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微型计算机控制技术微型计算机控制技术第5章 微型计算机控制系统设计 掌握微型掌握微型计计算机控制系算机控制系统统各部分的工作原理、硬件各部分的工作原理、硬件软软件件组组成，以及控制算法之后，可以成，以及控制算法之后，可以进进行微型行微型计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计 生生产过产过程多程多样样控制要求和控制方案控制要求和控制方案微机控制微机控制系系统规统规模和构成模和构成控制系控制系统统的的设计设计方法和步方法和步骤骤按微机控制系按微机控制系统规统规模和构成方式分模和构成方式分类类：基本控制系基本控制系统统：直接面向生：直接面向生产过产过程，可按程，可按专专用或通用系用或通用系统统；分散控制系分散控制系统统：本章本章讨论计讨论计算机控制系算机控制系统设计统设计的基本要求、特点的基本要求、特点以及一般步以及一般步骤骤、方法及每一步具体、方法及每一步具体设计设计的内容。的内容。微型计算机控制技术微型计算机控制技术第五章 微型计算机控制系统设计5.1 微型计算机控制系统设计的基本要求5.2 微型计算机控制系统设计的一般步骤5.3 设计举例微型计算机控制技术微型计算机控制技术5.15.1 微型微型微型微型计计计计算机控制系算机控制系算机控制系算机控制系统设计统设计统设计统设计的基本要求的基本要求的基本要求的基本要求一、可靠性高一、可靠性高二、系二、系统统操作性能好操作性能好三、通用性好，便于三、通用性好，便于扩扩充充四、四、实时实时性性强强五、五、经济经济效益好效益好微型计算机控制技术微型计算机控制技术1.原因：原因：过程控制程控制计算机不同于科学算机不同于科学计算和管理的算和管理的计算机，算机，它的工作它的工作环境境恶劣，干劣，干扰多。多。控制系控制系统统不允不允许许出出现现故障，由于故障故障，由于故障轻则轻则影响生影响生产产，重重则则造成事故。造成事故。因此，因此，设计过设计过程中将可靠性放在首位。程中将可靠性放在首位。一、可靠性高微型计算机控制技术微型计算机控制技术硬件方面：硬件方面：选用高性能的工控机，保用高性能的工控机，保证在在恶劣劣环境下境下 正常运行。正常运行。采用集散控制系采用集散控制系统统：分：分级级分布控制，故障分布控制，故障对对系系统统的影响的影响 主要包括基本控制器（控制被控主要包括基本控制器（控制被控对对象）象）和上和上级计级计算机（算机（监监督和管理）；督和管理）；软软件方面：件方面：设计设计可靠的控制方案，并可靠的控制方案，并设计设计各种安全保各种安全保护护 措施，如措施，如报报警、事故警、事故预测预测、事故、事故处处理等。理等。后后备备装置：一旦出装置：一旦出现现故障，将后故障，将后备备装置切装置切换换到控制到控制 回路中，以回路中，以维维持生持生产过产过程的正常运行。程的正常运行。2.提高可靠性的方法:微型计算机控制技术微型计算机控制技术后后备备装置的三种情况：装置的三种情况：.对对于于一般一般的控制回路，的控制回路，选选用用手手动动操作器操作器作作为为后后备备；.对对于于重要重要的控制回路，的控制回路，选选用用常常规规控制控制仪仪表表作作为为后后备备.对对于于特殊特殊的控制回路，的控制回路，设计设计两台两台计计算机，互算机，互为为 备备用地用地执执行控制任行控制任务务，称，称为为双机系双机系统统。微型计算机控制技术微型计算机控制技术双机系统的工作方式：.备备份工作方式：份工作方式：一台作一台作为为主机投入系主机投入系统统运行，另一台作运行，另一台作为备为备份份机机处处于通于通电电状状态态，若主机出，若主机出现现故障故障时时，将，将备备份机切份机切入系入系统统运行作运行作为为主机，而排除故障的原主机，作主机，而排除故障的原主机，作为为备备份机；份机；.主从工作方式：主从工作方式：两台两台计计算机同算机同时时投入系投入系统统运行，分运行，分别执别执行不同行不同任任务务，如一台承担整个系，如一台承担整个系统统的控制任的控制任务务(主机），主机），另一台另一台则执则执行一般的数据行一般的数据处处理和部分理和部分设备设备的控制工的控制工作（从属机）；作（从属机）；微型计算机控制技术微型计算机控制技术.双机工作方式：双机工作方式：两台两台计计算机同算机同时时投入运行，且任何一个投入运行，且任何一个时时刻都同刻都同步步执执行同一个任行同一个任务务，并把，并把结结果果进进行核行核对对，若若相同相同，则说则说明两台明两台计计算机工作正常，可以算机工作正常，可以输输出出核核对对后的后的结结果。果。若若不同不同，则说则说明其中一台有明其中一台有问题问题 ，此，此时时封封锁输锁输出，出，同同时对时对前一步前一步进进行重复行重复处处理，然后再核理，然后再核对对，若，若经经几次几次核核对对后后结结果仍不相符，果仍不相符，则则启启动动故障故障诊诊断程序，将故障断程序，将故障机隔离，另一台作机隔离，另一台作为为主机主机执执行控制任行控制任务务。微型计算机控制技术微型计算机控制技术二、系统操作性能好1.使用方便：使用方便：操作操作简单简单，直，直观观形象，便于掌握，不要求操作工人形象，便于掌握，不要求操作工人更多的更多的专业专业知知识识，既要体，既要体现现操作的先操作的先进进性，又要兼性，又要兼顾顾原有操作原有操作习惯习惯(PID)；表表现现在两个方面：在两个方面：2.维维修容易：修容易：易于易于查查找故障，排除故障找故障，排除故障。*采用采用标标准的功能模板式准的功能模板式结结构，便于更构，便于更换换；*在功能模板上安装工作状在功能模板上安装工作状态态指示灯和指示灯和监测监测点，便于点，便于检查检查*软软件：配置件：配置查错查错程序或程序或诊诊断程序，断程序，缩缩短排除故障的短排除故障的时间时间微型计算机控制技术微型计算机控制技术三、通用性好，便于扩充 计计算机控制的算机控制的对对象千象千变变万化，且万化，且过过程控制程控制计计算机的研算机的研发发需要一定的投需要一定的投资资和周期，因此，和周期，因此，不可能不可能为为一个生一个生产过产过程或一台装置研制一台程或一台装置研制一台专专用用计计算机，而要考算机，而要考虑虑通用性通用性,即即在系在系统设计时应统设计时应考考虑虑能适能适应应各种不同各种不同设备设备和不同控制和不同控制对对象象，按，按照控制要求灵活构成系照控制要求灵活构成系统统。微型计算机控制技术微型计算机控制技术三、通用性好，便于扩充1.硬件模板硬件模板设计设计：采用采用标标准准总线结总线结构，配置各种通用的功能构，配置各种通用的功能模板，以便模板，以便扩扩充充时时，只需增加功能模板即可。，只需增加功能模板即可。通用灵活性体通用灵活性体现现在两个方面：在两个方面：2.软软件模件模块块或控制算法或控制算法设计设计：采用采用标标准模准模块结块结构，用构，用户户使用使用时时只需按只需按控制要求控制要求选择选择各种功能模各种功能模块块，灵活地，灵活地进进行控行控制系制系统组态统组态。微型计算机控制技术微型计算机控制技术四、实时性强 过过程控制的程控制的实时实时性，表性，表现现在内部和外部事件能及在内部和外部事件能及时时响响应应并作出相并作出相应处应处理，不理，不丢丢失信息，不延失信息，不延误误操作。操作。计计算机算机处处理的事件：理的事件：1.1.定定时时事件：如数据的定事件：如数据的定时时采集、运算和控制等；采集、运算和控制等；2.2.随机事件：如事故、随机事件：如事故、报报警等警等系系统设统设置置时钟时钟，保，保证证定定时处时处理理系系统设统设置中断，并根据故障的置中断，并根据故障的轻轻重重缓缓急急预预先分配中断先分配中断级别级别，一旦事故，一旦事故发发生，保生，保证优证优先先处处理理紧紧急故障。急故障。微型计算机控制技术微型计算机控制技术五、经济效益好表表现现在三方面在三方面:1.1.系系统设计时统设计时要尽量在要尽量在满满足精度、速度及其他性能要求足精度、速度及其他性能要求的前提下，的前提下，缩缩短短设计设计周期周期，并要有一定的，并要有一定的预见预见性性。2.2.系系统统的的性能价格比高性能价格比高：满满足足设计设计要求的情况下，尽量要求的情况下，尽量采用廉价的元器件采用廉价的元器件3.3.系系统统的的投入投入产产出比高出比高：提高：提高产产品品质质量，降低能耗，消量，降低能耗，消除除环环境境污污染，改善染，改善劳动劳动条件等方面条件等方面综综合合评评估。估。微型计算机控制技术微型计算机控制技术5.25.2 微型微型微型微型计计计计算机控制系算机控制系算机控制系算机控制系统设计统设计统设计统设计的一般步的一般步的一般步的一般步骤骤骤骤5.2.1 系系统总统总体控制方案体控制方案设计设计5.2.2 微型微型计计算机算机选择选择5.2.3 控制算法的控制算法的设计设计5.2.4 硬件硬件设计设计5.2.5 软软件件设计设计5.2.6 系系统联调统联调微型计算机控制技术微型计算机控制技术5.2.1 系统总体控制方案设计一、确定控制任一、确定控制任务务二、硬件二、硬件软软件功能分配与件功能分配与协调协调三、接口三、接口设计设计四、通道四、通道设计设计五、操作五、操作员员控制台控制台设计设计微型计算机控制技术微型计算机控制技术一、确定控制任务 深入了解控制深入了解控制对对象，熟悉生象，熟悉生产产工工艺过艺过程，提出系程，提出系统统控制要求，确定系控制要求，确定系统应统应完成的任完成的任务务。1.从控制系从控制系统统整体整体结结构考构考虑虑：开开环环或或闭环闭环；需要需要检测检测的物理量、如何的物理量、如何检测检测、检测检测精度如何；精度如何；执执行机构采用的方案行机构采用的方案(电动电动机机驱动驱动、液、液压驱动压驱动或其他方式或其他方式)2.确定微型确定微型计计算机在控制系算机在控制系统统中的作用以及承担的任中的作用以及承担的任务务：作用：作用：给给定定计计算、直接控制、数据算、直接控制、数据处处理、理、监监督控制；督控制；确定确定为为完成任完成任务务而需要具而需要具备备的功能；的功能；需要需要设计设计哪些哪些输输入入输输出通道和配出通道和配备备的外的外围设备围设备。完成系完成系统设计统设计的任的任务书务书，画出系，画出系统统构成的粗框构成的粗框图图。微型计算机控制技术微型计算机控制技术一、确定控制任务 这这一步决定了系一步决定了系统统整体控制方案，整体控制方案，即即设计设计的方案的方案应满应满足性能指足性能指标标先先进进、方、方案合理可行、可靠性高、性能案合理可行、可靠性高、性能/价格比好价格比好的要求，并且尽可能做到具有一定的通的要求，并且尽可能做到具有一定的通用性、可移植性、和便于用性、可移植性、和便于扩扩充等。充等。微型计算机控制技术微型计算机控制技术二、硬件软件功能分配与协调1.多采用硬件：多采用硬件：简简化化软软件件设计设计工作，且使系工作，且使系统统的的快速性快速性得到改善；得到改善；但但成本成本增加，因接点数增加而降低增加，因接点数增加而降低可靠性可靠性，甚至，甚至 削弱系削弱系统统的的抗干抗干扰扰性能性能。微机控制系微机控制系统统是由硬件和是由硬件和软软件共同件共同组组成的，成的，对对于某些既于某些既可以用硬件，也可以用可以用硬件，也可以用软软件完成的功能，在件完成的功能，在进进行行设计时设计时，应应充分考充分考虑虑硬件和硬件和软软件的特点，合理件的特点，合理进进行功能分配与行功能分配与协调协调。2.多采用多采用软软件：件：减少系减少系统统的的元器件元器件，增加系，增加系统统控制的控制的灵活性灵活性；但系但系统统的的速度速度要相要相应应降低。降低。微型计算机控制技术微型计算机控制技术二、硬件软件功能分配与协调 软软件和硬件功能分配要根据各自的件和硬件功能分配要根据各自的特点和特点和实际应实际应用用的具体情况来决定。的具体情况来决定。目前，目前，选选用用高性能的微型高性能的微型计计算机算机，尽可，尽可能地用能地用软软件来件来实现实现系系统统的控制的控制功能，是微型功能，是微型计计算机控制技算机控制技术术的一个的一个发发展方向展方向。微型计算机控制技术微型计算机控制技术三、接口设计包括两方面的内容：包括两方面的内容：通常通常选选用的微型用的微型计计算机、算机、单单片机均已配片机均已配备备了相当数量的了相当数量的输输入入输输出接口出接口电电路，如并口、串路，如并口、串口以及口以及计计数器数器/定定时时器，在器，在进进行接口行接口设计时设计时，首先要充分合理地使用首先要充分合理地使用这这些接口，当系些接口，当系统统原有原有接口不接口不够时够时，才，才进进行接口的行接口的扩扩充。充。微型计算机控制技术微型计算机控制技术1.1.扩扩充接口充接口三种方法：三种方法：.用集成用集成电电路自行路自行设计设计接口接口电电路：路：例如一个控制系例如一个控制系统统需要需要输输入多入多组组数据数据时时，可以用，可以用74LS138（译码译码器）和器）和74LS244(三三态缓态缓冲器）冲器）组组成成输输入接口。入接口。.选选用用专门专门的功能接口板：的功能接口板：硬件工作量小，可靠性高，但昂硬件工作量小，可靠性高，但昂贵贵，一般用来，一般用来组组成成较较大的系大的系统统；.选选用通用接口用通用接口电电路：路：由于通用接口由于通用接口电电路是路是标标准化的，因此在了解了准化的，因此在了解了它它们们的作用、性能、的作用、性能、编编程以及与程以及与CPU的的连连接方法后，接方法后，扩扩充接口比充接口比较较方便。方便。微型计算机控制技术微型计算机控制技术.若采用中断控制若采用中断控制I/O方式方式 就要考就要考虑虑中断申中断申请输请输入、中断入、中断优优先先权权等等处处理理问题问题；.若采用直接存若采用直接存储储器存取方式，器存取方式，则则要增加要增加DMA控制器作控制器作为辅为辅助助电电路加到接口上。路加到接口上。2.2.安排各接口安排各接口电电路路输输入入输输出端的出端的输输入入输输出信号，出信号，选选定各信号定各信号输输入入输输出出时时采用何种控制方式。采用何种控制方式。微型计算机控制技术微型计算机控制技术四、通道设计 输输入入输输出通道是出通道是计计算机与被控算机与被控对对象之象之间间相互交相互交换换信息的信息的桥桥梁梁。3.脉冲量脉冲量输输入入输输出通道：出通道：4.由隔离元件、分由隔离元件、分频频或倍或倍频电频电路、路、计计数器、定数器、定时时器等器等组组成成 本设计步骤中，应确定本系统应设置什么样的通道、每个通道由几部分组成、各选用什么器件等。2.开关量开关量输输入：解决入：解决电电平平转换转换、去抖、去抖动动、抗干、抗干扰扰等等问题问题；开关量开关量输输出：出：驱动驱动功率、功率、输输出隔离。出隔离。1.AI：一般由信号一般由信号处处理理电电路（路（标标度度变换变换、滤滤波、隔离、波、隔离、2.电电平平转换转换、线线性化性化处处理等）、采理等）、采样样保持、放大保持、放大器器3.和和A/D转换转换器器组组成；成；AO：由由A/D转换转换、输输出保持出保持组组成。成。微型计算机控制技术微型计算机控制技术五、操作员控制台设计为为了便于人机了便于人机联联系，一般不能用微型系，一般不能用微型计计算机的算机的键盘键盘代替。代替。一般应具有以下功能：1.一一组组或几或几组组数据数据输输入入键键：用于用于输输入或更新入或更新给给定定值值，修改控制器参数或其他必要数据，修改控制器参数或其他必要数据2.一一组组或几或几组组功能功能键键或或转换转换开关：开关：用于用于转换转换工作方式，起工作方式，起动动、停止系、停止系统统运行或完成运行或完成某种特定的系某种特定的系统统操作功能。操作功能。3.一个一个显显示装置或示装置或显显示屏：示屏：用于用于显显示状示状态态、参数及故障指示等。、参数及故障指示等。4.一个一个“紧紧急停止急停止”按按钮钮：用于在用于在紧紧急事故急事故时时停止系停止系统统运行，运行，转转入故障入故障处处理。理。微型计算机控制技术微型计算机控制技术五、操作员控制台设计控制台控制台设计时设计时注意事注意事项项：1.1.必必须须明确明确转换转换开关、按开关、按钮钮、键盘键盘、数字、数字显显示示器和状器和状态态、故障指示灯等的作用和意、故障指示灯等的作用和意义义；2.2.必必须须仔仔细设计细设计控制台的硬件及其相控制台的硬件及其相应应的控制的控制台管理程序，使系台管理程序，使系统统的操作既方便灵活，又安全的操作既方便灵活，又安全可靠，即使操作失可靠，即使操作失误误也不至于引起也不至于引起严严重后果。重后果。微型计算机控制技术微型计算机控制技术5.2.2 微型计算机选择一、微型一、微型计计算机系算机系统统构成方案的构成方案的选择选择二、微型二、微型计计算机系算机系统统功能以及性能指功能以及性能指标标的的选择选择 必必须须要根据微型要根据微型计计算机在控制系算机在控制系统统中中应应完成的任完成的任务务来来选择选择。微型计算机控制技术微型计算机控制技术一、微型计算机系统构成方案的选择1.1.组组装方案装方案2.2.单单板机或板机或单单片机方案片机方案3.3.通用微型通用微型计计算机系算机系统统方案方案4.4.通用工通用工业业控制控制计计算机系算机系统统方案方案微型计算机控制技术微型计算机控制技术1.组装方案 从从选择选择微微处处理器芯片理器芯片开始，根据控制系开始，根据控制系统统要求，要求，适当配置适当配置存存储储器和接口器和接口电电路路，选择选择合适的合适的总线总线，然后，然后进进行行插件板和印刷插件板和印刷电电路板路板的的设计设计，最后，最后进进行行组组装，并装，并和和设计设计好的好的软软件件一起一起调试调试。优优点：点：根据控制任根据控制任务进务进行的行的设计设计，因此，因此结结构构紧紧凑、凑、节节省省设备设备、机器效率高，特机器效率高，特别别适用于适用于专专用控制系用控制系统统的需要。的需要。缺点：缺点：对设计对设计者知者知识识的广度和深度要求比的广度和深度要求比较较高，且高，且设计设计工作复工作复杂杂、工作量大，要、工作量大，要编编写全部写全部软软件，研制周期件，研制周期长长。这这种方式适合于种方式适合于大批量生大批量生产产，在需要量不大的情况下，在需要量不大的情况下，应应避免采用避免采用这这种方案种方案。微型计算机控制技术微型计算机控制技术2.单片机方案 单单片机片机实际实际是一台小是一台小规规模的微型模的微型计计算机系算机系统统，且近年来，且近年来发发展迅速展迅速(intel MCS-48,MCS-51,MCS-96以及以及MCS-80C196)，它，它们们在微型在微型计计算机控制算机控制领领域得到了广泛的域得到了广泛的 应应用。用。选选用用单单片机方案的片机方案的优优点是工作量大大减小，点是工作量大大减小，成本低。成本低。微型计算机控制技术微型计算机控制技术3.通用微型计算机系统方案适用：适用：对对于于较较大型的微型大型的微型计计算机控制系算机控制系统统，要求，要求 控制控制计计算机的内存容量大、算机的内存容量大、处处理信息能力理信息能力 强强、监监控系控系统统比比较较完完备备等条件。等条件。通用微型通用微型计计算机的特点：算机的特点：系系统结统结构完构完备备、外、外围设备齐围设备齐全、有丰富的系全、有丰富的系统软统软件件资资源，且在源，且在标标准化、模准化、模块块化等方面都做了化等方面都做了大量工作。大量工作。方案的方案的优优点：点：控制功能控制功能强强、设计设计工作量小、研制周期短。工作量小、研制周期短。方案的缺点：方案的缺点：成本高、成本高、计计算机利用率低、可靠性差。算机利用率低、可靠性差。微型计算机控制技术微型计算机控制技术4.通用工业控制计算机系统方案 针对针对通用微型通用微型计计算机系算机系统统用于工用于工业现场业现场可靠可靠性差等性差等问题问题，近年来，推出多种适用于工，近年来，推出多种适用于工业现场业现场恶恶劣劣环环境的工境的工业业控制微型控制微型计计算机系算机系统统。如如STD总线总线工工业业控制机、控制机、PC总线总线工工业业控制机等。控制机等。需要需要说说明：明：控制用微型控制用微型计计算机系算机系统设计应统设计应着眼于能着眼于能够够满满足足性能要求性能要求，在，在满满足性能要求的前提下，足性能要求的前提下，结结构愈构愈简单简单愈好，甚至有愈好，甚至有时为时为了提高可靠性，不了提高可靠性，不惜降低一些性能指惜降低一些性能指标标。微型计算机控制技术微型计算机控制技术二、微型计算机系统功能以及性能指标的选择1.1.完善的中断系完善的中断系统统2.2.足足够够的存的存储储容量容量3.3.完完备备的的输输入入输输出和出和实时时钟实时时钟4.4.微微处处理器有足理器有足够够的数据的数据处处理能力理能力微型计算机控制技术微型计算机控制技术1.完善的中断系统 微型微型计计算机系算机系统统必必须须具有具有实时实时控制控制功能，功能，包括两个方面的含意：包括两个方面的含意：1.1.在系在系统统正常运行正常运行时时的的实时实时控制能力：控制能力：修改参数，改修改参数，改变变某个工作程序或指出某某个工作程序或指出某规规定定时间间时间间隔已到等等；隔已到等等；2.2.发发生故障生故障时紧时紧急急处处理的能力：理的能力：在在输输入入输输出异常或出出异常或出现紧现紧急情况急情况时进时进行行报报警警和作出相和作出相应应的保的保护处护处理。理。处处理理这这些些问题问题一般均采用一般均采用中断控制中断控制方式，因此要求微方式，因此要求微型型计计算机具有算机具有较较完善的完善的中断系中断系统统，而且，而且选选用的接口芯片也用的接口芯片也应应有有中断工作方式中断工作方式。微型计算机控制技术微型计算机控制技术2.足够的存储容量 微型微型计计算机系算机系统应统应具有一定的具有一定的内存内存容量来容量来存放数据存放数据.当内存容量不足以存放程序和数据当内存容量不足以存放程序和数据时时，应扩应扩充充内存，有内存，有时还应时还应配配备备适当的适当的外部存外部存储储器器；.系系统统亦可亦可扩扩充充只只读读存存储储器器，将，将调试调试成功的成功的应应用用程序写入只程序写入只读读存存储储器。器。微型微型计计算机系算机系统统通常配通常配备备有磁有磁盘驱动盘驱动器，器，用硬用硬盘盘或或软盘软盘作作为为外部存外部存储储器。器。微型计算机控制技术微型计算机控制技术3.完备的输入输出和实时时钟输输入入输输出通道：出通道：外部外部过过程和微型程和微型计计算机交算机交换换信息的通道，信息的通道，控制系控制系统统的具体情况不同，的具体情况不同，对输对输入入输输出的要求也出的要求也不同（不同（AI、AO、DI、AO)。实时时钟实时时钟：在系在系统实时统实时控制中控制中给给出出时间时间参数，参数，记记下事件下事件发发生的生的时时刻，同刻，同时时使系使系统统能按能按规规定的定的时间顺时间顺序完序完成各种操作。成各种操作。微型计算机控制技术微型计算机控制技术4.微处理器有足够的数据处理能力字字长长：并行数据并行数据总线总线的的线线数数 字字长长直接影响数据的精度、直接影响数据的精度、寻寻址能力、指令址能力、指令数目和数目和执执行操作的行操作的时间时间。目前，微型目前，微型计计算机控制系算机控制系统统多采用多采用8位、位、16位或位或32位的微位的微处处理器，其数据理器，其数据处处理速度、理速度、处处理能理能力等随字力等随字长长增加增加递递增，增，实际实际使用使用时时，根据控制要，根据控制要求可求可选选用合适字用合适字长长的微的微处处理器。理器。微型计算机控制技术微型计算机控制技术指令的指令的执执行速度：行速度：可以与字可以与字长长的的选择选择一起考一起考虑虑4.微处理器有足够的数据处理能力 当当字字长长短短时时，就要采用多字，就要采用多字节节运算以保运算以保证证精度，精度，因此完成因此完成计计算和控制的算和控制的时间时间就会增加，就会增加，为为保保证实时证实时性，必性，必须选须选用用指令指令执执行速度快行速度快的微的微处处理器理器 当当字字长长足足够够保保证证精度精度时时，不必用多字，不必用多字节节运算，运算，因此完成因此完成计计算和控制的算和控制的时间时间就会比就会比较较短，因此可以短，因此可以选选用用指令指令执执行速度慢行速度慢的微的微处处理器。理器。微微处处理器的速度理器的速度选择选择可根据不同的被控可根据不同的被控对对象而定。象而定。反反应缓应缓慢的化工生慢的化工生产过产过程、高速运行的加工机床。程、高速运行的加工机床。微型计算机控制技术微型计算机控制技术 指令系指令系统统：一般来一般来说说，微，微处处理器的指令系理器的指令系统统越丰富，越丰富，针对针对特定操作的指令就越多，因此会减少程序特定操作的指令就越多，因此会减少程序量，加快数据量，加快数据处处理速度。理速度。通常，通常，8 8位及其以上的微位及其以上的微处处理器都具有足理器都具有足够够的指令种的指令种类类和数量，能基本和数量，能基本满满足控制要求。足控制要求。4.微处理器有足够的数据处理能力微型计算机控制技术微型计算机控制技术5.2.3 控制算法的设计 控制算法控制算法设计设计直接影响控制系直接影响控制系统统的品的品质质，甚至决定，甚至决定整个系整个系统设计统设计的成的成败败，是系，是系统设计统设计中的重要工作之一。中的重要工作之一。控制算法:可程序化设计的系统控制规律。数学模型数学模型 是系是系统统运运动规动规律的数学表达，它反映了系律的数学表达，它反映了系统统 输输入、入、输输出以及内部状出以及内部状态变态变量之量之间间的的逻辑逻辑和数学关系。和数学关系。控制算法控制算法设计设计必必须须在在对对系系统统的数学模型分析和的数学模型分析和综综合合设计设计的基的基础础上求得相上求得相应应的控制的控制规规律。律。微型计算机控制技术微型计算机控制技术5.2.3 控制算法的设计 控制算法控制算法设计设计要根据具体控制要根据具体控制对对象、控制性能指象、控制性能指标标要求以及所要求以及所选选用的微型用的微型计计算机算机对对数据数据处处理能力来理能力来进进行。行。在在设计设计中要注意以下中要注意以下问题问题：1.针对针对不同的被控不同的被控对对象和性能指象和性能指标标要求要求设计设计控制算法控制算法 由于控制算法由于控制算法对对系系统统的性能指的性能指标标有直接的影响，因此，有直接的影响，因此，选选定的控制算法必定的控制算法必须满须满足控制速度、控制精度和系足控制速度、控制精度和系统稳统稳定性定性的要求。的要求。微型计算机控制技术微型计算机控制技术2.各种控制算法提供的通用各种控制算法提供的通用计计算公式算公式 对对于具体的特定的控制于具体的特定的控制对对象，必象，必须须有分析有分析的的选选用，而且在某些情况下可能要用，而且在某些情况下可能要进进行必要的修行必要的修改和改和补补充。充。3.控制算法的控制算法的设计设计要充分考要充分考虑虑其可其可实现实现性性 当控制算法比当控制算法比较较复复杂时杂时，可忽略某些因素的影响，可忽略某些因素的影响，将系将系统统的数学模型和控制算法作一些合理的的数学模型和控制算法作一些合理的简简化。化。微型计算机控制技术微型计算机控制技术5.2.4 硬件设计 微型微型计计算机控制系算机控制系统统中，由于微型中，由于微型计计算机承担算机承担了控制系了控制系统统中的中的许许多功能，大大多功能，大大节节省了硬件器件。省了硬件器件。但即使如此，一个控制系但即使如此，一个控制系统统中硬件中硬件电电路的路的设计还设计还是不可缺少的，它在控制系是不可缺少的，它在控制系统统中所起的作用与控中所起的作用与控制程序制程序时时同同样样重要的。重要的。硬件是系硬件是系统统可靠性的保可靠性的保证证。微型计算机控制技术微型计算机控制技术5.2.4 硬件设计 硬件硬件设计设计的任的任务务在在总总体体设计阶设计阶段已段已经经明确，明确，这这一步一步骤骤要根据要根据总总体体设计结设计结果，果，设计设计系系统电统电气原理气原理图图，再按照，再按照电电气原理气原理图图着手元件的着手元件的选购选购和和线线路路设设计计工作。工作。从从电电路工作原理的路工作原理的设计设计、硬件元件的、硬件元件的选选定、定、筛选筛选，到印刷，到印刷电电路板的路板的设计设计制作和制作和焊焊接接调试调试，每，每一个一个环节环节都必都必须认须认真做好，才能保真做好，才能保证证硬件的硬件的质质量量微型计算机控制技术微型计算机控制技术5.2.5 软件设计一、一、软软件的分件的分类类二、微型二、微型计计算机控制系算机控制系统软统软件的特点件的特点三、三、应应用程序的用程序的语语言言选择选择及及设计设计步步骤骤软软件件设计设计是微型是微型计计算机控制系算机控制系统设计统设计的重要部分。的重要部分。微型计算机控制技术微型计算机控制技术一、软件的分类1.系系统软统软件：件：为为了提高微型了提高微型计计算机使用效率、算机使用效率、扩扩大功能、大功能、为为用用户户使使用、用、维护维护和管理和管理计计算机提供方便而算机提供方便而专门设计专门设计的一的一类类程序。程序。.操作系操作系统统：是是对对微型微型计计算机本身算机本身进进行管理和控制的一种行管理和控制的一种软软件。件。从功能上看：是从功能上看：是资资源的管理系源的管理系统统，实现对处实现对处理器、理器、内存、内存、设备设备以及文件系以及文件系统统的管理；的管理；从从软软件的角度看：仍是一种大型的程序系件的角度看：仍是一种大型的程序系统统，即操作，即操作 系系统统是一种由程序、数据表格是一种由程序、数据表格组组成的，成的，用于指用于指挥挥和管理微型和管理微型计计算机运算机运转转的的软软件。件。微型计算机控制技术微型计算机控制技术语语言加工系言加工系统统：指用指用户户用来用来编编写大量写大量应应用程序并且用程序并且实现实现程序和机器程序和机器代代码码之之间间的的转换转换工作的工作的汇编语汇编语言或各种高言或各种高级语级语言。言。（简简化了化了计计算机的使用；不易出算机的使用；不易出错错）编辑编辑程序：程序：用来用来对对一个源程序一个源程序进进行行输输入、修改、入、修改、删删除、移除、移动动 等等编辑编辑加工，并在磁加工，并在磁盘盘上建立源程序文件上建立源程序文件。连连接、装接、装载载程序：程序：不同的程序模不同的程序模块块或不同或不同语语言言编编写的源程序写的源程序 编译编译后形成后形成浮浮动动地址目地址目标标程序程序，然后用，然后用 连连接、装配程序将其接、装配程序将其连连接起来成接起来成为为一个一个 完整的可运行的完整的可运行的绝对绝对地址目地址目标标程序程序。编译编译程序：程序：将源程序将源程序“翻翻译译”为为机器代机器代码码，并，并进进行行语语法法检查检查，若出若出现现语语法法错误错误，则则在出在出错错位置位置显显示出示出错错信息。信息。语语言加工系言加工系统统的的组组成：成：微型计算机控制技术微型计算机控制技术子程序子程序库库：包括有关外包括有关外围设备围设备的程序及函数、代的程序及函数、代码转换码转换 程序等。程序等。调试调试程序程序:主要用来主要用来检查检查源程序中的源程序中的逻辑错误逻辑错误，有断点，有断点设设置、置、单单步跟踪、步跟踪、读读写磁写磁盘盘等功能。等功能。诊诊断系断系统统：用于用于维维修修计计算机的算机的软软件程序，当系件程序，当系统发统发生故障后，生故障后，诊诊断系断系统统能迅速的指出故障的能迅速的指出故障的类类型和型和发发生故障的部件，生故障的部件，为为在短在短时间时间内排除故障，修复内排除故障，修复计计算机提供方便。算机提供方便。微型计算机控制技术微型计算机控制技术.控制程序：控制程序：是根据各种控制算法来是根据各种控制算法来编编写的，它主要写的，它主要实现对实现对系系统统的的调节调节和控制，主要目和控制，主要目标标是是满满足系足系统统的性能指的性能指标标。数据采集及数据采集及处处理程序：理程序：数据可靠性数据可靠性检查检查程序：程序：检查检查是可靠性是可靠性输输入数据入数据还还是故障数据；是故障数据；A/D转换转换及采及采样样程序：程序：数字数字滤滤波程序：波程序：滤滤除干除干扰扰造成的造成的错误错误数据和不宜使用的数据；数据和不宜使用的数据；线线性化性化处处理程序：理程序：对检测对检测元件或元件或变变送器的非送器的非线线性特性的性特性的软软件件补偿补偿2.应应用用软软件：件：用用户为户为完成特定的任完成特定的任务务而而编编写的各种程序的写的各种程序的总总称。称。微型计算机控制技术微型计算机控制技术 巡回巡回检测检测程序：程序：越限越限报报警程序：警程序：用于在生用于在生产产中某些量超中某些量超过过限定限定值时报值时报警；警；事故事故预预告程序：告程序：从某些生从某些生产变产变量的量的变变化化趋势趋势可知，若生可知，若生产产 变变量超量超过过限定限定值值，则发则发出事故出事故预预告信号；告信号；画面画面显显示程序：示程序：用用图图、表在、表在显显示器上形象地反映生示器上形象地反映生产产状况。状况。数据管理程序：数据管理程序：用于生用于生产产管理部分管理部分 统计报统计报表程序：表程序：按生按生产产管理部管理部门门要求的格式打印各种要求的格式打印各种报报表；表；产产品品销销售、生售、生产调产调度及度及库库存管理程序：存管理程序：产值产值利利润预测润预测程序：程序：微型计算机控制技术微型计算机控制技术二、微型计算机控制系统软件的特点 微型微型计计算机控制系算机控制系统时统时一个一个实时实时系系统统，实时实时系系统统要求系要求系统软统软件具有件具有实时实时、可靠、灵活、可靠、灵活的特点。的特点。1.实时实时：指微型指微型计计算机能及算机能及时处时处理从被控理从被控对对象送来的信息，并象送来的信息，并输输出相出相应应的控制信息到被控的控制信息到被控对对象。象。（配（配备实时监备实时监控程序或控程序或实时实时操作系操作系统统，设计应设计应用程序用程序应应多多占内存少花占内存少花执执行程序行程序时间时间以及利用中断提高快速性。）以及利用中断提高快速性。）2.可靠：可靠：指指应应用程序中没有用程序中没有隐隐藏的藏的错误错误，如溢出、程序，如溢出、程序错误错误分支以及死循分支以及死循环环。3.灵活：灵活：指在整个程序指在整个程序结结构不作构不作变变化的情况下，能化的情况下，能对应对应用程序用程序方便地作方便地作补补充或修改。充或修改。微型计算机控制技术微型计算机控制技术三、应用程序的语言选择及设计步骤1.1.语语言言选择选择：.机器机器语语言：言：用一条条机器指令构成程序。用一条条机器指令构成程序。（效率低；不易（效率低；不易检查检查、修改；、修改；难难以以记忆记忆等。等。紧紧凑使用内存凑使用内存单单元，元，对对内存的分配比内存的分配比较较清楚。）清楚。）.汇编语汇编语言：言：用容易用容易记忆记忆的符号的符号助助记记符来代替机器指令。符来代替机器指令。（易（易读读、易、易记记、易、易检查检查修改，且能修改，且能发挥发挥微型微型计计算机算机硬件的特性。硬件的特性。)微型计算机控制技术微型计算机控制技术.高高级语级语言：言：不必了解微型不必了解微型计计算机的算机的指令系指令系统统，不用考，不用考虑虑内部寄存器和存内部寄存器和存储单储单元元的安排，且的安排，且计计算算式与数算算式与数学公式相近，因此大大学公式相近，因此大大节节省省编编程程时间时间。高高级语级语言言编编制制实时实时控制系控制系统统源程序源程序时时的两个的两个问题问题：1.1.源程序源程序编译编译后得到的后得到的目目标标代代码较长码较长，因此，因此执执行行程序程序时间时间也也较长较长，有，有时难时难以以满满足足快速性快速性的要求。的要求。2.2.用高用高级语级语言言编编写的源程序以及存放高写的源程序以及存放高级语级语言的言的编译编译程序均需要程序均需要较较多内存多内存。微型计算机控制技术微型计算机控制技术2.应应用程序的用程序的设计设计步步骤骤：.问题问题定定义义：明确微型明确微型计计算机完成哪些任算机完成哪些任务务及及执执行什么程序，决定