控制系統(tǒng)組成及作用

.z.章節(jié)名稱第4章控制系統(tǒng)教學名稱第1節(jié)控制系統(tǒng)的組成及其作用教學時數(shù)學時教學目標1．理解控制系統(tǒng)的組成2．掌握各組成局部的根本功能課程重點難點1.現(xiàn)代的微機控制系統(tǒng)的組成2.現(xiàn)代的微機控制系統(tǒng)各組成局部的根本功能教學方法及手段1．課堂理論課講授2．多媒體教學課件播放輔助教學第四章控制系統(tǒng)4.1控制系統(tǒng)的組成及其作用控制系統(tǒng)的組成〔5局部〕〔1〕數(shù)字控制裝置作用：程序譯碼執(zhí)行；狀態(tài)信號輸入采集處理，產(chǎn)生輸出控制信號和狀態(tài)顯示信息〔2〕輸入裝置作用：承受現(xiàn)場狀態(tài)信息和操作命令，〔專為可識別的信息格式〕〔3〕輸出裝置〔輸出設(shè)備〕作用：承受來自數(shù)字控制裝置的控制命令，轉(zhuǎn)化并執(zhí)行相應(yīng)命令信息，產(chǎn)生調(diào)解、改變系統(tǒng)工作狀態(tài)的操作和動作〔4〕輸入輸出接口作用：連接數(shù)字控制裝置和輸入輸出設(shè)備的信息橋梁，完成I/O信號的電平轉(zhuǎn)換，隔離，信號方式轉(zhuǎn)換，濾波，鎖存和緩沖等功能〔5〕功率放大電路作用：將輸出接口的輸出控制信號進展功率放大，以足夠的功率驅(qū)動輸出執(zhí)行設(shè)備〔輸出裝置〕，完成系統(tǒng)的運行控制系統(tǒng)的組成實例1：控制系統(tǒng)的組成實例2：作業(yè)：1．簡述機電一體化控制系統(tǒng)的構(gòu)成2．簡述機電一體化控制系統(tǒng)各功能部件的作用章節(jié)名稱第4章控制系統(tǒng)第2節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計要求教學目標1．理解評價機電一體化控制系統(tǒng)設(shè)計水平的10大技術(shù)要求2．理解可靠性評價指標的意義3．重點理解平安性，可靠性，穩(wěn)定性，環(huán)保性，經(jīng)濟性概念課程重點難點1.控制系統(tǒng)設(shè)計水平的10大技術(shù)要求2.平安性，可靠性，穩(wěn)定性，環(huán)保性，經(jīng)濟性概念的理解第四章控制系統(tǒng)4.2控制系統(tǒng)的設(shè)計要求控制系統(tǒng)的設(shè)計要求包括10個局部：〔1〕功能實用性：指功能，性能，精度，應(yīng)用范圍及特點等技術(shù)指標概況〔2〕系統(tǒng)可靠性：指系統(tǒng)在給定條件，預定時間內(nèi)能夠正常工作的概率〔評價：無故障工作時間和故障的排出時間〔含永久性和偶發(fā)性故障〕〕〔3〕運行穩(wěn)定性：系統(tǒng)的輸入量變化或受到外界干擾時，輸出量被迫離開原來的穩(wěn)定值過渡到另一個新的穩(wěn)定狀態(tài)的過程中，輸出量發(fā)生超出規(guī)定限度或發(fā)生非收斂性變化的概率〔包括超調(diào)，振蕩，滯后，靜態(tài)誤差等〕〔4〕操作宜人性：人機工程概念內(nèi)容，有助于提高效率，速度，質(zhì)量和可靠性〔5〕人機平安性：監(jiān)測，自動保護，報警，顯示，急停，極限保護等〔6〕環(huán)境保護水平：不產(chǎn)生環(huán)境污染〔7〕技術(shù)經(jīng)濟性：包括機電一體化設(shè)備制造的性價比和運行的性價比〔8〕構(gòu)造工藝性：設(shè)計應(yīng)滿足加工，裝配，檢測，包裝，安裝，維護的最正確工藝性〔9〕造型藝術(shù)性：系統(tǒng)外形，比率，形體構(gòu)造，色彩符合工業(yè)設(shè)計要求和時代美感〔10〕成果標準性：設(shè)計遵從相關(guān)法規(guī)，符合相關(guān)技術(shù)標準和技術(shù)標準附：※對工業(yè)控制計算機系統(tǒng)的根本要求具有完善的過程輸入/輸出功能具有實時控制功能具有可靠性具有較強的環(huán)境適應(yīng)性和抗干擾能力具有豐富的軟件※工業(yè)控制計算機分類及特點可編程控制器特點：程序可變，柔性好。可靠性強，適于工業(yè)環(huán)境。編程簡單，使用方便。功能完善。體積小，重量輕，易于裝入機器內(nèi)部?？偩€型工業(yè)控制計算機特點：提高設(shè)計效率，縮短設(shè)計和制造周期。提高系統(tǒng)可靠性。便于調(diào)試和維修。能適應(yīng)技術(shù)開展的需要。3.單片機單板機特點：受集成度的限制，片內(nèi)存儲器容量較小。可靠性高。易擴展?？刂乒δ軓?。一般單片機內(nèi)無監(jiān)控程序或系統(tǒng)通用管理程序。組成：(1)傳感器它將貯槽液位上下的信息轉(zhuǎn)換為一種特定的信號(如電壓、電流等)，并傳送到控制器，相當于人工控制時的眼睛。(2)控制器它承受變送器送來的信號，與生產(chǎn)工藝要求所預先設(shè)定的液位高度信號相比擬得出偏差，并按*種運算規(guī)則算出結(jié)果，然后將此結(jié)果用特定信號發(fā)送到執(zhí)行器，相當于人工控制時的大腦。(3)執(zhí)行器在這里就是控制閥，它可以根據(jù)控制器送來的信號以及信號值的大小自動調(diào)節(jié)閥門的開啟度，相當于人工控制時手和閥的組合。作業(yè)：1．簡述機電一體化控制系統(tǒng)設(shè)計的10個評價標準2．簡述機電一體化控制系統(tǒng)設(shè)計的穩(wěn)定性評價指標的內(nèi)容章節(jié)名稱第4章控制系統(tǒng)第3節(jié)控制系統(tǒng)中的輸入裝置教學目標1．理解機電一體化系統(tǒng)輸入裝置的根本功能2．理解計算機控制系統(tǒng)通用鍵盤的機構(gòu)組成，主要功能，在控制系統(tǒng)中作為輸入設(shè)備使用的技術(shù)特點3．掌握矩陣鍵盤的組成原理，和計算機的接口技術(shù)，鍵盤掃描工作方式的原理，特點，鍵號確定的方法，防抖動措施課程重點難點1.矩陣鍵盤的組成原理，和計算機的接口技術(shù)2.鍵盤軟件的防抖動措施，掃描工作方式的原理，特點，鍵號確定的方法，教學過程及時間分配：※控制系統(tǒng)輸入裝置的主要作用將控制命令信息和狀態(tài)信息送入數(shù)字控制系統(tǒng)※控制系統(tǒng)輸入裝置的主要種類鍵盤開關(guān)接口電路※開關(guān)量信號的一般輸入方法〔1〕輸入接口的形式確實定〔2〕防抖動措施確實定〔3〕開關(guān)電平確實定方法〔4〕工作方式確實定：①無條件方式的輸入②查詢方式的輸入③中斷方式的輸入※輸入鍵盤的種類⑴通用標準編碼鍵盤特點：軟件定義各個鍵的功能，充分利用微型計算機的現(xiàn)有軟硬件資源，簡化了系統(tǒng)設(shè)計和制作工作量，體積，總量，本錢，防塵較欠理想⑵專用的非編碼矩陣鍵盤特點：采用較少的硬件電路資源和專門設(shè)計的掃描軟件組成①功能單一，構(gòu)造簡單，體積小，重量輕，裝配緊湊合理②功能單一的掃描軟件，執(zhí)行速度快，系統(tǒng)運行效率高③根據(jù)控制功能的需要設(shè)計鍵的數(shù)量和功能分配，根本無冗余，功能鍵的位置組合根據(jù)需要設(shè)計，操作簡單快捷且人性化④具有較高的性價比⑤研制工作量較大非編碼矩陣鍵盤1.組成原理⑴本例為8行8列的矩陣鍵盤⑵輸出口為鎖存器74LS377，口地址為7FFFH⑶輸入口為緩沖器74LS244，口地址為7FFFH⑷由控制信號區(qū)分I/O接口⑸鍵盤采用中斷方式聯(lián)絡(luò)CPU⑹8行8列64鍵的鍵號為0～63⑺初始Q0～Q7=00H⑻有鍵按下與門輸出0，請求中斷⑼軟件防抖動判斷后，掃描鍵盤⑽先確定按下鍵的所在行，再確定按下鍵的所在列，由行號加相應(yīng)的列序號確定鍵號2.和MCS_51系統(tǒng)接口的控制程序設(shè)計(1)確定行輸出接口的地址(2)確定列輸入接口的地址(3)防抖動程序段的設(shè)計(4)行號的掃描確定方法設(shè)計(5)列號的掃描確定方法設(shè)計(6)鍵號的計算方法及確定設(shè)計(7)根據(jù)鍵號的跳轉(zhuǎn)〔8〕恢復到初始狀態(tài)即返回主程序作業(yè)：1．簡述常用的輸入設(shè)備和各自的特點2．簡述矩陣掃描鍵盤鍵號確實定方法第4章控制系統(tǒng)第4節(jié)控制系統(tǒng)中的信息顯示教學目標1．了解機電一體化系統(tǒng)CRT方式信息顯示根本內(nèi)容2．理解LED數(shù)碼管的顯示原理3．掌握機電一體化系統(tǒng)LED顯示器的組成，工作原理課程重點難點1.LED數(shù)碼管的構(gòu)造，顯示原理2.機電一體化系統(tǒng)LED顯示器的組成，河MCS——51的接口及工作原理控制系統(tǒng)的數(shù)碼管顯示概述〔1〕應(yīng)用意義：簡單，經(jīng)濟，在信息量較少的控制系統(tǒng)中應(yīng)用具有較高的性價比〔2〕LED數(shù)碼管類型①七段LED數(shù)碼管〔按顯示段數(shù)〕②八段LED數(shù)碼管③十六段LED數(shù)碼〔3〕LED數(shù)碼管類型①共陰極LED數(shù)碼管〔按共極性〕②共陽極LED數(shù)碼管控制系統(tǒng)的數(shù)碼管顯示〔1〕LED數(shù)碼管的內(nèi)部構(gòu)造原理：按數(shù)字圖案排列的8個LED發(fā)光二極管〔2〕LED數(shù)碼管的顯示原理：按所需要的字符圖案點亮相應(yīng)的LED，完成相應(yīng)字符和圖案的顯示效果LED數(shù)碼管的引腳示意圖控制系統(tǒng)的數(shù)碼管顯示編碼——共陰極LED數(shù)碼管LED數(shù)碼管顯示靜態(tài)顯示接口電1.靜態(tài)顯示電路特點亮度高，無閃爍，軟件設(shè)計簡單電路硬件本錢高，位數(shù)少適用2.電路組成使用多功能并行接口8255直接驅(qū)動3位LED數(shù)碼管3.軟件設(shè)計內(nèi)存開設(shè)顯示緩沖區(qū)，存放待顯示字符的二進制碼，由顯示輸出子程序調(diào)用刷新4.動態(tài)顯示電路的特點：亮度較低，存在掃描閃爍，軟件設(shè)計復雜，CPU利用率下降，電路硬件本錢低，位數(shù)較多的顯示電路適用根本原理：按位依次從顯示緩沖區(qū)取出顯示碼并送入字形碼鎖存器，再根據(jù)該字符所在位將位編碼送入位鎖存器僅讓該位LED顯示該字形碼字符，經(jīng)適當延時，再改為下一位的點亮顯示，到最后一位點亮延時后，再從頭開場，由于人的視覺暫留效應(yīng)，感覺效果依然是連續(xù)顯示作業(yè)：1．簡述LED顯示器的兩類顯示方式的特點2．簡述LED顯示器的動態(tài)顯示方式的原理和特點章節(jié)名稱第4章控制系統(tǒng)第5節(jié)控制系統(tǒng)中的信息輸入輸出教學目標1．掌握并行輸入輸出的概念，應(yīng)用特點2．掌握并行輸入輸出接口電路的一般原理和特點，掌握MCS——51并行接口的應(yīng)用和擴展技術(shù)3．掌握并行輸出硬件方式的步進電機環(huán)形分配器的設(shè)計和工作原理4．理解串行輸入輸出的概念，工作特點，傳送速率和狀態(tài)檢測的概念課程重點難點1.并行輸入輸出接口電路的一般原理和特點，掌握MCS——51并行接口的應(yīng)用和擴展技術(shù)2.YB—013步進電機環(huán)形分配器的接口電路設(shè)計和工作原理第四章控制系統(tǒng)4.5控制系統(tǒng)的信息輸入輸出兩種I/O方式①信號的并行輸入輸出方式②信號的串行輸入輸出方式并行輸入輸出〔1〕并行I/O方式的特點①傳輸速度快，傳輸信號線多，使用于近距離傳送②機電一體化系統(tǒng)中的方式選擇，位置，壓力等開關(guān)量信號適合并行傳送③控制系統(tǒng)中的非編碼矩陣鍵盤適合并行輸入輸出④一般可同時完成電平轉(zhuǎn)換，隔離，鎖存，緩沖，功放等技術(shù)處理〔2〕常用的接口芯片①簡單的輸入接口：可使用TTL8-緩沖器74LS244等芯片②簡單的輸出接口：可使用TTL鎖存器74LS377，74LS277，74LS373等芯片③使用通用多功能并行接口：例如8255，8155等④直接使用單片微型機的片內(nèi)并行接口，例80C31，80C51，87C51的P0，P1，P2，P3準雙向8位并行接口，既可8位并行I/O傳送，又可位控操作并行I/O中的光電隔離電路1.光電隔離的主要意義⑴系統(tǒng)內(nèi)外電路的電器隔離，防止搶點系統(tǒng)對微機系統(tǒng)的影響⑵電平轉(zhuǎn)換2.常見的3種光電隔離電路類型同相輸出反相輸出開關(guān)量輸入并行輸入輸出應(yīng)用例步進電機環(huán)形分配器控制作業(yè)：1．簡述三種常見的光電耦合器的應(yīng)用形式的工作原理2．簡述YB013接口電路的工作原理章節(jié)名稱第4章控制系統(tǒng)第6節(jié)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理教學目標1．理解計算機系統(tǒng)的數(shù)制轉(zhuǎn)換處理2．理解數(shù)字控制系統(tǒng)數(shù)字濾波的概念，特點和應(yīng)用意義3．了解程序判斷濾波的應(yīng)用原理和意義4．了解算術(shù)平均濾波的應(yīng)用原理和意義課程重點難點1.計算機系統(tǒng)的數(shù)制轉(zhuǎn)換處理根本內(nèi)容2.程序判斷濾波的原理和適用范圍3.數(shù)字平均濾波的原理和適用范圍數(shù)制的轉(zhuǎn)換處理1.十進制——二進制的數(shù)制的轉(zhuǎn)換處理ASCII碼的概念和根本內(nèi)容BCD碼的概念和根本內(nèi)容2.二進制——十進制的數(shù)制的轉(zhuǎn)換處理數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波相對模擬濾波的技術(shù)特點(1)軟件濾波技術(shù)(2)可靠,無阻抗匹配問題(3)可對極低頻率的信號進展濾波處理(BC濾波器則因R或C的值太大無法實現(xiàn)1.程序判斷濾波(1)根據(jù)經(jīng)歷或工藝分析確定兩次采樣之間可能出現(xiàn)的最大偏差Δ*(2)采樣后發(fā)現(xiàn)偏差大于Δ*，則是干擾而放棄〔3〕采樣后發(fā)現(xiàn)偏差小于Δ*，則是不是干擾而輸入〔4〕具有限幅濾波和限速濾波兩大類〔5〕適用：變化緩慢的信號〔溫度、液位等〕2.算術(shù)平均濾波〔1〕方法：取n次采樣