微机应用系统设计方法

其次章微机应用系统设计方法应用系统

MENURETURN应用系统设计的基本原则和要求2.22.32.4应用系统设计的基本内容和步骤微机应用系统的软件结构高级语言和汇编语言的混合编程2.12.1应用系统设计的基本原则和要求应用系统

MENURETURN一、操作性能要好

二、通用性好，便于扩展三、牢靠性高四、设计周期短，价格便宜§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3Part4§2.4一、操作性能要好应用系统

MENURETURN系统的人—机界面友好，操作便利、便于维护

硬件

开关不能太多，操作依次简洁。

软件

配置什么样的软件和环境，降低对专业学问的要求供应自检或诊断程序，刚好解除故障。

其他

操作台便于操作人员工作，显示器颜色和谐等。

§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3Part4§2.4二、通用性好，便于扩展应用系统

MENURETURN系统的通用性要好，在必要时能灵敏地进行扩充。要求：（1）采用通用的系统总线结构。需要扩充时，加相应接口插件板（2）接口部件尽量采用标准通用芯片。

（3）系统的设计指标留有余量：微机的工作速度电源功率内存容量I/O通道尽可能标准化。§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3Part4§2.4三、牢靠性高应用系统

MENU——最突出的和最重要的一个基本要求。

两台微机同时投入系统运行，分别完成不同任务。一台主控，另一台一般性工作。1.接受双机系统：用两台微型机组成核心限制器。①备份机工作方式

②主—从工作方式

③双工工作方式一台投入系统运行，另一台也处于运行状态，但脱离系统，只作为备份机。

两台微机同时运行，同步执行一个任务

核对运算单元微机2微机1§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3Part4§2.4三、牢靠性高应用系统

MENU2.接受多机多级分散限制把系统全部限制任务分散地由多台微型机来担当，再用一台适当功能的微型机作为上一级的管理主机，对多台分散的下一级微型机进行监督和管理。这就组成了一个两级多机分散的应用系统。RETURN§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3Part4§2.4四、设计周期短，价格便宜应用系统

MENURETURN除此之外，如精度、速度、重量、监视手段、抗干扰实力等都是应考虑。§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3Part4§2.4

2.2应用系统设计的基本内容和步骤应用系统

MENURETURN一、引入微型机的必要性分析二、分析被控对象需求三、选择基本微机系统四、确定整个应用系统的方案五、硬件和软件的具体设计§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3Part4§2.4Part5六、调试

一、引入微型机的必要性分析应用系统

MENURETURN估价成本：经济效益、社会效益系统性能改善程度系统的通用性、牢靠性、可维护性等§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3Part4§2.4Part5二、分析被控对象需求应用系统

MENURETURN被控对象工作过程分析明确微机功能应用系统的响应时间、系统精度、牢靠性、平安性、可维护性、可操作性运用环境：电源稳定性及干扰状况、温度、湿度……

§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3Part4§2.4Part5三、选择基本微机系统应用系统

MENURETURN

先选择一个最基本的微机系统，然后进行扩展,并配上相应的软件而形成一个实用的应用系统。

4.尽量选用有较多软件支持的机型

1.微处理器的字长

2.微处理器的工作速度

3.系统结构对环境的适应性

考虑的依据§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3Part4§2.4Part55.其它要求：体积、重量、功耗、价格、安装方式

四、确定整个应用系统的方案应用系统

MENURETURN1.通道划分及输入输出方式的确定

根据被控对象所要求的I/O参数的数目

根据被控对象要求

I/O通道数目采用I/O方式

一般方式中断方式：效率较高，成本高。

定时方式：效率较低，成本低。

查询方式：效率较低，速度较慢，但成本低。

§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3Part4§2.4Part5

4.

确定整个应用系统的大体结构应用系统

MENURETURN留意，不要运用用户程序占用基本微机系统的工作区。2.内存分配

——对通用性和可扩展性有重要意义。3.系统总线的选择§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3Part4§2.4Part5４.常规外设及接口5.其他硬件

——操作控制台、报警设备、电源、机箱、机架等五、硬件和软件的具体设计应用系统

MENURETURN硬件设计

系统硬件设计的难点：I/O接口设计

I/O接口设计和相应的驱动程序设计有关

基本微机系统扩展系统§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3Part4§2.4Part5五、硬件和软件的具体设计应用系统

MENURETURN软件的设计过程

1.首先依据系统框图画出限制流程图。2.再依据系统须要配备的软件状况，用高级语言或汇编语言编制各用户源程序。3.经编译或汇编

目的软件

可执行的用户程序。

4.一般可执行文件需进行多次调试和查错才能改正编程中存在的逻辑错误。

软件设计§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3Part4§2.4Part5五、硬件和软件的具体设计应用系统

MENURETURN系统设计特点

１.软、硬联系更加紧密。2.研制手段和调试工具。3.系统的设计周期可以大大缩短，一般硬件和软件可以独立地并行进行。

§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3Part4§2.4Part5六、调试应用系统

MENURETURN1.试验室联调2.现场调试3.鉴定或验收§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3Part4§2.4Part5

2.3微机应用系统的软件结构应用系统

MENURETURN应用系统软件的特点与分类

单任务结构软件

通用的应用系统软件结构§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4一、应用系统软件的特点与分类应用系统

MENURETURN1.特点既可以由硬件来实现增加物理设备

也可以由软件来完成系统的某些功能软件与硬件密不行分，紧密协作。软件开发一次完成，长期运行。①②③增加程序的长度和困难性§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4一、应用系统软件的特点与分类应用系统

MENURETURN2.分类①②单任务结构

——整个计算机系统仅有一个程序在运行，执行一个任务的软件结构适用于功能比较单一的系统

多任务结构——计算机系统并行地运行着几个不同的程序适用于比较复杂的系统，多个任务将分时占用CPU§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4二、单任务结构软件应用系统

MENURETURN单任务查询式结构

单任务中断式结构

123单任务软件的开发环境

§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.41.单任务查询式结构

应用系统

MENURETURN——系统中只有一个程序，依据事先支配好的依次执行。特点（1）结构简洁、功能精确、调试便利。（2）适用：小型专用系统规模较大、功能困难系统§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4单片机智能化的测量仪表、家用电器2.单任务中断式结构

应用系统

MENURETURN时间陷阱——由规定的时间定时来激活。事务陷阱——由规定的事务来激活。中断服务程序的简繁程度是依据系统的须要而设计的，为了能够精确地激活它，在主程序中的适当位置上要设置陷阱。陷阱§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.42.单任务中断式结构

应用系统

MENURETURN①时间中断式

分为：主程序－－初始化：系统参数、I/O、定时器中断处理子程序。★精确记录突发变更，且辨别动身生的时间差、先后依次。★中断量参数，以共享内存参数区的方法来传递参数★中断处理简化－－缩短处理时间，提高事务发生时间的辨别率。

②事件中断式

§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4－－开关量3.单任务软件的开发环境

应用系统

MENURETURN计算机的外围设备支持开发环境的操作系统用于程序的输入、编辑和存储的支持软件用于程序的编译或汇编的软件用于连接目标模块、生成下装模块的支持软件调试程序的支持硬件和软件1.下装2.EPROM编程软件集成§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4三、通用的应用系统软件结构应用系统

MENURETURN以多变量闭环控制系统为例

应用程序模块

过程数据的输入与输出－数据采集、限制任务输出165432限制算法的实现－PID实时数据的存储管理

实时通信人-机会话功能的实现

其他功能模块：图形显示、报警、历史数据管理

§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4

1.实时数据库的存储管理应用系统

MENURETURN（1）实时数据库

（2）实时数据库的结构

（3）实时数据库的访问和管理

§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4

（1）实时数据库应用系统

MENURETURN－－设置一个公共的实时数据区。（共享）实时数据库

实时数据库的存在是必要而有效的

过程物理量巡检任务将数值周期地采集进来对于采集到的数据须要进行各种处理趋势跟踪以及限制调解等在实时测控系统中，存在着大量的实时数据须要处理§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4

（1）实时数据库应用系统

MENURETURN实时数据库是应用系统软件通用化的基础

实时数据库设计方法

对应每一个测控点设置一项记录对应每一个记录用一个二进制数设置记录标识符ID各个记录排列依次，按ID大小依次排列实时数据库运用频繁，每一项定义要简洁。数据库的结构应简洁化,对其访问方式应干脆化，快速化§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4

（2）实时数据库的结构

应用系统

MENURETURN①应当设置记录点

测控点（数据采集点）输出控制点计算中间变量点

②应确定信息

点索引标识ID点字符名称说明信息报警管理信息

显示用信息转换用信息一些算法的计算用信息

③信息长度模拟量点比较长，可能达100个字节以上

开关量点比较短，可能只需60个字节左右§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4

（2）实时数据库的结构

应用系统

MENURETURN数据结构的种类：①硬件支持的信号类型有：模拟量输入信号模拟量输出信号开关量输入信号开关量输出信号②中间结果，以便参与报警检测和显示定义数据结构：

模拟量输入/输出信号AN开关量输入/输出信号DG模拟计算量AC§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4

(3)实时数据库的访问和管理应用系统

MENURETURN

在设计软件时，即要考虑到实时数据库的访问速度，又要考虑到尽量简化某些任务的操作。①公共数据访问方式

实时数据放在公共数据区，任务程序要清晰实时数据库的存储结构，保持实时数据库的指针。②事件（信息）格式访问方式

以事务（信息）的形式向实时数据库管理任务发出恳求。§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4－－访问频度高－－简化操作2.数据采集和限制输出任务应用系统

MENURETURN（1）数据采集和限制输出任务的功能（2）对开关量输入数据的处理

（3）对模拟量输入数据的处理（4）显示程序的设计

§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4（1）数据采集和限制输出任务的功能应用系统

MENURETURN主要功能模块有：

①

对各个输入点周期扫描

②对输入信号进行滤波处理和消退尖峰处理③

对模拟信号进行工程值转换

④

检测警报

⑤对事务进行中断处理⑥

将输出值转换成硬件输出值

⑦将输出信号周期地输出到限制通道§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4

（2）对开关量输入数据的处理应用系统

MENURETURN每一次输入操作，可以输入8位或16位开关量状态

对开关量DI的操作典型过程如图所示:

§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4

（3）对模拟量输入数据的处理应用系统

MENURETURN模拟量信号在输入计算机以后，输入任务要对其进行读取，平滑滤波，尖峰抑制，工程单位转换，报警检测等处理。

①尖峰信号的抑制

尖峰是指电信号中突然发生很大的变更§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4

（3）对模拟量输入数据的处理应用系统

MENURETURN②平滑滤波

由于各种电器干扰或设备不稳，信号到达计算机时，不行避开地要引入一些微小的波动。有时，电源电压的纹波也会在信号上产生一个周期的波动。滤波的方法：算术平均值滤波，中值滤波，一阶滞后滤波……

§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4

（4）显示程序的设计应用系统

MENURETURN

人－机会话界面，包括：窗口菜单

现场状态图形画面

⑴

支持平台

系统分为两层：人机会话层

测控层

⑵

图形画面的更新

在磁盘和显示缓冲区之间干脆进行读写的方法⑶

动态数据曲线的技术处理

接受干脆读写显示缓冲区的方法，即干脆读取欲被移动的显示区的数据，并将其干脆写入新的区域的方法。§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.42.4高级语言和汇编语言的混合编程应用系统

MENURETURN概述C语言程序对汇编语言程序的调用C语言程序调用汇编程序实例汇编语言对C语言程序的调用其他语言对汇编的调用§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4

概述应用系统

MENURETURN一般与限制端口有关的输入输出程序及执行速度要求高的程序用汇编语言编写，如数据采集、实时时钟管理程序，主程序及数据处理程序用高级语言编写。我们把这种高级语言和汇编语言的混合编程称为混合语言。混合语言只是一种程序接口技术。高级语言与汇编语言程序的连接，在技术上有两个问题：

1.高级语言的程序如何调用汇编语言程序。

2.高级语言程序和汇编语言程序如何实现相互之间的通信。§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4

C语言程序对汇编语言程序的调用应用系统

MENURETURN

命名原则

调用原则

参数传递原则

编写C语言和汇编语言过程时，必需遵守三个原则（约定）1.C语言程序的接口处理

2.汇编语言程序的接口处理

内容§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4

1.C语言程序的接口处理应用系统

MENURETURN

(1)命名原则

编译系统自动地把在程序中出现的变量名或函数名的前面加一个下划线”_”，如将fact_fact。

C语言源程序中调用一个外部汇编过程中，则干脆使用该过程名而不加下划线。比如，在汇编语言程序中有一个被调用的过程名_demo，在C语言程序中可干脆用demo()对其产生调用。C语言规定名称的有效长度为8个字符（不包括下划线)§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4

1.C语言程序的接口处理应用系统

MENURETURNextern语言的说明形式:

extern返回值类型

名称（参数类型表）

返回值类型是对函数过程而言的。若是变量则指变量类型是C语言所允许的任何数据类型，默认为int型。

名称是对应的函数过程名或变量名等，它应符合命名原则。

例：

externshortthing(int,short);externpower();externpara;——外部变量说明，不须要括号和参数类型表。(2)调用原则§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4

1.C语言程序的接口处理应用系统

MENURETURN(3)参数传递原则

若没有参数传递，则外部说明和调用时都予以空缺。

假如参数是传值传送，可以干脆写出实参。地址传送，则在extern说明中，将参数类型说明成指针型，并在放实参时给出参数的地址。

例externthing():/*外部函数说明*/::thing();/*表示调用函数thing()*/externintthing(int*)……

intn=10;……

thing(&n);§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4

2.汇编语言程序的接口处理应用系统

MENURETURN1为了与C语言命名原则相符，在定义和编写汇编语言程序的被调用过程时，应以下划线开头，用PUBLIC（公共块，可被其他模块运用和访问)说明，过程名最好不要超过8个字符。如数据被其他模块运用，必须用PUBLIC说明。例:PUBLIC_fact。2假如C语言程序以巨型（huge）、大型（large）或者中型（medium）存储模式编译，被C语言调用的汇编过程应说明成FAR，例：_factprocfar。如C语言程序以小型（small）或者紧凑型（compact)存储模式编译，被调用的汇编过程应说明成NEAR。§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4

2.汇编语言程序的接口处理应用系统

MENURETURN3考虑调用约定，C语言程序向汇编过程传送参数是通过堆栈进行的。

留意:C语言参数堆栈依次与参数调用时参数表中出现依次相反。第一个参数的地址最低，是最终压入堆栈的，各种类型参数在堆栈中所占的字节数也不同的。如int型占2个字节,float型占4个字节。（类型对应的字节数与机器有关，运用时须特殊留意）。如调用依次是fact(A、B)，则B先入栈而A在后。§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4

2.汇编语言程序的接口处理应用系统

MENURETURN4汇编过程的进入

汇编过程的进入一般以两条指令起先，即PUSHBPMOVBP，SPBP是一个区域指针，用来访问参数和局部数据。这些数据都存放在堆栈中，所以，BP也成为一个指向堆栈中各元素的指针,正是这个BP成为了参数传递的关键。BP基址寄存器SP堆栈指针§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4

2.汇编语言程序的接口处理应用系统

MENURETURN5结果和值的返回

在PC系列机上，当返回值的数据类型是简洁类型时，同时长度不超过4个字节，约定一般为：数据大小返回值所放寄存器1字节AL2字节AX3字节高端地址（或段地址）在DX低端地址（或位移量）在AX返回值超过4个字节时，C语言调用过程为返回值支配一个存储空间，将地址放在寄存器DX:AX中。§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4

2.汇编语言程序的接口处理应用系统

MENURETURN6退出汇编程序

在被C语言调用的汇编过程中用指令RET返回。而在BASIC，FORTRAN等其他语言中要求用指令RETn返回。因为C语言的调用程序会自动复原堆栈。另外，假如C语言程序以small或compact模式编译,其堆栈中的返回地址只占2个字节（NEAR）。假如C语言程序以huge、large或medium模式编译,则返回地址中要占4个字节（FAR）。§2.2§2.3§2.1Part1Part2Part3§2.4

2.汇编语言程序的接口处理应用系统

MENURETURN7C语言参数传递方式是传值，数组总是接受传址方式。C语言调用汇编程序的步骤为：按约定编写C语言程序，编译后得到目标文件，留意extern和参数的类型的运用。按约定编写并汇编语言源程序，得到重定位的目标文件（OBJ文件）,留意下划线，PUBLIC和BP的运用。将两种语言程序的目标文件连接成一个可执行的文件。

运行该执行文件。在连接之前，C语言程序和汇编语言程序都有各自的代码段，数据段，他们是不相重合