1、微型计算机应用系统的设计微型计算机应用系统的设计 微型计算机应用系统设计概述微型计算机应用系统设计概述 系统可靠性设计和故障诊断技术系统可靠性设计和故障诊断技术第第1313章章 微型计算机应用系统的设计微型计算机应用系统的设计微型计算机应用系统的设计微型计算机应用系统的设计概述：概述：微型计算机应用系统的设计，首先应该明确用户的需求，微型计算机应用系统的设计，首先应该明确用户的需求，确定应用系统设计所完成的功能。系统功能的实现要统筹考虑确定应用系统设计所完成的功能。系统功能的实现要统筹考虑硬件设计和软件设计，并且还要考虑所用微型计算机系统的硬硬件设计和软件设计，并且还要考虑所用微型计算机系统的
2、硬件环境和所配置的应用软件。在系统的研制过程中，硬件和软件环境和所配置的应用软件。在系统的研制过程中，硬件和软件的研制同时或交叉进行，还经常需要调整和折中软件和硬件件的研制同时或交叉进行，还经常需要调整和折中软件和硬件的设计功能，以便软硬紧密配合、协调一致。的设计功能，以便软硬紧密配合、协调一致。微型计算机应用系统的设计微型计算机应用系统的设计13.1 13.1 微型计算机应用系统设计概述微型计算机应用系统设计概述13.1.1 系统设计步骤系统设计步骤 1）明确应用系统设计所完成的功能，进行功能划分）明确应用系统设计所完成的功能，进行功能划分。根据微型计算根据微型计算机系统环境，确定哪些功能由
3、硬件完成，哪些功能由软件完成。机系统环境，确定哪些功能由硬件完成，哪些功能由软件完成。2）明确微型计算机系统的硬件环境，特别是微机系统总线的结构。各）明确微型计算机系统的硬件环境，特别是微机系统总线的结构。各种信号线的物理意义，确定总线的使用方法。种信号线的物理意义，确定总线的使用方法。3）明确微型计算机系统的软件环境。根据应用系统是实时性系统还是）明确微型计算机系统的软件环境。根据应用系统是实时性系统还是非实时性系统确定开发使用软件。非实时性系统确定开发使用软件。微型计算机应用系统的设计微型计算机应用系统的设计硬件开发的基本方法：硬件开发的基本方法：1）明确系统总线的结构以及总线中各种信号的
4、物理意义根据硬件）明确系统总线的结构以及总线中各种信号的物理意义根据硬件完成的功能，选择满足总线要求和功能要求和功能要求的各种电路芯片。完成的功能，选择满足总线要求和功能要求和功能要求的各种电路芯片。2）完成各种电路芯片与总线的硬件连接在设计中要考虑总线的各种时）完成各种电路芯片与总线的硬件连接在设计中要考虑总线的各种时序关系，逻辑关系，逻辑电平的转换，各种电路芯片的负载能力，组成硬序关系，逻辑关系，逻辑电平的转换，各种电路芯片的负载能力，组成硬件系统的可靠性。件系统的可靠性。3）使用有关的电路板）使用有关的电路板CAD软件设计逻辑图、印刷电路图并制作实验软件设计逻辑图、印刷电路图并制作实验板
5、。板。13.1.2 硬件设计硬件设计 4）与软件协同调试实验板，验证硬件的设计是否合理是否实现。）与软件协同调试实验板，验证硬件的设计是否合理是否实现。5）完善文档等工作，最终完成硬件设计与开发。）完善文档等工作，最终完成硬件设计与开发。微型计算机应用系统的设计微型计算机应用系统的设计实用实用软件软件功能性软件功能性软件为完成系统所要求的功能而设计软件测试软件测试软件为测试系统能否正常工作而编写的软件13.1.3 软件设计软件设计 1）明确软件要实现的功能明确软件要实现的功能、控制硬件的端口地址，、控制硬件的端口地址，功能软件间交功能软件间交换信息的方式和约定，确定功能模块，换信息的方式和约定
6、，确定功能模块，画出功能模块框图，并进行建模。画出功能模块框图，并进行建模。2）编写软件控制硬件的控件软件，并能把接收到的数据和硬件配合）编写软件控制硬件的控件软件，并能把接收到的数据和硬件配合能验证其数据的正确性。能验证其数据的正确性。3）在各种控制软件的基础上形成各种功能性软件和各种测试软件，）在各种控制软件的基础上形成各种功能性软件和各种测试软件，形成各种功能模块程序，并对各模块进行测试。形成各种功能模块程序，并对各模块进行测试。4）连接各模块形成应用系统，并对应用系统进行测试。）连接各模块形成应用系统，并对应用系统进行测试。微型计算机应用系统的设计微型计算机应用系统的设计 数据采集系统
7、的主要功能是将外部的模拟信号经采样放大等处理后由数据采集系统的主要功能是将外部的模拟信号经采样放大等处理后由A/D转换系统转换为数字信号，再送至计算机处理。转换系统转换为数字信号，再送至计算机处理。1.数据采集系统构成数据采集系统构成13.1.4 数据采集系统数据采集系统 传感器信号放大与滤波采样保持A/D转换信号源多路开关控制接口数据接口微型计算机总线微型计算机应用系统的设计微型计算机应用系统的设计下面给出采集下面给出采集100个数据到个数据到DBUFFER缓冲区的数据采集程序：缓冲区的数据采集程序：DATASEGMENTDBUFFERDB100DUP(?)DATAENDSCODESEGME
8、NTASSUMECS：CODE，DS：DATASTART：MOVAX，DATA MOVDS，AX MOVSI，OFFSETDBUFFER；数据缓冲区地址指针；数据缓冲区地址指针 MOVDX，223H MOVAL，99H；确定；确定8255工作在方式工作在方式0 OUTDX，AL；A口、口、C口输入，口输入，B口输出口输出 MOVDX，221H MOVCX，100；采集；采集100个数据个数据BG:MOVAL，00H OUTDX，AL；启动；启动 AD574A2.应用实例应用实例微型计算机应用系统的设计微型计算机应用系统的设计WAIT1：MOVDX，222H INAL，DX TESTAL，80H
9、；查询转换是否结束；查询转换是否结束 JNZWAIT1 MOVDX，221H MOVAL，0C0H OUTDX，AL MOVDX，222H INAL，DX；读取；读取4位转换结果位转换结果 MOVSI，AL INCSI MOVDX，221H MOVAL，80H OUTDX，AL MOVDX，220H INAL，DX；读取读取8位转换结果位转换结果 MOVSI，AL INCSI LOOPBG；采样不到；采样不到100个，继续采样个，继续采样 CODEENDSEND START微型计算机应用系统的设计微型计算机应用系统的设计3.数据采集接口设计注意事项数据采集接口设计注意事项（1）采样保持器的使用
10、）采样保持器的使用 对于直流或低频信号，可以不用采样保持器，但要求对于直流或低频信号，可以不用采样保持器，但要求 A/D 转换期间模转换期间模拟信号的变化应小于拟信号的变化应小于 1 LSB。假设。假设 A/D 转换时间为转换时间为 t，分辨率为，分辨率为 n，模拟，模拟信号最高频率为信号最高频率为f，则则 A/D 转换器的最大相对孔径误差为：转换器的最大相对孔径误差为：即：即：122nft 111222nnftt 100%微型计算机应用系统的设计微型计算机应用系统的设计（2）多路模拟开关的使用）多路模拟开关的使用 在进行多路模拟信号数据采集时，如果现有带多路模拟开关的在进行多路模拟信号数据采
11、集时，如果现有带多路模拟开关的 A/D 转转换器换器（如（如 ADC0809）性能指标达不到要求，则需要配备多路模拟开关性能指标达不到要求，则需要配备多路模拟开关 AMUX，按一定顺序进行数据采集。，按一定顺序进行数据采集。AMUX 要求开关导通电阻小，断开电要求开关导通电阻小，断开电阻无穷大，转换速度快。必要时，可采用数片阻无穷大，转换速度快。必要时，可采用数片 AMUX 的组合进行扩充，以的组合进行扩充，以达到更多路输入的目的。达到更多路输入的目的。112nft 如如 ADC0809，其转换时间为，其转换时间为 100s，分辨率为，分辨率为8位，则其不加采样保持位，则其不加采样保持器时的模
12、拟信号最高输入频率为：器时的模拟信号最高输入频率为：8 116 223 14 0 0001 2.HzHz微型计算机应用系统的设计微型计算机应用系统的设计13.2 13.2 系统可靠性设计和故障诊断技术系统可靠性设计和故障诊断技术 为了减少系统的错误或故障，提高系统的可靠性，在系为了减少系统的错误或故障，提高系统的可靠性，在系统可靠性技术方面需采取的措施如下：统可靠性技术方面需采取的措施如下：1.提高元器件和硬件系统的可靠性提高元器件和硬件系统的可靠性 选用性能稳定的元器件并进行老化、测试、筛选。结构设选用性能稳定的元器件并进行老化、测试、筛选。结构设计充分考虑元器件的布局。计充分考虑元器件的布
13、局。2.抗干扰技术抗干扰技术（1 1）电路结构处理）电路结构处理（2 2）布线）布线微型计算机应用系统的设计微型计算机应用系统的设计（3 3）接地技术）接地技术外壳接地外壳接地工作接地工作接地接地系统接地系统弱信号地弱信号地功率地功率地机壳地机壳地 小信号回路、小信号回路、控制回路，逻辑回控制回路，逻辑回路及直流电源等连路及直流电源等连在一起接地在一起接地 继电器、电磁阀继电器、电磁阀以及驱动电源等连在以及驱动电源等连在一起构成功率地一起构成功率地 机架，箱体等金机架，箱体等金属构件的接地，即所属构件的接地，即所谓安全地谓安全地（4 4）屏蔽技术）屏蔽技术微型计算机应用系统的设计微型计算机应用系统的设计（5 5）隔离技术）隔离技术物理隔离物理隔离对小信号低电平的隔离。光电隔离光电隔离目的是割断两个电路的电联系（6 6）滤波技术）滤波技术为了抑制噪声干扰。为了抑制噪声干扰。3.容错技术容错技术1）信息冗余）信息冗余 采用奇偶校验、累加和校验、循环码校验，使系统具有验错和纠错能力。采用奇偶校验、累加和校验、循环码校验，使系统具有验错和纠错能力。2）使用系统正常工作监视器，合理选择监视计数器的溢出）使用系统正常工作监视器，合理选择监视计数器的溢出 周期周期3 3）设计冗余。）设计冗余。部件冗余，系统自动通过软件切换故障部件。部件冗余，系统自动通过软件切换故障部件。
