微机应用系统设计与实现课设PPT课件

1,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,第9章微机应用系统设计与实现课程设计辅导,9.1微机应用系统概述9.2系统设计的原则与步骤9.3微机应用系统设计实例9.4虚拟仪器技术,2,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,9.1微机应用系统概述,微机应用的意义微机应用系统的一般类型,3,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,微机应用系统的一般类型,检测控制型数据处理型混合型,4,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,9.2系统设计的原则与步骤,微机应用系统的一般构成应用系统的设计原则和要求微机应用系统设计的基本内容和步骤系统集成硬件系统集成、软件集成,5,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,微机应用系统的一般构成,应用系统的硬件组成1、微机2、常规外围设备输入、输出、外存储器3、外部接口设备通道、数据格式、电平匹配、负载匹配、同步4、操作控制台及监视报警设备,应用系统的软件构成1、用户程序2、常用子程序库3、操作系统,6,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,应用系统的硬件组成,7,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,应用系统的设计原则和要求,操作性能要好通用性好，便于扩展可靠性高1、双机系统备份机工作方式、主-从工作方式2、多微机集散控制设计周期短、价格便宜对环境的适应性要好,8,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,多微机集散控制,9,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,微机应用系统设计的基本内容和步骤,系统引入微机的必要性-成本控制需求分析-确定系统的功能选择基本微机系统-硬件系统设计确定整个应用系统的硬件结构-硬件系统设计确定软件框架及流程-软件系统设计硬件和软件的具体设计-系统实现软、硬件联调-系统调试实验室模拟运行-离线仿真现场调试、试运行验收或鉴定-系统性能评估,10,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,选择基本微机系统-硬件系统设计,微处理器的字长微处理器的工作速度系统结构对环境的适应性尽量选用有较多软件支持的机型,11,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,确定整个应用系统的硬件结构-硬件系统设计,通道的划分及输入/输出方式的确定内存分配确定接口和外设选择电源系统总线的选择确定系统的机械结构,12,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,硬件和软件的具体设计-系统实现,硬件的具体设计1、硬件规划2、各模块的逻辑设计3、电路板设计4、加工电路板5、安装、调试6、硬件各部件联调,软件的具体设计1、划分模块2、确定各模块的详细要求3、确定程序设计方法模块化、自上至下、结构4、编写代码5、查错6、测试,13,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,微机应用系统设计的基本步骤示意图,14,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,9.3微机应用系统设计实例,微机信号发生器城市交通管理控制系统分析与设计,15,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,微机应用系统设计实例,微机信号发生器【例】利用微机制作信号发生器。通过在微型计算机中扩展A/D、D/A通道和信号变换设备，形成多种信号发生器的硬件环境。通过软件编程使用DAC0832产生不同波形，然后利用ADC0809采集这个波形并以图形方式在显示器上显示。本例以产生锯齿波为例，说明系统分析设计的全过程。当然，若在软件设计上稍做修改，也可以产生方波、三角波信号等。,16,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,1.硬件设计设计提示：D/A转换送出的模拟量信号，再用A/D将其取回并转换成数字量数据。对于D/A和A/D转换器的工作原理，可参考D/A和A/D章节部分，这里不做说明。以图形方式显示各种波形，必须熟悉和掌握微型计算机显示器的图形编程方法，具体可用BIOS的INT10H调用来实现。根据上述分析，依据前面介绍的设计原则和设计步骤，分析设计系统的硬件连接。参考电路如图9.4所示。其中：,17,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,18,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,表9-1电压输出与数字量的对应关系,19,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,20,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,MOVDX，2A0HINAL，DX可使用微型计算机的中断IRQ3(串行口2不用)，A/D芯片的EOC信号接总线的IRQ3。ADC0809采集通道用IN0，电压输出范围是0+5V，端口地址为2A0H。,21,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,(3)8254用通道0对CPU主频进行分频(8086CPU主频为4MHz，分频后产生ADC0809所需的500kHz时钟)。8254通道0的地址为2B0H，8254控制寄存器的地址为2B3H。(4)地址译码器完成各个接口芯片的地址选择，可采用74LS128译码器，也可用逻辑门电路来实现线选译码。在选择各个端口地址时一定不能与IBM-PC系统中的I/O端口地址冲突。本例选择的地址范围为290H2B7H。其中的290H29lH分配给DAC0832，2A0H2A7H分配给ADC0809，2B0H2B3H分配给8254。,参考电路,23,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,2.软件设计(以锯齿波信号为例)D/A数据端送出的锯齿波数据由80H(0V)开始，每次增1，顺序递增到0FFH(+5V)，输出1个锯齿波。重复此过程，可以连续输出多个锯齿波。显示器应初始化成图形方式，再显示锯齿波图形。A/D采集来的锯齿波图形放置到一个数据缓冲区中，同时画出该锯齿波的图形点。数据缓冲区满时，将第一个锯齿波数据从数据缓冲区去掉，同时将对应的图形点抹掉。将数据缓冲区中其余锯齿波数据顺序前移一个位置，并将其余锯齿波图形点的显示也顺序前移一个位置，这样可得到一个向前移动的锯齿波图形显示，使得演示的波形更加直观。,锯齿波主程序流程图,25,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,图9.6中断服务程序流程图,26,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,3.锯齿波参考程序；系统主程序DATASEGMENTX0EQU155Y0EQU155；坐标系原点坐标(X0，Y0)MESSDBpressanykeytoreturntodos.，0DH，0AH；提示信息TMCTLEQU2B3H；8254控制口地址TMROEQU2B0H；8254通道0地址INPREQU290H；DAC0832输入寄存器地址DACREQU29lH；DAC0832DAC寄存器地址DAINDB？；DAC0832的D/A数据,27,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,INT3SDW？；IRQ3的中断向量段地址保存单元INT3ODW？；IRQ3的中断向量偏移地址保存单元IMRDB？；中断屏蔽字保存单元ADDREQU2A0H；ADC0809的片选地址ADDADB？；ADC0809的采集数据COUNTDW0；ADC0809的采集数据个数BUFFDB240DUP(？)；采集数据缓冲区(240个数据)DATAENDSSTACKSEGMENTDB100DUP(？)STACKENDS,28,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,WRICHMACROCHAR，WH，COLOR；写字符定调用(CHAR为字符，WH为位置，COLOR为颜色)MOVAH，02H；置光标位置功能调用MOVDX，WH；光标位置为WHMOVBH，00HINT10H；显示功能调用MOVAH，09H；写字符功能调用MOVAL，CHAR；显示字符送ALMOVBL，COLOR；置字符颜色MOVCX，l；字符长度为1INT10HWRICHENDM,29,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,CODESEGMENTASSUMECS：CODE，DS：DATA，SS：STACKSTART：MOVAX，DATAMOVDS，AXCLI；关中断MOVDX，TMCTLMOVAL，00110110BOUTDX，AL；8254初始化MOVDX，TMROMOVAL，08H；计数低位字节，计数初值为8OUTDX，ALMOVAL，00H；计数高位字节置0OUTDX，AL,30,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,MOVAL，0BHMOVAH，35HINT21H；取IRQ3的中断向量并保存在INT3OMOVINT3S，ES；和INT3S单元MOVINT3O，BXPUSHDSMOVDX，OFFSETADINTMOVBX，SEGADINTMOVDS，BXMOVAL，0BHMOVAH，25HINT21H；设置新的IRQ3中断向量,31,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,POPDSINAL，21HMOVIMR，AL；保存中断屏蔽字ANDAL，11110111BOUT21H，AL；开放IRQ3中断MOVSI，OFFSETBUFFCALLINIT；屏幕图形初始化MOVDAIN，80H；锯齿波初值80H送DAINBEGIN：MOVAL，DAINMOVDX，INPROUTDX，AL；锯齿波值送DAC0832输入寄存器MOVDX，DACROUTDX，AL；锯齿波值送DAC0832DAC寄存器,32,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,INCDAINJNZQQQMOVDAIN，80HQQQ：STI；开中断MOVDX，ADDROUTDX，AL；启动一次A/D转换HLT；等待中断CLIINCCOUNT；采集数据个数+1MOVAL，ADDA；取A/D采集数据MOVBX，COUNTMOVBYTEPTRSIBX，AL；将A/D采集数据送数据缓冲区CMPCOUNT，240JBDRAW,33,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,；以下程序为采集数据缓冲区满的处理，在显示器上抹掉缓冲区中第一个数据的显示；将缓冲区中2240位置的数据顺序向前移动一个位置MOVBX，1；从采集数据缓冲区的；第一个数据处开始处理BUFDR：MOVAL，00；点的颜色为黑色CALLDPT；从显示器上抹掉第一个点MOVAL，BYTEPTRSIBXlMOVBYTEPTRSI+BX，AL；将采集数据缓冲区的数据MOVAL，0FFH；顺序前移一个位置，并置点的CALLDPT；颜色为白色，调用画点子程序INCBXCMPBX，240,34,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,JNEBUFDRMOVCOUNT，239JMPNEXTDRAW：MOVAL，0FH；显示缓冲区未满时，MOVBX，COUNT；直接显示采集的数据CALLDPTNEXT：MOVAH，06HMOVDL，0FFH；判断是否有键按下INT21HJZBEGIN；没有按键，则继续OVER：PUSHDSMOVDX，INTSOMOVBX，INT3S,35,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,MOVDS，BXMOVAL，0BHMOVAH，25HINT21H；恢复原IRQ3中断向量POPDSMOVAL，IMROUT21H，AL；恢复原中断屏蔽字STIMOVAH，4CHINT21H；返回DOS；中断服务子程序,36,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,ADINTPROCNEAR；A/D中断服务程序PUSHAXPUSHDXPUSHDSMOVAX，DATAMOVDS，AX；送数据段地址；确保中断服务程序MOVDX，ADDR；对数据段中的变量正确寻址INAL，DX；读入A/D数据并送ADDA单元MOVADDA，ALMOVAL，20HOUT20H，AL；送EOI命令,37,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,POPDSPOPDXPOPAXIRET；中断返回ADINTENDPDPTPROCNEAR；画点子程序PUSHAXPUSHBXPUSHCXPUSHDXMOVCX，X0；点的列位置(CX)为BX+X0,38,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,ADDCX，BXMOVDH，00MOVDL，BYTEPTRSI+BX；取缓冲区中的数据SHRDX，l；DX/2MOVBX，DX；DX值送BXMOVDX，Y0-1；点的行位置为Y0-1-BXSUBDX，BX；减1是为了避免将点画到坐标轴上MOVAH，0CH；画点INT10HPOPDXPOPCXPOPBXPOPAXRETDPTENDP,39,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,INITPROCNEAR；初始化屏幕子程序MOVAH，00；设置显示器工作方式为EGA/VGAMOVAL，0EH；显示模式为64020016INT10HWRICH，0112H，0FH；显示坐标系的两个箭头WRICH，124CH，0FHMOVAH，0CH；写像素功能调用MOVAL，0FH；颜色为白色MOVCX，X0MOVDX，Y0,40,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,DRAX：INT10H；画坐标系的X轴INCCXCMPCX，614JNZDRAXMOVDX，Y0MOVCX，X0DRAY：INT10H；画坐标系的Y轴DECDXCMPDX，8JNZDRAYMOVAH，0CH,41,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,；以下为显示坐标系上X、Y轴的刻度MOVAL，0FHMOVCX，X04；给定Y轴刻度初值，画第一个MOVDX，25；刻度，长度为4点YBJ：INT10HINCCXCMPCX，X0JNZYBJMOVCX，X0-4；在Y轴画间隔为26ADDDX，26；长度为4点的5条刻度线CMPDX，Y0JBYBJMOVCX，X0+80；给定X轴刻度初值，画第一个MOVDX，Y0+2；刻度，长度为2点,42,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,XBJ：INT10HDECDXCMPDX，Y0JNZXBJMOVDX，Y0+2；在X轴上，画间隔为80ADDCX，80；长度为2点的7条刻度线CMPCX，600JBXBJWRICHV，0112H，0FH；显示坐标系的Y轴标识V，；行列位置为(01H，12H)，；白色WRICH0，1412H，0FH；显示原点标识WAICHT，144CH，0FH；显示X轴标识T,43,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,WAICHl，14Ldh，0FH；显示X轴的刻度WRICH2，1427H，0FHWRICH3，1431H，0FHWRICH4，143BH，0FHWRICH5，1445H，0FH；WRICH2，0D12H，0FH；显示Y轴的刻度值WRICH5，0312H，0FH,44,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,PUSHDSPOPESMOVAX，1200H；显示字符串功能调用LEABP，MESS；ES：BP指向提示信息MOVCX，35；提示信息长度MOVBL，0FH；黑底，白字MOVDX，1600H；从16H行00列开始INT10H；显示功能调用RETINITENDPCODEENDSENDSTART,45,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,城市交通管理控制系统分析与设计【例】城市交通管理控制系统分析与设计。城市交通管理中十字路口交通灯的控制对车辆运行效率及安全十分重要。传统管理利用人工定时切换方式，控制过程不灵活。采用计算机控制具有实时、高效、灵活和安全等优点，可为城市交通管理带来极大的经济效益和社会效益。1.控制要求及系统分析城市交通管理中，十字路口的交通灯布局情况如图9.7所示。,46,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,图9.7十字路口的交通灯控制,47,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,交通管理系统中，要求对十字路口的交通灯进行定时转换控制，这种灯光控制的规律可归结如下：(1)纵向(A向)与横向(B向)的交通灯定时60秒交换红绿灯一次。(2)灯光有三种颜色：红、黄、绿(图12.7中的R、O、G)，每次交换时要求在黄色灯亮时停留3秒钟。(3)一路在60秒内过车完后超过6秒无车继续过时，如另一路有车在等待，则自动提前交换灯色。交换过程也得先在黄灯处停留3秒。(4)在紧急车辆(如消防车、救护车等)通过时，四边街口均显红灯，以便只许紧急车辆通过，其他车辆暂停行驶。紧急车辆过后自动恢复原来的灯色标志。,48,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,还可以提出更多的要求。不过，上述四点基本要求已足以说明交通灯控制问题对计算机提出的要求是什么。这种控制方式具有如下的特点：第一，这是一个开环控制系统，即无反馈的程序控制。第二，开关量输入和开关量输出。图9.7中的车辆检测传感器(A1、A2及B1、B2)，是光电开关式的，所以送入计算机的信息是开关量。计算机控制交通灯的通断是通过继电器的，所以也是开关量输出。,49,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,第三，有提前换灯信号功能，即一路的车辆能够申请另一路中断绿灯而让其通行。不过这是有条件的，即必须是被请求的一路已有6秒钟无车通过才会响应；硬件电路设置为IRQ5实现。第四，有紧急车辆检测功能。当图9.7中的紧急车辆检测传感器(J)检测到有紧急车辆要通过时，立即发出紧急中断讯号(也是开关量)。这种中断请求不必等到被请求的一路已无车通过，而是无条件地停止其他车辆通过。这里中断设置为IRQ3，它的优先级高于IRQ5。,50,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,2.系统硬件结构设计,图9.8交通灯控制系统结构框图,51,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,微型计算机是系统的核心，它具有下列最基本的组件：微处理机：包含CPU、ROM/RAM等部件。CPU是执行程序、接受输入信号并发出控制信号的指挥中心；ROM/RAM是只读存储器/随机存储器，存放着控制系统的程序和数据，其中的程序是由用户编制的，故称为用户程序。这个程序是根据交通灯控制的需要而由设计者(用户)制定的。LED：发光二极管显示器(模拟灯光标志)。在编制程序时，此显示器可帮助程序员观察到存储器中所存的内容是否符合所编程序的要求，也可显示控制过程。,52,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,并行接口电路：利用PA端口连接和控制十字路口的红、黄、绿三色灯，PB端口连接紧急车辆检测器。REL：继电器板。其中有六个继电器以提高输出接口的六条输出线的功率，以便控制A向及B向的交通灯。RA、OA、GA为A向两个街口的交通灯，红、黄、绿三色各有两个灯。RB、OB、GB为B向两个街口的交通灯，也是三色各有两个灯。GB：门电路板。其中装有两个或门，这实际上是一个门电路组件。其各个与门的输入输出逻辑关系为：A1+A2=A，B1+B2=B。,53,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,A1及A2为放在A向两个街口的检测器，只要其中一个为1(有车要通过)，则A=1，即通知计算机A向有车要求通过。B1与B2是放在B向两个街口的检测器，其作用和上述检测器是相同的。J：四个紧急车辆检测器的公共入口，即四个控制器的输出端并联在一起，接至此处。NMI为CPU的一个非屏蔽中断输入端，低电位(即在J=0时)有效(表示有紧急车辆要通过)。通过NMI端将此信息进入CPU，从而使RAM中正在进行的程序中断，而跳转至让紧急车辆通过的中断服务子程序。当车辆过后，J恢复为1，则经由PC口的输入线使程序恢复到原来的主程序上去。,应用系统的计算机控制硬件结构,55,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,3.系统工作原理这个系统的工作过程是：(1)开始时设A向通行(GA，即A向的绿灯亮)，B向不通(RB，即B向的红灯亮)。这样，通行60秒后自动转为B向通行(GB，绿灯亮)，A向不通(RA，红灯亮)。这是两个方向都很频繁通车的情况。,56,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,(2)如在GA(绿灯)及RB(红灯)亮时，A向并未有车辆通行，等待6秒之后，如B向有车辆在等待通过，则通过B1或B2使程序跳转，其结果是使灯光自动按次序改变：GA及RB灭；OA及OB亮(3秒)；RA及GB亮，同时OA及OB灭。,57,.机械系统计算机接口技术教学课件机械系统计算机接口技术教学课件,(3)从此时起B向车辆可以通行，60秒后又自动转为A向车辆通行的程序。如无论哪个方向正在通行时，突然来了紧急车辆，不论其方向是否与正在通行的方向相同，则通过S(S=0)使程序跳转至让紧急车辆