关于本课程在线视频

大家好 欢迎走进微机原理与接口技术这门课程

我们今天是这个课程的第一讲

所以首先我们将给大家介绍一下

我们这门课程将带给大家哪些内容

或者说你通过这门课程将会学到哪些知识

我先声明一下

如果未来你立志于从事计算机软件理论研究

或者说计算机体系结构设计的话

请你关注更加面向计算机专业类的那些课程

比如计算组成原理

计算机体系结构设计等等这样的课

那么如果你未来希望能够从事

计算机应用技术研究

特别是 过程控制系统设计的话

那么我们这门课将会带给你一些比较具体的

一些指导或者是 知识

第二个我希望声明的是这门课程呢

如果要学习这门课

希望你能够有一定的先修知识

哪些先修的基础呢

首先希望大家能够学过

大学计算机这门课程

也就是说你要对计算机的一些基本的理论

基本的组成

和一些相关的一些名词或者概念

要有一些了解

其次呢 如果你

已经有一些软件类课程学习的经验的话

那么 对于这么们课程的学习

将会起到很重要的帮助作用

在今天的这个 整个市场上呢

有关软件的课程

软件的书籍

都已经非常多了

也就是说会有 已经有一堆的书和课程

来教给你怎么样编写程序

编程中碰到问题

该怎么样地解决 这些方面的资料已经很多

但是有关硬件方面的相关的介绍

相对是比较少的

就说我们设计

怎么样去设计一个硬件系统

不论是控制系统

还是一些 真正的计算机硬件系统

这方面的书籍和课程相对是比较少的

特别是碰到问题的时候 该怎么样地解决

在硬件调试中碰到问题该怎么解决

往往实际上 靠的是你的经验

而不是这些

没有任何的书籍来告诉你该怎么样具体地做

那么我们这门课刚才说了

也就是说 如果你未来希望

从事工业过程控制系统设计的话 这门课

将会带给你一些相对来说

非常具体的一些建议或者说指导

计算机的应用方向 无非是3种

主要的就是 数值计算 信息处理 过程控制

所以 我们这门课将主要关注的就是过程控制

过程控制更具体地来讲

它主要指的是工业过程控制

工业控制中控制的对象

有数字信号 数字信号的这种设备

也有更多的是连续变化的模拟信号 模拟量

还有一些 根本就不是电信号的

一些 信号 比如像温度

比如像压力 比如像流量

这些都是非电的物理信号

这些是 成为工业过程控制中主要的控制体

那么对于这样子的一些信号

我们要让计算机能够认识

又并且要 能够被计算机所控制

这需要一个非常复杂的一个过程

我们后边将通过一些案例来给大家

引出我们这门课将要给大家介绍的内容

所以 这门课程呢 从这个名字上

我们看到微机原理与接口技术

也就是说这门课程首先是一种硬件类技术的课程

它的第一大部分就是微型计算机的基本原理

第二大部分就是输入输出的接口技术

所以更细的来讲 就是说它在之前

当然在原理和接口技术之前还有一点

就是它 有关它的基础的知识

这就是我们这门课主要的三大点

为了把这门课带给大家的内容

我们能够让大家更有一个感性的认识

我们下边先带给大家两个案例

今天我们的生活越来越好

你们家的钱也越来越多

那么如果

对于这样一个家庭呢 你希望保护的意识

或者说它的需求也就越来越多

假设你希望设计一个家庭安全防盗系统

那么这个安全防盗系统的需求呢

比如你有一个

这样有八个房间 那么也就有八个窗户

这样的一个小HOUSE

你像这样的一个小HOUSE

当然你说你一个人住里头 是不是有点害怕

那么这个时候你就需要设计一个

家庭的安全防盗系统

这个安全防盗系统你有什么样的需求呢

我们设计任何一个系统

我们都先要搞清楚

它的需求 它的可行性

也就是说它需要干什么 需要达到什么样的功能

那么在我们现有的经济和技术条件下

能不能达到这个功能

这是我们做未来 未来大家做任何设计

都一定要 首先要做的这样 两件事

我们先来看一下

我们这样 设计这样一个家庭安全防盗系统

应该 要达到哪些功能 也就是说我们的需求

这个需求是 我们希望每一个 窗台上

都要有一个监测装置

这样子就 当有人翻窗户的时候

那么 我们就要有 能够报警

这个报警呢 我们希望像

大街上大家看到的警察的那样的一个警车一样

又有灯光在闪 又有警铃在响

就呜啊呜的响 对吧

这样子的话才对这种

入室盗窃的人有一定的震慑作用

那么当你这个警灯警铃在闪

警铃响 警灯闪

那么是不是让它一直闪下去呢 显然是不行的

就如果一旦有警察 警察已经来了

罪犯已经抓住了 那么显然就不能再去响了

所以它要有一个关闭的一个功能

就是说当你不需要的时候他就 关闭了

那么再一个呢就是说如果我们

这个虽然你这是一个小HOUSE 有八个房间

但是家里来了一大堆人

这个时候一般小偷一看这么样的热火朝天

肯定不会有人来翻墙

那么好 这个时候我们就不用布防了

那么当你需要你外出了 晚上睡觉了

你觉得 需要去布防的时候

你再把这个防盗系统整个布防起来

所以整个系统一定要有能够

什么时候需要布防

不需要的时候 那么就把它关掉

有这样的功能

这就是我们系统 主要的三点要求

那么完成这样的要求 这是需求

那么你能不能达到呢

它到底需要多少钱才能把这个事做完

需要什么样的技术呢

那么经济上的事情当然

不是我们这门课程介绍给大家的

但是钱的 但是技术的事情

是我们这门课要去解决的

那么我们进一步细分析一下

做这件事情 首先你看要

在每个窗台上去安装

这样的一个监测装置

那么这些监测装置

要能够让计算机能够探测到

所以中间要有连线 对吧

所以它一定要有相应的硬件设计

那么我怎么样去知道它有

有人翻窗户了 又怎么样能够

让这个报警器响起来 警灯能够闪起来

哎 那这相应地 要由软件控制

所以这里一定要有硬件系统的设计

又要有软件系统程序的设计

这里要牵扯到

如何能够检测到有人在翻窗户

如果检测到的信息

检测到的信息在计算机中是怎么样表示

怎么样存放

如何能够确定

到底是不是有人在翻（窗户）

然后呢 刚才我们说

一般来讲我们要 加一个去抖动

就是说比如有干扰

那么我们刚才说了要连续5次 比如连续若干次

都检测到有异常 那么我们才认为是报警的

那么好 那么怎么样去知道

你连续是5次或者是多少次

再一个呢

我们要真正实现这个去抖动

或者说要 抗干扰 那么我们要确定是

具体的这一个窗台上

已经连续检测有多少次是异常 才能报警

所以又 这里就是说 怎么样能够检测到异常

怎么样能检测到异常出现的次数

以及怎么样聚焦到具体的一个窗台上

它异常出现的次数

这些也是要解决的

当然最后我们要如何去启动 能够报警

如何关闭这个报警等等这些工作

都是要去做的

这些都是需要通过软件和硬件相结合的方法来完成

这是我们的一个案例

那么另外的一个案例

我们知道今天有很多的温室

这个温室的温度控制

是要集中进行控制的

假设我们现在用3台电炉来控制

这样一个温室的温度

这个温度的要求是这样

我们要求这个温度控制在25到38度之间

当然这个温度 我们人是不舒适的一个温度

那么对一些植物 它可能是需要的

这里其实还没有牵扯到湿度

实际上对于一个养殖这种植物

或者说这种温室的 比如花 这种苗圃

那么除了温度以外 它还有湿度的要求

而且呢 我们希望

因为这个房间里的温度如果比较高的话

那么显然是不舒服

所以我们希望这个温度能实时地

显示给我们人来看

我们老远就能看到

这个温度是不是满足了这个要求

那么如果在一定时间内

这个温度都始终过低或者过高

那么也就是说超出了这样一个控制的范围

那么一定要报警 提示人们来处理

也就是 是不是电炉坏掉了 还是怎么样了 是吧

对于这样一个案例 同前面一样

也需要涉及到 硬件和软件

那么硬件着这里呢 我们一样要

牵扯到怎么样测量这个温度

怎么样控制这个温度 以及

它的显示的方法和它的报警的电路

那么另外在这个软件中间

也牵扯到整个的一个控制

比如它的温度怎么样检测到

怎样么去控制

比如说根据检测到的值

去启动电炉打开还是把电炉关掉

再一个呢 怎么样把温度的值显示出来

以及报警输出等等

所以整个这个地方同样

牵扯到硬件设计和软件设计

那么具体来讲

这个温室的温度该怎样读取出来

怎么样能够知道这个

怎么样能够把这个温度显示出来

以及怎么样能够控制报警

我们可以设计这样子的一个系统的框架图

比如请大家看最左边这一侧 左侧

首先要设定这个温度

包括温度的显示 温度的报警

那么中间就是这个计算机

计算机既要能够读取这个设定的温度

又要能够控制这个温度 能够报警

能够把温度显示出来

然后呢 因为这个

温度本身是一个非电的物理量

而且是一个连续变化的非电物理量

这个连续变化的非电物理信号

怎么样能够让计算机能够知道

它到底是多少度呢

所以它要把这个非电的物理量要变成电信号

这个电信号呢又是一个连续变化的电信号

我们已经知道 刚才我们前面说了

我们这门课要有一定的先修基础

所以大家已经知道 计算机能够直接识别的

只有0和1 这样的离散电信号

那么这种连续变化的电信号

是没有办法让计算机知道的

不论是这个温度还是刚才说的有人翻墙

这种连续的信号是没法处理的

所以必须要把它变成离散的电信号

而且是要能够符合计算机要求的

这样的离散的电信号

这样子的一个过程

就需要一个长长的过程了

就是现在我们大家看到虚线框里这样的一个

信号的转换的过程

那么知道了这样的一个

最后转换的结果 转换成了

这个温度值最后通过这么一个长长的过程

转换成了 数字信号

也就是说离散电信号

进到计算机里以后

计算机看到了这个数值

那么他知道 他怎么知道这个数字

到底是不是 它在

刚才我们说的25度到38度之间呢

或者说 刚才说的有没有人翻墙呢

那么所以 它要去

和它内部的这样一个标准值进行比较

也就是说它在内部已经设定了25度对应的数字量是多少

38度对应的数字量是多少

然后呢读进来的这个信号 转换结果的数字量

到底在不在这样一个（范围）之间

如果是在这个之间 那么ok 它就不反应

如果要是不在这个之间

它就必须发出相应的控制信号出去

然后去调节 比如现在说

启动这个 把这个电炉打开呀

或者把电炉温度 把它降低啊等等

或者是关闭呀 这样子的一些工作的过程

都是 都是一些相应的控制

所以在这里 我们在这里最右侧的这个

是温度的 就是电炉 就是温室的温度

实际上这一部分

换成我们前面的那个安全防盗系统

这个也可以是 这个

有没有人翻墙的一个安全 监测装置

也可以放到这里

如果把这个转换成安全监测装置

就是我们刚才的那个安全防盗系统

所以它的整个控制过程 是类似的

就是现在这一步

那么这个 整个这个控制这一部分呢

就贯穿着我们这一门课从头到尾的内容

换句话讲 我们学完这门课

大家就应该能够设计这样一个系统

那么设计这样一个系统牵扯到哪些

大家需要关注的东西呢

首先我们要关注我们现场采集的数据

在计算机中是怎么表示的

其次我们要关注现场的这些数据

是如何被采集或者说被获取

以及被转换 这样的一个过程

刚才我们说采集到的数据都是连续变化的

所以它必须要转换成数字信号

它是怎么样转换的

那么现场的数据转换完了以后

我们怎么样进到计算机

又怎么样能存放到计算机里

又怎么样处理的

这些都是设计这个系统必须要解决的问题

所以我们这门课总体来讲

就要带给大家这些内容

就是数值信息的表示

微型计算机它的基本的结构和它的原理

还有汇编语言的程序设计

半导体存储器及其接口设计

以及输入输出技术

在这里呢 这些就是我们所谓的计算机

微型计算机原理

这也是说我们这门课程是微机原理与接口技术

那么这就是微型计算机的原理

在这里呢 这个有关

这个基本原理这一部分呢

我们主要介绍微处理器的结构啊

还有它的指令集

那么输入输出技术

指的是 包括了数字并行接口

那么输入输出技术包括了

数字并行接口和模拟并行接口技术 在这里

包括了模拟量的输入和输出这些功能

和它的处理过程 都在这一部分介绍给大家

你可能学习过其他的一些程序设计语言

比如你可能

如果说你选修过我们的大学计算机课程的话

你可能已经学了C语言

或者说你学过其他的C++语言

Python 语言 JAVA 语言等等

这些都属于计算机的高级语言

这些高级语言里头 大家学过的人可能知道

这些高级语言里其实你在编写

用高级语言编写程序的时候

你从来不能够知道

你所写的这个变量或者数据

到底存在了内存的哪个单元里

你也不知道它具体是怎么样一步一步走下去的

所以呢 对于高级语言的学习

他是在操作系统之上的一个环节上去做的

所以它对于计算机基本原理

或者说微处理器工作过程的理解

是很难通过这些语言去理解的

那么所以为了帮助大家

真正去理解计算机的工作过程

我们这门课程要带给大家另外一种语言

就是汇编语言的程序设计

汇编程序设计 当然就是属于我们说

刚才我们前面讲的那两个案例

既要软件设计又要硬件设计

那么软件设计在我们这门课里采取的

采用的是汇编语言

而硬件设计主要指的就是存储器接口

和输入输出接口的设计

这就是我们这门课 它的核心内容

所以这门课经带给你

微型计算机的基本工作原理的理解

更重要的是 怎么样

通过这门课程的学习 你将能够

具备设计简单的输入输出接口

软硬件系统的这样一个初步的能力

当然在今天实际的工业控制过程中

这个控制系统它的

用微型计算机去做呢实在显得太奢侈了

一般情况下是不会采用的

更多的时候我们会使用这样的单片机技术来实现

但是呢 因为我们作为一般的人来讲

我们平时日常接触到的更多的是

个人计算机或者说微型计算机

所以从总体上来讲 我们还是希望

给大家建立微型计算机的

总体的结构 它总体的概念

也就是它说微机的基本原理

我觉得大家还是需要理解的

所以这门课程没有选择单片机来给大家做

过程控制的介绍

而是选择了微型计算机来做

这个实际上也没有什么关系

因为我们这门课虽然会选择的

不论是微处理器的型号

还是各种存储器芯片的型号

还是接口芯片的型号

这些型号对大家今天的同学们来讲

都显得很古老很古老了

但是没关系 我们说过这个

作为科研来讲 我们希望是更追前沿

就是要去追求更新的技术

要去探索现在世界上未

未知的一些世界

或者说未被发现的理论

但是作为教学 就是作为学习来讲

我们还是要从基本原理入手

所以不论是哪一种型号的芯片 哪一种型号的CPU

都没有关系 他们的基本原理都是一样的

所以这就是我有时侯说 一个人

从生下来你就两个眼睛一个鼻子

那么等你长大了它还是两个眼睛一个鼻子

但是你的能力 你的力气

和你的思维 你的思考问题的这种综合的能力

那要比婴儿那不知道要强多少

但是人还是人

所以我们就说今天的计算机技术

一直发展到今天已经有非常

已经和早期 已经完全不可同日而语了

早期的一台大型计算机的性能

还远远赶不上 今天我们一台微型计算机

但是没关系 他们的基本原理

依然是冯诺依曼结构 依然是冯诺依曼原理

所以我们学习一些基本原理也一样是没有问题的

单片机 实际上呢 是微型计算机

可以简单地说是微机系统的一个 减缩版

也就是说 它在一片硅片上集成了我们

后边要带给大家的微型计算机系统中的主要的

也就是主机系统的4大模块都集成在一个芯片上

因为它小 因为它便宜

所以它可以在很多的工控系统中

它能够应用

但是它的功能要比微型计算差的很远

所以这门课

从大家的一个需求 我们先学复杂的

然后再去用简单的单片机去做

你其实只需要去了解单片机的型号

它的指令集是怎么回事

用我们这门课带给大家的知识

一样可以完成那样的工作

好 有关我们这门课程 我们就介绍到这里

下边就请欢迎大家走进

微型计算机原理与接口这门课

但愿这门课能带给你 你需要的知识