微型計算機控制技術(shù)10xin

1、20222022年年4 4月月3030日日西南科技大學制造科學與工程學院西南科技大學制造科學與工程學院計算機工業(yè)控制計算機工業(yè)控制主主 講講: 馬有良馬有良聯(lián)系郵箱：聯(lián)系郵箱：聯(lián)系電話南科技大學機電專業(yè)系列課程西南科技大學機電專業(yè)系列課程2計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良2第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計2第第9 9章章 微型計算機控制系統(tǒng)設(shè)計微型計算機控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計原則：設(shè)計原則： 操作性好操作性好 實施性強實施性強 通用性好通用性好 經(jīng)濟效益高經(jīng)濟效益高 可靠性高可靠性高一般設(shè)計步驟：一般設(shè)計步驟： 控制系統(tǒng)總體方案的確定控制系統(tǒng)總體方案的確定

2、微型計算機及接口的選擇微型計算機及接口的選擇 控制算法的選擇控制算法的選擇 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 微型計算機控制系統(tǒng)的調(diào)試微型計算機控制系統(tǒng)的調(diào)試 10.1 10.1 微型機控制系統(tǒng)的設(shè)計方法及步驟微型機控制系統(tǒng)的設(shè)計方法及步驟3計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良3第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計3設(shè)計的基本要求設(shè)計的基本要求（1 1）系統(tǒng)操作性能要好）系統(tǒng)操作性能要好 （2 2）通用性好、便于擴充）通用性好、便于擴充（3 3）可靠性要高）可靠性要高 采用雙機系統(tǒng)。采用雙機系統(tǒng)。 采用集散控制系統(tǒng)。采用集散控制系統(tǒng)。4計算機工

3、業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良4第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計4設(shè)計特點設(shè)計特點 在進行微機控制系統(tǒng)設(shè)計時，系統(tǒng)設(shè)計人員在進行微機控制系統(tǒng)設(shè)計時，系統(tǒng)設(shè)計人員必須把系統(tǒng)要執(zhí)行的任務(wù)和應(yīng)具備的功能合理地必須把系統(tǒng)要執(zhí)行的任務(wù)和應(yīng)具備的功能合理地分配給硬件和軟件來實現(xiàn)，做到合理權(quán)衡硬件、分配給硬件和軟件來實現(xiàn)，做到合理權(quán)衡硬件、軟件的配置，并盡量節(jié)省機器時間和內(nèi)存空間。軟件的配置，并盡量節(jié)省機器時間和內(nèi)存空間。硬件設(shè)計主要采用大規(guī)模集成電路。硬件設(shè)計主要采用大規(guī)模集成電路。 5計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良5第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計5一、確定系統(tǒng)總體控制方案一

4、、確定系統(tǒng)總體控制方案 構(gòu)思系統(tǒng)的整體方案，應(yīng)從以下幾方面入手構(gòu)思系統(tǒng)的整體方案，應(yīng)從以下幾方面入手 ： 考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)采用什么方案執(zhí)行機構(gòu)采用什么方案 有否特殊控制要求？特殊要求應(yīng)采取那些措施？有否特殊控制要求？特殊要求應(yīng)采取那些措施？ 確定計算機在整個控制系統(tǒng)中所起的作用確定計算機在整個控制系統(tǒng)中所起的作用 二、確定控制算法二、確定控制算法（1 1）確定算法能否滿足控制速度、精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。）確定算法能否滿足控制速度、精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。（2 2）確定某些情況下要進行修改與補充。）確定某些情況下要進行修改與補充。（3 3）確定為設(shè)計、調(diào)試方便，可將控制算法作

5、合理的簡化，逐）確定為設(shè)計、調(diào)試方便，可將控制算法作合理的簡化，逐步將控制算法完善，直到獲得最好的控制效果。步將控制算法完善，直到獲得最好的控制效果。6計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良6第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計6三、選擇計算機三、選擇計算機所選計算機應(yīng)滿足以下要求：所選計算機應(yīng)滿足以下要求： 完善的中斷系統(tǒng)完善的中斷系統(tǒng) 足夠的存儲容量足夠的存儲容量 完備的完備的I/OI/O通道和實時時鐘通道和實時時鐘 字長、速度、指令種類和數(shù)量字長、速度、指令種類和數(shù)量 尋址范圍和尋址方式尋址范圍和尋址方式 內(nèi)部存儲器的種類和數(shù)量內(nèi)部存儲器的種類和數(shù)量 7計算機工業(yè)控制西南科技大學制

6、造科學與工程學院 馬有良7第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計7四、系統(tǒng)總體設(shè)計四、系統(tǒng)總體設(shè)計 硬件軟件功能分配與協(xié)調(diào)硬件軟件功能分配與協(xié)調(diào) 大量使用硬件會增加成本，影響系統(tǒng)可靠性；增加軟件，大量使用硬件會增加成本，影響系統(tǒng)可靠性；增加軟件，系統(tǒng)速度相應(yīng)降低系統(tǒng)速度相應(yīng)降低 。 接口設(shè)計接口設(shè)計 接口設(shè)計內(nèi)容：接口設(shè)計內(nèi)容： 擴充接口擴充接口 安排接口電路的安排接口電路的I/OI/O信號及交換方式信號及交換方式常用的擴充方法：常用的擴充方法： 選用專門的功能接口板選用專門的功能接口板 選用通用接口電路選用通用接口電路 用集成電路自行設(shè)計接口電路用集成電路自行設(shè)計接口電路 接口電路接口電路I/OI/O

7、信號的交換方式：信號的交換方式： 中斷控制讀取中斷控制讀取I IO O方式方式 直接存儲器存取方式直接存儲器存取方式 8計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良8第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計8 通道設(shè)計通道設(shè)計系統(tǒng)系統(tǒng)I/OI/O通道：通道： 數(shù)字量數(shù)字量I/OI/O通道通道 開關(guān)量開關(guān)量I/OI/O通道通道 模擬量模擬量I/OI/O通道通道 脈沖量脈沖量I/OI/O通道通道 總體設(shè)計中，應(yīng)確定本系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置什么樣的通道、每個總體設(shè)計中，應(yīng)確定本系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置什么樣的通道、每個通道由幾部分組成，各部分選用什么器件等。通道由幾部分組成，各部分選用什么器件等。 操作員控制臺設(shè)計操作員控制臺設(shè)

8、計 包括：各種轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕、鍵盤、數(shù)字顯示器、狀態(tài)包括：各種轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕、鍵盤、數(shù)字顯示器、狀態(tài)故障指示燈等。故障指示燈等。 可靠性設(shè)計可靠性設(shè)計 9計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良9第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計9五、硬件設(shè)計五、硬件設(shè)計 任務(wù)：任務(wù)：根據(jù)系統(tǒng)總體框圖，設(shè)計出系統(tǒng)的電氣原理圖，再按根據(jù)系統(tǒng)總體框圖，設(shè)計出系統(tǒng)的電氣原理圖，再按照電氣原理圖選購元件和進行施工設(shè)計。照電氣原理圖選購元件和進行施工設(shè)計。包括：包括： 接口電路和接口電路和I/OI/O通道的擴充通道的擴充 組合邏輯或時序邏輯電路組合邏輯或時序邏輯電路 供電電源供電電源 光電隔離光電隔離 電平轉(zhuǎn)換電

9、平轉(zhuǎn)換 驅(qū)動放大電路等驅(qū)動放大電路等 硬件設(shè)計：根據(jù)系統(tǒng)總體框圖，設(shè)計出系統(tǒng)電氣原理圖，再硬件設(shè)計：根據(jù)系統(tǒng)總體框圖，設(shè)計出系統(tǒng)電氣原理圖，再按照電氣原理圖著手元件的選購和開始施工設(shè)計工作。按照電氣原理圖著手元件的選購和開始施工設(shè)計工作。10計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良10第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計10 組織應(yīng)用軟件的內(nèi)容及步驟：組織應(yīng)用軟件的內(nèi)容及步驟： 確定具體要求確定具體要求 軟件規(guī)劃軟件規(guī)劃 程序編制程序編制 軟件調(diào)試軟件調(diào)試 善后工作善后工作 確定具體要求確定具體要求 管理要求管理要求 輸入輸出要求輸入輸出要求 語言加工要求語言加工要求 功能處理要求功能處理

10、要求 六、軟件設(shè)計六、軟件設(shè)計 軟件軟件 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件11計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良11第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計11 軟件規(guī)劃軟件規(guī)劃 模式選擇模式選擇 語言選擇語言選擇 匯編語言匯編語言或或高級語言高級語言 確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 劃分程序塊劃分程序塊 確定程序編制順序確定程序編制順序 內(nèi)存安排內(nèi)存安排 用符號來代替某部分程序的首址用符號來代替某部分程序的首址 粗略估算各部分容量粗略估算各部分容量 根據(jù)具體情況對內(nèi)存作精確安排根據(jù)具體情況對內(nèi)存作精確安排 程序編排和分配程序編排和分配 軟件裝配和總調(diào)軟件裝配和總調(diào) 軟件設(shè)計的善后工作軟件設(shè)計

11、的善后工作 12計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良12第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計12軟件軟件 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)語言加工系統(tǒng)語言加工系統(tǒng)診斷系統(tǒng)診斷系統(tǒng) 控制程序控制程序數(shù)據(jù)采集及處理程序數(shù)據(jù)采集及處理程序巡回檢測程序巡回檢測程序數(shù)據(jù)管理程序數(shù)據(jù)管理程序編輯程序編輯程序編譯程序編譯程序連接、裝配程序連接、裝配程序調(diào)試程序調(diào)試程序子程序庫子程序庫 數(shù)據(jù)可靠性檢查程序數(shù)據(jù)可靠性檢查程序A AD D轉(zhuǎn)換及采樣程序轉(zhuǎn)換及采樣程序 數(shù)字濾波程序數(shù)字濾波程序 線性化處理程序線性化處理程序 數(shù)據(jù)采集程序數(shù)據(jù)采集程序 越限報警程序越限報警程序 事故預告程序事

12、故預告程序 畫面顯示程序畫面顯示程序 軟件設(shè)計：軟件設(shè)計：實時性。實時性。 針對性。針對性。 靈活性和通用性。靈活性和通用性。13計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良13第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計13應(yīng)用程序的語言選擇及設(shè)計步驟應(yīng)用程序的語言選擇及設(shè)計步驟 1 1、語言選擇、語言選擇 機器語言機器語言 匯編語言匯編語言 高級語言高級語言 2 2、應(yīng)用程序的設(shè)計步驟和方法、應(yīng)用程序的設(shè)計步驟和方法 應(yīng)用程序設(shè)計的五個步驟：應(yīng)用程序設(shè)計的五個步驟： 問題定義問題定義 程序設(shè)計程序設(shè)計 編碼編碼 調(diào)試調(diào)試 改進和再設(shè)計改進和再設(shè)計14計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬

13、有良14第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計14 程序設(shè)計通常采用模塊程序設(shè)計法和結(jié)構(gòu)程序設(shè)計法程序設(shè)計通常采用模塊程序設(shè)計法和結(jié)構(gòu)程序設(shè)計法結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計基本思想的三種基本結(jié)構(gòu)表示：結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計基本思想的三種基本結(jié)構(gòu)表示： 順序結(jié)構(gòu)順序結(jié)構(gòu) 選擇結(jié)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu) 循環(huán)結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu)15計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良15第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計15 高級語言和匯編語言的混合編程高級語言和匯編語言的混合編程1 1、混合語言編程的基本概念、混合語言編程的基本概念 1 1）程序接口）程序接口 在一種語言程序中調(diào)用由其他語言編寫的程序模塊。在一種語言程序中調(diào)用由其他語言編寫的程序模塊。

14、2 2）命名約定）命名約定 為了解決不同語言對名稱標識符的不同處理，對目標文件為了解決不同語言對名稱標識符的不同處理，對目標文件名長度的不同限制的約定。名長度的不同限制的約定。 3 3）調(diào)用約定）調(diào)用約定 在兩種程序語言中為實現(xiàn)彼此調(diào)用而建立的一種協(xié)定，它在兩種程序語言中為實現(xiàn)彼此調(diào)用而建立的一種協(xié)定，它具體對應(yīng)了一個函數(shù)、一個過程或者是一個子程序的調(diào)用過程。具體對應(yīng)了一個函數(shù)、一個過程或者是一個子程序的調(diào)用過程。 4 4）參數(shù)傳遞約定）參數(shù)傳遞約定 在定義或說明時用形式參數(shù)，調(diào)用時則替換成實際參數(shù)在定義或說明時用形式參數(shù)，調(diào)用時則替換成實際參數(shù)。16計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學

15、院 馬有良16第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計16參數(shù)傳遞方式：參數(shù)傳遞方式： 傳值傳值 傳址傳址 傳名傳名 傳結(jié)果傳結(jié)果 2 2、C C語言程序?qū)R編語言程序的調(diào)用語言程序?qū)R編語言程序的調(diào)用 1 1）C C語言程序中的接口處理語言程序中的接口處理 命名約定命名約定 調(diào)用約定調(diào)用約定 參數(shù)傳遞約定參數(shù)傳遞約定 17計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良17第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計172 2） 匯編語言中的接口處理匯編語言中的接口處理 在定義和編寫匯編語言程序的被調(diào)用過程時，應(yīng)以下在定義和編寫匯編語言程序的被調(diào)用過程時，應(yīng)以下劃線開頭，并用劃線開頭，并用PUBLICPUBLIC說

16、明說明。 如果如果C C語言程序以巨型、大型、存儲模式編譯，被語言程序以巨型、大型、存儲模式編譯，被C C語語言調(diào)用的匯編過程應(yīng)說明成言調(diào)用的匯編過程應(yīng)說明成fafa；小型、緊湊型存儲模式編譯，；小型、緊湊型存儲模式編譯，被調(diào)用的匯編過程應(yīng)說明成被調(diào)用的匯編過程應(yīng)說明成NEARNEAR。 考慮調(diào)用約定考慮調(diào)用約定 在被在被C C語言調(diào)用的匯編過程中用指令語言調(diào)用的匯編過程中用指令RETRET返回，而在返回，而在BASICBASIC等其他語言中要求用指令等其他語言中要求用指令RETnRETn返回。返回。 根據(jù)缺省默認，根據(jù)缺省默認，C C語言的參數(shù)傳遞方式是傳值，但數(shù)語言的參數(shù)傳遞方式是傳值，但

17、數(shù)組總是采用傳址方式。組總是采用傳址方式。18計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良18第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計183 3、匯編語言程序?qū)?、匯編語言程序?qū) C語言程序的調(diào)用語言程序的調(diào)用 1 1）命名約定）命名約定 2 2）調(diào)用約定）調(diào)用約定 3 3）參數(shù)傳遞的方式）參數(shù)傳遞的方式4 4、微型計算機控制系統(tǒng)的研制工具、微型計算機控制系統(tǒng)的研制工具利用聯(lián)機仿真器可以實現(xiàn)以下開發(fā)手段：利用聯(lián)機仿真器可以實現(xiàn)以下開發(fā)手段： 1 1）系統(tǒng)實時仿真）系統(tǒng)實時仿真 2 2）資源借調(diào)）資源借調(diào) 3 3）控制系統(tǒng)綜合設(shè)計和調(diào)試）控制系統(tǒng)綜合設(shè)計和調(diào)試19計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與

18、工程學院 馬有良19第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計19 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)是要把已調(diào)好的各程序功能塊按照總體設(shè)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)是要把已調(diào)好的各程序功能塊按照總體設(shè)計要求連成一個完整的程序。程序調(diào)試完成后，還要進計要求連成一個完整的程序。程序調(diào)試完成后，還要進行在線仿真，然后進行試運行。經(jīng)過一段考機和試運行行在線仿真，然后進行試運行。經(jīng)過一段考機和試運行后，即可投入正式運行。后，即可投入正式運行。七、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)七、系統(tǒng)聯(lián)調(diào) 20計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良20第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計20第第9 9章章 微型計算機控制系統(tǒng)設(shè)計微型計算機控制系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計步驟流程圖控制系統(tǒng)設(shè)計步驟流程圖

19、控制對象的功能和工作過程分析控制對象的功能和工作過程分析估算及分配估算及分配I/OI/O口口, ,存儲器存儲器容量及外圍設(shè)備容量及外圍設(shè)備畫系統(tǒng)工藝流程圖畫系統(tǒng)工藝流程圖I/OI/O口的具體分配口的具體分配畫系統(tǒng)程序框圖畫系統(tǒng)程序框圖系統(tǒng)部件的詳細設(shè)計系統(tǒng)部件的詳細設(shè)計編制源程序編制源程序部件芯片老化部件芯片老化篩選和測試篩選和測試匯編匯編布線及安裝布線及安裝形成目標程序形成目標程序系統(tǒng)試運行系統(tǒng)試運行調(diào)試硬件調(diào)試硬件調(diào)試和仿真調(diào)試和仿真完成否完成否? ?硬件錯否硬件錯否? ?完成否完成否? ?寫入寫入EPROMEPROM結(jié)束設(shè)計結(jié)束設(shè)計硬件設(shè)計硬件設(shè)計軟件設(shè)計軟件設(shè)計是是是是是是否否否否否否

20、開開 始始21計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良21第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計21n 10.2.1 10.2.1 硬件電路硬件電路n 10.2.2 10.2.2 數(shù)字控制器的數(shù)學模型數(shù)字控制器的數(shù)學模型n 10.2.3 10.2.3 控制系統(tǒng)程序設(shè)計控制系統(tǒng)程序設(shè)計10.2 10.2 微機控制系統(tǒng)設(shè)計舉例一微機控制系統(tǒng)設(shè)計舉例一電阻爐爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計電阻爐爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計22計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良22第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計22圖圖10-2 10-2 電阻爐爐溫控制系統(tǒng)原理圖電阻爐爐溫控制系統(tǒng)原理圖變送器變送器鍵盤與顯示鍵盤與顯示T0T1P

21、1.3P1.2P1.1P1.0P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0ALEP0PSENWRRDEAP3.38031803174LS74LS3733732732273281558155CEOC D7 0ALECEIO/MA7 0A7 01/2WRRDA0A1A2紅綠紅ABCCLKD7 0OEALESTARTIN0EOC.光光耦耦驅(qū)驅(qū)動動器器MC14528220V220V加熱絲加熱絲LM31174LS00TIL117.過零信號發(fā)生器過零信號發(fā)生器ADCADC08090809.熱電偶熱電偶10.2.1 10.2.1 硬件電路硬件電路23計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良23第10

22、章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計231. 1. 檢測元件及變送器檢測元件及變送器 檢測元件選用鎳鉻檢測元件選用鎳鉻- -鎳鋁熱電偶，分度號為鎳鋁熱電偶，分度號為EUEU，適用于，適用于0100001000的溫度測量范圍，相應(yīng)輸?shù)臏囟葴y量范圍，相應(yīng)輸出電壓為出電壓為0mV41.32mV0mV41.32mV。 變送器由毫伏變送器和電流變送器由毫伏變送器和電流/ /電壓變送器組電壓變送器組成：毫伏變送器用于把熱電偶輸出的成：毫伏變送器用于把熱電偶輸出的041.32mV041.32mV變換成變換成010mA010mA范圍內(nèi)的電流；電流范圍內(nèi)的電流；電流/ /電壓變送器電壓變送器用于把毫伏變送器輸出的用于把毫伏變

23、送器輸出的010mA010mA電流變換成電流變換成05V05V范圍內(nèi)的電壓。范圍內(nèi)的電壓。 10.2.1 10.2.1 硬件電路硬件電路24計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良24第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計24表表10-1 10-1 溫度溫度- -數(shù)字量對照表數(shù)字量對照表10.2.1 10.2.1 硬件電路硬件電路25計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良25第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計252. 2. 接口電路接口電路 8031 8031的接口電路有的接口電路有ADC0809ADC0809、81558155和和27322732等。等。 本系統(tǒng)采用本系統(tǒng)采用ADC

24、0809ADC0809型型A/DA/D轉(zhuǎn)換器，該芯片為轉(zhuǎn)換器，該芯片為8 8位位逐次逼近型逐次逼近型A/DA/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。ADC0809ADC0809為溫度測量電路的輸入接口；為溫度測量電路的輸入接口；81558155用于鍵盤和顯示接口；用于鍵盤和顯示接口；27322732作為作為80318031外部程序外部程序(ROM)(ROM)存儲器。存儲器。10.2.1 10.2.1 硬件電路硬件電路26計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良26第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計263. 3. 溫度控制電路如圖溫度控制電路如圖 雙向可控硅和加熱絲串接在交流回路，因此雙向可控硅和加熱絲串接在

25、交流回路，因此可控硅導通時間決定加熱絲的加熱功率?？煽毓鑼〞r間決定加熱絲的加熱功率。 圖圖10-310-3給出了可控硅在給定周期給出了可控硅在給定周期T T內(nèi)具有不內(nèi)具有不同導通時間的情況。同導通時間的情況。 過零信號是正弦交流電壓過零時刻的同步脈過零信號是正弦交流電壓過零時刻的同步脈沖，可使可控硅在交流電壓正弦波過零后觸發(fā)導沖，可使可控硅在交流電壓正弦波過零后觸發(fā)導通。過零同步脈沖由過零觸發(fā)電路產(chǎn)生，如圖通。過零同步脈沖由過零觸發(fā)電路產(chǎn)生，如圖10-410-4所示。所示。10.2.1 10.2.1 硬件電路硬件電路27計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良27第10章 微型機

26、控制系統(tǒng)設(shè)計27圖圖10-3 10-3 輸出功率與通斷時間的關(guān)系輸出功率與通斷時間的關(guān)系uuuutttt12.5%25%50%100%10.2.1 10.2.1 硬件電路硬件電路28計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良28第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計28圖圖10-4 10-4 過零觸發(fā)電路過零觸發(fā)電路.LM311MCQ1Q274LS0014528TIL117+5V+5V+12V220V加熱器+5VA1P1.310.2.1 10.2.1 硬件電路硬件電路29計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良29第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計29 閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可近似看成一階慣性環(huán)節(jié)

27、加一個延遲閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可近似看成一階慣性環(huán)節(jié)加一個延遲環(huán)節(jié)。因此，根據(jù)第環(huán)節(jié)。因此，根據(jù)第4 4章第章第5 5節(jié)的推導，可以得出：節(jié)的推導，可以得出：z )e-(1ze-1)e1 (K)e1)(ze1 (D(z)1 -N-T/-1 -T/-T/-P-T/-1-T/11經(jīng)化簡后得到：經(jīng)化簡后得到：1 -N-1 -1z )C-(1Cz1Bz-AD(z)10.2.2 10.2.2 數(shù)字控制器的數(shù)學模型數(shù)字控制器的數(shù)學模型30計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良30第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計30式中：式中：A= )e1 (Ke11T/-P-T/C= 1-T/eB=A -T/e因為，因

28、為，D(z)=R(z)/E(z)D(z)=R(z)/E(z)，得：，得：E(z)BzA(R(z)z )C(1Cz1 -11 -N-110.2.2 10.2.2 數(shù)字控制器的數(shù)學模型數(shù)字控制器的數(shù)學模型31計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良31第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計31y(n)=Ae(n)-Be(n-1)+Cy(n-1)+(1-C)y(n-N-1) 式中：式中：y(n)y(n)n n時刻的輸出值；時刻的輸出值；e(n)e(n)n n時刻的偏差值；時刻的偏差值；e(n-1)e(n-1)n-1n-1時刻的偏差值；時刻的偏差值；y(n-N-1)y(n-N-1)n-N-1n-N-

29、1時刻的輸出值。時刻的輸出值。 由系統(tǒng)的飛升特性曲線確定出由系統(tǒng)的飛升特性曲線確定出和和1 1后，系后，系數(shù)數(shù)A A、B B、C C則可分別求出。則可分別求出。10.2.2 10.2.2 數(shù)字控制器的數(shù)學模型數(shù)字控制器的數(shù)學模型32計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良32第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計32主程序流程圖主程序流程圖設(shè)定堆棧指針清標志和暫存單元清顯示緩沖區(qū)T0初始化開CPU中斷掃描鍵盤溫度顯示T1中斷程序清標志D5H停止輸出T1中斷服務(wù)程序開 始開 始返 回10.2.3 10.2.3 控制系統(tǒng)程序設(shè)計控制系統(tǒng)程序設(shè)計1 1、主程序、主程序33計算機工業(yè)控制西南科技大學

30、制造科學與工程學院 馬有良33第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計332. T2. T0 0中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序 T T0 0中斷服務(wù)程序是此系統(tǒng)的主體程序，用于中斷服務(wù)程序是此系統(tǒng)的主體程序，用于啟動啟動A/DA/D轉(zhuǎn)換、讀入采樣數(shù)據(jù)、數(shù)字濾波、越限溫轉(zhuǎn)換、讀入采樣數(shù)據(jù)、數(shù)字濾波、越限溫度報警和越限處理、大林算法計算和輸出可控硅度報警和越限處理、大林算法計算和輸出可控硅的同步觸發(fā)脈沖等。在的同步觸發(fā)脈沖等。在T T0 0中斷服務(wù)程序中，要用中斷服務(wù)程序中，要用到一系列子程序。如：采樣子程序、數(shù)字濾波子到一系列子程序。如：采樣子程序、數(shù)字濾波子程序、越限處理程序、大林算法程序、標度變換程序、越限處

31、理程序、大林算法程序、標度變換程序和溫度顯示程序等。程序和溫度顯示程序等。T T0 0中斷服務(wù)程序流程圖中斷服務(wù)程序流程圖如圖如圖9-69-6所示。所示。10.2.3 10.2.3 控制系統(tǒng)程序設(shè)計控制系統(tǒng)程序設(shè)計34計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良34第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計34T T0 0中斷服務(wù)程序流程圖中斷服務(wù)程序流程圖保護現(xiàn)場采樣爐溫數(shù)字濾波U(n)=Ymax否？清上次越限標志U(n)Ymax否？U(n)=Ymin否？溫度標度轉(zhuǎn)換初始化T1從P1.3輸出求 補計算Y(n)溫度顯示(D5H)=1否?恢復現(xiàn)場取Ymax值輸出下限報警置本次越限標志上次越限否?越限計

32、數(shù)器加1越限N次否?清越限標志上限報警本次越限標志送5FH清零5EH單元上限處理是是是是是是否否否否否否返 回開 始35計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良35第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計35網(wǎng)帶式多溫區(qū)電阻爐微型計算機溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計。網(wǎng)帶式多溫區(qū)電阻爐微型計算機溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計。一、系統(tǒng)總體設(shè)計一、系統(tǒng)總體設(shè)計1 1、確定系統(tǒng)的控制任務(wù)、確定系統(tǒng)的控制任務(wù)控制對象：控制對象：六溫區(qū)網(wǎng)帶式連續(xù)燒結(jié)電阻爐。六溫區(qū)網(wǎng)帶式連續(xù)燒結(jié)電阻爐。設(shè)計要求：設(shè)計要求： 每個溫區(qū)的溫度在每個溫區(qū)的溫度在900900 10001000范圍內(nèi)連續(xù)可控；范圍內(nèi)連續(xù)可控； 各溫區(qū)的溫度以及網(wǎng)帶的運

33、行速度可自行設(shè)定；各溫區(qū)的溫度以及網(wǎng)帶的運行速度可自行設(shè)定； 要求系統(tǒng)能夠?qū)α鶄€溫區(qū)的溫度及網(wǎng)帶運行速度要求系統(tǒng)能夠?qū)α鶄€溫區(qū)的溫度及網(wǎng)帶運行速度巡回檢測、顯示和定時打印。巡回檢測、顯示和定時打印。計算機控制系統(tǒng)應(yīng)完成的主要任務(wù)有：計算機控制系統(tǒng)應(yīng)完成的主要任務(wù)有： 六個溫區(qū)溫度的閉環(huán)直接數(shù)字控制。六個溫區(qū)溫度的閉環(huán)直接數(shù)字控制。 網(wǎng)帶拖動直流調(diào)速系統(tǒng)的速度給定和速度檢測。網(wǎng)帶拖動直流調(diào)速系統(tǒng)的速度給定和速度檢測。 六個溫區(qū)溫度及網(wǎng)帶運動速度的巡回檢測、顯示和定時打印。六個溫區(qū)溫度及網(wǎng)帶運動速度的巡回檢測、顯示和定時打印。10.3 10.3 微機控制系統(tǒng)設(shè)計舉例二微機控制系統(tǒng)設(shè)計舉例二36計算

34、機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良36第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計36系統(tǒng)組成：系統(tǒng)組成： 微型計算機微型計算機 輸入通道輸入通道 輸出通道輸出通道 37計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良37第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計372 2、輸入輸出通道及其接口設(shè)計、輸入輸出通道及其接口設(shè)計 1 1）溫度檢測模擬輸入通道設(shè)計）溫度檢測模擬輸入通道設(shè)計 38計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良38第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計38傳感器傳感器信信 號號放大器放大器V/F光光 電電耦合器耦合器CPU小信號小信號VI010Vf 特點：特點：采用了由采用了由V VF

35、 F變換器和定時計數(shù)器組成的變換器和定時計數(shù)器組成的A AD D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器。換器。 V VF F轉(zhuǎn)換輸入通道的結(jié)構(gòu)通常為：轉(zhuǎn)換輸入通道的結(jié)構(gòu)通常為： 39計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良39第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計39設(shè)設(shè)V VF F變換器的額定輸出頻率為變換器的額定輸出頻率為F F，計數(shù)器對輸出脈沖的，計數(shù)器對輸出脈沖的計數(shù)時間為計數(shù)時間為T Ts s，A AD D轉(zhuǎn)換結(jié)果的分辨率為轉(zhuǎn)換結(jié)果的分辨率為i i，則有：，則有： 取取TsTs1s1s，則在，則在V VF F的輸出頻率范圍的輸出頻率范圍0 010kHz10kHz內(nèi)，可以得到內(nèi)，可以得到1313位的位的A AD

36、D轉(zhuǎn)換結(jié)果。轉(zhuǎn)換結(jié)果。sisFT2 40計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良40第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計40 2) 2) 晶閘管數(shù)字觸發(fā)輸出通道設(shè)計晶閘管數(shù)字觸發(fā)輸出通道設(shè)計 晶閘管簡介晶閘管簡介 晶閘管晶閘管( (可控硅整流器可控硅整流器) ) 功率放大器件。功率放大器件。 晶閘管的工作方式有：晶閘管的工作方式有： 調(diào)壓方式調(diào)壓方式 調(diào)功方式調(diào)功方式調(diào)壓方式：是通過利用移相觸發(fā)脈調(diào)壓方式：是通過利用移相觸發(fā)脈沖調(diào)節(jié)晶閘管的導通角，使輸入到?jīng)_調(diào)節(jié)晶閘管的導通角，使輸入到電加熱元件的電壓改變，達到調(diào)節(jié)電加熱元件的電壓改變，達到調(diào)節(jié)用電器的輸入功率，來實現(xiàn)控制目用電器的輸入功率

37、，來實現(xiàn)控制目的的 。IG iA + VAK -R+ US_導導通通角角41計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良41第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計41調(diào)功方式：調(diào)功方式：觸發(fā)電路采用的是過零觸發(fā)方式，外加正弦電壓觸發(fā)電路采用的是過零觸發(fā)方式，外加正弦電壓過零時控制信號才使晶閘管的觸發(fā)導通，則負載上得到的電過零時控制信號才使晶閘管的觸發(fā)導通，則負載上得到的電壓是一個正弦波。壓是一個正弦波。 調(diào)功方式輸入電爐的平均功率為：調(diào)功方式輸入電爐的平均功率為： RUNnP2 P P輸入電爐的功率；輸入電爐的功率；R R負載有效電阻；負載有效電阻；U U電網(wǎng)電壓電網(wǎng)電壓 ；n n允許導通的波頭

38、數(shù)；允許導通的波頭數(shù)；N N設(shè)定的波頭數(shù)。設(shè)定的波頭數(shù)。 當當 n n0 0時，電爐的輸入功率為零；時，電爐的輸入功率為零； n nN N，電爐的輸入功率為滿功率。，電爐的輸入功率為滿功率。 42計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良42第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計42 晶閘管數(shù)字觸發(fā)輸出通道設(shè)計晶閘管數(shù)字觸發(fā)輸出通道設(shè)計 過零檢測同步脈沖電路過零檢測同步脈沖電路 ：電網(wǎng)電壓電網(wǎng)電壓同步脈沖同步脈沖43計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良43第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計433) 3) 撥碼盤給定輸入通道撥碼盤給定輸入通道 撥碼盤作為數(shù)字量的輸入設(shè)備，設(shè)定和修改碼盤

39、值可作撥碼盤作為數(shù)字量的輸入設(shè)備，設(shè)定和修改碼盤值可作為控制系統(tǒng)的給定值。為控制系統(tǒng)的給定值。 輸入非數(shù)字信息時，需要事先將非數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸入非數(shù)字信息時，需要事先將非數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼，再由撥碼盤輸入。代碼，再由撥碼盤輸入。 4) 4) 數(shù)碼顯示輸出通道數(shù)碼顯示輸出通道 包括：包括： 數(shù)字量輸出接口電路數(shù)字量輸出接口電路 鎖存譯碼驅(qū)動電路鎖存譯碼驅(qū)動電路 七段數(shù)碼管顯示器七段數(shù)碼管顯示器爐溫顯示：一位顯示溫區(qū)代號，四位顯示爐溫顯示：一位顯示溫區(qū)代號，四位顯示4 4位溫度值；位溫度值； 網(wǎng)帶速度顯示：一位顯示網(wǎng)帶速度代號，四位顯示網(wǎng)帶速度。網(wǎng)帶速度顯示：一位顯示網(wǎng)帶速度代號，四位顯示

40、網(wǎng)帶速度。 44計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良44第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計44 5) 5) 打印機輸出通道打印機輸出通道 系統(tǒng)配置了通用打印機接口電路。系統(tǒng)配置了通用打印機接口電路。 打印內(nèi)容包括表頭、制表、采樣數(shù)據(jù)和采樣時間。打印內(nèi)容包括表頭、制表、采樣數(shù)據(jù)和采樣時間。 二、微型計算機選擇二、微型計算機選擇 控制系統(tǒng)選取采用控制系統(tǒng)選取采用STDSTD總線標準的模塊式工業(yè)控制計算機?？偩€標準的模塊式工業(yè)控制計算機。本系統(tǒng)：本系統(tǒng)： 主機板采用主機板采用80988098單片機多功能單片機多功能CPUCPU模板，主頻模板，主頻9MHz9MHz。 配置了顯示及操作面板接口

41、模板配置了顯示及操作面板接口模板。 打印機接口模板。打印機接口模板。 非通用數(shù)字觸發(fā)控制模板非通用數(shù)字觸發(fā)控制模板。 反饋通道的反饋通道的V VF F變換及變換及A AD D轉(zhuǎn)換模板轉(zhuǎn)換模板。 45計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良45第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計45三、控制算法設(shè)計三、控制算法設(shè)計 整系統(tǒng)屬于多變量系統(tǒng)，其數(shù)學描述傳遞矩陣為：整系統(tǒng)屬于多變量系統(tǒng)，其數(shù)學描述傳遞矩陣為： )()()()()(6,61 ,66, 11 , 1sgsgsgsgsG 6, 16, 11)()()(,jisTeKsUsysgjisjijijiji 其中：其中：離散后可近似為：離散后可

42、近似為： )()1()(mkBUkAYkY 式中：式中：y(k)y(k) 9 99 9矩陣；矩陣；U U（k k） 9 91 1矩陣；矩陣； A A 9 99 9矩陣；矩陣； B B 9 99 9矩陣。矩陣。 46計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良46第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計46對于系統(tǒng)的每一個溫區(qū)，其簡化動態(tài)結(jié)構(gòu)：對于系統(tǒng)的每一個溫區(qū)，其簡化動態(tài)結(jié)構(gòu)： 廣義傳遞函數(shù)為：廣義傳遞函數(shù)為： sTKesesGDsTsi 11)( 廣義脈沖傳遞函數(shù)為：廣義脈沖傳遞函數(shù)為： 1/11)1(11)()( zeezKsTKesezsGzzGDDTTTTNDsTs 系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函

43、數(shù)為：系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為：1/1/1)1()( zezezCCTTNTT47計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良47第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計47數(shù)字控制器的脈數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)為：沖傳遞函數(shù)為： )1(1)1()1)(1()(1)()()(1/1/1/ NTTTTTTTTTTzezeeKezezzGzzDCCDCD進一步簡化為：進一步簡化為： 12111101)( NzbzbzaazDCDCDDCDCTTTTTTTTTTTTTTTTebeKeeaebeKea/2/)/()/(/1/1/01;)1(;)1(1 式中：式中： 差分化后得到控制器差分方程：差分化后得到

44、控制器差分方程： )1()()1()1()(1021 kEakEaNkUbkUbkU48計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良48第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計48四、硬件設(shè)計四、硬件設(shè)計硬件電路設(shè)計有：硬件電路設(shè)計有： 前級放大器及多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)。前級放大器及多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)。 A AD D轉(zhuǎn)換模板。轉(zhuǎn)換模板。 數(shù)字觸發(fā)控制模板。數(shù)字觸發(fā)控制模板。49計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良49第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計49五、軟件設(shè)計五、軟件設(shè)計 系統(tǒng)控制程序的任務(wù)系統(tǒng)控制程序的任務(wù) 系統(tǒng)初始化。系統(tǒng)初始化。 多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)的切換控制。多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)的切換控

45、制。 溫度反饋信號采樣和數(shù)字濾波、線性化處理。溫度反饋信號采樣和數(shù)字濾波、線性化處理。 讀給定輸入值，且將讀給定輸入值，且將BCDBCD碼轉(zhuǎn)換為二進制碼。碼轉(zhuǎn)換為二進制碼。 完成系統(tǒng)的控制算法和控制輸出。完成系統(tǒng)的控制算法和控制輸出。 定點或巡回顯示溫度值和網(wǎng)帶速度值。定點或巡回顯示溫度值和網(wǎng)帶速度值。 定時打印時間、溫度和網(wǎng)帶運行速度。定時打印時間、溫度和網(wǎng)帶運行速度。50計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良50第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計50 系統(tǒng)控制程序的模塊化系統(tǒng)控制程序的模塊化按控制功能將程序分成三個程序模塊：按控制功能將程序分成三個程序模塊： 系統(tǒng)初始化程序模塊系統(tǒng)初始化程序模塊系統(tǒng)初始化包括：系統(tǒng)初始化包括： 設(shè)置堆棧設(shè)置堆棧 清除動態(tài)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)清除動態(tài)數(shù)據(jù)緩沖區(qū) 初始化打印緩沖區(qū)初始化打印緩沖區(qū) 設(shè)置設(shè)置82538253計數(shù)器的控制字和計數(shù)初始計數(shù)器的控制字和計數(shù)初始值值 設(shè)置時鐘系統(tǒng)的初始值設(shè)置時鐘系統(tǒng)的初始值 設(shè)置控制算法程序的初始值設(shè)置控制算法程序的初始值 系統(tǒng)中斷控制初始化等系統(tǒng)中斷控制初始化等 51計算機工業(yè)控制西南科技大學制造科學與工程學院 馬有良51第10章 微型機控制系統(tǒng)設(shè)計51 外部中斷服務(wù)程序模