机电一体化系统设计第4章：微机控制系统的选择及接口设计精要ppt课件.ppt

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1、第四章微机控制系统选择及接口设计一、本章教学目标及要求重点掌握以下内容：?     微机的作用及机电一体化系统对其基本要求；?     微机控制系统的设计问题与设计步骤；?     微机的系统构成、种类与选用要点；本章教学重点：工业控制计算机特点，传感器接口，功率接口的应用。本章教学难点：传感器接口，功率接口应用。第一节微机控制系统设计的一般知识一、微机部分的作用及机电一体化系统对其基本要求1.作用将来自传感器的检测信息和外部输入命令进行处理，并按照一定的程序和节奏发出相应的指令控制整个机电一体化系统有目的地运行。它在机电一体化系统中所处的位置见下图。第一节微机控制系统设计的一般

2、知识随着机电一体化系统所需的控制功能、控制形式、控制方式的不同和多控制过程日趋复杂，对控制系统的要求越来越高。微机控制系统的引用，在许多方面能满足机电一体化控制系统的要求。微机控制系统：是将微型计算机作为机电一体化产品的控制器，结合微型计算机的工作原理、接口电路（数字和模拟）的设计、相应的控制硬件和软件，以及它们之间的匹配，实现对控制对象的有效控制。常用的微机控制系统：专用微机控制系统——核心部件为单片机和单板机。通用微机控制系统——核心部件为可编程控制器和工业计算机。工业计算机工业计算机的用途不同，它主要用于工业控制、测试等方面。一个工业计算机的典型应用是通过标准的串行口（RS

3、232/485等串口）获得外部的数据，通过计算机内部的微处理器的计算，最后通过显示屏或者通过串行口输出，这样，在工业计算机上，我们就实现了一个计算的过程。很明显，这和普通的计算机的娱乐、办公、编程方面的应用是完全不同的。工业计算机普通计算机和工业计算机组成上有差别：比如说工业计算机可以没有显示屏，可以拥有多个串行口，其CPU是专用的工业控制的CPU，所用的系统板面积很小。由于工业控制的恶劣环境，所以经常需要特种的部件来构成工业控制用的计算机。比如，在一些情况下需要比较宽的工作温度，不少工业计算机能够在零下20度到80度的温度范围内工作；另外一些情况下需要稳定性更好的器件，比如说抗

4、强干扰的器件。工业计算机的软件系统和普通计算机不同。工业计算机的软件系统比较单一，主要实现一个特定的功能，而且由于工业计算机通常采用速度不是非常快的处理器，使得程序的编写要求比较高。工业计算机通常采用仿真环境来开发程序，并采用脱机运行的方式。而普通计算机拥有大量的通用的应用程序，处理器的速度非常快，软件的开发系统也完全在机器上面，无需其他环境的支持。2.基本要求（1）适用性，系统的性能必须满足生产要求；（2）可靠性，系统能够无故障运行的能力，硬件、软件的容错能力；（3）经济性，在满足任务要求的前提下，使系统成本尽可能低；（4）可维护性，检测和维修方便；（5）可扩展性，使系统能在不

5、做大的变动的条件下很快适应新的情况。二、微机控制系统设计微机控制系统的设计是综合运用各种知识的过程。不同产品所需要的控制功能、控制形式和动作控制方式也不尽相同。根据微机控制系统的组成可知，其设计过程就是设计或选用微机、设计接口、配置外设及编制软件的问题.这不仅需要微机控制理论、数字电路、软件设计等方面的知识，也需要一定的生活和生产工艺知识。通常由机电一体化系统设计人员首先提出总的设计要求，然后由各专业人员通力协作。二、微机控制系统设计设计中首先遇到的问题有以下几种：1.专用与通用、硬件与软件的权衡与抉择（1）专用与通用的抉择①专用控制系统：适合于大批量生产的机电一体化产品。专用控

6、制系统的设计问题，实际上就是选用适当的通用IC芯片来组成控制系统，以便与执行元件和检测传感器相匹配，或重新设计制作专用集成电路，把整个控制系统集成在一块或几块芯片上。②通用控制系统：适合多品种、中小批量生产的机电一体化产品。通用控制系统的设计，主要是合理选择微机类型，设计与其执行元件和检测传感器之间的接口，并在此基础上编制应用软件的问题。实质上就是通过接口设计和软件编制来使通用微机专用化的问题。（2）硬件与软件的权衡无论是采用通用控制系统还是专用控制系统，都存在硬件和软件的权衡问题。有些功能，例如运算与判断处理等，适宜用软件来实现。而有些功能，既可用硬件来实现，又可用软件来实现。

7、如加减速控制，脉冲分配器，PWM控制，滤波等。控制系统中硬件和软件的合理组成，通常要根据经济性和可靠性的标准权衡决定。①在用分立元件组成硬件的情况下，就可以考虑采用软件；②能采用通用的LSI芯片来组成所需的电路的情况下，则最好采用硬件。如三相步进电机的硬环分使用CH250集成芯片要好于触发器搭接的环形分配器。2.设计步骤（1）明确任务进一步明确具体的设计任务，如，所设计的产品要完成的功能是过程控制还是轨迹控制？复杂程度如何？具体的操作要求是什么？（2）确定目标参数根据设计任务给出