第6章计算机控制技术

6．1 程序设计技术□
一个完整的程序设计过程可以用图 6．1 来说明。首先要分析用户的要求，这大约占整个 程序设计工作量的 10%； 然后编写程序的说明， 这大约也占 10%； 接着进行程序的设计与编码， 这大约占 30%左右，其中设计与编码几乎各占 15%；最后进行测试和调试，这要花费整个程序 设计工作量的 40%以上。□ 一个控制系统要完成的任务往往是错综复杂的。程序设计的首要一步，就是要把程序承 担的各项任务明确地定义出来。应用程序设计的每一步都是相互影响的。设计者往往同时在 几个步骤上进行设计，如手编程序、查错、文件编制可能同时进行。□
A1 =_inpw(0x210)□ A2 =_inp(0x220)□
第一条指令表示将端口 210H 的 16 位二进制数(一个字)输入给变量 A1 ， 第二条指令表示 将端口 220H 的 8 位二进制数(一个字节)输入给变量 A2 。在 C 语言中，0x 起头的是 16 进制 数。□ 又如： □_outpw(0x230,0x3435)□ □_outp(0x240,0x26)□ 第一条指令表示将二字节数 3435H 输出到端口 230H 中， 第二条指令表示将单字节数 26H 输出到端口 240H 中。详细内容请参阅 Microsoft C／C++7．0 方面的资料。□ 3．高级语言与汇编语言混合编程 □
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有模块程序设计法和结构化程序设计法； 编码是指程序设计人员选取一种适当的高级(或汇编) 语言，书写程序；调试就是利用各种测试方法检查程序的正确性；改进和再设计是根据调试 中的问题对原设计作修改，并对程序进行改进设计和补充。□
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increment(&j);□ Printf(“New value is %d／n”,j);□ ｝□ 函数 increment 给作为参数传递的增量加 1。因为参数 arg 是 一个指针值，所以汇编代 码必须把地址值装载到 si 寄存器上，并且接着把〔si〕指向的值装入 ax 中。当一个函数被 调用时，调用例程把函数的参数压入堆栈，汇编语言调用指令，接着把返回的地址压入堆栈。 □ 在进入一个汇编语言例程之处，BP 寄存器指向堆栈上名为 stack frame (栈结构)的域。 汇编代码必须通过用 BP 寄存器的偏移字节，来访问函数参数，从而取得对函数参数的访问。 因此，语句：□ mov si,〔bp+4〕□ 把存储地址〔bp+4〕的值拷贝给 si。地址是在 si 中，它用来访问参数的值。这个值被增加 后，接着存回到增量的地址上去。标记〔bp+4〕只用于一个 near 过程的汇编例行程序。对 于一个 far 过程，则使用〔bp+6〕 。□ 编写正确的汇编语句大概是关于混合 C 语言和汇编语言最奇特的事情，严格地规定写汇 编语言代码必须与使用的存储模式适当地吻合。 可以在内联汇编语句中使用所有常用的 8086 和 80286 指令，包括 80287 的浮点指令，也可以使用所有的 8086 指令集的扩展指令，包括特 殊的字节和字的形式。通常情况下，可以使用什么样的寄存器呢?C 语言函数调用的环境期望 保存 BP、SP、CS、DS、SS 寄存器。如果使用或修改它们，必须保证在退出内联汇编语句之前， 它们已经重新存入原始值。
实际上用顺序结构和循环结构(又称 DO-WHILE 结构)完全可以实现选择结构(又称 IF— THEN—ELSE 结构)，因此理论上最基本的控制结构只有两种。Böhm 和 Jacopini 的证明给结 构化程序设计技术奠定了理论基础。□ 结构化程序设计是一种程序设计技术，它采用自顶向下逐步求精的设计方法和单入口单 出口的控制结构。 关于逐步求精方法 Niklaus Wirth 曾作过如下说明： “我们对付复杂问题的 最重要的办法是抽象，因此，对一个复杂的问题不应该立即用计算机指令、数字和逻辑符号 来表示，而应该用较自然的抽象语句来表示，从而得出抽象程序。抽象程序对抽象的数据进 行某些特定的运算并用某些合适的记号(可能是自然语言)来表示。对抽象程序做进一步的分 解，并进入下一个抽象层次，这样的精细化过程一直进行下去，直到程序能被计算机接受为 止。这时的程序可能是用某种高级语言或机器指令书写的。 ”□ 在总体设计阶段采用自顶向下逐步求精的方法，可以把一个复杂问题的解法分解和细化 成一个由许多模块组成的层次结构的软件系统。在详细设计或编码阶段采用自顶向下逐步求 精的方法，可以把一个模块的功能逐步分解细化为一系列具体的处理步骤或某种高级语言的 语句。□ 程序设计通常分为五个步骤，即问题定义、程序设计、编码、调试、改进和再设计。问 题定义阶段是要明确计算机完成哪些任务、执行什么程序，决定输入／输出的形式，与接口 硬件电路的连接配合以及出错处理方法；程序设计是利用程序对任务作出描述，使用的方法
6．1．2 高级语言和汇编语言混合编程
1．汇编语言编程 用汇编语言编写的程序，比用高级语言编写的程序执行速度要快，且要求的硬件也少。 以 PC 总线工业控制机访问 I／O 端口的编程为例，我们来说明其程序实现的方法，I／O 端口 的操作主要是输入指令 IN(输入字节或字)和输出指令 OUT(输出字节或字)。□ 例如： IN AX，210H □ MOV DX，220H □ IN AL，DX □ 第一条指令是将地址为 210H 的端口的 16 位二进制数据输入到累加器 AX 中， 第二条和第 三条指令是将地址为 220H 的端口的 8 位二进制数输入到 AL 中。□ 又如： MOV DX，230H □ MOV AX，3435H □ OUT DX，AX □ MOV AL，26H □ OUT 240H，AL □ 第一条至第三条指令是将二字节数 3435H 输出到端口 230H 的外设中， 第四条和第五条指 令是将单字节数 26H 输出到端口 240H 的外设中。□ 2．高级语言编程 对于 PC 总线工业控制机，我们以 Microsoft C／C++7．0 为例来说明其访问 I／O 端口的 编程。Microsoft C／C++7．0 通常有库函数，允许直接访问 I／O 端口，头文件〈CONIO．H〉 中定义了 I／O 端口例程。 _inp 和_outp 分别从指定端口读一个字节数据和向指定端口写一个 字节数据， _inpw 和_outpw 分别从指定端口读一个字数据和向指定端口写一个字数据。 例如：
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要的模块。□ 2．结构化程序设计 □ 结构化程序设计的概念最早由 E．W．Dijkstra 提出。1965 年他在一次会议上指出： “可 以从高级语言中取消 GO TO 语句” ， “程序的质量与程序中所包含的 GO TO 语句的数量成反比。 ” 1966 的 C．Böhm 和 G．Jacopini 证明了只用三种基本的控制结构就能实现任何单入口单出口 的程序。这三种基本的控制结构是“顺序” 、 “选择” 、 “循环” ，它们的流程图分别为图 6．2 中的(a)、(b)、(c)。□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□
第6章
应用程序设计与实现技术□□
在计算机控制系统中，除了硬件电路外，还有软件。软件是工业控制机的程序系统，它 可分为系统软件、支持软件和应用软件三部分，各部分的含义和功能已在第一章的 1．2．1 节中作了介绍，本章只介绍应用软件有关的技术问题。所谓应用软件就是面向控制系统本身 的程序，它是根据系统的具体要求，由用户自己设计的。在进行计算机控制系统设计时，大 量的工作就是如何根据各个生产过程的实际需要设计应用程序。□□
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用汇编语言编程很不方便，例如带小数的十进制运算，带符号数的乘除法运算。当控制 系统的控制规律复杂时，实时控制算法的程序用汇编语言编程是相当繁琐的。单独使用高级 语言或汇编语言编程都有局限性。如何发挥汇编语言实时功能强，而高级语言运算能力强的 优点，便成为计算机控制系统软件设计中一个使人感兴趣的问题。实际使用中，常常采用高 级语言与汇编语言混合编程的方法，即用高级语言编写计算、图形绘制、显示、打印程序等， 用汇编语言编写时钟管理、中断管理和输入输出程序等。下面仍以 Microsoft C／C++7．0 为例，来说明高级语言与汇编语言混合编程的问题。□ (1)内联的汇编环境□ 内联的汇编语句可以直接出现在 Microsoft C／C++程序中，因此，对这些语句来说，C 语言程序是外部环境。在正确地使用内联汇编语言之前，必须知道两件事情。第一，必须知 道如何编译一个包括内联汇编语言的 C 语言程序。第二，必须知道在内联语句中，什么事能 做和什么事不能做。 在 C／C++源程序中， 可以直接把汇编程序的语句插入特殊的_asm 语句中。 Microsoft C／C++编译程序有一个特殊的内联汇编程序，它允许在 C 语言代码中间写汇编语 言例程，内联汇编程序是 Microsoft 汇编功能的子集。□ (2)_asm 关键字□ 为了直接在 C 语言程序中插入内联汇编语句，要在语句的开头使用_asm 关键字。下面给 出几种不同方式的_asm 语句：□ □_asm assembly statement □ □_asm assembly statement _ asm assembly statement □ □_asm ｛□ assembly statement；assembly statement □ …□ assembly statement □ …□ ｝□ (3)C 语言和汇编语言混合编程□ 当在程序中写内联汇编语句时，对存储模型和指针的空间大小必须加倍小心。当混合使 用 C 语言和汇编程序时，必须时刻考虑到程序段的安排和指针空间大小。下面给出一段程序 例子，说明存储模型的依赖关系和_asm 关键字的使用。□ ＃include <stdio．h>□ ＃include <stdlib．h>□ Void increment(int*arg)□ ｛□ _asm｛□ mov si,〔bp+4〕□ mov ax,〔si〕□ inc ax □ mov 〔si〕,ax □ }□ }□ Void main()□ {□ int j=3;□ Printf(“Initial value was %d／n”,j);□