《微机原理与接口技术》 第10章微机接口开发技术 教案 作者:李芷 2003.5.10
第 10 章 微机接口开发技术 教 案 作者：李芷 2003.5.10 《微机原理与接口技术》
第10章微机接口开发技术 o10.1应用系统设计概要 o102微机应用系统设计实例 o10.3抗干扰技术
第10章 微机接口开发技术 10.1 应用系统设计概要 10.2 微机应用系统设计实例 10.3 抗干扰技术
10.1应用系统设计概要 计算机应用系统的设计,一般要经过以下六个步骤 1.确定系统的功能和性能指标 合理地确定系统的功能和性能指标,是系统设计和实现之前最重 要的一步。 2.硬件和软件功能的划分 个计算机应用系统的功能都是由硬件和软件两部分协同完成 的。硬件,或者说接口电路的基本任务是实现信号的变换和传输, 而软件则是在硬件实现功能的基础上,最终实现该应用系统的全 部任务 应用系统硬件和软件功能的划分,并不是固定不变的。理论上说, 计算机的硬件功能和软件功能是具有互换性的。所以,应用系 统设计的第一步,就是合理地划分系统中硬件和软件的功能
10.1 应用系统设计概要 计算机应用系统的设计，一般要经过以下六个步骤： 1．确定系统的功能和性能指标 合理地确定系统的功能和性能指标，是系统设计和实现之前最重 要的一步。 2．硬件和软件功能的划分 一个计算机应用系统的功能都是由硬件和软件两部分协同完成 的。硬件，或者说接口电路的基本任务是实现信号的变换和传输， 而软件则是在硬件实现功能的基础上，最终实现该应用系统的全 部任务。 应用系统硬件和软件功能的划分，并不是固定不变的。理论上说， 计算机的硬件功能和软件功能是具有互换性的。所以，应用系 统设计的第一步，就是合理地划分系统中硬件和软件的功能
10.1疝用系统设计概要 3.系统硬件设计 (1)选定硬件平台 (2)把硬件的任务划分为若干个任务单一的模块。 (3)确定每个模块的工作方式,以及相关控制电路的类型。 (4)如需自行或部分设计组装,则进一步进行逻辑设计,并要验证设 计的正确性(可用软件仿真、电路实验等方法) (5)综合各个模块设计,得到整个系统的逻辑设计。 (6)组装硬件系统并测试,确定性能和可靠性能否满足系统要求 4.系统软件设计 (1)确定软件的运行环境和选择软件的开发平台 (2)根据系统需要完成的任务列举出全部的程序模块清单 (3)确定每个模块的工作方式,编制流程图和源程序 (4)测试每一个模块的功能和正确性。 (5)装配各程序模块,得到系统可执行机器代码
10.1 应用系统设计概要 3．系统硬件设计 ⑴ 选定硬件平台。 ⑵ 把硬件的任务划分为若干个任务单一的模块。 ⑶ 确定每个模块的工作方式，以及相关控制电路的类型。 ⑷ 如需自行或部分设计组装，则进一步进行逻辑设计，并要验证设 计的正确性（可用软件仿真、电路实验等方法）。 ⑸ 综合各个模块设计，得到整个系统的逻辑设计。 ⑹ 组装硬件系统并测试，确定性能和可靠性能否满足系统要求。 4．系统软件设计 ⑴ 确定软件的运行环境和选择软件的开发平台。 ⑵ 根据系统需要完成的任务列举出全部的程序模块清单。 ⑶ 确定每个模块的工作方式，编制流程图和源程序。 ⑷ 测试每一个模块的功能和正确性。 ⑸ 装配各程序模块，得到系统可执行机器代码
10.1应用系统设计概要 5.系统测试 系统测试主要是在硬件、软件两方面对正确性和性能指标的测试 系统测试过程与开发过程恰恰相反,强调自低向上进行,即先进行 模块测试,然后进行系统整体测试 测试的顺序原则是:先硬件,后软件,最后综合测试;先测试其正 确性,后测试其性能指标。 每项测试之前要制订测试方案,准备测试数据,测试过程要记录, 测试完成之后要总结,得出测试结论 6.编制相关文档和使用说明 研制过程要编制文档,加以整理和保管。一套有良好风格的文档资 料不但是系统交付所必须的,也给研制过程、系统维护提供很 大的方便,更是科研资料的积累,能提高应用系统开发的科研 水平
10.1 应用系统设计概要 5．系统测试 系统测试主要是在硬件、软件两方面对正确性和性能指标的测试。 系统测试过程与开发过程恰恰相反，强调自低向上进行，即先进行 模块测试，然后进行系统整体测试。 测试的顺序原则是：先硬件，后软件，最后综合测试；先测试其正 确性，后测试其性能指标。 每项测试之前要制订测试方案，准备测试数据，测试过程要记录， 测试完成之后要总结，得出测试结论。 6．编制相关文档和使用说明 研制过程要编制文档，加以整理和保管。一套有良好风格的文档资 料不但是系统交付所必须的，也给研制过程、系统维护提供很 大的方便，更是科研资料的积累，能提高应用系统开发的科研 水平
10.2微机应用系统设计奥例 o102.1应用系统分析 10.2.2硬件设计 o10.23软件设计 o1024系统测试
10.2 微机应用系统设计实例 10.2.1 应用系统分析 10.2.2 硬件设计 10.2.3 软件设计 10.2.4 系统测试
102.1疝用系统分析 1.系统卿求 某精密车床需要精确地控制刀架上车刀横向(Ⅹ向)和纵向(Y向)的 移动速度和位置。因此,要求用计算机控制两台步进电机,分别控制 该刀架两个方向的运动。 ◆在刀架正常工作区间的外侧设置一个行程开关,刀架到达该开关时的 位置设为零点。从这一点向工作区移动时,位置值增加。刀架在工作 区内的位置均是正值 ◆利用操作现场的计算机(称为现场机)控制步进电机的前进、后退、 停止;用指定速度正转、反转,同时显示步进电机的位置。 在控制室的计算机(称为上位机)向现场机发布对步进电机的控制命 令,接收现场机发来的步进电机位置信息,并显示 ◆要求该系统造价低,能够适应生产现场温度、湿度、灰尘和电磁干扰 环境,能长时间连续工作,具有较高的可靠性
10.2.1 应用系统分析 1. 系统需求 某精密车床需要精确地控制刀架上车刀横向（X向）和纵向（Y向）的 移动速度和位置。因此，要求用计算机控制两台步进电机，分别控制 该刀架两个方向的运动。 ◆ 在刀架正常工作区间的外侧设置一个行程开关，刀架到达该开关时的 位置设为零点。从这一点向工作区移动时，位置值增加。刀架在工作 区内的位置均是正值。 ◆ 利用操作现场的计算机（称为现场机）控制步进电机的前进、后退、 停止；用指定速度正转、反转，同时显示步进电机的位置。 ◆ 在控制室的计算机（称为上位机）向现场机发布对步进电机的控制命 令，接收现场机发来的步进电机位置信息，并显示。 ◆ 要求该系统造价低，能够适应生产现场温度、湿度、灰尘和电磁干扰 环境，能长时间连续工作，具有较高的可靠性
10.2.1应用系统分析 2.系统分析 (1)现场机的任务:接收上位机的命令;把步进电机位置传到上位机并 显示;控制步进电机的启停、方向、速度等。 (2)上位机的任务:从键盘上接收命令;发送命令到现场机;接收现场 机送来的步进电机位置并显示 (3)分析二级计算机的任务,可以得出如下结论:二级计算机的软、硬 件规模均不大;均需要具备双向通信功能;需要配置LED显示器;系 统要求低造价,高可靠性,能连续工作。 (4)考虑系统硬件构成:由于系统规模小,硬件设计成专用系统,按照 系统需要配置各种资源(量体裁衣)。 (5)考虑系统软件构成:由于硬件采用专用计算机系统,没有必要使用 通用的操作系统,编制专用的用户程序实现系统功能。 综述:该应用系统优点是结构简单,使用方便,造价低,稳定性好; 缺点是系统功能难以扩展
10.2.1 应用系统分析 2. 系统分析 ⑴ 现场机的任务：接收上位机的命令；把步进电机位置传到上位机并 显示；控制步进电机的启停、方向、速度等。 ⑵ 上位机的任务：从键盘上接收命令；发送命令到现场机；接收现场 机送来的步进电机位置并显示。 ⑶ 分析二级计算机的任务，可以得出如下结论：二级计算机的软、硬 件规模均不大；均需要具备双向通信功能；需要配置LED显示器；系 统要求低造价，高可靠性，能连续工作。 ⑷ 考虑系统硬件构成：由于系统规模小，硬件设计成专用系统，按照 系统需要配置各种资源（量体裁衣）。 ⑸ 考虑系统软件构成：由于硬件采用专用计算机系统，没有必要使用 通用的操作系统，编制专用的用户程序实现系统功能。 综述：该应用系统优点是结构简单，使用方便，造价低，稳定性好； 缺点是系统功能难以扩展
10.2.2硬件设计 1。现场机的硬件设计 DB7-0, IOW, IOR, A, Ao 8088系统 (8088, TXD LED显示器 PCLK(1. 33MHz 8284, 8251 8282 INTR 8255 82534RxD PB RAM, 8259 行程开关 ROM) 地址 归零信号 PC 译码 步 进 电 机 8MHZ (1)现场机的配置 (2)现场机主要功能模块的工作方式 (3)现场机的逻辑结构
10.2.2 硬件设计 1. 现场机的硬件设计 ⑴ 现场机的配置 ⑵ 现场机主要功能模块的工作方式 ⑶ 现场机的逻辑结构 行程开关 归零信号 INTR 步 进 电 机 PA 8255 PB PC 1 3 2 DB7~0 , IOW, IOR, A1 , A0 8088系统 （8088， 8284， 8282， RAM， ROM） PCLK(1.33MHz) 地址 译码 8MHz 8251 8253 8259 TxD RxD LED显示器
10.2.2硬件设计 2.上位机的硬件设计 DB,-o, IOW, IOR, Al, Ao 808系统下 (8088,PcLK(13H) TXD LED显示器 8251 PAl 8284, INTR RXD 8282, 8253 8255 8259 RAM 地址 PBy ROM 译码 PCI 74LS377 8MHZ 16键专用键盘 (1)上位机的配置 (2)上位机主要功能模块的工作方式 (3)上位机的逻辑结构
10.2.2 硬件设计 2. 上位机的硬件设计 ⑴ 上位机的配置 ⑵ 上位机主要功能模块的工作方式 ⑶ 上位机的逻辑结构 16键专用键盘 74LS377 INTR PA 8255 PB PC 1 2 DB7~0 , IOW, IOR, A1 , A0 8088系统 （8088， 8284， 8282， RAM， ROM） PCLK(1.33MHz) 地址 译码 8MHz 8251 8253 8259 TxD RxD LED显示器