微機接口開發(fā)技術(shù)課件

微機接口開發(fā)技術(shù)

10.1應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計概要10.2微機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實例10.3抗干擾技術(shù)10.1應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計概要

計算機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計，一般要經(jīng)過以下六個步驟：1．確定系統(tǒng)的功能和性能指標(biāo) 合理地確定系統(tǒng)的功能和性能指標(biāo)，是系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)之前最重要的一步。2．硬件和軟件功能的劃分 一個計算機應(yīng)用系統(tǒng)的功能都是由硬件和軟件兩部分協(xié)同完成的。硬件，或者說接口電路的基本任務(wù)是實現(xiàn)信號的變換和傳輸，而軟件則是在硬件實現(xiàn)功能的基礎(chǔ)上，最終實現(xiàn)該應(yīng)用系統(tǒng)的全部任務(wù)。應(yīng)用系統(tǒng)硬件和軟件功能的劃分，并不是固定不變的。理論上說，計算機的硬件功能和軟件功能是具有互換性的。所以，應(yīng)用系 統(tǒng)設(shè)計的第一步，就是合理地劃分系統(tǒng)中硬件和軟件的功能。

10.1應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計概要

3．系統(tǒng)硬件設(shè)計 ⑴

選定硬件平臺。 ⑵

把硬件的任務(wù)劃分為若干個任務(wù)單一的模塊。 ⑶

確定每個模塊的工作方式，以及相關(guān)控制電路的類型。 ⑷如需自行或部分設(shè)計組裝，則進一步進行邏輯設(shè)計，并要驗證設(shè)計的正確性（可用軟件仿真、電路實驗等方法）。 ⑸

綜合各個模塊設(shè)計，得到整個系統(tǒng)的邏輯設(shè)計。 ⑹組裝硬件系統(tǒng)并測試，確定性能和可靠性能否滿足系統(tǒng)要求。4．系統(tǒng)軟件設(shè)計 ⑴確定軟件的運行環(huán)境和選擇軟件的開發(fā)平臺。 ⑵根據(jù)系統(tǒng)需要完成的任務(wù)列舉出全部的程序模塊清單。 ⑶確定每個模塊的工作方式，編制流程圖和源程序。 ⑷測試每一個模塊的功能和正確性。 ⑸裝配各程序模塊，得到系統(tǒng)可執(zhí)行機器代碼。 10.1應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計概要5．系統(tǒng)測試 系統(tǒng)測試主要是在硬件、軟件兩方面對正確性和性能指標(biāo)的測試。 系統(tǒng)測試過程與開發(fā)過程恰恰相反，強調(diào)自低向上進行，即先進行模塊測試，然后進行系統(tǒng)整體測試。 測試的順序原則是：先硬件，后軟件，最后綜合測試；先測試其正確性，后測試其性能指標(biāo)。 每項測試之前要制訂測試方案，準備測試數(shù)據(jù)，測試過程要記錄，測試完成之后要總結(jié)，得出測試結(jié)論。6．編制相關(guān)文檔和使用說明 研制過程要編制文檔，加以整理和保管。一套有良好風(fēng)格的文檔資料不但是系統(tǒng)交付所必須的，也給研制過程、系統(tǒng)維護提供很 大的方便，更是科研資料的積累，能提高應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的科研 水平。10.2微機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實例10.2.1應(yīng)用系統(tǒng)分析10.2.2硬件設(shè)計10.2.3軟件設(shè)計10.2.4系統(tǒng)測試

10.2.1應(yīng)用系統(tǒng)分析

1.系統(tǒng)需求

某精密車床需要精確地控制刀架上車刀橫向（X向）和縱向（Y向）的移動速度和位置。因此，要求用計算機控制兩臺步進電機，分別控制該刀架兩個方向的運動。◆在刀架正常工作區(qū)間的外側(cè)設(shè)置一個行程開關(guān)，刀架到達該開關(guān)時的位置設(shè)為零點。從這一點向工作區(qū)移動時，位置值增加。刀架在工作區(qū)內(nèi)的位置均是正值?！衾貌僮鳜F(xiàn)場的計算機（稱為現(xiàn)場機）控制步進電機的前進、后退、停止；用指定速度正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，同時顯示步進電機的位置?！粼诳刂剖业挠嬎銠C（稱為上位機）向現(xiàn)場機發(fā)布對步進電機的控制命令，接收現(xiàn)場機發(fā)來的步進電機位置信息，并顯示?！?/p>

要求該系統(tǒng)造價低，能夠適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場溫度、濕度、灰塵和電磁干擾環(huán)境，能長時間連續(xù)工作，具有較高的可靠性。

10.2.1應(yīng)用系統(tǒng)分析

2.系統(tǒng)分析 ⑴

現(xiàn)場機的任務(wù)：接收上位機的命令；把步進電機位置傳到上位機并顯示；控制步進電機的啟停、方向、速度等。 ⑵

上位機的任務(wù)：從鍵盤上接收命令；發(fā)送命令到現(xiàn)場機；接收現(xiàn)場機送來的步進電機位置并顯示。 ⑶

分析二級計算機的任務(wù)，可以得出如下結(jié)論：二級計算機的軟、硬件規(guī)模均不大；均需要具備雙向通信功能；需要配置LED顯示器；系統(tǒng)要求低造價，高可靠性，能連續(xù)工作。 ⑷考慮系統(tǒng)硬件構(gòu)成：由于系統(tǒng)規(guī)模小，硬件設(shè)計成專用系統(tǒng)，按照系統(tǒng)需要配置各種資源（量體裁衣）。 ⑸考慮系統(tǒng)軟件構(gòu)成：由于硬件采用專用計算機系統(tǒng)，沒有必要使用通用的操作系統(tǒng)，編制專用的用戶程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)功能。 綜述：該應(yīng)用系統(tǒng)優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，造價低，穩(wěn)定性好；缺點是系統(tǒng)功能難以擴展。10.2.2硬件設(shè)計

1.現(xiàn)場機的硬件設(shè)計

⑴現(xiàn)場機的配置⑵現(xiàn)場機主要功能模塊的工作方式⑶現(xiàn)場機的邏輯結(jié)構(gòu)

行程開關(guān)歸零信號INTR步進

電機PA8255PBPC132DB7~0,IOW,IOR,A1,A08088系統(tǒng)（8088，8284，8282，RAM，ROM）PCLK(1.33MHz)地址

譯碼8MHz825182538259TxDRxDLED顯示器10.2.2硬件設(shè)計

2.上位機的硬件設(shè)計⑴上位機的配置⑵上位機主要功能模塊的工作方式⑶上位機的邏輯結(jié)構(gòu)16鍵專用鍵盤74LS377INTRPA8255PBPC12DB7~0,IOW,IOR,A1,A08088系統(tǒng)（8088，8284，8282，RAM，ROM）PCLK(1.33MHz)地址

譯碼8MHz825182538259TxDRxDLED顯示器10.2.3軟件設(shè)計

1.現(xiàn)場機的程序模塊⑴現(xiàn)場機主程序：系統(tǒng)啟動與初始化、變量賦初值、對8251，8253，8255，8259初始化、裝載中斷向量、LED驅(qū)動、設(shè)置結(jié)束控制等。⑵8251接收中斷程序：負責(zé)接收，并執(zhí)行來自上位機的命令。當(dāng)收到一個命令之后，將命令代碼送入馬達命令字單元。 STEP命令，步數(shù)送馬達計數(shù)器，向8253寫步進狀態(tài)標(biāo)準時間常數(shù)。 SPEED命令，計算出步進間隔所需要的時間常數(shù)送8253。 STOP命令，設(shè)置馬達停機標(biāo)志。 EXIT命令，設(shè)置結(jié)束標(biāo)記，由主程序讀取該單元并執(zhí)行。⑶

8253中斷程序：根據(jù)電機當(dāng)前工作狀態(tài)，驅(qū)動電機前進或后退一步，修改當(dāng)前位置計數(shù)器的值；如果處于停止?fàn)顟B(tài)，則恢復(fù)現(xiàn)場返回；如果發(fā)送緩沖區(qū)空，則將電機的最新位置寫入緩沖區(qū)，并將第一個字符送8251，啟動發(fā)送過程。⑷8251發(fā)送中斷程序：將發(fā)送緩沖區(qū)尚有字符發(fā)送出去。⑸

行程開關(guān)歸零中斷程序：把步進電機當(dāng)前位置清零。10.2.3軟件設(shè)計

2.上位機的程序模塊⑴上位機主程序：系統(tǒng)啟動和初始化，變量賦初值，對8251，8253，8255，8259初始化；裝載中斷向量；掃描鍵盤；啟動命令發(fā)送；結(jié)束控制。⑵8253通道1定時中斷程序：負責(zé)向LED接口發(fā)送下一個要顯示的字符的七段碼，并移動指針。⑶8251發(fā)送中斷程序：發(fā)送下一字符，修改發(fā)送字符計數(shù)器和發(fā)送指針；對EXIT命令，置位結(jié)束標(biāo)志。⑷8251接收中斷程序：接收一個字符存入接收緩沖區(qū)，修改指針；接收完一組信息把接收信息傳送到數(shù)碼管顯示緩沖區(qū)。10.2.4系統(tǒng)測試◆系統(tǒng)測試要先硬件測試，后軟件測試，先模塊（局部）測試，后總體測試。◆硬件測試：⑴應(yīng)強調(diào)以靜態(tài)檢查為主的原則，對照電路圖和邏輯圖反復(fù)核對。⑵硬件加電測試：獨立的硬件系統(tǒng)加電調(diào)試需要使用開發(fā)平臺進行；電源連接正確性測試；系統(tǒng)連接正確性檢查；硬件功能測試?！糗浖y試： ⑴先要對各模塊測試，在確定各模塊的功能實現(xiàn)后再測試系統(tǒng)的綜合性能。 ⑵模塊測試要盡量隔離各模塊，獨立進行。通過對科學(xué)編制的測試數(shù)據(jù)的檢測，保證各程序模塊基本功能的正確性。 ⑶應(yīng)用系統(tǒng)的軟件綜合測試必須在線測試，這也需要使用開發(fā)平臺實現(xiàn)。10.3抗干擾技術(shù) 電器設(shè)備工作時，不可避免地會受到各種干擾信號的影響。各種干擾信號有來自自然界的，如雷電、射線、靜電等干擾信號；有來自其它電器設(shè)備的，如電動機啟動時產(chǎn)生的電源回路中的反電勢信號，通過空氣傳播的電磁信號，一些高頻電子設(shè)備的高頻干擾信號（電子計算機本身也是一個干擾信號源）等；有來自設(shè)備內(nèi)部的，如數(shù)字電路的脈沖電流對放大器工作產(chǎn)生的干擾信號等。 10.3.1干擾的產(chǎn)生 10.3.2干擾信號隔離技術(shù)

10.3.1干擾的產(chǎn)生N1N2干擾源T1T2傳輸機構(gòu)耦合機構(gòu)接收機構(gòu)Σ1Σ2R1R2┋┋┋┋┋┋干擾的侵入和傳輸作用過程如圖所示。其中，N1，N2，…表示干擾源，如電動機，高頻設(shè)備等；T1，T2，…表示傳輸機構(gòu)，如大氣，導(dǎo)線，電纜，機箱等；Σ1,Σ2，…表示耦合機構(gòu)，有電容性耦合（電場），電感性耦合（磁場），電阻性耦合（接地電阻中的電壓）；R1，R2，…表示干擾信號的接收機構(gòu)。

10.3.2干擾信號隔離技術(shù)◆減少干擾信號強度

干擾信號是不可避免的，要盡量減少干擾信號的強度?！暨M行光電隔離

光電隔離元件把信號源輸入的電信號轉(zhuǎn)換成光信號，通過光敏三極管或光敏電阻再生出與信號源同步的輸入信號。經(jīng)過光電隔離之后，信號處理電路與信號源電路沒有電氣連接，可以有效地保證信號處理電路的安全。同時，光電隔離元件使用能量轉(zhuǎn)換的方式，也有效地抑制了干擾信號的不良作用。◆可靠地接地（

接地隔離技術(shù)）◆屏蔽（三條基本規(guī)則） 規(guī)則1：必須將屏蔽罩與屏蔽罩內(nèi)的任何電路的零基準電位（即信號地）連接在一起。 規(guī)則2：屏蔽應(yīng)當(dāng)在輸人信號零電壓基準點處接地。 規(guī)則3：在使用電源變壓器驅(qū)動屏蔽內(nèi)部的電子元件時，將變 壓器的次級置于屏蔽罩內(nèi)，初級放在屏蔽罩外。接地隔離技術(shù)

機殼與“地”的連接A設(shè)備B設(shè)備A設(shè)備B設(shè)備⑴機殼的連接和接地。為了消除連接電纜帶來的影響，設(shè)備外殼的正確連接和接地十分重要。兩臺設(shè)備相隔距離較遠時，一般可以采取以下三種解決辦法：◆采用光纖傳輸；◆采用光電隔離；◆采用平衡連接。接地隔離技術(shù)⑵

模擬電路接地。 采用并聯(lián)供電方式（給每個電路提供了不同的電源電壓