《微型计算机原理及应用》教案.docx
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《微型计算机原理及应用》教案
南华大学课程教案
课程名称：
微型计算机原理及应用 授课教师：
曾铁军 ___9月
章次名称
第一章 计算机基础知识
授课学时
总学时：
2 课堂讲授：
2 实验：
上机：
教 学 目 的
让学生初步认识计算机有关知识，提高学生对本门课程学习的兴趣；计算机的发展过程有所了解；
掌握计算机的数制特性；
了解逻辑电路的基本内容；
了解布尔代数的原理；
掌握二进制数的运算及其加法电路；
教 学 重 点
重点：
数制；
二进制数的运算及其加法电路
难点：
二进制数的运算及其加法电路
教学
方法
使用电子课件课堂讲授
教 学 内 容
（1）数制；
数制的基与权；二进制；十六进制；数制的转换方法；
（2）逻辑电路
（3）布尔代数
与、或、非运算；基本运算规律；摩尔定理；
（4）二进制数的运算及其加法电路
半加器，全加器电路及符号；加法电路；减法电路；
学生
作业
教书育人方式
备注
南华大学课程教案
课程名称：
微型计算机原理及应用 授课教师：
曾铁军 ___9月
章次名称
第二章 微型计算机的基本组成电路
授课学时
总学时：
4 课堂讲授：
4 实验：
上机：
教 学 目 的
让学生了解计算机基本组成电路；计算机的存储器与总线机构；
了解算术逻辑单元的基本内容；
了解触发器、存储器、三态输出电路的原理；
掌握计算机的存储器与总线机构；
教 学 重 点
重点：
计算机的存储器与总线机构
难点：
计算机的存储器与总线机构
教学
方法
使用电子课件课堂讲授
教 学 内 容
1．算术逻辑单元；
2．触发器；
3．寄存器；
4．三态输出电路；
5．总线机构；
6．存储器；
学生
作业
教书育人方式
备注
南华大学课程教案
课程名称：
微型计算机原理及应用 授课教师：
曾铁军 ___9月
章次名称
第三章 微型计算机的基本工作原理
授课学时
总学时：
6 课堂讲授：
6 实验：
上机：
教 学 目 的
让学生初步认识计算机有关知识，提高学生对本门课程学习的兴趣；计算机的发展过程有所了解；
掌握计算机的数制特性；
了解逻辑电路的基本内容；
了解布尔代数的原理；
掌握二进制数的运算及其加法电路；
教 学 重 点
重点：
数制；
二进制数的运算及其加法电路
难点：
二进制数的运算及其加法电路
教学
方法
使用电子课件课堂讲授
教 学 内 容
（4）数制；
数制的基与权；二进制；十六进制；数制的转换方法；
（5）逻辑电路
（6）布尔代数
与、或、非运算；基本运算规律；摩尔定理；
（4）二进制数的运算及其加法电路
半加器，全加器电路及符号；加法电路；减法电路；
学生
作业
P70
教书育人方式
备注
南华大学课程教案
课程名称：
微型计算机原理及应用 授课教师：
曾铁军 ___9月
章次名称
第四章 计算机基础知识
授课学时
总学时：
4 课堂讲授：
4 实验：
上机：
教 学 目 的
了解计算机CPU的有关知识，计算机CPU的发展过程；提高学生对计算机课程学习的兴趣
了解16位CPU的基本内容；
了解8086CPU的引脚信号和工作模式；
了解8086的主要操作功能；
教 学 重 点
重点：
16位CPU的基本内容；
8086CPU的引脚信号和工作模式；
8086的主要操作功能
难点：
8086CPU的引脚信号和工作模式；
教学方法
使用电子课件课堂讲授
教 学 内 容
1.16位微处理器概述
2.8086CPU的机构
执行部件；总线接口部件；存储器结构；
3.8086CPU的引脚信号和工作模式
引脚信号；最小工作模式；最大工作模式；
4.8086的主要操作功能
系统的复位和启动操作；总线操作；中断操作；
学生
作业
P107
教书育人方式
备注
南华大学课程教案
课程名称：
微型计算机原理及应用 授课教师：
曾铁军 ___9月
章次名称
第五章 86系列微型计算机的指令系统
授课学时
总学时：
8 课堂讲授：
8 实验：
上机：
教 学 目 的
了解指令的格式与寻址方式；
了解传送类指令；
了解数据操作类指令；
了解串操作类指令；
了解控制类指令；
教 学 重 点
重点：
寻址方式；
常用指令
难点：
寻址方式
教学方法
使用电子课件课堂讲授
教 学 内 容
1．86系列汇编语言及指令的格式与寻址方式；
86系列汇编语言指令语句格式；86系列CPU的寻址方式；
2．传送类指令；
通用数据传送指令；目标地址传送指令；标志位传送指令；
输入/输出数据传送指令；
3．数据操作类指令；
算术运算类指令；逻辑运算和移位指令；
4．串操作类指令；
字符串的传送；字符串的存和取；字符串的扫描和比较；重复前缀；
5．控制类指令；
程序转移的地址；条件转移的指令；循环控制指令；处理机控制指令；
学生
作业
P135
教书育人方式
备注
南华大学课程教案
课程名称：
微型计算机原理及应用 授课教师：
曾铁军 ___9月
章次名称
第六章 微型计算机的程序设计
授课学时
总学时：
4 课堂讲授：
4 实验：
上机：
教 学 目 的
了解程序设计的步骤；
了解简单程序设计；了解分支程序设计；
了解循环程序设计；了解子程序设计；
了解查表程序设计；
教 学 重 点
重点：
常用程序设计方法；
难点：
分支、循环、子程序的设计方法；
教学方法
使用电子课件课堂讲授
教 学 内 容
1．程序设计的步骤；
分析问题；建立数学模型；确定算法；绘制程序流程图；内存空间分配；
编制程序与静态检查；程序调试；
2．简单程序设计；
3．分支程序设计；
4．循环程序设计；
初始化；循环体；循环控制；结束处理；
5．子程序设计；
子程序调用和返回；
6．查表程序设计；
学生
作业
P151
教书育人方式
备注
南华大学课程教案
课程名称：
微型计算机原理及应用 授课教师：
曾铁军 ___9月
章次名称
第七章 微型计算机汇编语言及汇编程序
授课学时
总学时：
4 课堂讲授：
4 实验：
上机：
教 学 目 的
了解汇编语言的基本语法；
了解伪指令和宏指令；了解系统功能调用；
了解汇编语言的功能和汇编过程；
了解汇编语言程序设计；
教 学 重 点
重点：
伪指令；系统功能调用；
汇编语言程序设计；
难点：
系统功能调用；
教学方法
使用电子课件课堂讲授
教 学 内 容
1．宏汇编语言的基本语法；
伪指令语句格式；常数、变量和标号；表达式与运算符；
2．伪指令；
3．宏指令；
4．系统功能调用；
5．汇编语言的功能和汇编过程；
汇编程序的功能；程序的编辑、汇编及连接过程；
7．汇编语言程序设计；
学生
作业
P195
7.17.27.37.4
教书育人方式
备注
南华大学课程教案
课程名称：
微型计算机原理及应用 授课教师：
曾铁军 ___9月
章次名称
第八章 输入/输出接口
授课学时
总学时：
3 课堂讲授：
3 实验：
上机：
教 学 目 的
了解微型计算机的输入/输出接口；
了解并行通信与并行接口；
了解串行通信及串行接口；
了解可编程串行通信接口芯片8251A；
教 学 重 点
重点：
串行通信及串行接口；
难点：
串行通信及串行接口；
教学方法
使用电子课件课堂讲授
教 学 内 容
1．微型计算机的输入/输出接口；
输入/输出接口的交换信号；输入/输出接口的控制方式；
2．并行通信与并行接口；
并行通信；并行接口
3．串行通信及串行接口；
串行通信线路的工作方式；串行接口；串行通信数据的收发方式；
4．可编程串行通信接口芯片8251A；
8251A芯片内部结构及功能；8251A芯片的控制字及其工作方式；
8251A芯片串行接口应用举例；
学生
作业
教书育人方式
备注
南华大学课程教案
课程名称：
微型计算机原理及应用 授课教师：
曾铁军 ___9月
章次名称
第九章 中断控制器、计数/定时控制器及DMA控制器
授课学时
总学时：
4 课堂讲授：
4 实验：
上机：
教 学 目 的
了解可编程中断控制器8259A；
简单介绍可编程计数/定时控制器8253；
简单介绍可编程DMA控制器8237A；
教 学 重 点
重点：
可编程中断控制器8259A；
难点：
可编程中断控制器8259A；
教学方法
使用电子课件课堂讲授
教 学 内 容
1．可编程中断控制器8259A；
8259A芯片内部结构；8259A芯片的工作方式；8259A芯片的级连使用；8259A芯片的控制字及其工作方式；
2．可编程计数/定时控制器8253；
3．可编程DMA控制器8237A；
学生
作业
教书育人方式
备注
第周第次课年月日
章
节
名
称
第1章计算机控制系统概述
授课
方式
理论课（* ）；实践课（ ）；实习（ ）
教 学
时 数
2
教
学
目
的
及
要
求
1.了解计算机控制系统的构成原理
2.了解计算机控制系统硬件组成与软件组成。
3.初步认识微型计算机控制系统分类与装置种类
教
学
重
点
与
难
点
重点：
计算机控制系统硬件组成与软件组成。
难点：
计算机控制系统分类与装置种类
教
学
手
段
介绍、讨论与多媒体
教 学主要 内 容
时间
分配
计算机控制系统的构成原理
计算机控制系统硬件组成与软件组成。
初步认识微型计算机控制系统分类与装置种类
小结
（15’）
（30’）
（35’）
（5’）
复习思考题
1．计算机控制系统与常规仪表控制系统的主要异同点是什么？
2．分析说明图1-3计算机控制系统的硬件组成及其作用。
3．计算机控制系统的软件由哪些部分构成？
4．按控制方案来分，计算机控系统划分成那几大类？
5．计算机控制装置可以分成哪几种机型？
小
结
本章概要介绍了计算机控制系统的构成原理、硬件组成与软件组成。
分别从计算机控制系统的控制方案与装置种类这两个不同的角度讨论分析了计算机控制系统的分类。
本书将在本章的基础上渐次对计算机控制系统的各个组成部分展开讨论。
第1章:
绪论
随着科学技术的进步，人们越来越多地用计算机来实现控制系统。
近几年来，计算机技术、自动控制技术、检测与传感技术、CRT显示技术、通信与网络技术、微电子技术的高速发展，促进了计算机控制技术水平的提高。
本章主要介绍计算机控制系统及其组成、工业控制机的组成结构及特点、计算机控制系统的发展概况和趋势。
§1．1计算机控制系统概述
自动控制技术在许多领域里获得了广泛的应用。
自动控制——就是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。
近年来，计算机已成为自动控制技术不可分割的重要组成部分，并为自动控制技术的发展和应用开辟了广阔的新天地。
§1.计算机控制系统及其组成
1．计算机控制系统
计算机控制系统——利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。
（1）计算机控制系统的工作原理
典型的计算机控制系统，如图1．1。
图1.1
在计算机控制系统中，由于工业控制机的输入和输出是数字信号，因此需要有A／D转换器和D／A转换器。
从本质上看，计算机控制系统的工作原理可归纳为以下三个步骤：
①实时数据采集：
对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入。
②实时控制决策：
对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。
③实时控制输出：
根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
上述过程不断重复，使整个系统按照一定的品质指标进行工作，并对被控量和设备本身的异常现象及时作出处理。
（2）在线方式和离线方式
在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式；生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。
（3）实时的含义
实时——指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。
实时的概念不能脱离具体过程，一个在线的系统不一定是一个实时系统，但一个实时控制系统必定是在线系统。
典型的过程计算机控制系统如图1.2。
以微型计算机为核心的过程控
图1.2
基本组成：
硬件部分和软件部分。
各部件功能简介：
硬件部分
①主机
组成：
中央处理器（CPU）和内存储器（RAM和ROM）组成。
作用：
根据输入通道送来的被控对象的状态参数，进行信息处理、分析、计算，作出控制决策，通过输出通道发出控制命令。
②接口电路
作用：
主机与外部设备、输入输出通道进行信息交换时，通过接口电路的协调工作，实现信息的传送。
③过程输入/输出通道
作用：
主机和被控对象实现信息传送与交换的通道。
输入/输出通道分为模拟量输入通道、模拟量输出通道、开关量输入通道、开关量输出通道。
④外部设备
外部设备按功能可分成三类：
输入设备、输出设备和外存储器。
常用的输入设备有键盘、磁盘驱动器、纸带输入机等，输入设备主要用来输入程序和数据。
常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。
输出设备主要用来把各种信息和数据以曲线、字符、数字等形式提供给操作人员，以便及时了解控制过程。
外存储器有磁盘、磁带等，主要用来存储程序和数据。
⑤操作台
一般操作台有（CRT）显示器或（LED）数码显示器，用以显示系统运行的状态；有功能键，以便操作人员输入或修改控制参数和发送命令。
软件部分
软件是指计算机中使用的所有程序的总称。
软件通常又可分为系统软件和应用软件。
（l）系统软件
系统软件：
给用户使用维护和管理计算机专门设计的一类程序，它具有一定的通用性。
组成：
操作系统、语言加工系统、诊断系统。
1．操作系统
操作系统：
就是对计算机本身进行管理和控制的一种软件。
计算机自身系统中的所有硬件和软件统称为资源。
从功能上看，可把操作系统看作是资源的管理系统，实现对处理器、内存、设备以及信息的管理，例如对上述资源的分配、控制、调度和回收等。
2．语言加工系统
语言加工系统就是将用户编写的源程序转换成计算机能够执行的机器代码（目的程序）。
语言加工系统主要由编辑程序、编译程序、连接、装配程序、调试程序、及子程序库组成：
（1）编辑程序：
建立源程序文件的过程就是由编辑程序完成的。
该程序可对一个程序进行插入、增补、删除、修改、移动等编辑加工，并且在磁盘上建立源程序文件。
（2）编译程序：
将源程序“翻译”成机器代码。
（3）连接、装配程序：
使用连接、装配程序可将不同语言编写的不同的程序模块的源程序连接起来，成为一个完整的可运行的绝对地址目标程序。
（4）调试程序：
调试程序用来检查源程序是否符合程序设计者的设计意图。
（5）子程序库：
为了用户编程方便，系统软件中都提供了子程序库。
了解这些子程序的功能和调用条件之后，就可直接在程序中调用它们
3．诊断系统
诊断系统是用于维修计算机的软件。
（2）应用软件
应用软件：
是用户为了完成特定的任务而编写的各种程序的总称。
包括：
控制程序、数据采集及处理程序、巡回检测程序和数据管理程序等。
1控制程序：
主要实现对系统的调节和控制，它根据各种控制算法和被控对象的具体情况来编写，控制程序的主要目标是满足系统的性能指标。
2数据采集及处理程序：
包括：
数据可靠性检查程序——用来检查是可靠输入数据还是故障数据；
A／D转换及采样程序；
数字滤波程序——用来滤除干扰造成的错误数据或不宜使用的数据；
线性化处理程序——对检测元件或变送器的非线性特性用软件进行补偿。
③巡回检测程序：
包括：
数据采集程序——完成数据的采集和处理；
越限报警程序——用于在生产中某些量超过限定值时报警；
事故预告程序——根据限定值，检查被控量的变化趋势，若有可能超过限定值，则发出事故预告信号；
画面显示程序——用图、表在CRT上形象地反映生产状况。
④数据管理程序
这部分程序用于生产管理，主要包括：
统计报表程序；产品销售、生产调度及库存管理程序；产值利润预测程序等。
①可靠性高和可维修性好。
。
②环境适应性强。
③控制的实时性。
④完善的输入输出通道。
⑤丰富的软件。
⑥适当的计算机精度和运算速度。
§计算机控制系统的典型形式
计算机控制系统大致可分为以下几种典型的形式。
1．操作指导控制系统
操作指导控制系统的构成如图1．3。
系统功能：
数据采集、数据处理、给出操作指导信息。
系统优点：
结构简单，控制灵活和安全。
缺点：
要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。
该控制系统属于开环控制结构。
2．直接数字控制系统
直接数字控制（DirectDigitalControl，简称DDC）系统的构成如图1．4。
工作过程：
（略）
DDC系统属于计算机闭环控制系统。
图1.4
系统优点：
要求实时性好、可靠性高和适应性强；一台计算机可控制几个或几十个回路。
3．监督控制系统
监督控制SCC（SupervisoryComputerControl）。
监督控制系统的结构形式，如图1．5。
工作过程：
（略）
监督控制系统的两种结构形式，如图。
（l）SCC加上模拟调节器的控制系统
当SCC微型机出现故障时，可由模拟调节器独立完成操作。
（2）SCC加上DDC的分级控制系统
这实际上是一个分级控制系统，SCC可采用高档微型机，它与DDC之间通过接口进行信息联系。
4．分散型控制系统
分散型控制系统（DistributedControlSystem－DCS）。
系统特点：
采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，把系统从上到下分为分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级，形成分级分布式控制，其结构如图1．6。
图1.6
5．现场总线控制系统
现场总统控制系统（FieldbusControlSystem—FCS）是新一代分布式控制结构。
DCS结构模式为：
“操作站——控制站——现场仪表”三层结构，系统成本较高，而且各厂商的DCS有各自的标准，不能互联。
FCS结构模式为：
“工作站——现场总线智能仪表”二层结构，FCS用二层结构完成了DCS中的三层结构功能，降低了成本，提高了可靠性，国际标准统一后，可实现真正的开放式互连系统结构。
系统结构如图1．7。
系统工作过程：
（略）
图1．7
§1.2计算机控制系统的发展概况及趋势
1946年世界上第一台电子计算机ENICA正式使用以来，电子计算机在世界各国得到了极大的重视和迅速的发展。
计算机控制技术的发展离不开自动控制理论和计算机技术的发展，本节回顾一下计算机控制系统的发展概况，并讨论计算机控制系统的发展趋势。
§计算机控制系统的发展概况
1．计算机控制技术的发展过程
计算机技术的发展，我们可按以下四个阶段来描述其发展过程：
（1）开创时期（1955～1962年）
（2）直接数字控制时期（1962～1967年）
（3）小型计算机时期（1967～1972年）
（4）微型计算机时期（1972年～至今）
2．计算机控制理论的发展过程
（1）采样定理
（2）差分方程
（3）Z变换法
（4）状态空间理论
（5）最优控制与随机控制
（6）代数系统理论
（7）系统辨识与自适应控制
§计算机控制系统的发展趋势
1．推广应用成熟的先进技术
（1）普及应用可编程序控制器（PLC）
（2）广泛使用智能调节器
（3）采用新型的DCS和FCS
2．大力研究和发展智能控制系统
当前最流行的控制系统有：
（1）分级递阶智能控制系统
（2）模糊控制系统
（3）专家控制系统
（4）学习控制系统
（5）神经控制系统
随着多媒体计算机和人工智能计算机的发展，应用自动控制理论和智能控制技术来实现先进的计算机控制系统，必将大大推动科学技术的进步和提高工业自动化系统的水平。
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