第6章微型计算机控制系统设计

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1、第第6 6章章 微型计算机控制系统设计微型计算机控制系统设计 第六章第六章 微型计算机控制系统的设计微型计算机控制系统的设计6.1 6.1 控制系统设计的一般步骤控制系统设计的一般步骤6.2 6.2 微型计算机控制系统的软件微型计算机控制系统的软件6.3 6.3 常用应用程序设计常用应用程序设计6.4 6.4 微机控制直流伺服系统设计微机控制直流伺服系统设计6.5 6.5 微机温度控制系统设计微机温度控制系统设计第第6 6章章 微型计算机控制系统设计微型计算机控制系统设计 第一节第一节 控制系统设计的一般步骤控制系统设计的一般步骤一系统总体控制方案设计一系统总体控制方案设计 （一）（一） 确定

2、控制任务确定控制任务 1. 深入了解控制对象，熟悉生产工艺过程，提出系统的控制要求，深入了解控制对象，熟悉生产工艺过程，提出系统的控制要求，确定系统要完成的任务。确定系统要完成的任务。 第一：要从系统构成上考虑，确定是采用开环控制还是闭环控制；哪些物理量需要检测，采用何种检测元件，检测精度要求如何；执行机构采用什么方案，是采用电机驱动、液压驱动还是其他方式驱动，比较各种方案，择优而用。 第二：确定计算机在整个控制系统中所起的作用，是给定计算、直接控制还是数据处理、监督控制等，确定计算机应承担哪些任务，为完成这些任务需具备哪些功能，需要设计哪些输入输出通道和配备什么样的外围设备。 2. 完成系统

3、设计的任务书，画出系统构成的粗框图。完成系统设计的任务书，画出系统构成的粗框图。第第6 6章章 微型计算机控制系统设计微型计算机控制系统设计 （二）（二） 硬件软件功能分配与协调硬件软件功能分配与协调 尽可能地用软件来实现系统的控制功能。尽可能地用软件来实现系统的控制功能。（三）（三） 接口设计接口设计 （1） 选用专门的功能接口板 （2） 选用通用接口电路 （3） 用集成电路自行设计接口电路第第6 6章章 微型计算机控制系统设计微型计算机控制系统设计 （四）（四） 通道设计通道设计 确定本系统应设置一些什么样的通道、每个通道有几部分组成，各部分选用什么器件等。 1. 开关量:输入要解决电平转

4、换、去抖动及抗干扰等问题；输出要注意驱动功率和输出隔离等问题。 2. 数字量：确定数据的传送方式（并行串行），设计相应的接口电路。 3. 模拟量：输入通道一般包括信号处理电路（标度变换、滤波、隔离、电平转换、线性处理）、采样单元、采样保持器和放大器、A/D转换器等；输出通道主要由D/A转换、放大器等组成。 4. 脉冲量：隔离元件、分频或倍频电路、计数器、定时器等组成。第第6 6章章 微型计算机控制系统设计微型计算机控制系统设计 （五）（五） 操作员控制台设计操作员控制台设计1. 有一组或几组数据输入键（数字键盘或拨码开关），用于输入或更新给定值，修改控制器参数或其他必要的数据。2. 有一组或几

5、组功能键或转换开关，用于转换工作方式、启动、停止系统运行或完成某种特定的系统操作功能。3. 有一个显示装置或显示屏，用于显示状态、参数及故障指示等。4. 有一个“紧急停止”按钮，用于在紧急事故时停止系统运行，转入故障处理。5. 控制台设计时必须明确这些转换开关、按钮、键盘、数字显示器或状态、故障指示灯等的作用和意义，仔细设计控制台的硬件及其相应的控制台管理程序，使系统的操作即方便灵活，又安全可靠，即使操作失误也不至于引起严重的后果。第第6 6章章 微型计算机控制系统设计微型计算机控制系统设计 二微型计算机选择二微型计算机选择 （一）（一） 微型计算机系统构成方案选择微型计算机系统构成方案选择

6、1组装方案：从选择微处理器芯片开始，配置适当的存储器和接口组装方案：从选择微处理器芯片开始，配置适当的存储器和接口电路，选择合适的总线，继而进行插件板和印刷电路板的设计，最后进行电路，选择合适的总线，继而进行插件板和印刷电路板的设计，最后进行组装，并和设计好的软件一起进行调试。组装，并和设计好的软件一起进行调试。 2单片机方案：体积小、可靠性高、价格便宜、性能指标高。单片机方案：体积小、可靠性高、价格便宜、性能指标高。 3通用微型计算机系统方案：系统结构完备、外围设备齐全、有丰通用微型计算机系统方案：系统结构完备、外围设备齐全、有丰富的系统软件资源，部件标准化、模块化。常用于大型控制系统，富的

7、系统软件资源，部件标准化、模块化。常用于大型控制系统， 优点：控制功能强、设计工作量小、研制周期短。优点：控制功能强、设计工作量小、研制周期短。 缺点：成本高、体积庞大、可靠性差等。缺点：成本高、体积庞大、可靠性差等。 4通用工业控制计算机系统方案：对通用微型计算机系统进行了改通用工业控制计算机系统方案：对通用微型计算机系统进行了改进，是当前乃至今后微型计算机控制系统的优选方案之一。进，是当前乃至今后微型计算机控制系统的优选方案之一。 第第6 6章章 微型计算机控制系统设计微型计算机控制系统设计 （二）（二） 微型计算机系统性能指标选择微型计算机系统性能指标选择 1完善的中断系统完善的中断系统

8、 实时控制性能：一是在系统正常运行时的实时控制能力；二是在发生故障时紧急处理的能力。 2足够的存储容量足够的存储容量 当内容容量不足以存放程序和数据时，应扩充内存，有时还应当配当内容容量不足以存放程序和数据时，应扩充内存，有时还应当配备适当的外部存储器（硬盘、软盘）。备适当的外部存储器（硬盘、软盘）。 3完备的输入输出通道和实时时钟完备的输入输出通道和实时时钟 完备的输入输出通道是微型计算机和外部过程交换信息的通道；实完备的输入输出通道是微型计算机和外部过程交换信息的通道；实时时钟在系统实时控制中给出时间参数，记下事件发生的时刻，同时使时时钟在系统实时控制中给出时间参数，记下事件发生的时刻，同

9、时使系统能按规定的时间顺序完成各种操作。系统能按规定的时间顺序完成各种操作。 4微处理器有足够的数据处理能力微处理器有足够的数据处理能力 字长、指令的执行速度、指令系统第第6 6章章 微型计算机控制系统设计微型计算机控制系统设计 三、 控制算法设计（1）控制算法对系统的性能指标有直接的影响，确定算法能否满足控制速度、精度和系统稳定性的要求。（2）各种控制算法提供了一套通用的计算公式，是对一般性的问题而言的，应针对具体情况，进行修改与补充。（3）可实现性。确定为设计、调试方便，可将控制算法作合理的简化，逐步将控制算法完善，直到获得最好的控制效果。第第6 6章章 微型计算机控制系统设计微型计算机控

10、制系统设计 四、硬件设计：四、硬件设计：根据系统总体框图，设计出系统电气原理图，再按照电气原理图着手元件的选购和线路设计工作。 五、软件设计：五、软件设计：是系统设计的重要组成部分。 实时性。 针对性。 灵活性和通用性。 可靠性。6. 系统联调：系统联调：系统联调是要把已调好的各程序功能块按照总体设计要求连成一个完整的程序。 第一步第一步在实验室模拟装置上进行，要尽量创造条件使模拟装置接近于实际控制系统，在调试时应采取一些必要的测量监视和保护措施。 第二步第二步是在工业生产现场进行工业试验。经过一段考机和试运行后，即可投入正式运行。第第6 6章章 微型计算机控制系统设计微型计算机控制系统设计

11、第二节第二节 微型计算机控制系统的软件微型计算机控制系统的软件 一软件的分类一软件的分类（一）系统软件（一）系统软件 系统软件是为了提高微型计算机使用效率、扩大功能、为用系统软件是为了提高微型计算机使用效率、扩大功能、为用户使用维护和管理微型计算机提供方便而专门设计的一类程序，户使用维护和管理微型计算机提供方便而专门设计的一类程序，它具有通用性。它具有通用性。 1操作系统：对计算机进行管理和控制操作系统：对计算机进行管理和控制 2语言加工系统语言加工系统（1） 编辑程序编辑程序（2） 编译程序编译程序（3） 连接、装配程序连接、装配程序（4） 调试程序调试程序（5） 子程序库子程序库 3诊断系