微机控制系统及接口设计
微机原理与接口技术课件PPT
汇编语言的优点
汇编语言具有高效、可移植性、 可维护性等优点，适用于编写操 作系统、编译器等关键软件。
汇编语言的缺点
汇编语言编写复杂，容易出错， 且可移植性较差，需要针对不同 的计算机体系结构进行修改。
高级语言
01
高级语言的定义
高级语言是一种抽象程度更高的 编程语言，它使用更接近自然语 言的语法和语义。
实验提供参考。
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感谢您的观看
串行接口的数据传输速率比并行 接口慢，但只需要一根数据线， 因此成本较低。
03
串行接口的常见标准包括RS-232 、RS-422和USB。
04
中断控制器
中断控制器是微机中的一 种重要组件，它负责管理 计算机系统中断的处理。
中断控制器可以管理硬件 设备的中断请求，例如键 盘、鼠标和计时器等。
ABCD
并行接口通常用于连接打印机、磁盘驱动器等高速设备， 因为这些设备需要快速传输大量数据。
并行接口的常见标准包括ECP、EPP和USB。
串行接口
01
串行接口是一种数据传输方式， 它通过单个数据线逐位传输数据 。
02
串行接口通常用于连接鼠标、调 制解调器等低速设备，因为这些 设备不需要快速传输大量数据。
语音识别和图像处理
利用微机原理与接口技术，可以实现语音识 别和图像处理等功能，提高办公自动化水平 。
在家用电器中的应用
1 2 3
智能家居控制
微机原理与接口技术可以用于智能家居控制，实 现家用电器的远程控制和自动化控制。
电视和音响设备控制
通过微机原理与接口技术，可以实现电视和音响 设备的智能控制，提供更加便捷和智能的娱乐体 验。
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。
微机系统及其接口设计原理 课后习题
第二章、练习
1． 8086 CPU由哪两部分组成？它们的主要功能 是什么？8086与8088的主要区别是什么？
8086/8088微处理器的内部组成结构按照功能可分成
总线接口部件BIU(Bus Interface Unit)和指令执行部件 EU（Execution Unit）两大部分。 BIU的主要作用是实现CPU对外部三总线的控制并 与外部进行数据交换。具体的操作主要是根据指令 的要求合成20位的地址信号及产生与外部总线数据 传输需要的控制信号时序，最终实现与外部的数据 交换。
2． 8086/8088 CPU内部有哪些 寄存器？其主要作用是什么？
通用寄存器：AX，BX，CX，DX
AX（AH+AL）：累加器（Accumulator）。是寄存器中
最忙的一个。大多数的算术和逻辑运算以及输入/输 出都必须经由它进行。 BX（BH+BL）：基地址寄存器（Base）。在间接寻址 中作为偏移地址寄存器；在基址寻址中作为基地址寄 存器。 CX（CH+CL）：计数寄存器（Count）。在块传送和 循环等指令中固定的充当计数器。 DX（DH+DL）：数据寄存器（Data）。在乘除法指 令中固定充当辅助的操作数寄存器；在输入/输出指 令中固定作为外设口地址寄存器。
3．试述8086/8088 CPU中的SP， BP，SI，DI有何种特殊用途。
SP：堆栈指针（Stack Pointer）。 固定配合SS来指定
（寻址）内存中的堆栈区栈顶的当前偏移地址。当 执行完入栈/出栈指令后，SP的值会自动减2/加2。 其值将始终指向栈顶位置。 BP：基数指针（Base Pointer）。 用于提供多种寻址 方式中的偏移地址或基地址，还用于配合SS提供堆 栈区的非栈顶单元偏移地址。
【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
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键盘与显示
过零信号发生器
MC 14528
LM311
~220V
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74LS00TI光 耦L117驱 动 器
加热丝
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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。
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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。
《微机原理与接口技术》教案
《微机原理与接口技术》教案第一章：微机系统概述1.1 教学目标1. 了解微机系统的概念和发展历程。
2. 掌握微机系统的组成和各部分功能。
3. 理解微机系统的工作原理。
1.2 教学内容1. 微机系统的概念和发展历程。
2. 微机系统的组成：微处理器、存储器、输入输出接口等。
3. 微机系统的工作原理：指令执行过程、数据传输等。
1.3 教学方法1. 采用讲授法，讲解微机系统的概念和发展历程。
2. 采用案例分析法，分析微机系统的组成和各部分功能。
3. 采用实验演示法，展示微机系统的工作原理。
1.4 教学评价1. 课堂问答：了解学生对微机系统概念的掌握情况。
2. 课后作业：巩固学生对微机系统组成的理解。
3. 实验报告：评估学生对微机系统工作原理的掌握程度。
第二章：微处理器2.1 教学目标1. 了解微处理器的概念和结构。
2. 掌握微处理器的性能指标。
3. 理解微处理器的工作原理。
2.2 教学内容1. 微处理器的概念和结构：CPU、寄存器、运算器等。
2. 微处理器的性能指标：主频、缓存、指令集等。
3. 微处理器的工作原理：指令执行过程、数据运算等。
2.3 教学方法1. 采用讲授法，讲解微处理器的概念和结构。
2. 采用案例分析法，分析微处理器的性能指标。
3. 采用实验演示法，展示微处理器的工作原理。
2.4 教学评价1. 课堂问答：了解学生对微处理器概念的掌握情况。
2. 课后作业：巩固学生对微处理器性能指标的理解。
3. 实验报告：评估学生对微处理器工作原理的掌握程度。
第三章：存储器3.1 教学目标1. 了解存储器的概念和分类。
2. 掌握存储器的性能指标。
3. 理解存储器的工作原理。
3.2 教学内容1. 存储器的概念和分类：随机存储器、只读存储器等。
2. 存储器的性能指标：容量、速度、功耗等。
3. 存储器的工作原理：数据读写过程、存储器组织结构等。
3.3 教学方法1. 采用讲授法，讲解存储器的概念和分类。
2. 采用案例分析法，分析存储器的性能指标。
第4章 控制系统及接口设计(4接口设计)
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控制系统及接口设计-接口设计
（地址总线驱动）8212 8位并行I/O接口 8212用于数据传输，具有8位并行数据寄 存器和缓冲器，有供产生中断用的服务请 求触发器，输入负载电流小，最大为 0.25mA，三态输出，最大输出电流15mA， 输出高电平为3.65V，能直接与080A， 8085ACPU相连接，寄存器异步清零，+5V 电源，电源和输出电压-0.5-+7V，输入电 压-0.5-+5.5V，工作电流130mA。
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控制系统及接口设计-接口设计
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控制系统及接口设计-接口设计
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控制系统及接口设计-接口设计
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控制系统及接口设计-接口设计
z80CPU的存储器及I／O口扩展举例
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控制系统及接口设计-接口设计
二、I/O接口扩展
1.地址译码器的扩展
扩展I/O接口必然要解决I/O接口的端口 （寄存器）的编址和选址问题。每个通用接口 部件都包含一组寄存器，一般称这些寄存器为 I/O端口。
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控制系统及接口设计-接口设计
z80-接口设计
三、模拟量的采样与处理
模拟量输入通道可完成模拟量的采集并将它转换 成数字量送入计算机的任务。依据被控参量和控制要 求的不同，模拟量输入通道的结构形式不完全相同。 目前普遍采用的是公用运算放大器和A/D转换器的结构 形式，其组成方框图如图5-32所示。
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控制系统及接口设计-接口设计
由于与CPU一起使用的存储器不只一个，这就产生选 片问题。一般采用译码器来选片。图4-14为3-8译码器 74LSl38的引脚配置。该芯片有三个片选端G1、G2A、G2B。 当G1＝1，G2A＝0，G2B＝0时，芯片才被选通，否则输出 均为高电平。A、B、C为三位输入端。输出端的逻辑功能 如表4-6所示。
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如果要求具有机械与电子有 机结合的紧凑结构，必须选用专 用控制系统；
专用控制系统的设计的方法： 1）就是选用适当的通用IC芯片来 组成控制系统 2）重新设计制作专用集成电路
一般说： • 通常的顺序控制、程序控制可选用
1 位微处理器
对计算量小、计算精度和速度
要求不高的系统可选用 4 位机；
对计算精度要求较高、处理
速度较快的系统可选用 8 位机
对计算精度要求高、处理
速度快的系统可选用 16 位以
上的微机。
速度
速度的选择可根据被控对象而定
对于同一算法、同一精度要求时：
执行速度较快→字长短
指令 对指令的要求是：系控制指令
（2）微机系统的类型 • 单片机 • 单板机 • 可编程序控制器（PLC） • 总线型工业控制计算机 • 微机
微机系统的选择的依据： • 成本高低 • 程序编制难易 • 扩充输入/输出接口是否方便等
2716（2k×8) 27128(16k×8)
• KEPROM 带键保护
3）完备的输入/输出通道和实时时钟 完备的输入输出通道包括： 1）开关量输入/输出通道 2）模拟量输入/输出通道 3）直接数据通道
选择微型计算机还应考虑以下几个 特殊要求：
1）字长 2）速度 3）指令
字长直接影响:
• 数据的精度 • 寻址的能力 • 指令的数目 • 执行操作的时间
控制算法，按照规定的控制算法进 行控制。
控制算法的选择标准：
❖控制速度 ❖控制精度 ❖系统稳定性
3、选择微型计算机
（1）对微型计算机的要求 1）较完善的中断系统
必须具有实时中断能力
实时中断系发统生正故常障运时行紧时急的处实理时能控力制能力
2）足够的存储容量
随机存储器（RAM） 存储器
只读存储器（ROM）
4）总线型工业控制计算机 特点： • 提高设计效率，缩短设计和制造周期 • 提高了系统的可靠性； • 便于调试和维修； • 能适应技术发展的需要，迅速改进系 统的性能
总线类型：
• ISA总线 • VESA 总线 • PCI总线 • AGP标准 • STD总线
ISA总线:
• ISA（industrial standard architecture） 总线标准是IBM 公司1984年为推出 PC/AT机而建立的系统总线标准，所以 也叫AT总线。它是对XT总线的扩展， 以适应8/16位数据总线要求。
STD总线:
• STD总线是美国PRO-LOG公司1978年 推出的一种工业控制微型机的标准系统 总线。
• STD总线采用小板结构，高度模块化， 是一种以小尺寸插板结合LSI技术建立 了一种以功能模块的方法来进行面向控 制的系统设计。STD它被国际标准化会 议定名为IEEE961。
5）微机： • 具有丰富的系统软件 • 编程、调试方便 • 系统内存大 • 数据输入输出速度快 • 成本较高，抗干扰能力差
随机存储器（RAM）：
存放数控程序及中间运算结果。
双极型RAM
静态RAM：6264（8k 8)
MOS型RAM 动态RAM : 2186(8k 8)
非易失性RAM( NVRAM)
只读存储器（ROM）：
存放系统程序。
掩膜型ROM 可编程ROM 可擦除可编程ROM
可擦除的ROM包括 • EPROM 紫外光可擦除 • E2PROM 电可擦除
• 它支持33MHZ的时钟频率，定义了32位数 据总线，且可扩展为64位。
• PCI总线主板插槽的体积比原ISA总线插槽 还小，其功能比VESA、ISA有极大的改善， 支持突发读写操作，最大传输速率为 132MB/s，可同时支持多组外围设备。
AGP标准
• 随着90年代Pentium系列微处理器的 出现，要求的总线频率都在66MHz或 者66MHz以上，由于PCI总线的频率 只有33MHz，这样就成了超高速系统 的一个传送瓶颈，为了解决这个问题， 而推出了AGP（Accelerated Graphics Port）标准。
二、控制系统的设计思路
1、确定系统整体控制方案 1）从系统构成上考虑是否采用开
环控制或闭环控制；
2）执行元件采用何种方式； 3）考虑系统是否有特殊控制要求
及采取的措施是什么？
4）考虑微机在整个控制系统中 的作用
5）初步估算其成本。 6）画出系统组成的初步框图
2、确定控制算法 建立系统的数学模型，确定其
通用控制系统的设计的步骤： 1）合理选择主控制微机机型 2）设计接口 3）编制应用软件
实质上是通过接口设计和软件编制来使通 用微机专用化的问题。
（2）硬件与软件的权衡
由经济性和可靠性的标准权衡决定。
能用通用的LSI芯片来组成
电路的，则最好采用 硬件 。
必须使用分立元件组成硬件
时，最好采用软件；
VESA 总线:
• VESA（video electronics standard association）总线是 1992年由60家 附件卡制造商联合推出的一种基于 80486CPU的32位局部总线，简称为 VL (VESA local bus) 总线。
PCI总线
• PCI（peripheral component interconnect） 总线是当前最流行的总线之一。
1）单板机
特点： • 价格低，体积小，便于现场 应用和维护管理 • 内存小，接口电路小 • 使用机器语言编程
2）单片机
特点 • 受集成度限制，片内存储器容量 较小； • 可靠性高； • 易扩展 ； • 控制功能强； • 有固定的开发软件
3）可编程序控制器
特点： • 控制程序可变，具有很好的柔性； • 可靠性强、适用于工业环境； • 编程简单，使用方便； • 功能完善 • 体积小、重量轻、易于装入机器内部
第四章
目录
4.1 微机控制系统 4.2 微机应用系统的输入/输出控制的可靠
性设计 4.3 常用检测传感器的性能特点、选用及
其微机接口
4.1 微机控制系统
微机控制系统的设计主要包括： • 选用微机 • 设计接口 • 选用控制形式 • 动作控制方式等
一、微机控制系统专用与通用、硬件与软 件的权衡与决择