微型计算机控制技术1

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1、第8章微型计算机控制系统设计8.2控制系统设计的一般步骤8.3微型计算机控制系统的软件8.4常用应用程序设计8.5设计举例一——微型计算机控制直流伺服系统设计8.6设计举例二———微型计算机温度控制系统设计8.1微型计算机控制系统的基本要求及特点8.1微型计算机控制系统的基本要求和特点8.1.1系统设计的基本要求1、系统操作性能好包含两个含义：使用方便（编程语言、结构易理解，硬件操作少）、维修容易（软件具有自检功能、硬件配置易于维修）。2、通用性好，便于扩充标准化设计，增强其通用性，留有余量，便于扩充。3、可靠性高此性能是控制系统设计最重要的性能要求。8.1.2系统设计特点在进行控制系

2、统设计时，系统设计人员必须把要实现的任务和功能合理的分配给硬件和软件，既要考虑系统的价格，又要考虑系统满足实时性要求的工作速度，做到硬件软件合理权衡，并尽量节省机器时间和内存空间。8.2控制系统设计的一般步骤微型计算机控制系统设计一般可分为以下六个步骤：系统总体控制方案设计；微型计算机选择；控制算法设计；硬件设计；软件设计；系统联调。这一步决定了系统整体控制方案，即设计方案应满足性能指标先进、方案合理、可行、可靠性高、性能/价格比好的要求，并且尽可能做到具有一定的通用性、可移植性和便于扩充等。8.2.1系统总体控制方案设计（一）确定控制任务（二）硬件软件功能分配与协调微型计算机控制系统

3、是由硬件和软件共同组成的，对于某些既可用硬件扩充接口的方案很多，要根据控制要求，能够得到何种元件和扩充接口的方便程度来确定，通常有下述三种方法可供选用：（三）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接口设计包括两个方面的内容，一是扩充接口，二是安排通过各接口电路输入输出端的输入输出信号，选定各信号输入输出时采用何种控制方式。软件与硬件功能分配要根据各自的特点和实际应用的具体情况来决定。1）实现，又可用软件实现的功能，在进行设计时，应充分考虑硬件和软件的特点，合理地进行功能分配与协调。8.2控制系统设计的一般步骤（四）通道设计输入输出通道是

4、计算机与被控对象相互交换信息的部件。输入输出通道有数字量的输入输出通道、开关量的输入输出通道、模拟量的输入输出通道以及脉冲量的输入输出通道。（五）操作员控制台设计控制台一般有下列功能：1）有一组或几组数据输入键，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）有一组或几组功能键或转换开关，用于转换工作方式，起动、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。8.2控制系统设计的一般步骤4）有一个“紧急停止”接钮“，用于在紧急事故时停止系统运行，转入故障处理。8.2.2微型计算机选择微型计算机选择包括微型计算机系统构成方案

5、选择和微型计算机系统功能以及性能指标选择。（一）微型计算机系统构成方案选择1.组装方案缺点是要求设计者知识的深度和广度都比较高，设计工作复杂，工作量大，要编写全部软件，研制周期长。所以，这种方式决不是优先考虑的方案，特别在需要量不大的情况下，就更应当避免采用这种方案。8.2控制系统设计的一般步骤选用单板机方案的优点是工作量大大减少，成本低，对设计工作者的知识要求也比较低。因此在微型计算机应用的初期用得较多。3.通用微型计算机系统方案采用这种方案的优点是控制功能强、设计工作量小、研制周期短。但其缺点也比较明显。4.通用工业控制计算机系统方案它是当前乃至今后微型计算机控制系统的优选方案之一

6、。（二）微型计算机控制系统性能指标选择从应用于生产机械或生产过程实时控制的角度出发，微型计算机应能满足下述基本要求：1.完善的中断系统；具有实时控制的功能2.单板机或单片机方案8.2控制系统设计的一般步骤3.完备的输入输出通道和实时时钟；4.微处理器有足够的数据处理能力。首先是字长；其次是指令的执行速度；第三是指令系统。2.足够的存储容量；8.2.3控制算法设计控制算法设计必须以系统的数学模型为基础，数学模型是系统运动规律的数学表达，它反映了系统输入、输出以及内部状态变量之间的逻辑和数量关系。控制算法就是可程序化设计的系统控制规律。控制算法设计要根据具体控制对象、控制性能指标要求以及所

7、选用的微型计算机对数据的处理能力来进行。8.2控制系统设计的一般步骤在设计中要注意以下几个问题：第一，控制算法对系统的性能指标有直接的影响，因此，选定的控制算法必须满足控制速度、控制精度和系统稳定性的要求。第二，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，但具体到一个特定的控制对象上，必须有分析地选用，在某些情况下可能还要进行必要的修改和补充。第三，当控制系统比较复杂时，满足控制性能指标的控制规律也比较复杂，相应的控制算法的实