微機應用系統(tǒng)設(shè)計方法

1、第二章 微機應用系統(tǒng)設(shè)計方法,RETURN,2.2,2.3,2.4,2.1,2.1 應用系統(tǒng)設(shè)計的基本原則和要求,RETURN,一、操作性能要好 二、通用性好，便于擴展三、可靠性高 四、設(shè)計周期短，價格便宜,一、操作性能要好,RETURN,系統(tǒng)的人—機界面友好，操作方便、便于維護,開關(guān)不能太多，操作順序簡單。,配置什么樣的軟件和環(huán)境，降低對專業(yè)知識的要求提供自檢或診斷程序，及時排除故障。,操作臺便于操作人員工作，顯示

2、器顏色和諧等。,二、通用性好，便于擴展,RETURN,系統(tǒng)的通用性要好，在必要時能靈活地進行擴充。,要求：,盡可能標準化。,三、可靠性高,——最突出的和最重要的一個基本要求。,1.采用雙機系統(tǒng)：用兩臺微型機組成核心控制器。,① 備份機 工作方式,② 主—從 工作方式,③ 雙工工 作方式,三、可靠性高,2.采用多機多級分散控制,把系統(tǒng)所有控制任務(wù)分散地由多臺微型機來承擔，再用一臺適當功能的微型機作為上一級的管理主機，對多

3、臺分散的下一級微型機進行監(jiān)督和管理。這就組成了一個兩級多機分散的應用系統(tǒng)。,RETURN,四、設(shè)計周期短，價格便宜,RETURN,除此之外，如精度、速度、重量、監(jiān)視手段、抗干擾能力等都是應考慮。,2.2 應用系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容和步驟,RETURN,一、引入微型機的必要性分析,二、分析被控對象需求,三、選擇基本微機系統(tǒng),四、確定整個應用系統(tǒng)的方案,五、硬件和軟件的具體設(shè)計,六、調(diào)試,一、引入微型機的必要性分析,RETURN,估價成本

4、：經(jīng)濟效益、社會效益系統(tǒng)性能改善程度系統(tǒng)的通用性、可靠性、可維護性等,,二、分析被控對象需求,RETURN,被控對象工作過程分析明確微機功能應用系統(tǒng)的響應時間、系統(tǒng)精度、可靠性、安全性、可維護性、可操作性使用環(huán)境：電源穩(wěn)定性及干擾情況、溫度、濕度……,,三、選擇基本微機系統(tǒng),RETURN,4. 盡量選用有較多軟件支持的機型,1. 微處理器的字長,2. 微處理器的工作速度,3. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對環(huán)境的適應性,考慮的依據(jù),

5、5. 其它要求：體積、重量、功耗、價格、安裝方式,四、確定整個應用系統(tǒng)的方案,RETURN,,,,中斷方式：效率較高，成本高。,定時方式：效率較低，成本低。,查詢方式：效率較低，速度較慢，但成本低。,4. 確定整個應用系統(tǒng)的大體結(jié)構(gòu),RETURN,注意，不要使用用戶程序占用基本微機系統(tǒng)的工作區(qū)。,五、硬件和軟件的具體設(shè)計,RETURN,五、硬件和軟件的具體設(shè)計,RETURN,1.首先根據(jù)系統(tǒng)框圖畫出控制流程圖。,2.再根據(jù)系統(tǒng)需要配備

6、的軟件情況，用高級語言或匯編 語言編制各用戶源程序。,4.一般可執(zhí)行文件需進行多次調(diào)試和查錯才能改正編程 中存在的邏輯錯誤。,五、 硬件和軟件的具體設(shè)計,RETURN,１.軟、硬聯(lián)系更加緊密。,2.研制手段和調(diào)試工具。,3.系統(tǒng)的設(shè)計周期可以大大縮短，一般硬件和軟件可以獨 立地并行進行。,六、調(diào)試,RETURN,1.實驗室聯(lián)調(diào),2.現(xiàn)場調(diào)試,3.鑒定或驗收,2.3 微機應用系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu),RETURN,一、應用系統(tǒng)軟件的特點

7、與分類,RETURN,,既可以由硬件來實現(xiàn),,增加物理設(shè)備,也可以由軟件來完成,,系統(tǒng)的某些功能,軟件與硬件密不可分，緊密配合 。,軟件開發(fā)一次完成，長期運行。,增加程序的長度和復雜性,一、應用系統(tǒng)軟件的特點與分類,RETURN,,——整個計算機系統(tǒng)僅有一個程序在 運行，執(zhí)行一個任務(wù)的軟件結(jié)構(gòu),——計算機系統(tǒng)并行地運行著 幾個不同的程序,二、單任務(wù)結(jié)構(gòu)軟件,RETURN,1. 單任務(wù)查詢式結(jié)構(gòu),RETUR

8、N,——系統(tǒng)中只有一個程序，按照事先安排好的順序執(zhí)行。,（1）結(jié)構(gòu)簡單、功能確切、調(diào)試方便。,（2）適用：小型專用系統(tǒng) 規(guī)模較大、功能復雜系統(tǒng),單片機 智能化的測量儀表、家用電器,2. 單任務(wù)中斷式結(jié)構(gòu),RETURN,時間陷阱——由規(guī)定的時間定時來激活。,事件陷阱——由規(guī)定的事件來激活。,中斷服務(wù)程序的簡繁程度是根據(jù)系統(tǒng)的需要而設(shè)計的，為了能夠準確地激活它，在主程序中的適當位置上要設(shè)置

9、陷阱。,陷阱,2. 單任務(wù)中斷式結(jié)構(gòu),RETURN,分為：主程序 －－初始化：系統(tǒng)參數(shù)、I/O、定時器 中斷處理子程序。,★ 準確記錄突發(fā)變化，且分辨出發(fā)生的時間差、先后順序。 ★中斷量參數(shù)，以共享內(nèi)存參數(shù)區(qū)的方法來傳遞參數(shù) ★中斷處理簡化－－縮短處理時間，提高事件發(fā)生時間的分辨率。,－－開關(guān)量,3. 單任務(wù)軟件的開發(fā)環(huán)境,RETURN,計算機的外圍設(shè)備,支持開發(fā)環(huán)境的操作系統(tǒng),用于程序的

10、輸入、編輯和存儲的支持軟件,用于程序的編譯或匯編的軟件,用于連接目標模塊、生成下裝模塊的支持軟件,調(diào)試程序的支持硬件和軟件,1. 下裝,2. EPROM編程,三、通用的應用系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu),RETURN,過程數(shù)據(jù)的輸入與輸出 －數(shù)據(jù)采集、控制任務(wù)輸出,控制算法的實現(xiàn) －PID,實時數(shù)據(jù)的存儲管理,實時通信,人-機會話功能的實現(xiàn),其他功能模塊：圖形顯示、報警、歷史數(shù)據(jù)管理,1. 實時數(shù)據(jù)庫的存儲管理,RETURN,（1）實時數(shù)據(jù)庫,（2）

11、實時數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu),（3）實時數(shù)據(jù)庫的訪問和管理,（1）實時數(shù)據(jù)庫,RETURN,－－設(shè)置一個公共的實時數(shù)據(jù)區(qū)。 （共享）,過程物理量巡檢任務(wù)將數(shù)值周期地采集進來,對于采集到的數(shù)據(jù)需要進行各種處理,趨勢跟蹤以及控制調(diào)解等,在實時測控系統(tǒng)中，存在著大量的實時數(shù)據(jù)需要處理,（1）實時數(shù)據(jù)庫,RETURN,對應每一個測控點設(shè)置一項記錄,對應每一個記錄用一個二進制數(shù)設(shè)置記錄標識符ID,各個記錄排列順序，按ID大小順序排列,實時數(shù)據(jù)庫使用頻繁，每一

12、項定義要簡單。數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)應簡單化,對其訪問方式應直接化，快速化,（2）實時數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu),RETURN,模擬量點比較長，可能達100個字節(jié)以上,開關(guān)量點比較短，可能只需60個字節(jié)左右,（2）實時數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu),RETURN,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的種類：①硬件支持的信號類型有：,② 中間結(jié)果，以便參與報警檢測和顯示,定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：,(3) 實時數(shù)據(jù)庫的訪問和管理,RETURN,在設(shè)計軟件時，即要考慮到實時數(shù)據(jù)庫的訪問速度，又要考慮到盡量簡化某些任務(wù)

13、的操作。,實時數(shù)據(jù)放在公共數(shù)據(jù)區(qū)，任務(wù)程序要清楚實時數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)，保持實時數(shù)據(jù)庫的指針。,以事件（信息）的形式向?qū)崟r數(shù)據(jù)庫管理任務(wù)發(fā)出請求。,－－訪問頻度高,－－簡化操作,2. 數(shù)據(jù)采集和控制輸出任務(wù),RETURN,（1）數(shù)據(jù)采集和控制輸出任務(wù)的功能,（2）對開關(guān)量輸入數(shù)據(jù)的處理,（3）對模擬量輸入數(shù)據(jù)的處理,（4）顯示程序的設(shè)計,（1）數(shù)據(jù)采集和控制輸出任務(wù)的功能,RETURN,主要功能模塊有：,① 對各個輸入點周期掃描,②

14、 對輸入信號進行濾波處理和消除尖峰處理,③ 對模擬信號進行工程值轉(zhuǎn)換,④ 檢測警報,⑤ 對事件進行中斷處理,⑥ 將輸出值轉(zhuǎn)換成硬件輸出值,⑦ 將輸出信號周期地輸出到控制通道,（2）對開關(guān)量輸入數(shù)據(jù)的處理,RETURN,每一次輸入操作，可以輸入8位或16位開關(guān)量狀態(tài),對開關(guān)量DI的操作典型過程如圖所示:,（3）對模擬量輸入數(shù)據(jù)的處理,RETURN,模擬量信號在輸入計算機以后，輸入任務(wù)要對其進行讀取，平滑濾波，尖峰抑制，工程

15、單位轉(zhuǎn)換，報警檢測等處理。,尖峰是指電信號中突然發(fā)生很大的變化,（3）對模擬量輸入數(shù)據(jù)的處理,RETURN,由于各種電器干擾或設(shè)備不穩(wěn)，信號到達計算機時，不可避免地要引入一些微小的波動。有時，電源電壓的紋波也會在信號上產(chǎn)生一個周期的波動。,濾波的方法：算術(shù)平均值濾波， 中值濾波， 一階滯后濾波 ……,（4）顯示程序的設(shè)計,RETURN,人－機會話界面，包括：

16、窗口 菜單 現(xiàn)場狀態(tài)圖形畫面,系統(tǒng)分為兩層：人機會話層 測控層,在磁盤和顯示緩沖區(qū)之間直接進行讀寫的方法,采用直接讀寫顯示緩沖區(qū)的方法，即直接讀取欲被移動的顯示區(qū)的數(shù)據(jù)，并將其直接寫入新的區(qū)域的方法。,2.4 高級語言和匯編語言的混合編程,RETURN,概述C語言程序?qū)R編語言程序的調(diào)用C語言程序調(diào)

17、用匯編程序?qū)嵗?匯編語言對C語言程序的調(diào)用 其他語言對匯編的調(diào)用,概述,RETURN,一般與控制端口有關(guān)的輸入輸出程序及執(zhí)行速度要求高的程序用匯編語言編寫，如數(shù)據(jù)采集、實時時鐘管理程序，主程序及數(shù)據(jù)處理 程序用高級語言編寫。 我們把這種高級語言和匯編語言的混合編程稱為混合語言?；旌险Z言只是一種程序接口技術(shù)。,高級語言與匯編語言程序的連接，在技術(shù)上有兩個問題：,1.高級語言的程序如何調(diào)用匯編語言程序。,2.高級語言程序和

18、匯編語言程序如何實現(xiàn)互相之間的通信 。,,C語言程序?qū)R編語言程序的調(diào)用,RETURN,命名原則 調(diào)用原則 參數(shù)傳遞原則,編寫C語言和匯編語言過程時，必須遵守三個原則（約定）,1. C語言程序的接口處理,2. 匯編語言程序的接口處理,1. C語言程序的接口處理,RETURN,(1)命名原則,,編譯系統(tǒng)自動地把在程序中出現(xiàn)的變量名或函數(shù)名的前面加一個下劃線 ”_”，如將fact _fact。,C 語言源程序中

19、調(diào)用一個外部匯編過程中，則直接使用該過程名而不加下劃線。比如，在匯編語言程序中有一個被調(diào)用的過程名_demo，在C語言程序中可直接用demo( ) 對其產(chǎn)生調(diào)用。,,,C語言規(guī)定名稱的有效長度為8個字符（不包括下劃線),1. C語言程序的接口處理,RETURN,,extern語言的說明形式:,extern 返回值類型 名稱（參數(shù)類型表）,返回值類型是對函數(shù)過程而言的。若是變量則指變量類型是C語言所允許的任何數(shù)據(jù)類型，默認

20、為int型。,,名稱是對應的函數(shù)過程名或變量名等，它應符合命名原則。,例：,extern short thing (int,short); extern power( ); extern para; ——外部變量說明，不需要括號和參數(shù)類型表。,(2)調(diào)用原則,1. C語言程序的接口處理,RETURN,(3)參數(shù)傳遞原則,若沒有參數(shù)傳遞，則外部說明和調(diào)用時都予以空缺。,如果參數(shù)是傳值傳送，可以

21、直接寫出實參。,地址傳送，則在extern說明中，將參數(shù)類型說明成指針型，并在放實參時給出參數(shù)的地址。,例,2. 匯編語言程序的接口處理,RETURN,1,為了與C語言命名原則相符，在定義和編寫匯編語言程序的被調(diào)用過程時，應以下劃線開頭，用PUBLIC（公共塊，可被其他模塊使用和訪問) 說明，過程名最好不要超過8個字符。 如數(shù)據(jù)被其他模塊使用，必須用PUBLIC說明。例: PUBLIC _fact 。,2,如果C

22、 語言程序以巨型（huge）、大型（large）或者中型（medium）存儲模式編譯，被C語言調(diào)用的匯編過程應說明成FAR ，例：_fact proc far 。 如C語言程序以小型（small）或者緊湊型（compact)存儲模式編譯，被調(diào)用的匯編過程應說明成NEAR。,2. 匯編語言程序的接口處理,RETURN,3,考慮調(diào)用約定，C語言程序向匯編過程傳送參數(shù)是通過堆棧進行的。,注意: C 語言參數(shù)堆棧順序與參數(shù)調(diào)用時參

23、數(shù)表中出現(xiàn)順序相反。第一個參數(shù)的地址最低，是最后壓入堆棧的，各種類型參數(shù)在堆棧中所占的字節(jié)數(shù)也不同的。如int 型占2個字節(jié), float 型占4個字節(jié)。（類型對應的字節(jié)數(shù)與機器有關(guān)，使用時須十分注意）。,,如調(diào)用順序是fact(A、B)， 則B先入棧而A在后。,2. 匯編語言程序的接口處理,RETURN,4,匯編過程的進入,匯編過程的進入一般以兩條指令開始，即 PUSH BP

24、 MOV BP，SP,BP是一個區(qū)域指針，用來訪問參數(shù)和局部數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)都存放在堆棧中，所以，BP 也成為一個指向堆棧中各元素的指針,正是這個BP成為了參數(shù)傳遞的關(guān)鍵。,,,2. 匯編語言程序的接口處理,RETURN,5,結(jié)果和值的返回,,在PC系列機上，當返回值的數(shù)據(jù)類型是簡單類型時，同時長度不超過4個字節(jié)，約定一般為： 數(shù)據(jù)大小 返回值所放寄存器 1字節(jié)

25、 AL 2字節(jié) AX 3字節(jié) 高端地址（或段地址）在DX 低端地址（或位移量）在AX,,返回值超過4個字節(jié)時，C語言調(diào)用過程為返回值分配一個存儲空間，將地址放在寄存器DX:AX中。,2. 匯編語言程序的接口處理,RETURN,6,退出匯編程序,,在被C語言調(diào)用的匯編過程中用指令RET返回。而在BASIC，F(xiàn)ORTR

26、AN等其他語言中要求用指令RET n返回。因為C語言的調(diào)用程序會自動恢復堆棧。,,另外，如果C語言程序以small或compact模式編譯,其堆棧中的返回地址只占2個字節(jié)（NEAR）。如果C語言程序以huge、large或medium模式編譯,則返回地址中要占4個字節(jié)（FAR）。,2. 匯編語言程序的接口處理,RETURN,7,C語言參數(shù)傳遞方式是傳值，數(shù)組總是采用傳址方式。,,C語言調(diào)用匯編程序的步驟為：,,按約定編寫C語言

27、程序，編譯后得到目標文件，注意extern和參數(shù)的類型的使用。,按約定編寫并匯編語言源程序，得到重定位的目標文件（OBJ文件）,注意下劃線，PUBLIC和BP的使用。,,將兩種語言程序的目標文件連接成一個可執(zhí)行的文件。,,運行該執(zhí)行文件。在連接之前，C語言程序和匯編語言程序都有各自的代碼段，數(shù)據(jù)段，他們是不相重合的,而連接之后，它們便合二為一。,2. 匯編語言程序的接口處理,RETURN,,兩個被連接的目標模塊中，總有一個應

28、當是起始執(zhí)行模塊。,,或者，在匯編程序中有起始模塊，調(diào)用C語言程序時，C語言程序本身不能自行運行，一般以C語言為主。,如果以C語言為主，C語言中應用main( )模塊，對匯編過程進行調(diào)用，而匯編模塊本身不能自行運行。,,如果兩個程序模塊都有起始模塊，在連接時會出現(xiàn)錯誤。,C語言程序調(diào)用匯編程序?qū)嵗?RETURN,例1. 用匯編過程完成Ax2B計算，由C語言程序?qū)⒔Y(jié)果輸出。,此即為C語言調(diào)用一個匯編程序，傳送兩個參數(shù)A和B，并由

29、匯編返回一個計算結(jié)果。程序清單如下：,/*C語言程序：CAC1．C*//*CAC1．C_MSC CALLS MASM routine*/extern int power2 (int，int);main( ){ printf(“3 times 2 to the power of 5 is %d\n”,power2(3,5));},C語言程序調(diào)用匯編程序?qū)嵗?RETURN,；匯編語言程序:CAA1.ASM；CAA1.

30、ASM-MASM routine called by msc. MODEL SMALL,. CODE PUBLIC _power2 _power proc near PUSH BP ; SAVE BP MOV BP, SP ; PIONT TO STACK

31、 MOV AX, [BP+4] ; LOAD ARG1 MOV CX, [BP+6] ; LOAD ARG2 SHL AX, CL ; CALCULATE POP BP ; RET