计算机接口与控制技术教学大纲
《计算机接口与控制技术》教学大纲
课程名称：计算机接口与控制技术(Computer Interface and Control Technique )
课程编号：S031030
课程学时：48
课程学分：3
适用专业：钻井、机电、工业自动化
课程性质：学位课
先修课程：模拟数字电路、自动控制原理
大纲执笔人：张蓬
编写时间：2003年4月
一、课程目的与要求：
工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术，要实现计算机对工业生产过程进行控制，计算机就必须和外部设备进行数据交换，因此计算机接口技术是计算机控制技术的重要组成部分。
本课程的主要任务是培养研究生如何将计算机技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。
基本内容：
本课程以微型计算机为主要对象，阐述微型计算机接口技术的原理及应用，通过讨论输入输出接口与过程通道的硬件、软件设计，将计算机技术与控制算法相结合，设计出所需要的计算机控制系统。
本门课程教学内容共分16章，计划学时48学时，其中40学时为课堂教学内容，8学时为实验教学内容。
二、教学内容及学时安排
第一章计算机接口技术概述1学时第一节计算机接口的组成、接口的功能
第二节CPU与接口交换数据的基本方式
第三节计算机接口技术的发展趋势。
第二章I-O端口译码技术1学时
第一节I/O端口的编址、地址分配及I/O端口地址译码
第二节I/O端口地址编址、译码的应用
第三章计算机控制系统输入输出接口与过程通道3学时
第一节数字量I/O通道工作原理及设计
第二节模拟量I/O通道：D/A转换器及接口技术、A/D转换器及接口技术
实验一A/D、D/A转换实验
第四章并行接口4学时第一节可编程并行接口8255A的内部结构及方式命令
第二节可编程并行接口8255A的应用
实验二用8255并行接口实现步进电机走步控制
第五章定时/计数技术4学时
第一节8253-5/8254-2可编程定时/计数器的内部结构、及工作时序
第二节8253-5/8254-2可编程定时/计数器的应用。
实验三用8253实现长/短音的控制
或：用计算机实现直流电机的转速控制与测量
第六章中断技术2学时
第一节中断的基本概念、PC机的中断方式
第二节可编程中断控制器8259A
第三节PC机系统的中断调用
第七章DMA技术及存储器接口2学时第一节DMA传送的特点和DMA传送方式
第二节DMA控制器8237A-5、存储器接口、高速缓冲存储器接口
第八章存储器接口1学时
第一节半导体存储器的分类及性能指标
第二节存储器接口技术
第九章人机交互设备接口4学时
第一节键盘、鼠标等人机接口设备
第二节CRT显示设备
第十章串行通信接口6学时第一节串行传送的基本概念、串行通信的数据格式、串行通信接口标准第二节可编程串行接口芯片8251A
第三节采用RS-485；RS-232C标准串行通信接口设计电路
第四节系统资源软接口
第五节工业网络技术
实验四用RS-232C口实现计算机间的字符文件传输
第十一章总线与接口标准4学时
第一节工业控制机的组成形式
第二节内部总线和外部总线的组成、结构、分类及电气特性
第十二章常规及复杂控制6学时
第一节数字PID控制器的设计、应用
实验五用数字PID调节器实现炉稳控制（选作）
第二节最少拍控制器的设计
第三节纯滞后控制技术
第四节串级控制技术、前馈反馈、*解耦控制。
第十三章模糊控制4学时
第一节模糊数学基础
第二节模糊控制器的设计
第十四章现代控制技术2学时
第一节采用状态空间的极点配置设计法
第二节采用状态空间的最优设计法
第十五章应用程序设计技术与实现技术2学时
第一节测量数据预处理技术
第二节模块化与结构化程序设计和数字控制器的工程实现
第十六章集散系统DCS、现场总线2学时第一节 DCS的组成
第二节现场总线的组成
三、教材及主要参考书：
1、曹承志编著，《微型计算机控制新技术》，机械工业出版社
2、于海生主编，《微型机算计控制技术》，清华大学出版社
3、何克忠、李伟等，《计算机控制系统》，清华大学出版社
4、刘乐善主编，《微型机算计接口技术及应用》，华中理工大学出版社
5、艾德才主编，《Pentium系列微型机算计与接口技术》，高等教育出版社
微机原理与接口技术试题库(含答案)
一、问答题 1、下列字符表示成相应的ASCII码是多少？ （1）换行0AH （2）字母“Q”51H （3）空格20H 2、下列各机器数所表示数的范围是多少？ （1）8位二进制无符号定点整数； 0~255 （2）8位二进制无符号定点小数；0.996094 （3）16位二进制无符号定点整数；0~65535 （4）用补码表示的16位二进制有符号整数；-32768~32767 3、(111)X=273，基数X=？16 4、有一个二进制小数X=0.X1X2X3X4X5X6 (1)若使X≥1/2，则X1……X6应满足什么条件? X1=1 若使X＞1/8，则X1……X6应满足什么条件？X1∨X2 ∨X3=1 (2) 5、有两个二进制数X=01101010，Y=10001100，试比较它们的大小。 （1）X和Y两个数均为无符号数；X＞Y （2）X和Y两个数均为有符号的补码数。X 1. 在8086CPU 中，当M/ ——IO = 0，——RD = 1，—— WR = 0时，CPU 完成的操作是（ D ）。 （A ）存储器读 （B ）I/O 读 （C ）存储器写 （D ）I/O 写 2. 在标志寄存器中，用于说明计算结果为0的标志是（ C ） （A ）C 标志 （B ）A 标志 （C ）Z 标志 （D ）S 标志 3. 两片8259A 采用主从级连方式，最多能接收（ B ） （A ）8级中断 （B ）15级中断 （C ）16级中断 （D ）级中断 4. 异步通信所采用的数据格式中，停止位的位数错误的是( D ) （A ）1位 （B ）1.5位 （C ）2位 （D ）2.5位 5. 下面哪一条语句是采用寄存器间接寻址的（ B ） （A ）MOV AX ，BX （B ）MOV AL ，[BX] （C ）MOV AX ，20 （D ）MOV AX ，BUF 6. 计算机系统总线按其功能可划分为数据总线、地址总线和（ A ） （A ）控制总线 （B ）同步总线 （C ）信号总线 （D ）中断总线 7. 在PC/XT 机中，NMI 的中断向量在中断向量表中的位置是 ( C ) （A ）由程序指定的 （B ）由DOS 自动分配的 （C ）固定在0008H 开始的4个字节中 （D ）固定在中断向量表首 8. 在两片8259A 级联的中断系统中，从片的INT 端接到主片的IR4端，则初始化主、从片ICW3的数据格式分别是（ B ） （A ）01H 和40H （B ）10H 和04H （C ）10H 和40H （D ）01H 和04H 9. CPU 与输入/输出端口是通过哪些指令来完成信息交换（ C ） （A ）MOV （B ）MOVSB （C ）IN 或OUT （D ）STOSB 10. 在标志寄存器中，符号标志是（ S ） （A ）C 标志 （B ）A 标志 （C ）Z 标志 （D ）S 标志 11. CPU 与输入/输出接口电路是通过端口寄存器进行信息交换，这些端口寄存器包括了状态端口、控制端口和（ B ） （A ）信息端口 （B ）数据端口 （C ）存储器端口 （D ）命令端口 12. 8088微处理器可寻址访问的最大I/O 空间为( B ) (A) 1KB (B) 64KB (C) 640KB (D) 1MB 13. CPU 与输入/输出端口是通过哪些指令来完成信息交换（ C ） （A ）MOV （B ）MOVSB （C ）IN 或OUT （D ）STOSB 14. 在标志寄存器中，用于说明计算结果为0的标志是（ C ） （A ）C 标志 （B ）A 标志 （C ）Z 标志 （D ）S 标志 15. 下面哪一个命题是正确的（ C ） （A ）负数的反码与其真值数相同 （B ） 负数的补码与其真值数相同 （C ）正数的原码、反码、补码与其真值数相同 （D ）[＋0]反码 ＝11111111B 16. 在实模式下进行编写汇编程序，每一个逻辑段的大小不能超过（ B ） （A ）32KB （B ）64KB 微机控制技术的发展概况及趋势 微机控制技术是以微型计算机作为机电一体化的控制器，结合微型计算机的工作原理和接口设计，相应的控制硬件和软件以及它们的配合，实现对控制对象的控制的一门技术。它的发展离不开自动控制理论和计算机技术的发展，随着科学技术的发展，人们越来越多地用计算机来实现控制系统。 本文从计算机控制系统的发展历史，我国工业控制机及系统的发展应用，计算机控制系统的发展趋势，这几个方面来阐述微机控制技术的发展概况及相关趋势。 计算机控制系统在60年代引入控制领域当时计算机是控制调节器的设定点, 具体的控制则由电子调节器来执行, 这种系统称为计算机监控系统。在60 年代末期出现了用一台计算机直接控制一个机组或一个车间的控制系统,简称集中控制系统。这种控制系统即常说的直接数字控制(DDC)系统。计算机DDC 控制的基本思想是使用一台计算机代替若干个调节控制回路功能。这个控制系统由于只有一台计算机而且没有分层，所以非常有利于集中控制盒运算的集中处理，并且能得到很好的反映，并且，各个控制规律都可以直接实现。但是，如果生产过程复杂，则该系统的可靠性就很难保证了。系统的危险性过于集中, 一旦计算机发生故障, 整个系统就会停顿。[7] 70 年代随着电子技术的飞速发展,随着大规模集成电路的出现和发展, 集散控制系统（DCS）出现，之后在此基础上，随着生产发展的需要而产生了一种更新一代的控制系统，即分布式控制系统。典型的集散控制系统具有两层网络结构下层负责完成各种现场级的控制任务,上层负责完成各种管理、决策和协调任务。 90年代以来，随着各个学科的发展和交叉融合，随着现代大型工业生产自动化的不断兴起, 利用计算机网络作为控制工具的综合性控制系统，计算机集成系统（CIPS）应运而生。它紧密依赖于最新发展的计算机技术、网络通信技术和控制技术，并且终将成为未来控制系统的发展趋势。 我国工业控制发展的道路是比较曲折的，20世纪80年代末到90年代初，我国市场上大都是首先引进了成套设备，在引进成套设备的同时相继引进了各种工控系统，来填充国内在这方面的不足，90年代后，在我国一批科学家的带领下，我国逐渐有了自己设计的控制系统和装置，建立自己的实验室，生产出属于自己版权的产品，然后在原有技术的基础上进行二次开发和应用，从1997年开始，大陆本土的IPC厂商开始进入该市场，IPC也随之发展成了中国第二代主流工控机技术。[1] 目前国内的工控机供应渠道主要来源于中国台湾及内地的厂商，国外的产品（例如RADISYS、ROCKWELL、INTEL等）经过几年的市场拼杀后，由于成本高、价格高、服务难，现已完全退出国内市场。目前，国内的IT业研发、加工技术力量不断提升；各类芯片和各类器件、生产设备在国际市场基本可平等选购；软件资源的可移植性可节省大量的人力、物力。在这些有利条件下，国内一些厂商抓住机会快速崛起，利用本土综合竞争优势逐步将国外品牌挤出国内工控市场。某些企业以每年超过100%的资产增长速度，鼎立于国内的工控市场，而且 计算机操作员培训教学大纲 一、课程的地位、目的与任务 计算机应用基础课程是计算机操作员必修课。通过学习，测试学员的计算机基础知识，基本操作和使用计算机的能力；它是学员学习计算机的入门课程，提高学员的综合学习的能力。 二、教学内容与要求 （一）教学要求 1.正确理解和使用信息技术领域基本的名词术语，了解计算机的应用领域及其对现代社会各方面的巨大作用和影响。 2.正确理解微机及其操作系统的基本功能，熟练掌握操作系统的使用。 3.熟练掌握文字处理、电子表格数据处理、演示文稿制作、声音图像处理等常用软件的使用方法。 4.熟练掌握在Internet上获取、存储、传输、处理和应用信息的基本方法。 （二）教学内容 第1章计算机的基本知识 1.常识 （1）计算机常用术语：位（bit）、字节（byte）、存储容量（KB，MB， GB，TB）、ASCll码 （2）计算机应用领域：科学计算、信息处理、自动控制、人工智能、计算机辅助系统等 （3）微型计算机工作平台：视窗、网络、多媒体等 （4）计算机病毒的常识：定义、来源、特点、表现、预防与清除 （5）软件的知识产权常识：商品软件、共享软件（shareware，PD）、自由软件（freeware） 2．硬件系统 计算机硬件系统的功能框图 微型计算机的硬件组成及其主要功能 ①主机： ·中央处理器（CPU） ·内存（ROM、RAM） ②外设： ·外存（软磁盘、硬磁盘、光盘）。 ·输入／输出设备（键盘、鼠标、扫描仪、显示器、打印机） ·其他外部设备（声卡、网卡、调制解调器） ·软磁盘、硬磁盘、只读光盘的使用常识 键盘、鼠标器的使用常识 ·软件系统 机器指令与计算机语言（机器语言、汇编语言和高级语言） 系统软件（操作系统、编译系统、数据库管理系统、系统工具软件）和应用软件 程序设计的常用术语：源程序、目标程序、运行程序、编辑、编译、解释 人机交互方式 第2章操作系统—Windows2000/XP 1．操作系统的应用基础 《微机控制与接口技术》练习题 一、问答题 1 一个好的工业控制计算机系统应具有哪些主要特点？ 2 常用的工业控制计算机有哪几种？ 3 简述工业PC机的结构。 4 STD总线工业控制机的模板主要有哪些？ 5 什么叫总线？总线分为哪几类？总线由哪几部分组成？ 6 什么是系统总线？常用的系统总线有哪些？ 7 什么是设备总线？常用的设备总线有哪些？ 8 什么是接口？为什么要在CPU与外设之间设置接口？ 9 接口电路的硬件一般由哪几部分组成？ 10 接口电路的结构有哪几种形式？ 11 为什么两个端口可以共用一个端口地址？ 12 CPU与接口之间有哪几种传送数据的方式？ 13 I/O端口地址的编址有哪两种方式，试说明它们的区别。 14 参加I/O端口地址译码的一般有哪些信号线？ 15 什么是中断？定时与中断在微机系统中有什么作用？ 16 什么叫同步通信方式？什么叫异步通信方式？它们各有什么优缺点？ 17 设异步传输时，每个字符对应1个起始位、7个数据位、1个校验位和1个停止位，如果波特率为9600bit/s，则每秒钟能传输的最大字符数是多少？ 二、选择题 1．下列设备系统中，一般不与系统总线直接连接的是（） A. 外设 B.I/O 接口 C.ROM D.RAM 2．RS-232C 接口标准中，规定逻辑“1”MARK 状态电平为（） A.+3V～+15V B.+3V～+5V C. －5V～－3V D.－15V～－3V 3．8255 工作在方式1 输入时，将端口C 的第4 位(PC 4 ) 置位，应执行（）操作。 A.10001000B →端口C B.00010000B →端口C C.10001000B →控制字寄存器 D.00001001B →控制字寄存器 4．串行异步通信协议所规定的一帧数据中，允许最长的一帧数据共有（）位。 A.13 B.7 C.12 D.8 5．CPU与外设交换数据，中断驱动I/O方式，是( ) A. 以CPU为主动方 B. 以存储器为主动方 C. 以外设为主动方 D. 外设直接和存储器交换数据 6．CPU与外设交换数据，当采用程序控制I/O方式时，是( )。 A. 以CPU为主动方 B. 以存储器为主动方 C. 以外设为主动方 D. 外设直接和存储器交换数据 7． 8250接口芯片支持( )通信。 A.异步串行 B.同步串行 C.同步与异步串行 D.并行 8．同步串行通信与异步串行通信比较，以下说法错误的是( ) A.异步通信按字符成帧，同步通信以数据块成帧 计算机控制技术的发展及趋势 张赟枫 自动化1304 0901130425 一、计算机控制技术的发展 1、第一代工业计算机控制技术 第一代工控机技术起源于20世纪80年代初期，盛行于80 年代末和90年代初期，到90年代末期逐渐淡出工控机市场，其标志性产品是STD总线工控机。STD总线最早是由美国Pro-Log公司和Mostek公司作为工业标准而制定的8位工业I/O总线，随后发展成16位总线，统称为STD80，后被国际标准化组织吸收，成为IEEE961标准。国际上主要的STD总线工控机制造商有Pro- Log、Winsystems、Ziatech等，而国内企业主要有北京康拓公司和北京工业大学等。STD总线工控机是机笼式安装结构，具有标准化、开放式、模块化、组合化、尺寸小、成本低、PC兼容等特点，并且设计、开发、调试简单，得到了当时急需用廉价而可靠的计算机来改造和提升传统产业的中小企业的广泛欢迎和采用，国内的总安装容量接近20万套，在中国工控机发展史上留下了辉煌的一页。 2、第二代工业计算机控制技术 1981年8月12日IBM公司正式推出了IBM PC机，震动了世界，也获得了极大成功。随后PC机借助于规模化的硬件资源、丰富的商业化软件资源和普及化的人才资源，于80年代末期开始进军工业控制机市场。美国著名杂志《CONTROL ENGINERRING》在当时就预测“90年代是工业IPC的时代，全世界近65%的工业计算机将使用IPC，并继续以每年21%的速度增长”。历史的发展已经证明了这个论断的正确性。IPC在中国的发展大致可以分为三个阶段：第一阶段是从20世纪80年代末到90年代初，这时市场上主要是国外品牌的昂贵产品。 90年代末期，ISA总线技术逐渐淘汰，PCI总线技术开始在IPC中占主导地位，使IPC工控机得以继续发展。但由于IPC工控机的结构和金手指连接器的 限制，使其难以从根本上解决散热和抗振动等恶劣环境适应性问题，IPC开始逐渐从高可靠性应用的工业过程控制、电力自动化系统以及电信等领域退出，向管理信息化领域转移，取而代之的是以CompactPCI总线工控机为核心的第三代工控机技术。值得一提的是，IPC工控机开创了一个崭新的PC-based时代，对工业自动化和信息化技术的发展产生了深远的影响。 3、迅速发展和普及的第三代工控机技术 PCI总线技术的发展、市场的需求以及IPC工控机的局限性，促进了新技术的诞生。作为新一代主流工控机技术，CompactPCI工控机标准于1997年发布之初就倍受业界瞩目。相对于以往的STD和IPC，它具有开放性、良好的散热性、高稳定性、高可靠性及可热插拔等特点，非常适合于工业现场和信息产业基础设备的应用，被众多业内人士认为是继STD和IPC之后的第三代工控机的技术标准。采用模块化的CompactPCI总线工控机技术开发产品，可以缩短开发时间、降低 计算机信息高新技术 培训课程教学大纲 （中级） 浙工大之江学院职业技能培训中心 一、制订的依据 本大纲制订的主要依据是参照计算机信息高新技术考试国家职业标准的基本要求，并参照国家劳动和社会保障部关于职业技能培训理论课程的有关要求，结合本地区和在校生的特点制订该大纲。 采用教材：国家统一试题库不同模块的培训教材。 二、性质与任务 随着计算机信息高新技术的发展、推广和普及，越来越多的行业及部门已将其作为一种必备的基本工作技能，相应的培训及技能鉴定成为一种广泛的社会需求。全国计算机信息高新技术考试是原劳动部为了适应社会发展和科技进步的需要，提高劳动力素质和促进就业，加强计算机信息技术领域，新兴职业技能培训考核工作，根据劳部发[1996]19号《关于开展计算机及信息高新技术培训考核工作的通知》授权劳动和社会保障部职业技能鉴定中心，在全国范围内统一组织实施的社会化职业技能考试。开展这项考试工作的主要目的，就是为了推动高新技术在我国的迅速普及，促进其得到广泛应用，提高应用人员的使用水平和高新技术装备的使用效率，促进生产效率的提高；同时，对高新技术应用人员的择业、流动提供一个应用水平与能力的标准证明，以适应劳动力的市场化管理。本课程的培训正是为了适应这一需要而设置的。 三、基本要求和内容 计算机信息高新技术的培训面向全体劳动者。 本课程突出针对性、典型性、实用性，注重实践环节，兼顾理论知识。学员学完该课程后，将在理论与职业技能上得到系统的训练，达到国家职业技能的鉴定要求。 四、教学大纲和课程安排： 培训和考试以实际操作为主，考试方法是在计算机上使用相应的程序完成具体的作业任务，重在考核计算机软件的操作能力。采用模块化的培训考试设计，根据不同领域中的计算 《微机控制与接口技术》期末复习题 一、填空题 1.________________________________________________ 计算机控制系统的发展大致经过三个阶段_______________________________________ 、集中式控制、______ 阶段，目前朝着___________ 和现场总线控制系统的方向发展。 2?微机总线主要由 ______ 、地址总线、_______ 、电源线和地线四部分组成 3. ______ 和 ____ 是微机接口通信中采用的两种通信方式。 4.单片机是将CPU ,RAM,ROM, _________ 、_______ 和串行通讯接口等部件制作在一块 集成芯片中的微型计算机。具有 ________ 、体积小、______ 、功耗低等。 5.CPU对I/O端口地址的编址方式有两种：________ 、 ____ o 6.________________________________ 总线是显示计算机系统中______ 的通道。计算机总线分为_______________________ 、___________________________ 、系 统总线三部分 7.______________________________________ 接口电路具有寻址、输入\输出、、联络、_______________________________________ 等功能。 & CPU和接口电路之间的的数据传送方式主要有________ 、终端传送方式、和______ 传送方式。 9.________________________________________ 工业pc机系统由工业控制主机、、、信号调理模块等组成。 10._________________ 微机接口是与的连接部分，它包括硬件和软件两部分。 二、名词解释 1.中断： 2.串行通信： 3.DSP： 4.屮断系统： 5.可编程的硬件定时： 6.并行通信： 三、简答题 1.可编程中断控制器8259A协助CPU处理哪些中断事务？ 一.设计题目任务及要求 1. 设计题目：水温控制系统的设计 2. 设计要求： 设计一个水温控控制系统，对象的传递函数：G （s ）= e 1 s 10020 -50s ,炉子为电炉结构，单相交流2220V 供电。温度设定值：室温～100℃，可以根据要求任意调节。要求： （1） 画出电路原理图，包括：给定值、反馈、显示的电路以及主电路； （2） 阐述电路的工作原理； （3） 采用对象为大滞后的算法，求出U （k ）； （4） 画出闭环数字控制的程序框图。 二.设计任务分析 1.系统设计： 该系统由AT89C51单片机系统、PID 控制算法、温度检测、键盘输入、温度显示、加热丝功率控制等等组成。 Ⅰ.典型的反馈式温度控制系统通常由下图（a ）所示的几部分组成，其中调节器由微型机来完成。 图（a ） 温度控制系统组成框图 Ⅱ.给定信号如何给计算机 温度给定值可以通过计算机键盘输入（键盘与单片机连接），也可以通过数学表达式由程序自动设定，还可以用拨码盘，一般拨码盘常用于过程控制的控制柜（化工企业）。 为了便于讨论，本设计假定由人工键盘输入温度给定值。 Ⅲ.温度的监测与调节 理想的情况是采用A/D转换器作为输入通道，当精度要求不高时，可以半导体热敏电阻测量温度，和通过单稳态触发器输出的脉冲宽度来实现温度检测和输入。用热敏电阻也是一种常用的方式。热敏电阻作为半导体的效果往往决定于环境和计算机应用程序配合的结果。 可以采用温度范围为0～120℃的热敏电阻来构成所需要的电路，不用热电偶的原因是：因为热电偶在低温段线性差，它只是在高温段准确。 2.控制方案 本系统中把晶闸管电阻炉温度变送器统一称为被控对象。电阻炉系统是个自衡系统，可以近似为一个一阶惯性环节和一个延迟环节，传递函数可以表示为： 在检测的基础上，我们采用数字PID调节规律，把炉内温度控制的设定值与实测值进行比较，是静态误差最小。 理论分析和实践证明电阻炉是一个具有自平衡能力的对象，可以用一个一阶惯性环节和一个延迟环节来近似描述，考虑到零阶保持器，系统的简化动态结构图如图（b） 目录 第一章计算机过程控制系统的应用与发展 (2) 1.1 计算机过程控制系统的发展回顾 (2) 1.2 计算机过程控制系统的分类 (2) 1.3 计算机过程控制系统国内外应用状况 (6) 1.4 计算机过程控制系统的发展趋势 (7) 第二章国内油田计算机控制系统应用软件现状及发展趋势 (8) 2.1 基于PC总线的控制系统应用软件 (8) 2.2 基于各种PLC控制系统的应用软件 (8) 2.3 中小规模的DCS控制系统组态软件 (9) 2.4 计算机控制系统应用软件的发展趋势 (9) 第一章计算机过程控制系统的应用与发展 在石油、化工、冶金、电力、轻工和建材等工业生产中连续的或按一定程序周期进行的生产过程的自动控制称为生产过程自动化。生产过程自动化是保持生产稳定、降低消耗、降低成本、改善劳动条件、促进文明生产、保证生产安全和提高劳动生产率的重要手段，是20世纪科学与技术进步的特征，是工业现代化的标志。凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制就称为过程控制。过程控制系统可以分为常规仪表过程控制系统与计算机过程控制系统两大类。随着工业生产规模走向大型化、复杂化、精细化、批量化，靠仪表控制系统已很难达到生产和管理要求，计算机过程控制系统是近几十年发展起来的以计算机为核心的控制系统。 1.1 计算机过程控制系统的发展回顾 世界上第一台电子数字计算机于1946年在美国问世。经历了十多年的研究，1959年世界上第一台过程控制计算机TRW-300在美国德克萨斯的一个炼油厂正式投入运行。这项开创性工作为计算机控制技术的发展奠定了基础，从此，计算机控制技术获得了迅速的发展。 回顾工业过程的计算机控制历史，经历了以下几个8寸期： (1)起步时期(20世纪50年代)。20世纪50年代中期，有人开始研究将计算机用于工业过程控制。 (2)试验时期(20世纪60年代)。1962年，英国的帝国化学工业公司利用计算机完全代替了原来的模拟控制。 (3)推广时期(20世纪70年代。随着大规模集成电路(LSI)技术的发展，1972年生产出了微型计算机(mi—erocomputer)。其最大优点是运算速度快，可靠性高，价格便宜和体积小。 (4)成熟时期(20世纪80年代)。随着超大规模集成电路(VLSI)技术的飞速发展，使得计算机向着超小型化、软件固定化和控制智能化方向发展。80年代末，又推出了具有计算机辅助设计(CAD)、专家系统、控N*0管理融为一体的新型集散控制系统。(5)进一步发展时期(20世纪90年代)。在计算机控制系统进一步完善应用更加普及，价格不断下降的同时，功能却更加丰富，性能变得更加可靠。 1.2 计算机过程控制系统的分类 计算机控制系统的应用领域非常厂泛，计算机可以控制单个电机、阀门，也可以控制管理整个工厂企业；控制方式可以是单回路控制，也可以是复杂的多变量解耦控制、自适应控制、最优控制乃至智能控制。因而，它的分类方法也是多样的，可以按照被控参数、设定值的形式进行分类，也可以按照控制装置结构类型、被控对象的特点和要求及控制功能的类型进行分类，还可以按照系统功能、控制规律和控制方式进行分类。常用的是按照系统功能分类。 计算机培训教学大纲Newly compiled on November 23, 2020 计算机培训教学大纲 长岭县东鹏职业培训学校 计算机培训教学大纲 一、制定依据 本课程是计算机网络技术专业的专业课程。本大纲依据《计算机网络技术应用岗位职业标准》和《计算机网络技术专业人才培养质量标准》而制定。 二、课程教学目标 《计算机应用基础》是计算机基础教学中第一层次的课程，本课程从应用的角度出发，学习计算机的概念和基本知识，为后续课程的学习打基础。通过本课程的学习，应使学生达到下列要求：具有计算机的初步知识；掌握微机的基本操作技能；了解操作系统概念并掌握Windows的有关知识及使用；熟练掌握文字处理软件Word、电子表格软件Excel、演示文稿制作软件PowerPoint的使用；了解计算机病毒知识及处理方法；具有计算机网络的初步知识。 （一）整体教学设计 （1）理论知识与上机操作紧密结合，突出上机操作环节； （2）每一教学单元列出学习目标和重点，配合的操作实例综合本教学单元知识点，设计的操作实例具有实用性和趣味性。学生完成实例后，不仅理解和掌握本单元学习重点，也全面提升综合应用能力； （3）每个任务分为“任务要求”、“任务目标”、“基础知识”和“任务实现”4部分的教学模式进行教学，教学过程符合学生认知习惯，达到老师易教，学生易学的效果。 （二）单元教学设计 （1）计算机基础知识 了解计算机的发展及应用领域；了解计算机系统的基本组成；了解计算机的硬件组成；了解计算机中信息的表示；了解信息安全与知识产权（2）操作系统 操作系统的基本概念、功能和分类；了解Windows XP基础知识；使用汉字输入法；管理文件和文件夹；设置Windows XP （3）文字处理软件Word 了解Word 2007基础知识；设置文字和段落格式；设置页面和打印文档；使用表格；使用图形和图片；使用文本框和艺术字 （4）电子表格处理软件Excel 工作簿的创建、保存，工作表的插入；作表的编辑及格式化；工作表数据处理；公式和函数；数据的图表化 （5）演示文稿制作软件PowerPoint 演示文稿的创建；;幻灯片的制作、美化；幻灯片的动画效果设置，创建超链接；演示文稿的放映设置；演示文稿的打印、打包及发布（6）计算机网络基础 了解Internet基础知识；浏览与搜索Internet信息；利用电子邮件 传递信息；使用压缩/解压缩软件与杀毒软件。 附件： 计算机培训课时安排 第1章习题解答 1、冯诺依曼计算机的内涵是什么？这种计算机程序运行是由指令流驱动的还是数据流驱动的？ 答：冯诺依曼计算机的内涵： 由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备5大部分组成计算机硬件。 数据和计算机指令采用二进制数形式表示，存储在计算机内部存储器中。 计算机工作原理的核心是“存储程序”和“程序控制”。事先编制好的由计算机指令组成的程序在执行前先装入存储器，控制器依据程序中的指令顺序周而复始地取出指令、分析指令、执行指令，根据指令的功能进行相应的运算，直到完成全部指令操作为止. 程序的运行是通过指令流来驱动的。 2、微型计算机系统有哪三个层次？试简述它们的内涵及其联系和区别。 答：微型计算机系统的三个层次：微处理器、微型计算机和微型计算机系统。 三者的内涵： 微处理器是利用大规模集成电路技术，将组成计算机的核心部件——运算器和控制器集成在一块硅片上的集成电路，简称MPU，习惯上称CPU。 微型计算机则是以微处理器为核心，配以内存储器、输入/输出（I/O）接口电路，通过总线结构连接而构成的裸机。 微型计算机系统是由微型计算机配以相应的外围设备（如键盘、显示器、打印机、外存储器等）、电源和其他辅助设备(如面板、机架等)，以及控制微型计算机工作的软件而构成的完整的计算系统。 它们三者之间是从局部到全局的关系。单纯的微处理器和单纯的微型计算机都不能独立工作。只有微型计算机系统才是完整的计算系统，才可正常工作。 3、为什么把微型计算机的基本结构说成是总线结构？试简述总线结构的优点。 答：在微型计算机中，各组成部分之间是通过总线（包括地址总线、数据总线、控制总线）连接在一起而构成一个整体的，它们之间的信息交换也是通过总线进行。CPU通过总线与存储器和I/O接口电路连接，I/O接口和外设也是通过总线连接，即使在CPU内部，它的各功能部件也是通过总线相连的。因此微型计算机的基本结构就是总线结构。 微型计算机采用总线结构后，系统中各功能部件之间的相互关系变为各部件面向总线的单一关系。一个部件只要满足总线标准，就可直接连接到采用这种总线标准的系统中。这使得系统的设计与构造非常方便，同时也便于系统的扩充、升级和维修。 4、微型计算机硬件系统由哪些部分组成？各组成部分的功能是什么？ 答：微型计算机硬件系统主要由CPU、存储器、I/O接口电路、输入/输出设备、总线，以及电源和一些辅助设备构成。 CPU：微机系统的核心部件，是运算和指挥控制中心。 存储器：包括内存和外存，是微机系统的存储和记忆部件，用以存放数据和程序。 I/O接口电路：CPU与输入/输出设备的连接与信息交换不能直接进行，I/O接口电路充当了二者之间的“桥梁”。 输入/输出设备：计算机与外界（人或其他设备，包括另一台计算机）联系和沟通的桥梁，用户通过输入/输出设备与微机系统互相通信。 总线：以上各组成部分是通过总线连接在一起构成一个整体的，各部件之间的信息运载和传输由总线承担。 5、计算机分那几类？各有什么特点？ 答：传统上分为三类：大型主机、小型机、微型机。大型主机一般为高性能的并行处理系统，存储容量大，事物处理能力强，可为众多用户提供服务。小型机具有一定的数据处理能力，提供一定用户规模的信息服务，作为部门的信息服务中心。微型机一般指在办公室或家庭的桌面或可移动的计算系统，体积小、价格低、具有工业化标准体系结构，兼容性好。 6、微处理器应包含的最基本功能部件是哪些? 答: 算术逻辑单元,寄存器阵列,控制器部件。 7、微计算机应包含的最基本功能部件是哪些? 习题一 2、为什么要在CPU与外设之间设置接口？ 在CPU与外设之间设置接口主要有4个原因： （1）CPU与外设二者的信号不兼容，包括信号线的功能定义、逻辑定义和时序关系 （2）CPU与外设的速度不匹配，CPU的速度快，外设的速度慢 （3）若不通过接口，而由CPU直接对外设的操作实施控制，会使CPU处于穷于应付与外设打交道之中，大大降低CPU的效率 （4）若外设直接由CPU控制，会使外设的硬件结构依赖于CPU，对外设本身的发展不利。 3、微型计算机的接口一般应具备那些功能？ 微机的接口一般有如下的几个功能： （1）执行CPU命令的功能：CPU将对外设的控制命令发到接口电路中的命令寄存器（命令口）中，在经分析去控制外设 （2）返回外设状态的功能：通过状态寄存器（状态口）完成，包括正常工作状态和故障状态 （3）数据缓冲的功能：接口电路中的数据寄存器（数据口）对CPU于外设间传送的数据进行中转 （4）设备寻址的功能：CPU某个时刻只能和一台外设交换数据，CPU发出的地址信号经过接口电路中的地址译码电路来选中I/O设备 （5）信号转换的功能：当CPU与外设的信号功能定义、逻辑关系、电平高低及工作时序不兼容时接口电路要完成信号的转换功能 （6）数据宽度与数据格式转换的功能：由于CPU处理的数据都是并行的，当外设采用串行传送方式时，接口电路就要完成串、并之间的转换，并进行数据格式的转换。 8、CPU与接口之间有哪几种传送数据的方式？它们各应用在什么场合？ CPU与接口之间的数据传送方式主要有查询方式、中断方式和DMA方式：（1）查询方式：主要用于CPU不太忙且传送速度不高的情况下。无条件传送方式作为查询方式的一个特例，主要用于对简单I/O设备的控制或CPU 明确知道外设所处状态的情况下。 （2）中断方式：主要用于CPU的任务比较忙的情况下，尤其适合实时控制和紧急事件的处理 （3）DMA方式（直接存储器存取方式）：主要用于高速外设进行大批量数据传送的场合。 9、分析和设计接口电路的基本方法是什么？ 分析和设计接口电路通常采用两侧分析法和硬软件结合法相结合： （1）两侧分析法：CPU一侧，主要是了解CPU的类型、它提供的数据线的宽度、地址线的宽度、控制线的逻辑定义、时序关系的特点；外设一侧，主要是了解被连接外设的外部特性及被控外设的工作过程 （2）硬软件结合法：硬件设计主要是合理选用外围接口芯片、有针对性地设计附加电路；软件设计可以采用汇编语言（或高级语言）直接对低层硬件编程，也可以采用DOS系统功能调用和BIOS调用编程。 习题二 计算机信息教学大纲．《计算机信息》教学大纲 一、教学要求 1、教学目的 通过本课程的学习，学生应：了解微型计算机系统的基本组成；掌握Windows 的使用方法；熟练掌握Windows环境下Word、Excel、PowerPoint的基本操作；了解计算机网络的基本概念；学会使用因特网（Internet）。具有计算机安全使用和计算机病毒防治的知识。 2、教学内容 微型计算机系统的组成；操作系统的功能和使用；Word的功能和使用；Excel 的功能和使用；PowerPoint的功能和使用；计算机网络的基础知识。 3、教学方式 课堂教学与上机实践相结合的教学模式。强调上机实践环节，强调学生自主获取知识能力的培养。 二、课时分配 序号内容理论课时实践课时 计算机基础知识10 30 1 的操Window15252 五笔字型输入20320 文字处20 4 30 - 2 - 演示文稿制作20 10 5 计算机网络基础知识15 6 25 7 90 150 计小 240 计合 三、教学内容 第一章计算机基础知识(30课时+10课时实践) 1、教学目的 通过本章教学，学生应了解计算机的应用及其发展；二进制及其特点；计算机对数据的编码；微型计算机系统的组成；计算机的安全操作，病毒及其防范。 2、教学要点：二进制的应用与计算机系统的组成。 3、基本内容 1）计算机的广泛应用与展望 2）二进制与计算机 3）ASCII码、计算机对汉字的处理 4）微型计算机系统的组成：内、外存储器；I/O设备；基本软件。 5）计算机的安全操作、计算机病毒及其防范 第二章 Windows的操作(30课时+10课时实践) 、教学目 通过本章学习学生应逐步熟练掌Window的使用方法 、教学要点Window的基本操作、文件和文件夹、资源管理器、应用程序的数据交换 - 3 - 3、基本内容 1)操作系统的功能 2)Windows的启动与退出 第1章微型计算机系统 〔习题〕简答题 （2）总线信号分成哪三组信号 （3）PC机主存采用DRAM组成还是SRAM组成 （5）ROM-BIOS是什么 （6）中断是什么 （9）处理器的“取指－译码－执行周期”是指什么 〔解答〕 ②总线信号分成三组，分别是数据总线、地址总线和控制总线。 ③ PC机主存采用DRAM组成。 ⑤ ROM-BIOS是“基本输入输出系统”，操作系统通过对BIOS 的调用驱动各硬件设备，用户也可以在应用程序中调用BIOS中的许多功能。 ⑥中断是CPU正常执行程序的流程被某种原因打断、并暂时停止，转向执行事先安排好的一段处理程序，待该处理程序结束后仍 返回被中断的指令继续执行的过程。 ⑨指令的处理过程。处理器的“取指—译码—执行周期”是指处理器从主存储器读取指令（简称取指），翻译指令代码的功能（简称译码），然后执行指令所规定的操作（简称执行）的过程。 〔习题〕填空题 （2）Intel 8086支持___________容量主存空间，80486支持___________容量主存空间。 （3）二进制16位共有___________个编码组合，如果一位对应处理器一个地址信号，16位地址信号共能寻址___________容量主存空间。 （9）最初由公司采用Intel 8088处理器和（）操作系统推出PC机。 ② 1MB，4GB ③ 216，64KB （9）IBM,DOS 〔习题〕说明微型计算机系统的硬件组成及各部分作用。 〔解答〕 CPU：CPU也称处理器，是微机的核心。它采用大规模集成电路芯片，芯片内集成了控制器、运算器和若干高速存储单元（即寄存器）。处理器及其支持电路构成了微机系统的控制中心，对系统的各个部件进行统一的协调和控制。 存储器：存储器是存放程序和数据的部件。 外部设备：外部设备是指可与微机进行交互的输入（Input）设备和输出（Output）设备，也称I/O设备。I/O设备通过I/O接口与主机连接。 总线：互连各个部件的共用通道，主要含数据总线、地址总线和控制总线信号。 〔习题〕区别如下概念：助记符、汇编语言、汇编语言程序和汇编程序。 〔解答〕 助记符：人们采用便于记忆、并能描述指令功能的符号来表示机器指令操作码，该符号称为指令助记符。 汇编语言：用助记符表示的指令以及使用它们编写程序的规则就形成汇编语言。 汇编语言程序：用汇编语言书写的程序就是汇编语言程序，或称汇编语言源程序。 二○一三～二○一四学年第一学期信息科学与工程学院 课程设计报告书 课程名称：计算机控制与接口技术课程设计班级：自动化1001班 学号：201004134008 姓名：章琴 指导教师：周凤星 二○一三年十二月 一、设计题目和设计要求 1. 设计题目：水温控制系统的设计 2. 设计要求 设计一个水温控控制系统，对象的传递函数：G （s ）= e 1 s 10020 -50s ,炉 子为电炉结构，单相交流2220V 供电。温度设定值：室温～100℃，可以根据要求任意调节。要求： （1） 画出电路原理图，包括：给定值、反馈、显示的电路以及主电路； （2） 阐述电路的工作原理； （3） 采用对象为大滞后的算法，求出U （k ）； （4） 画出闭环数字控制的程序框图。 二、设计任务分析 1．系统设计： 该系统由单片机系统、PID 控制算法、温度检测、键盘输入、温度显示、加热丝功率控制等组成。 Ⅰ.典型的反馈式温度控制系统通常由下图（a ）所示的几部分组成，其中调节器由微型机来完成。 图（a ） 温度控制系统组成框图 Ⅱ.给定信号如何给计算机 温度给定值可以通过计算机键盘输入，键盘与单片机连接，也可以通过数学表达式由程序自动设定，还可以用拨码盘，一般拨码盘常用于过程控制的控制柜（化工企业）。 为了便于讨论，本设计假定由人工键盘输入温度给定值。 Ⅲ.温度的监测与调节 理想的情况是采用A/D 转换器作为输入通道，当精度要求不高时，可以半导体热敏电阻测量温度，和通过单稳态触发器输出的脉冲宽度来实现温度检测和输入。用热敏电阻也是一种常用的方式。热敏电阻作为半导体的效果往往决定于环境和计算机应用程序配合的结果。 图（b ）是带热敏电阻的单稳态触发器。 《计算机图形学》课程教学大纲一、课程基本信息 课程代码：110053 课程名称：计算机图形学 英文名称：Computer Graphics 课程类别：专业课 学时：72 学分： 适用对象：信息与计算科学专业本科生 考核方式：考试（平时成绩占总成绩的30%） 先修课程：高级语言程序设计、数据结构、高等代数 二、课程简介 中文简介： 计算机图形学是研究计算机生成、处理和显示图形的学科。它的重要性体现在人们越来越强烈地需要和谐的人机交互环境：图形用户界面已经成为一个软件的重要组成部分，以图形的方式来表示抽象的概念或数据已经成为信息领域的一个重要发展趋势。通过本课程的学习，使学生掌握计算机图形学的基本原理和基本方法，理解图形绘制的基本算法，学会初步图形程序设计。 英文简介： Computer Graphics is the subject which concerned with how computer builds， processes and shows graphics. Its importance has been shown in people’s more and more intensively need for harmony human-machine interface. Graphics user interface has become an important part of software. It is a significant trend to show abstract conception or data in graphics way. Through the learning of this course, students could master Computer Graphics’basic theories and methods，understand graphics basic algorithms and learn how to design basic graphics program. 三、课程性质与教学目的 《计算机图形学》是信息与计算科学专业的一门主要专业课。通过本课程的学习，使学生掌握基本的二、三维的图形的计算机绘制方法，理解光栅图形生成基本算法、几何造型技术、真实感图形生成、图形标准与图形变换等概念和知识。学会图形程序设计的基本方法，为图形算法的设计、图形软件的开发打下基础。 四、教学内容及要求 第一章绪论 (一)目的与要求 1.掌握计算机图形学的基本概念； 2.了解计算机图形学的发展、应用； 3.掌握图形系统的组成。 微机控制与接口技术作业（二） 一、填空题 1.8086是 16 位的微处理器，其内部数据通路为 16 位,其对外数据总线为 16 位；8088内部 数据通路为 16 位, 其对外数据总线为 8 位。 2一个微计算机应包含: 微处理器 , 存储器 , I/O接口电路，系统总线基本功能部件。 3 EU 是8086/8088微处理器的执行部件，BIU 是8086/8088微处理器的总线接口部件。 二、判断下列论述是否正确，不正确的请加以改正。 （1）INT指令执行后，堆栈顶部三个栈单元（SP）、（SP）+2、（SP）+4依次保存FLAGS、断点IP值、断点CS值。不对，堆栈顶部三个栈单元（SP）、（SP）+2、（SP）+4依次保存的应是断点IP值、断点CS值、FLAGS。 （2）中断类型号是中断向量表中存放相应中断向量的首地址。不对，中断类型号×4才是相应中断向量的首地址。 三、分析以下程序回答问题 XOR AX, AX （1）程序段完成什么工作？ MOV BX, M 答：将X数组中的n个元素之和存放在RESULT单元中。 SUB BX, 2 （2）定义一个适合这段程序的数据段。 LOP1: ADD AX , X[BX] DA TA SEGMENT SUB BX, 2 X DW n DUP(？) JGE LOP 1 M DW 2n MOV RESULT, AX N DW n RET RESULT DW ? DA TA ENDS 四、8086/8088在什么时候及什么条件下可以响应一个外部INTR中断请求？中断向量表在存储器的什么位置？向量表的内容是什么？8086如何将控制转向中断服务程序？ 答：（1）8086/8088在当前指令执行完且IF=1的情况下可以响应一个外部INTR中断请求。 （2）中断向量表在存储器的0段0000—03FFH区域，向量表存放中断处理程序的入口地址。 （3）8086/8088响应INTR中断请求时，首先在连续的两个总线周期中发出INTA#负脉冲，在第二个INTA#信号期间，中断源经数据总线向8086/8088送出一字节中断向量“类型码”。8086/8088收到“类型码” 后将其乘4形成中断向量表的入口，从此地址开始的4个单元中读出中断服务程序的入口地址（IP、CS），取指令执行将控制转向中断服务程序。 五、一个微机系统中包含以下器件：微处理器8088一片，并行接口8255A一片（设备号：A口—40H，B口—41H， C口—42H，控制口—43H），定时器8253一片（设备号：计数器0—50H，计数器1—51H，计数器2—52H，控制口53H），中断控制器8259A一片（设备号：A0H，A1H）。现将8255的A口连接一输入设备，工作在0方式。 B口连接一输出设备，也工作在0方式。PC4作为输出设备的选通输出端且低电平有效。8253计数器0工作于“模式0”，计数常数为80H，进行二进制计数。8259A的ICW2给定为60H，工作于电平触发方式，全嵌套中断优先级，数据总线无缓冲，采用中断自动结束方式。请编写初始化程序（注意：控制字中可0可1位选0，8255未用端口设成输入方式）。 答：MOV AL, 91H ; 8255初始化OUT 43H, AL MOV AL,30H ; 8253初始化OUT 53H, AL MOV AL, 80H ;设8253计数初值OUT 50H , AL MOV AL, 00H OUT 50H , AL MOV AL, 1BH ; 8259A初始化OUT A0H , AL MOV AL, 60H OUT A1H , AL MOV AL, 03H OUT A1H , AL IN AL, 40H PUSH AX MOV AL, 09H OUT 43H , AL POP AX ; OUT 41H , AL MOV AL, 08H OUT 43H , AL MOV AL , 09H OUT 43H , AL 微机控制与接口技术作业（三）计算机接口技术复习题(含答案)
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