng)AEN=1時(shí)，即是DMA操作時(shí)，譯碼無效。避免在DMA周期由DMA控制器對(duì)這些I/Q口地址的外設(shè)進(jìn)行讀寫操作。 若接口電路中需要使用多個(gè)口地址，則采用譯碼器譯碼比較方便，譯碼器的型號(hào)很多，如圖所示譯碼器74LS138,4-16譯碼器74LS154，雙2-4譯碼器74LS139和74LS155，也可以采用PAL,GAL等可編程器件。采用3-8譯碼器74LS138，可從它輸入的3位代碼（A.B.C）中譯出8個(gè)輸出（Y0~Y7）來，它的3個(gè)允許輸入控制端是G1,G2A,G2B，只有當(dāng)G1=1.G2A=G2B=0