微机控制系统的选择及接口设计
微机原理与接口课程设计基于8086微处理器和8255A芯片的汽车信号灯微机控制系统的设计与实现
课程设计题目汽车信号灯目录一、设计目的 (2)二、系统硬件设计 (3)三、系统软件设计 (9)四、系统调试及结果 (15)五、总结和体会 (16)六、参考文献 (16)一、设计目的通过所学知识和现代计算机技术来模拟模拟汽车信号灯控制系统，把所学的理论的知识用到现实实践中去，加强了对理论知识的理解和记忆。
展示了计算机技术在汽车行业的应用。
设计出汽车信号灯微机控制系统。
汽车信号灯的作用是大家所熟知的，汽车通过显示不同的信号灯来告诉前后左右的行车者本汽车正在进行的操作，本控制系统采用8086微处理器作为处理器和可编程的8255A芯片来模拟汽车信号灯控制系统。
通过在实验箱上分别按K1，K2，K3和K4键来显示汽车左转、右转，前进和后退等状态。
左/右转弯开关K1,K2闭合时，对应的仪表板左/右转弯指示灯、左/右转弯头灯和左/右转弯尾灯闪烁；紧急开关闭合时，所有仪表板左右转弯灯、左右转弯头灯和左右转弯尾灯闪烁；当用户按K3时,也即踩刹车时，刹车开关闭合，刹车灯（左右红色尾灯）亮;停靠时(合上停靠开关)，即按K4键时,所有的灯闪烁。
所需执行的操作由相应的开关状态反映，所需控制的信号灯有仪表板左/右转弯灯、暂停灯、照明远灯和照明近灯共五类类灯.二、系统硬件设计1.硬件连接图：利用8088驱动8255 8253来连接外部电路。
2.器件选择：CPU(8088) 1个发光二极管 5个74ALS373 2个电阻 5个74ALS245 1个 74LS00 5个8255 1个控制开关 5个8253 1个3、8088,8255,8253功能及说明8088的引脚包括20根地址线,16根数据线及控制线,状态线,时钟,电源和地线等,大致可分五大类.第一类只传送一种信息,第二类每个引脚电平的高低代表不同信息,第三类代表不同的工作方式,第四类每个引脚可以传送两种信息,第五类引脚在输入和输出时分别传送不同的信息.同时还要地址锁存器及数据总线收发器来构成最小系统.因本电路用到各种比较重要的芯片，因此有必要对芯片进行简要介绍。
微机原理与接口技术
5.2 I/O端口及其编址方式
5.1.2 接口电路中的信息
❖数据信息 ❖状态信息 ❖控制信息
习惯上把分别传送这三种信息的端口称为 数据口、状态口、控制口
1．数据信息
❖ （1）数字量：
通常以8位或16位的二进制数以及ASCII码的形式传 输，主要指由键盘、磁盘、光盘等输入的信息或主 机送给打印机、显示器、绘图仪等的信息。
❖ （2）模拟量：
第5章 输入输出接口
❖5.1 微机接口及接口技术 ❖5.2 I/O端口及其编址方式 ❖5.3 端口地址译码 ❖5.4 CPU与外设之间的数据传送方式
5.1 微机接口及接口技术
• 5.1.1 为什么要设置接口电路 • 5.1.2 接口电路中的信息 • 5.1.3 接口的基本功能 • 5.1.4 接口的基本结构
2． 端口选择功能
❖微机系统中常有多个外设，而CPU在任一 时刻只能与一个端口交换信息，因此需要 通过接口的地址译码电路对端口进行寻址。
3. 信号转换功能
❖外设所提供的数据、状态和控制信号可能 与微机的总线信号不兼容，所以接口电路 应进行相应的信号转换。
4． 接收和执行CPU命令的功能
❖CPU对外设的控制命令一般以代码形式输 出到接口电路的控制端口，接口电路对命 令代码进行识别、分析，分解成若干控制 信号，传送到I/O设备，并产生相应的具 体操作。
模拟的电压、电流或者非电量。对模拟量输入而言， 需先经过传感器转换成电信号，再经A/D转换器变成 数字量；如果需要输出模拟控制量的话，就要进行 上述过程的逆转换。
❖ （3）开关量：
用“0”和“1”来表示两种状态，如开关的通/断、电 机的转/停、阀门的开/关等。
2．状态信息
CPU在传送数据信息之前，经常需要先了解外 设当前的状态。如输入设备的数据是否准备好 、输出设备是否忙等。
【DOC】第3章机电一体化技术与系统中微型计算机控制系统及接
第3章：机电一体化技术与系统中微型计算机控制系统及接口设计 3.1 控制系统的一般设计思路3.1.1专用与通用、硬件与软件的权衡与抉择1. 专用与通用的抉择 专用控制系统：适合于大批量生产的而且较成熟的机电一体化产品。
通用控制系统：适合还在不断改进，结构还不十分稳定的产品。
2. 硬件与软件的权衡根据经济性和可靠性的标准权衡决定。
例：分立元件组成硬件------软件 利用LSI 芯片组成电路-----软件3.1.2 控制系统的一般设计思路 设计步骤为：确定系统整体控制方案；确定控制算法；选用微型计算机；系统总体设计；软件设计等。
1、确定系统整体控制方案（1）应了解被控对象的控制要求，构思控制系统的整体方案。
（2）考虑执行元件采用何种方式。
（3）要考虑是否有特殊控制要求。
（4）考虑微机在整个控制系统中的作用，是设定计算、直接控制还是数据处理，微机应承担哪些任务，为完成这些任务，微机应具备哪些功能，需要哪些输入/输出通道、配备哪些外围设备。
（5）应初步估算其成本。
2、确定控制算法建立该系统的数学模型，确定其控制算法。
数学模型：就是系统动态特性的数学表达式。
它反映了系统输入、内部状态和输出之间的数量和逻辑关系。
控制算法：所谓计算机控制，就是按照规定的控制算法进行控制，因此，控制算法的正确与否直接影响控制系统的品质，甚至决定整个系统的成败。
例如：机床控制中常使用的逐点比较法的控制算法和数字积分法的控制算法；直线算法：a a xy yx F -= 或K x y T T ee Y X==∆∆ 圆弧算法：222R Y X F i i i -+= 或yxT T Y X =∆∆ 直接数字控制系统中常用的PID 调节的控制算法；位置数字伺服系统中常用的实现最少拍控制的控制算法；另外，还有各种最优控制的控制算法、随机控制和自适应控制的控制算法。
3、选择微型计算机 （1）较完善的中断系统 （2）足够的存储容量（3）完备的输入／输出通道和实时时钟（4）特殊要求：字长、速度、指令4、系统总体设计设计中主要考虑硬件与软件功能的分配与协调、接口设计、通道设计、操作控制台设计、可靠性设计等问题。
微型机系统与接口技术课程设计
微型机系统与接口技术课程设计一、题目理解微型机系统与接口技术课程设计是一门计算机科学课程，主要研究关于微型机系统与接口技术的开发和应用。
这门课程为电子信息工程专业的高级课程，旨在让学生了解微型机系统与接口技术，并能够独立开发和设计相关系统。
二、课程目标微型机系统与接口技术课程设计主要目标如下：1.让学生了解微型机系统与接口技术的相关知识和理论基础；2.增强学生的技术实践能力，让他们可以独立设计和开发相关系统；3.提高学生的团队协作能力，让他们能够有效沟通和合作；4.培养学生的创新意识和解决问题的能力，让他们具备创新思维和综合运用知识的能力。
三、课程内容微型机系统与接口技术课程设计的内容包括以下几个部分:1. 微控制器原理学生首先需要掌握微控制器的基本原理，包括器件和接口特性、指令系统、存储器体系结构等。
这些基础知识对于学生后续的学习和设计非常重要。
2. 编程语言学生需要学习至少一种微型机编程语言，如C语言、汇编语言等。
这些编程语言在微型机系统的开发中得到广泛应用，掌握这些语言对于学生的就业和职业发展也非常有帮助。
3. 系统设计在微型机系统设计中，学生需要学习和掌握多种设计方法和技能，包括电路设计、硬件设计、软件设计等。
通过真实项目的设计，学生可以锻炼自己的设计思维和能力。
4. 项目实践微型机系统与接口技术课程设计中的项目实践是非常重要的一部分。
学生需要在指导教师的协助下，完成一个实际的微型机系统设计项目，此过程需要学生实际操作和调试，并最终呈现完整的系统设计方案。
四、学习方法在学习微型机系统与接口技术课程设计的过程中，学生需要采用一些有效的学习方法，如下所示：1. 自主学习学生需要主动学习，积极阅读相关的教材、论文和文献，了解最新的技术发展和应用。
学生需要保持敏锐的思维和学习意识，自我激励，并在自学的基础上，积极和指导教师交流。
2. 合作学习在项目实践中，学生们需要分组合作，并根据自己的特长和能力分工合作，共同完成任务。
微型计算机控制系统的设计方法与步骤
否
否
本次越限标志送
5FH
清零 5EH 单元
上限处理
6-6 T0
图 中 断 服 务 程 序 流 程 图
返回本节
THANK YOU VERY MUCH ！
❖本章到此结束， ❖谢谢您的光临！
结束放映
返回本章首页
.
.. .
键盘与显示
过零信号发生器
MC 14528
LM311
~220V
..
.
.
74LS00TI光 耦L117驱 动 器
加热丝
.
变送器
热电偶
图6-2 电阻炉炉温控制系统原理图
1. 检测元件及变送器
检测元件选用镍铬-镍铝热电偶，分度号为 EU，适用于0℃~1000℃的温度测量范围，相应 输出电压为0mV~41.32mV。
返回本节
6.3.3 控制系统程序设计
开始
6-5
1.
设定堆栈指针
开始
主
清标志和暂存单元
图
程 序
T 1 中断程序
清显示缓冲区
主 程
清标志D5H
序
T 0 初始化
流
开CPU中断
程
停止输出
图
扫描键盘 返回
温度显示
T 1 中断服务程序
2. T0中断服务程
T0中断服务程序是此系统的主体程序，用 于启动A/D转换、读入采样数据、数字滤波、 越限温度报警和越限处理、大林算法计算和输 出可控硅的同步触发脉冲等。在T0中断服务程 序中，要用到一系列子程序。如：采样子程序、 数字滤波子程序、越限处理程序、大林算法程 序、标度变换程序和温度显示程序等。T0中断 服务程序流程图如图6-6所示。
3.2机电一体化中的微型计算机系统
第三章 微机控制系统及接口技术
8位机有单片和多片之分，主要用于控 制和计算。 16位机功能更强、性能更好，用于比较 复杂的控制系统,可以使小型机微型化。
32位和64位机是比小型机更有竞争力的 产品。人们把这些产品称为超级微机。它具大 提高了软件的生产效率。
第三章 微机控制系统及接口技术
第三章 微机控制系统及接口技术
在单板机的印制电路板上装有一个 十六进制的小键盘和数字显示器,可完 成一些简单的数据处理和编辑功能。 用单板机实现机电产品的机电一体 化成本低，在机械设备的简易数控、检 测设备、工业机器人的控制等领域中得 到广泛应用。
第三章 微机控制系统及接口技术
3) 微型计算机系统
根据需要，将微型计算机、ROM、RAM、 I/O接口电路、电源等组装在不同的印制电路 板上， 然后组装在一个机箱内，再配上键盘、 CRT显示器、打印机、硬盘和软盘驱动器等多 种外围设备和足够的系统软件,就构成了一个 完整的微机系统。
第三章 微机控制系统及接口技术
(2)按微处理机位数分类
按微处理机位数可将微型计算机分为 位片、4位、8位、16位、32位和64位等机 种。所谓位数是指微处理机并行处理的数 据位数，即可同时传送数据的总线宽度。 4位机目前多做成单片机。即把微处理 机、1~2KB的ROM、64~128KB的RAM、I/O接 口做在一个芯片上，主要用于单机控制、 仪器仪表、家用电器、游戏机等中。
第三章 微机控制系统及接口技术
2)操作系统 所谓操作系统(OS-Operating System)，就 是计算机系统的管理程序库。它是用于提高计 算机利用率、方便用户使用计算机及提高计算 机响应速度而配备的一种软件 。操作系统可以 看成是用户与计算机的接口，用户通过它而使 用计算机。它属于在数据处理监控程序控制之 下工作的一组基本程序，或者是用于计算机管 理程序操作及处理操作的一组服务程序集合。
微机原理及接口技术
2. 什么是机器码？什么是真值？解：把符号数值化的数码称为机器数或机器码，原来的数值叫做机器数的真值。
3. 8位和16位二进制数的原码 、补码和反码可表示的数的范围分别是多少？ 解：原码（-127~+127）、（-32767~+32767）补码 (-128~+127）、（-32768~+32767） 反码（-127~+127）、（-32767~+32767）4.一般来说，其内部基本结构大都由 算数逻辑单元、控制单元、寄存器阵列、总线和总线缓冲器 四个部分组成。
高性能微处理器内部还有指令预取部件、地址形成部件、指令译码部件和存储器管理部件等。
二 1.总线接口单元BIU （Bus Interface Unit ）包括段寄存器、指令指针寄存器、20位地址加法寄存器和先入先出的指令队列、总线控制逻辑。
负责与存储器、I/O 设备传送数据，即BIU 管理在存储器中获取程序和数据的实际处理过程。
20位地址加法器将16位段地址和16位偏移量相加，产生20位物理地址。
总线控制逻辑产生总线控制信号对存贮器和I/O 端口进行控制。
IP 指针由BIU 自动修改，平时IP 内存储下条要取指令的偏移地址；遇到跳转指令后，8086将IP 压栈，并调整其内容为下条要执行指令地址。
2.执行单元EU （Execution Unit ）包括ALU 、状态标志寄存器、通用寄存器、暂存器、队列控制逻辑与时序控制逻辑等。
负责指令的执行。
将指令译码并利用内部的ALU 和寄存器对其进行所需的处理。
3.EU 和BIU 的动作管理—流水线技术原则控制器运算器 寄存器输入/输出接口存储器 CPU主机外部设备应用软件系统软件微型机软件微型机系统 微型机硬件（1）每当8086的指令队列中有2个空字节且EU 未向BIU 申请读写存储器操作时，BIU 就会自动把指令取到指令队列中。
（2）每当EU 要执行一条指令时，它会先从BIU 的指令队列前部取出指令代码，然后执行指令。
微机原理接口
微机原理接口
微机原理接口是计算机系统中用于连接外部设备的接口，用于实现数据和控制信号的传递。
接口通常由硬件和软件组成，硬件部分包括物理接口和逻辑接口。
物理接口是指连接计算机与外部设备之间的电缆、插座、连接器等物理连接部分。
不同的外部设备需要的物理接口类型各不相同，常见的物理接口有USB接口、HDMI接口、VGA接口等。
物理接口的设计需要考虑带宽、传输速率、信号噪声等因素。
逻辑接口是指连接计算机与外部设备之间的软件接口，通过逻辑接口可以实现数据的读写、设备的控制等功能。
逻辑接口通常由驱动程序提供，驱动程序负责将计算机的指令转换为硬件操作，使计算机与外部设备进行有效的交互。
在计算机系统中，各个设备的接口需要进行标准化，以确保不同厂商生产的设备可以互相兼容。
例如，USB接口就是一种标准接口，使得不同品牌的计算机可以连接同一种类型的USB设备。
接口的设计需要考虑可靠性、易用性、扩展性等因素。
良好的接口设计能够提高系统的稳定性和性能，使得不同外部设备能够方便地连接到计算机系统中，为用户带来更好的使用体验。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
③ 第三要考虑是否有特殊控制要求，对于具有高可靠性、高精 应采取哪些措施。
④ 第四是考虑微机在整个控制系统中的作用，是设定计算、直 接控制还是数据处理，微机应承担哪些任务，为完成这些任务， 微机应具备哪些功能，需要哪些输入／输出通道、配备哪些外围 设备。
3)指令
一般说来，指令条数越多，针对特定操作 的指令就多，这样会使程序量减少，处理速 度加快。对于控制系统来说，尤其要求较丰 富的逻辑判断指令和外围设备控制指令，通 常8位微处理器都具有足够的指令种类和数 量，一般能够满足控序编制难易
以及扩充输入／输出接口是否方便等因素，从而确定
第一节 专用与通用的抉择、硬件与软件的权 衡
由于采用微机作为机电一体化系统或产品的控 制器。 控制系统的设计的内容：选用微机、设计接口、 控制形式和动作控制方式的问题
1.专用与通用的抉择
专用控制系统适合于大批量生产的机电一体化产品。
专用控制系统的设计: 主要是选用适当的通用IC芯片以及 设计其外围电路来组成控制系统。
2.硬件与软件的权衡
在大多数情况下，对于某种功能来说，既可用硬 件来实现，又可用软件来实现。
因此，控制系统中硬件和软件的合理组成，通常 要根据经济性和可靠性的标准权衡决定。
原则：能采用通用的LSI芯片来组成所需的电路的情 况下，则最好采用硬件。
特点：与采用分立元件组成的电路相比，采用软件 不需要焊接，并且易于修改，所以采用软件更 为可靠。
输入／输出通道是外部过程和主机交换信息的 通道。根据控制系统不同，有的要求有开关量输入 ／输出通道，有的要求有模拟量输入／输出通道， 有的则同时要求有开关量输入／输出通道和模拟量 输入／输出通道。对于需要实现外部设备和内存之 间快速、批量交换信息的，还应有直接数据通道。
实时时钟在过程控制中给出时间参数，记录发生事 件的时刻。
第四章 微机控制系统的选择及接口设计
电子信息处理 系统（CNC）
控制 信息
参数变 化信息
传感检测系统
检测 参数
执行元
动力系统
件系统 能 量
驱 动 力
机械系统
构成要素：五大部分
第一节 专用与通用的抉择、硬件与软件的权 衡 第二节 微机控制系统的设计思路 第三节 微机控制系统的构成与种类 第七节 Z80CPU的硬件结构特点、存储器及输 入／输出扩展接口 第八节 单片机的硬件结构特点及其最小应用 系统 第九节 数字显示器及键盘的接口电路
由于控制系统种类繁多，控制算法也是很多的，随着 控制理论和计算机控制技术的不断发展，控制算法更 是越来越多。
在系统设计时，按所设计的具体控制对象和不同的控 制性能指标要求，以及所选用的微机的处理能力选定 一种控制算法。选用时应考虑所选定的算法是否‘能 满足控制速度、控制精度和系统稳定性的要求。
当控制系统比较复杂时，控制算法也 比较复杂，整个控制系统的实现就比较困 难，为设计、调试方便，可将控制算法作 某些合理的简化，忽略某些因素的影响(如 非线性、小延时、小惯性等)，在取得初步 控制成果后，再逐步将控制算法完善，直 到获得最好的控制效果。
⑤ 最后应初步估算其成本。通过整体方案考虑，最后画出系统 组成的初步框图，附以说明，以此作为下一步设计的基础和依据。
2．确定控制算法（书P126）
对任何一个具体微机控制系统进行分析、综 合或设计，
首先应建立该系统的数学模型，确定其控制算 法。所谓数学模型就是系统动态特性的数学表达 式。它反映了系统输入内部状态和输出之间的数 量和逻辑关系。这些关系式为计算机进行运算处 理提供了依据，即由数学模型推出控制算法。所 谓计算机控制，就是按照规定的控制算法进行控 制，因此，控制算法的正确与否直接影响控制系 统的品质，甚至决定整个系统的成败。
3．选择微型计算机
对于给定的任务，选择微机的方案不是唯一的， 从控制的角度出发，微机应能满足以下要求：
（1） 较完善的中断系统
微型计算机控制系统必须具有实时控制 性能。 实时控制包含两个意思： 一是系统正常运行时的实时控制能力； 二是在发生故障时紧急处理的能力。
常采用中断控制功能。
（2） 足够的存储容量
对于多品种、中小批量生产的机电一体化产品来说，由于 还在不断改进，结构还不十分稳定，特别是对现有设备 进行改造时，采用通用控制系统比较合理。
通用控制系统的设计：
① 主控制微机机型的合理选择，
② 设计与其执行元件和检测传感器之间的接口，
③ 编制应用软件。
这实质上就是通过接口设计和软件编制来使通用微机专 用化的问题。
选择微型计算机除应满足上述几点要求外， 从不同的被控制对象角度而言，还应考虑几 个特殊要求（3个） :
1)字长
微处理器的字长定义为并行数据总线的线 数。字长直接影响数据的精度、寻址的能力、 指令的数目和执行操作的时间。
2）速度
速度的选择与字长的选择可一并考虑。对于 同一算法、同一精度要求，当机器的字长短时， 就要采用多字节运算，完成计算和控制的时间就 会增长。为保证实时控制，就必须选用执行速度 快的机器。同理，当机器的字长足够保证精度要 求时，不必用多字节运算，完成计算和控制的时 间就短，可选用执行速度较慢的机器。
是选用单片机、单板机，还是选用微型计算机系统。
单片机:价格低、体积小,但需要开发系统对其软硬件进行 开发。
而在利用LSI芯片组成电路时，不仅价廉，而且 可靠性高，处理速度快，因而采用硬件更为有 利。
第二节 微机控制系统的设计思路
1．确定系统整体控制方案
① 首先应了解被控对象的控制要求，通常，先从系统构成上考 虑是采用开环控制还是闭环控制，当采用闭环控制时，应考虑采 用何种检测传感元件，检测精度要求如何。
由于微型计算机内存容量有限，当内存 容量不足以存放程序和数据时，应扩充内存， 有时还应配备适当的外存储器，如单板机通 常都配盒式磁带机，用于在调试阶段暂存程 序和数据。单板机可配备2~8KB以上的只读存 储器，监控程序及调试成功的应用程序都写 入只读存储器，实现软件固化。
（3） 完备的输入／输出通道和实时时钟