計(jì)算機(jī)微機(jī)監(jiān)控論文
微機(jī)監(jiān)控(SCADA)系統(tǒng)是融計(jì)算機(jī)、圖象顯示、通訊技術(shù)為一體,完成對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)視、控制、管理的新技術(shù)。下面是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的計(jì)算機(jī)微機(jī)監(jiān)控論文，供大家參考。
計(jì)算機(jī)微機(jī)監(jiān)控論文篇一
非計(jì)算機(jī)專業(yè)微機(jī)原理與應(yīng)用教學(xué)探索
【摘 要】 微機(jī)原理與應(yīng)用是理工科非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生重要的基礎(chǔ)課程。然而由于該課程信息量大，學(xué)習(xí)必須具備一定的基礎(chǔ)，對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)存在較大困難。針對(duì)在上述教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題和困難，考慮到非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)，我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐過(guò)程中提出必要的改進(jìn)措施，進(jìn)行了重要的教學(xué)探索。
【關(guān)鍵詞】 微機(jī)原理與應(yīng)用;教學(xué)改革;教學(xué)探索;非計(jì)算機(jī)專業(yè)
【中圖分類號(hào)】G64.23 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089(2015)20-000-02
自1971年美國(guó)Intel公司推出了第一代微型處理器以來(lái)，以微處理器為核心的微型計(jì)算機(jī)便以其執(zhí)行結(jié)果精確、處理速度快捷、小型、廉價(jià)、可靠性高、靈活性大等特點(diǎn)迅速進(jìn)入社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，且技術(shù)不斷更新、產(chǎn)品不斷換代，先后經(jīng)歷了80286、80386、80486乃至Pentium，酷睿微處理器芯片階段。如今的微型計(jì)算機(jī)產(chǎn)品無(wú)論從運(yùn)算速度、多媒體功能、軟硬件支持性以及易用性方面都比早期產(chǎn)品有了很大的飛躍，便攜式計(jì)算機(jī)更是以小巧、輕便、無(wú)線聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)勢(shì)正以高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)深入到我們生活和工作的各個(gè)領(lǐng)域。因此，為了培養(yǎng)具有適應(yīng)能力強(qiáng)，綜合素質(zhì)高，創(chuàng)新水平一流的大學(xué)生，非常有必要將微機(jī)原理與應(yīng)用課程作為理工科非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生重要的基礎(chǔ)課程進(jìn)行學(xué)習(xí)[1]。
微型計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展非?？?，該技術(shù)已廣泛滲透到社會(huì)生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)不僅可以使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用的知識(shí)，更能啟發(fā)學(xué)生對(duì)先進(jìn)科技的向往，激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)，推動(dòng)對(duì)新知識(shí)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)自學(xué)能力，鍛煉動(dòng)手實(shí)踐的本領(lǐng)。本課程以Intel8086/8088為例，重點(diǎn)講授16位機(jī)的硬件組成、CPU結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言，存儲(chǔ)器組成、輸入/輸出技術(shù)及中斷系統(tǒng)[2]。對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的本科學(xué)生來(lái)講，微型計(jì)算機(jī)原理與技術(shù)是一門學(xué)習(xí)難度較大的課程，同時(shí)相對(duì)于教師來(lái)講，教學(xué)難度也非常大。該課程所涉及的基礎(chǔ)知識(shí)和課程繁多，比如《數(shù)字電路》、《模擬電路》，《匯編語(yǔ)言》等，知識(shí)基礎(chǔ)性強(qiáng)，比較抽象難于直觀理解。不僅需要理解的內(nèi)容比較多，需要識(shí)記的內(nèi)容也比較多。非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，由于并不具備計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)，且很多專業(yè)詞匯很難理解，這就使得學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)興趣不足，學(xué)習(xí)比較困難。教師在教授該課程時(shí)，如果采用傳統(tǒng)的教學(xué)模型，會(huì)造成很多的教學(xué)困難。以往關(guān)于該課程教學(xué)方面的探索也大多集中在計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域[3，4，5]。因此，需要積極的改革現(xiàn)有的教學(xué)方式和方法，探索新的教學(xué)模式，使非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生能夠更好的學(xué)習(xí)和掌握《微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用》課程。
1 教學(xué)內(nèi)容改革
1.1優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
現(xiàn)在市面上常見的微機(jī)原理與應(yīng)用教材，大多是針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行編寫設(shè)計(jì)的。然而，非計(jì)算機(jī)專業(yè)中的計(jì)算機(jī)教育，無(wú)論是教學(xué)目的，內(nèi)容，教學(xué)體系，還是組織，教學(xué)方法等各方面都與計(jì)算機(jī)專業(yè)有很大的不同，絕不能照搬計(jì)算機(jī)專業(yè)的模式和做法[1]。對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生而言，學(xué)習(xí)該課程，不能像計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生那樣學(xué)習(xí)的那么全面和深入。而是要針對(duì)非計(jì)算機(jī)學(xué)生發(fā)展的需要，突出重點(diǎn)，注重基礎(chǔ)。例如，通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程的時(shí)候，基礎(chǔ)知識(shí)可以講解的不多，直接進(jìn)入8086/8088CPU的學(xué)習(xí)，但是對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，這種安排就不適用。在學(xué)習(xí)8086/8088CPU以及后續(xù)知識(shí)之前，應(yīng)該對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行補(bǔ)充學(xué)習(xí)。因此，我們?cè)谥v授8086/8088CPU的相關(guān)知識(shí)之前，首先補(bǔ)充講解了計(jì)算機(jī)的發(fā)展和基礎(chǔ)知識(shí)，以及計(jì)算機(jī)的數(shù)制和邏輯電路以及加減法電路，還詳細(xì)講解了計(jì)算機(jī)的基本組成電路并通過(guò)設(shè)計(jì)模型機(jī)講解了計(jì)算機(jī)的基本工作原理。通過(guò)增加以上知識(shí)的學(xué)習(xí)，使得非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)8086/8088CPU以及后續(xù)知識(shí)的時(shí)候，變得相對(duì)比較容易理解和接受，易于教師的講解和學(xué)生的理解。
微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用課程中涉及到匯編語(yǔ)言的學(xué)習(xí)。匯編語(yǔ)言是計(jì)算機(jī)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是電子、通信及自動(dòng)控制等相關(guān)專業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)課程的內(nèi)容。匯編語(yǔ)言是一門重要的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，但是同時(shí)學(xué)習(xí)難度也非常大[8]。我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中安排了兩章的內(nèi)容學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言，在學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言編程之前學(xué)習(xí)了大量的8086/8088指令系統(tǒng)，以及匯編指令，同時(shí)結(jié)合上機(jī)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，并且與計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言，比如C語(yǔ)言進(jìn)行比較學(xué)習(xí)。教學(xué)實(shí)踐證明，通過(guò)這種方式可以使非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生較好的學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言以及編程。
1.2增加實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容
微機(jī)原理與應(yīng)用是一門涉及知識(shí)面比較廣，理論性非常強(qiáng)的課程。以往的教學(xué)中，基本靠教師課堂的講授的方式學(xué)習(xí)這門課程。如果單純依靠傳統(tǒng)的教學(xué)模型，學(xué)生很難很好的掌握這一課程。隨著教學(xué)的深入，學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和興趣必然會(huì)下降。因此，這就需要教師及時(shí)的調(diào)整教學(xué)方式，增加實(shí)驗(yàn)操作，引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手學(xué)習(xí)。這樣不僅增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，而且還增強(qiáng)的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的成就感，學(xué)習(xí)的動(dòng)力和興趣就會(huì)自然的增加。在實(shí)際的教學(xué)中，我們采取軟件和硬件相結(jié)合的教學(xué)方式。首先，在軟件上，引入多媒體教學(xué)軟件，通過(guò)多媒體教學(xué)軟件的模擬，可以使學(xué)生很形象的理解微型計(jì)算機(jī)基本知識(shí)和基本工作原理，使得這門理論性強(qiáng)的課程變的生動(dòng)形象。其次，在硬件上，我們引入教學(xué)模型機(jī)，通過(guò)操作模型機(jī)，讓非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生能夠深刻的理解和掌握計(jì)算機(jī)基本的工作原理，課堂上講授的內(nèi)容不再是枯燥的理論，而是變成現(xiàn)實(shí)的技術(shù)，可以操控的理論知識(shí)。
1.3建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)
現(xiàn)代的大學(xué)生，手機(jī)，電腦等已經(jīng)成了生活必需品，生活學(xué)習(xí)中已經(jīng)離不開網(wǎng)絡(luò)，越來(lái)越多的大學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)溝通、交流、學(xué)習(xí)。微機(jī)原理與應(yīng)用課程與多媒體網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系非常緊密，因此更需要更好的利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)高效的教學(xué)和學(xué)習(xí)。然而，我國(guó)高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)相對(duì)比較落后，大多沒有系統(tǒng)化的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。
所以，我們還將建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，將課堂上講解使用的課件，動(dòng)畫演示的內(nèi)容，放到網(wǎng)絡(luò)上面，方便學(xué)生課下討論和學(xué)習(xí)。另外，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，還可以實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)。教師不僅可以及時(shí)解答該課程學(xué)生的問(wèn)題和疑惑，而且能夠及時(shí)的得到學(xué)生反饋的信息，調(diào)整教學(xué)思路，更好的完成教學(xué)工作。建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)可以豐富教學(xué)模式，讓學(xué)生更為方便快捷的隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)，還可以讓更多的老師和學(xué)生共享教學(xué)資源 2 教學(xué)方法的探索
教學(xué)方法是教師和學(xué)生為了實(shí)現(xiàn)共同的教學(xué)目標(biāo)，完成共同的學(xué)習(xí)任務(wù)，在教學(xué)過(guò)程中運(yùn)用的方式與手段的總稱。國(guó)內(nèi)常見的教學(xué)方法有講授法，討論法，演示法，練習(xí)法，任務(wù)驅(qū)動(dòng)法等，而國(guó)外常見的教學(xué)方法有，巴班斯基的教學(xué)方法，拉斯卡的教學(xué)方法，威斯頓和格蘭頓的教學(xué)方法[6]。
作者認(rèn)為，針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容，不同的教學(xué)對(duì)象(學(xué)生)，應(yīng)該靈活使用適合的教學(xué)方法。傳統(tǒng)的講授法不適用非計(jì)算專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用課程。對(duì)于每一小節(jié)的內(nèi)容，應(yīng)靈活使用各種教學(xué)方法，而不是將一兩種方法一成不變的應(yīng)用始終。例如，在講授8086/8088微處理器的內(nèi)部構(gòu)造時(shí)，適合采用講授法和討論法;講授8086/8008未處理器引線結(jié)構(gòu)的時(shí)候適合采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法和拉斯卡的教學(xué)方法;學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言時(shí)則適合應(yīng)用演示法和練習(xí)法，同時(shí)也結(jié)合上機(jī)實(shí)驗(yàn)，并且進(jìn)行實(shí)例練習(xí)。總之，在講授本門課程時(shí)，應(yīng)該針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容，不同的教學(xué)對(duì)象，探索制定不同的教學(xué)方法[7]。
微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用是計(jì)算機(jī)專業(yè)的基礎(chǔ)專業(yè)課，實(shí)用性非常強(qiáng)，對(duì)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)以及整個(gè)專業(yè)理論知識(shí)的建立和理解都起著非常重要的作用。非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生不可能像計(jì)算機(jī)專業(yè)那樣系統(tǒng)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)專業(yè)的知識(shí)，很大程度上體會(huì)不到該課程的所起的基礎(chǔ)知識(shí)作用。因此，在教學(xué)的過(guò)程中，對(duì)教師提出更高的要求，教師不僅要系統(tǒng)講授該課程內(nèi)的知識(shí)和內(nèi)容，同時(shí)也要聯(lián)系和穿插實(shí)際的應(yīng)用和與現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)聯(lián)系起來(lái)。采用舉例法，這樣不僅可以增加學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，還能使學(xué)生體系到該課程的實(shí)用性和重要性。
3 考核方式改革
長(zhǎng)久以來(lái)現(xiàn)行的大學(xué)考核方式，并且偏重于知識(shí)記憶，考核方式單一，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)也僅依靠最后的期末考試確定學(xué)生的最后成績(jī)，課程考核內(nèi)容局限于教材、老師劃定的范圍和指定的重點(diǎn)，對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的考核普遍不足。這種機(jī)械的考核方式對(duì)大學(xué)生造成了錯(cuò)誤的引導(dǎo)和教育，與素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育不符。微機(jī)原理與應(yīng)用課程是一門實(shí)用性，創(chuàng)新性非常強(qiáng)的課程，同時(shí)也注重理論知識(shí)的教育。因此，在進(jìn)行微機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)時(shí)，應(yīng)該轉(zhuǎn)變觀念，樹立以實(shí)用和培養(yǎng)人才為導(dǎo)向、以能力和素質(zhì)考核為中心的考核觀念，突出能力本位，積極探索建立新型的課程考試考核評(píng)價(jià)體系，充分發(fā)揮考核評(píng)價(jià)的引導(dǎo)和激勵(lì)作用，促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法改革，強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，徹底改變存在的“會(huì)考試”而“不會(huì)做事”的“高分低能”和“有分無(wú)能”的現(xiàn)象。
考試考核方法改革將以往以測(cè)試記憶為主的知識(shí)性考核轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫?shí)踐為主的能力和素質(zhì)考核。根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)和課程性質(zhì)的不同，微機(jī)原理與應(yīng)用采用了多元化的考核評(píng)價(jià)方法。除閉卷筆試外，還采用課堂測(cè)試、上機(jī)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作、平時(shí)作業(yè)，小組討論實(shí)踐等多種方式綜合運(yùn)用的考核方法。具體在考核方法內(nèi)容所占比重如下表：
課堂測(cè)試 上機(jī)實(shí)踐 平時(shí)作業(yè) 小組討論 期終成績(jī) 最終成績(jī)
15% 25% 10% 10% 40% 加權(quán)求得
通過(guò)這種考核方式，使學(xué)生擺脫應(yīng)試考試的思想，不再進(jìn)行死記硬背，應(yīng)付最后的期末考試。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，會(huì)積極的進(jìn)行上機(jī)實(shí)踐活動(dòng)，積極的進(jìn)行課堂的討論，真正參與到課程的學(xué)習(xí)中來(lái)，最終能夠圓滿的完成事先設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)。
4 結(jié)語(yǔ)
總之，我們針對(duì)本院學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)和需求，以及存在的困難，對(duì)微機(jī)原理與應(yīng)用這門理工科非計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)課程進(jìn)行了一系列的教學(xué)探索和實(shí)踐。該課程信息量大，學(xué)習(xí)必須具備一定的基礎(chǔ)，對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)存在較大困難。
針對(duì)上述教學(xué)存在的問(wèn)題和困難，考慮非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)，我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐過(guò)程中提出必要的改進(jìn)措施，進(jìn)行了重要的教學(xué)探索。對(duì)教學(xué)內(nèi)容作了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，針對(duì)本專業(yè)學(xué)生的職業(yè)定位，突出基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí);增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，鍛煉學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的能力;針對(duì)不同的教學(xué)章節(jié)，靈活采取不同的教學(xué)方法，提高課堂學(xué)習(xí)的效率;采取多種考核方式，使學(xué)生擺脫應(yīng)試教育的思維模式。
參考文獻(xiàn)
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計(jì)算機(jī)微機(jī)監(jiān)控論文篇二
基于STC89C52計(jì)算機(jī)監(jiān)控學(xué)習(xí)機(jī)的研制
引言
軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)是國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信息化的重要基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)集成了計(jì)算機(jī)軟件、硬件和信息通信系統(tǒng)，并廣泛應(yīng)用于安防、消防、軍事、工業(yè)控制、航空航天、高速公路等眾多領(lǐng)域。在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，主控機(jī)程序一般采用可視化高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)，例如，文獻(xiàn)[1]利用Visual C++開發(fā)主控程序，實(shí)現(xiàn)了基于MOXA 卡的多串口監(jiān)控系統(tǒng);文獻(xiàn)[2]則采用C#完成主控程序的開發(fā)。受控機(jī)軟件采用C語(yǔ)言的較多，例如，文獻(xiàn)[3]利用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于嵌入式系統(tǒng)的電源管理系統(tǒng)。
由于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)所涉及的技術(shù)較多，如何在高校低成本地實(shí)踐計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)，提高學(xué)生的綜合應(yīng)用知識(shí)的能力，為企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)輸送合適的人才，成為一個(gè)重要的研究課題。文獻(xiàn)[4]利用軟件仿真模塊充當(dāng)受控機(jī)并集成了軟件接口轉(zhuǎn)換工具，搭建了一個(gè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)仿真開發(fā)平臺(tái)，成功用于教學(xué)實(shí)踐，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量起到了很好的效果。文獻(xiàn)[5]利用W77E58單片機(jī)設(shè)計(jì)了車載終端圖形顯示系統(tǒng)，文獻(xiàn)[6]設(shè)計(jì)了一個(gè)“基于MSP 430單片機(jī)的智能電池監(jiān)測(cè)儀”，可以通過(guò)RS-485接口與上位機(jī)進(jìn)行通信。本文將利用STC89C52單片機(jī)開發(fā)一個(gè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控學(xué)習(xí)機(jī)(下文簡(jiǎn)稱學(xué)習(xí)機(jī))，通過(guò)USB接口獲取電源，利用RS-232接口與上位機(jī)進(jìn)行通信，集成了模擬量輸入、開關(guān)量輸入和輸出，可以跟文獻(xiàn)[4]一樣，用來(lái)實(shí)踐計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件開發(fā)技能;也可以和文獻(xiàn)[5]及[6]一樣，用來(lái)實(shí)踐計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)的硬件設(shè)計(jì)技能。
1硬件設(shè)計(jì)
學(xué)習(xí)機(jī)的硬件模型如圖1所示。STC89C52單片機(jī)是一個(gè)低電壓、高性能的CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8K字節(jié)的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)和256字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)。學(xué)習(xí)機(jī)的可執(zhí)行二進(jìn)制文件只有6K，所要處理的變量和其它數(shù)據(jù)不足256字節(jié)，因而，能夠滿足需要。
四路開關(guān)量輸出(D01-D04)連接繼電器，可以由主控程序控制開關(guān)的閉合或打開。兩路模擬量輸入(A11-A12)采用18b20溫度傳感器，兩路開關(guān)量輸入(D11-D12)可以外接紅外傳感器，也可以直接短接使開關(guān)閉合。無(wú)論是開關(guān)量輸出還是開關(guān)量輸入，都有對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管用來(lái)指示開關(guān)的狀態(tài)。
USB接口用來(lái)給學(xué)習(xí)機(jī)提供電源。RS-232用來(lái)將程序下載到學(xué)習(xí)機(jī)，主控程序也通過(guò)該接口采集數(shù)據(jù)或控制輸出開關(guān)。另外，計(jì)算機(jī)監(jiān)控模塊一般都有地址，本學(xué)習(xí)機(jī)采用EPROM來(lái)保存地址，該地址可以通過(guò)RS-232接口進(jìn)行設(shè)置。
2通信協(xié)議的設(shè)計(jì)
主控機(jī)為了對(duì)學(xué)習(xí)機(jī)進(jìn)行讀寫控制，必須遵循一定的格式，這就是通信協(xié)議。所設(shè)計(jì)的協(xié)議用1表示開關(guān)閉合，0表示開關(guān)打開。用16進(jìn)制字節(jié)作為載體，異或(XOR)校驗(yàn)，結(jié)尾碼使用回車符CR.如果主控機(jī)發(fā)送的協(xié)議，其地址碼、校驗(yàn)碼或結(jié)尾碼等不正確，學(xué)習(xí)機(jī)都不作響應(yīng)。
2.1讀協(xié)議
EOT ID Read XOR CR
讀協(xié)議占5個(gè)字節(jié)，EOT是前導(dǎo)字符04，ID是地址碼(范圍01-FF，下文同)，缺省為叭，可根據(jù)需要修改(見修改地址協(xié)議)，Read是讀協(xié)議標(biāo)志52，XOR是前面3個(gè)字節(jié)的異或校驗(yàn)碼，CR是固定的結(jié)尾碼標(biāo)志0D.
2.2讀協(xié)議的響應(yīng)協(xié)議
STX ID bytel byte2 byte3 byte4 XOR CR
讀協(xié)議的響應(yīng)協(xié)議占8個(gè)字節(jié)，STX是響應(yīng)協(xié)議的前導(dǎo)字符02，bytel為輸出開關(guān)字節(jié)(D01-D04)，按順序使用低4位(最低位對(duì)應(yīng)第一個(gè)輸出開關(guān));byte2是輸入開關(guān)字節(jié)(D11-D12)，按順序使用低2位;byte3為第一個(gè)溫度字節(jié)(A11)，byte4為第二個(gè)溫度字節(jié)(A12)。
2.3控制協(xié)議
STX ID Write byte XOR CR
控制協(xié)議占6個(gè)字節(jié)，Write是寫標(biāo)志57，byte是輸出控制信息(D01-D04)，使用低4位，由此控制輸出開關(guān)的狀態(tài)，此協(xié)議不需要響應(yīng)。
2.4修改地址協(xié)議
FF Write ID XOR CR
修改地址協(xié)議占5個(gè)字節(jié)，以16進(jìn)制數(shù)FF作為前導(dǎo)字符，ID為需要設(shè)置的新地址，范圍為01-FF.學(xué)習(xí)機(jī)收到該協(xié)議后，將原樣返回，隨后，將新地址保存在EPROM中。以后，主控機(jī)對(duì)學(xué)習(xí)機(jī)進(jìn)行讀寫控制將使用新地址才有效。
3串行通信的實(shí)現(xiàn)
學(xué)習(xí)機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口，管腳與PC機(jī)上的定義一致，接口參數(shù)固定為“9600，n，8，1”，且無(wú)任何握手信號(hào)，僅使用其中的RxD，TxD和GND引腳來(lái)收發(fā)數(shù)據(jù)。
學(xué)習(xí)機(jī)中的程序采用K Eil C工具開發(fā)，串行通信是其中的核心技術(shù)之一。STC89C52單片機(jī)采用TI作為發(fā)送中斷標(biāo)志，該標(biāo)志可以被查詢，在一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完成時(shí)被置位。本文設(shè)計(jì)ToCom函數(shù)用來(lái)發(fā)送一個(gè)字節(jié)，首先給SBUF寄存器賦值，等待數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，讓TI復(fù)位。SendByteS函數(shù)建立在ToCom函數(shù)的基礎(chǔ)之上，用來(lái)發(fā)送整條協(xié)議，只需要逐個(gè)取出協(xié)議字節(jié)然后調(diào)用ToCom發(fā)送即可。這種數(shù)據(jù)發(fā)送方法簡(jiǎn)單可靠，可以方便地移植到其它單片機(jī)系統(tǒng)中。
RI為接收中斷標(biāo)志，在接收完 一幀有效數(shù)據(jù)后被置位，此時(shí)，需要讀取SBUF寄存器中的數(shù)據(jù)，并將RI標(biāo)志復(fù)位，以便接收下一個(gè)字節(jié)。每一條通信協(xié)議都是一個(gè)整體，因而，需要將接收到的字節(jié)組裝起來(lái)。STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)傳輸速度較慢，中斷接收時(shí)，數(shù)據(jù)常常不均勻流暢，其中存在空白間隔，給數(shù)據(jù)處理帶來(lái)困難。大部分監(jiān)控模塊都有串口初始化函數(shù)、數(shù)據(jù)發(fā)送和接收函數(shù)，如果直接使用數(shù)據(jù)接收函數(shù)來(lái)接收數(shù)據(jù)，則由于以上問(wèn)題，常常接收到殘缺的數(shù)據(jù)，使 工作無(wú)法完成，盡管邏輯上沒有任何錯(cuò)誤。在具體實(shí)現(xiàn)上，應(yīng)該在接收到第一批數(shù)據(jù)時(shí)，開始等待T時(shí)間片，將第一批數(shù)據(jù)與隨后的第二批數(shù)據(jù)相加，如此繼續(xù)循環(huán)，直到新的T時(shí)間片結(jié)束而無(wú)數(shù)據(jù)到達(dá)，再跳出循環(huán)。至于T時(shí)間片大小的選取，應(yīng)該根據(jù)具體的模塊或設(shè)備來(lái)調(diào)整，如果T過(guò)小，則一個(gè)數(shù)據(jù)包會(huì)被截成幾個(gè)小的數(shù)據(jù)包;如果T過(guò)大，則會(huì)將兩個(gè)以上數(shù)據(jù)包合并為一個(gè)數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)接收算法如圖2所示。
從第3節(jié)可以看到，主控機(jī)發(fā)送給學(xué)習(xí)機(jī)的協(xié)議有3條，即讀協(xié)議、控制協(xié)議和修改地址協(xié)議，其中最長(zhǎng)的占6個(gè)字節(jié)。這里的數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)用一個(gè)長(zhǎng)度為9的字節(jié)數(shù)組來(lái)表示，如表1所示，其中位置0用來(lái)對(duì)接收到的字節(jié)計(jì)數(shù)，位置1開始存放有效數(shù)據(jù)。如果收到5個(gè)字節(jié)，則位置0存放5，位置1～5即是有效數(shù)據(jù)，位置6以后的數(shù)據(jù)忽略。
4測(cè)試
學(xué)習(xí)機(jī)采用通用多功能 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)試軟件進(jìn)行測(cè)試。該測(cè)試軟件基于RS-232接口，既可以充當(dāng)主控機(jī)用來(lái)測(cè)試受控機(jī)，又能充當(dāng)受控機(jī)用來(lái)測(cè)試主控機(jī)，而且，可以根據(jù)用戶選擇自動(dòng)生成通信協(xié)議或?qū)νㄐ艆f(xié)議進(jìn)行校驗(yàn)。測(cè)試軟件與學(xué)習(xí)機(jī)通過(guò)一根RS-232交叉數(shù)據(jù)線進(jìn)行連接，測(cè)試軟件的串口參數(shù)、校驗(yàn)碼與結(jié)尾碼等均與學(xué)習(xí)機(jī)的一致。
測(cè)試軟件能夠修改學(xué)習(xí)機(jī)的地址，成功控制輸出開關(guān)的狀態(tài)。當(dāng)向?qū)W習(xí)機(jī)發(fā)送讀協(xié)議時(shí)，能夠準(zhǔn)確讀取輸入開關(guān)、輸出開關(guān)與模擬量輸入的數(shù)據(jù)。用手觸摸溫度傳感器18b20，改變輸入開關(guān)的狀態(tài)，測(cè)試軟件也能成功讀取變化后的數(shù)據(jù)。修改學(xué)習(xí)機(jī)的地址后，測(cè)試軟件使用舊地址，學(xué)習(xí)機(jī)不響應(yīng);使用新地址，學(xué)習(xí)機(jī)正常響應(yīng)。連續(xù)24小時(shí)，每過(guò)5秒間隔發(fā)送讀協(xié)議和控制協(xié)議，學(xué)習(xí)機(jī)正常工作不死機(jī)。測(cè)試結(jié)果表明，成品機(jī)達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期效果。
5 應(yīng)用
圖1所示學(xué)習(xí)機(jī)的硬件模型可抽象為圖3所示的功能模型，其中學(xué)習(xí)機(jī)充當(dāng)虛線框所在的受控機(jī)系統(tǒng)，除了與主控機(jī)通信外，還采集模擬量與開關(guān)量輸入及開關(guān)量輸出數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)開關(guān)量輸出進(jìn)行控制。 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件一般分為主控機(jī)軟件和受控機(jī)軟件，對(duì)于主控程序的開發(fā)，可以根據(jù)I/0情況設(shè)計(jì)控制邏輯。學(xué)習(xí)機(jī)有4路輸入和4路輸出，可以分別用兩路輸出綁定兩路輸入.例如。如果豐控機(jī)檢測(cè)到D11閉合，則奇即控制D01閉合，反 之亦然，對(duì)于D12和D02也可如此配對(duì);如果A11溫度升高，則D03打開(停止加熱)，如果A11溫度降低，則D03閉合(加熱)，對(duì)于A12和D04也可如此配對(duì)。這是自動(dòng)控制模式，也可采用手動(dòng)模式，通過(guò)點(diǎn)擊按鈕來(lái)控制輸出。
主控程序可以采用C 語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和可視化高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)，隨著學(xué)習(xí)的深入，可以加入數(shù)據(jù)庫(kù)，用來(lái)保存監(jiān)控策略和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，可以將通過(guò)串口檢測(cè)到的異常數(shù)據(jù)(溫度超過(guò)上限或低于下限)通過(guò)因特網(wǎng)發(fā)送報(bào)警信息。這樣，可以用來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉計(jì)算機(jī)思維，提高編程水平。對(duì)串行通信協(xié)議的學(xué)習(xí)，有助于學(xué)生進(jìn)一步理解后續(xù)計(jì)算機(jī) 網(wǎng)絡(luò)課程中的TCP/IP協(xié)議，對(duì)串口的操作，可以讓學(xué)生對(duì)串口在工程中的 應(yīng)用產(chǎn)生感性認(rèn)識(shí)。由于學(xué)習(xí)機(jī)攜帶方便，只需要串口連接線和USB連接線，因而，可以讓學(xué)生以宿舍為實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行 實(shí)踐。
利用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言來(lái)監(jiān)控學(xué)習(xí)機(jī)，主要讓學(xué)生理解這些語(yǔ)言的工程應(yīng)用，在工程實(shí)踐中，一般使用這兩種語(yǔ)言開發(fā)受控機(jī)程序。對(duì)于受控機(jī)程序的實(shí)踐，可以修改學(xué)習(xí)機(jī)的協(xié)議，讓學(xué)生重新編寫學(xué)習(xí)機(jī)中的Kdl C程序。另外，在單片機(jī)課程設(shè)計(jì)中，可以讓學(xué)生模仿單片機(jī)硬件系統(tǒng)的開發(fā)，從繪制線路板到元器件的焊接，程序編寫和下載等整個(gè)過(guò)程都過(guò)一遍。
6結(jié)論
本文以STC89C52單片機(jī)為核心研制了一臺(tái)計(jì)算機(jī)監(jiān)控學(xué)習(xí)機(jī)，通過(guò)USB接口獲取電源，利用RS-232接口與上位機(jī)通信，集成了模擬量輸入、開關(guān)量輸入與輸出，設(shè)計(jì)了通信協(xié)議，并提出了一個(gè)通用的串行通信解決方案。該學(xué)習(xí)機(jī)通過(guò)了“通用多功能計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)試軟件”的測(cè)試，用于教學(xué)，可以從大一到大四對(duì)學(xué)生進(jìn)行技能強(qiáng)化訓(xùn)練，形象直觀。涉及的主要課程有：C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、匯編語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)接口、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理、NET技術(shù)、Java技術(shù)、單片機(jī)原理等。同樣是學(xué)習(xí)相同的課程，如果引入計(jì)算機(jī)監(jiān)控學(xué)習(xí)機(jī)并以此為主線對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，對(duì)培養(yǎng)掌握硬件設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)的復(fù)合型人才具有重要意義。
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計(jì)算機(jī)微機(jī)監(jiān)控論文篇三
計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)研究
引言
由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中，但在其運(yùn)用過(guò)程中都需要通過(guò)鼠標(biāo)操作與鍵盤操作來(lái)截取實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控畫面，在這一過(guò)程中產(chǎn)生了幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題需要解決。例如：如何實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)的交換，如何使遠(yuǎn)端屏幕桌面的傳輸及壓縮更有效?以上等等都是計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)研究所面臨的主要問(wèn)題。
1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程
這一遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要由服務(wù)器端與客戶端程序所組成，使用之前應(yīng)先把客戶端程序安裝至主控制計(jì)算機(jī)上，服務(wù)器端則安裝于被控計(jì)算機(jī)上。接著在主控制端計(jì)算機(jī)上運(yùn)行客戶端應(yīng)用程序，用于建立與服務(wù)端之間的遠(yuǎn)程控制，運(yùn)用該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的控制功能來(lái)傳送口令，且通過(guò)服務(wù)器端中的控制軟件來(lái)執(zhí)行各項(xiàng)遠(yuǎn)程操作，例如：截獲目標(biāo)計(jì)算機(jī)桌面的屏幕圖形，提取且記錄遠(yuǎn)程客戶端的鼠標(biāo)及鍵盤事件等方面的內(nèi)容。[1]被控制計(jì)算機(jī)的屏幕圖像其截獲過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是客戶端接收服務(wù)端屏幕圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程，而傳輸?shù)年P(guān)鍵則在于怎樣進(jìn)行屏幕圖像的無(wú)損壓縮和有損壓縮，除此之外屏幕圖像的傳送還應(yīng)注意屏幕圖像的相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間，是否每一次傳輸都需要全部的數(shù)據(jù)等問(wèn)題。
本文通過(guò)運(yùn)用應(yīng)用程序中的偽消息機(jī)制以及套接字技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)服務(wù)器及客戶端的數(shù)據(jù)交換，以此滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控和被監(jiān)控。
2 遠(yuǎn)程監(jiān)控程序服務(wù)器端和客戶端中的模塊
2.1遠(yuǎn)程監(jiān)控程序服務(wù)器端的模塊
該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中服務(wù)器端的模塊主要有：1)網(wǎng)絡(luò)模塊，其主要職責(zé)在于監(jiān)聽客戶端的聯(lián)接，在接收到命令后做出相應(yīng)的處理;2)編碼模塊，主要進(jìn)行屏幕圖片的壓縮編碼，常用的方法有：行程-霍夫曼編碼、行程編碼等[2];3)主框架模快，負(fù)責(zé)服務(wù)器端映射及息的處理信。
2.2遠(yuǎn)程監(jiān)控程序客戶端的模塊
該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中客戶端的模塊主要有：1)網(wǎng)絡(luò)模塊，其主要職責(zé)在于發(fā)送操作命令、連接監(jiān)聽端口、接收數(shù)據(jù)以及處理數(shù)據(jù)，并將接受到得圖片數(shù)據(jù)反饋于本機(jī)中;2)解碼模塊，具有數(shù)據(jù)解碼壓縮的作用，該模塊由用戶在壓縮對(duì)話框中進(jìn)行選擇;3)主框架模塊，負(fù)責(zé)客戶端映射及信息處理的;4)對(duì)話框模塊，主要有網(wǎng)格數(shù)目以及解碼、編碼選擇對(duì)話框(見圖2)。
3 遠(yuǎn)程監(jiān)控程序具體關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)
3.1消息模擬技術(shù)
一般情況下，用戶在運(yùn)行應(yīng)用程序時(shí)的鼠標(biāo)操作及鍵盤操作都會(huì)被驅(qū)動(dòng)程序截獲，并把這一系列的操作信息列入系統(tǒng)信息的隊(duì)列，以便應(yīng)用程序獲取消息以及處理信息。但有部分應(yīng)用程序，不具備外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序的輸入功能，因此必須自行模擬外設(shè)信息且發(fā)送至系統(tǒng)信息的隊(duì)列中，即消息模擬技術(shù)。[3]針對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)而言，客戶端應(yīng)用程序能夠?qū)Ψ?wù)器端進(jìn)行自由操作，換而言之服務(wù)器端的應(yīng)用程序應(yīng)對(duì)客戶端的鍵盤、鼠標(biāo)操作消息進(jìn)行模擬。
3.2屏幕網(wǎng)格化傳輸在屏幕圖像數(shù)據(jù)中的應(yīng)用
若每一次的數(shù)據(jù)傳輸都包括整個(gè)圖像的數(shù)據(jù)，會(huì)對(duì)服務(wù)器的日常工作帶來(lái)嚴(yán)重的影響。比如：顏色數(shù)是24真彩色，顯示配置是1024×768的典型Windows，其整個(gè)桌面屏幕圖像的數(shù)據(jù)18.9Mbit，不僅使得網(wǎng)絡(luò)寬帶被大量占用，還嚴(yán)重影響了Windows系統(tǒng)其他程序的正常響應(yīng)與處理，因此可采用網(wǎng)格化模式減少屏幕數(shù)據(jù)的傳輸量，即將屏幕桌面分割成數(shù)個(gè)大小一致的網(wǎng)格，以網(wǎng)格為單位向客戶端傳送屏幕圖像數(shù)據(jù)，當(dāng)接收到Refresh命令后，服務(wù)器端則只傳輸本機(jī)屏幕出現(xiàn)變化的網(wǎng)格數(shù)據(jù)。[4]由于桌面圖像的截取與傳輸過(guò)程緊密連接，通常屏幕在較短時(shí)間內(nèi)只發(fā)生局部變化或不變化。
3.3針對(duì)屏幕圖像壓縮編碼算法的優(yōu)化
桌面屏幕中全部的網(wǎng)格幀可稱為I幀，而出現(xiàn)變化的網(wǎng)格幀則為P幀，由此可見，一旦客戶端做出Refresh時(shí)，服務(wù)器端應(yīng)用程序都會(huì)只傳送P幀至客戶端，但是服務(wù)器端的第一次Refresh任務(wù)，實(shí)際上是傳送的書完整的I幀。在實(shí)際操作中，針對(duì)I幀的圖形數(shù)據(jù)可直接截取且傳送;P幀的網(wǎng)格圖像數(shù)據(jù)而是相應(yīng)的新屏幕圖像數(shù)據(jù)減去原本圖像數(shù)據(jù)的差值，也就是P幀所包括的網(wǎng)格數(shù)據(jù)其實(shí)是舊網(wǎng)格的差圖。采取Huffman算法來(lái)對(duì)I幀進(jìn)行壓縮，運(yùn)用Run Length Encoding算法來(lái)在電腦屏幕上對(duì)P幀進(jìn)行壓縮。
在電腦桌面上，經(jīng)常見到大片的條形及塊狀區(qū)域，這些區(qū)域的背景顏色相同，且占據(jù)了計(jì)算機(jī)屏幕網(wǎng)格圖形圖像的大部分，由此可見Huffman算法十分適用于I 幀的壓縮。相交P幀而言，因?yàn)槠渚W(wǎng)格中的圖像數(shù)據(jù)是與舊圖向?qū)Ρ鹊木W(wǎng)格差圖，若是網(wǎng)內(nèi)部數(shù)據(jù)出現(xiàn)變化的圖形圖像內(nèi)容不多，必定導(dǎo)致差圖中出現(xiàn)大量的零值。針對(duì)這些網(wǎng)格圖像數(shù)據(jù)，Huffman算法其壓縮效率以及壓縮速度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Run Length Encoding算法。因此，利用Run Length Encoding算法對(duì)P幀的數(shù)據(jù)壓縮效率更高、速度更快。
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