第九章：微型计算机控制系统设计PPT资料.ppt

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成本、经济效益。

2）确定控制要求：

确定控制要求：

（1）对象数目确定及要求；

）对象数目确定及要求；

（2）检测数目确定及要求；

）检测数目确定及要求；

（3）显示与打印内容的确定及要求；

）显示与打印内容的确定及要求；

（4）保护装置的确定及要求；

）保护装置的确定及要求；

（5）报警点的确定及要求；

）报警点的确定及要求；

（6）其他需要考虑的特殊要求。

）其他需要考虑的特殊要求。

3）系统总体结构系统总体结构确定采用集中控制还是分散控制，是开环控制还是闭确定采用集中控制还是分散控制，是开环控制还是闭环控制；

环控制；

确定系统需要检测的过程参量的个数，所需采用的检确定系统需要检测的过程参量的个数，所需采用的检测元件及其检测精度测元件及其检测精度:

根据检测内容选择相应的检测元根据检测内容选择相应的检测元件，如位置检测可采用光电传感器、微动开关（行程件，如位置检测可采用光电传感器、微动开关（行程开关）等，温度检测可采用热敏电阻、半导体、热电开关）等，温度检测可采用热敏电阻、半导体、热电偶等偶等；

确定系统输出机构的方案，一般情况下，输出机构有确定系统输出机构的方案，一般情况下，输出机构有电动、气动、液动或其它驱动方式电动、气动、液动或其它驱动方式;

确定计算机在整个控制系统中所起的作用，是直接数确定计算机在整个控制系统中所起的作用，是直接数字控制还是数据处理、监督控制等；

字控制还是数据处理、监督控制等；

确定计算机应承担哪些任务，为完成这些任务计算机确定计算机应承担哪些任务，为完成这些任务计算机应具备哪些功能，需要设计哪些输入输出通道和配置应具备哪些功能，需要设计哪些输入输出通道和配置什么样的外围设备。

什么样的外围设备。

4）分时控制方式选择分时控制方式选择A/D决策输出运算A/D决策输出运算A/D决策输出运算0通道1通道n通道1.串行分时控制方案:

适用大纯滞后惯性环节2.并行分时方案t0t1t2t3t4t5t6n-1S/HA/D运算决策输出-S/HnS/HS/HA/D运算决策输出S/Hn+1S/HS/HS/HA/D运算决策输出S/H时段通道5）控控制制系系统统的的结结构构框框图图和和系系统统主主要要技技术术指指标标提提出出的的一一般要求般要求建建立立结结构构框框图图：

为为硬硬件件、软软件件的的具具体体设设计计规规定定正正确确方方向同时明确微机各种外部设备间的关系。

向同时明确微机各种外部设备间的关系。

系统的主要技术指标：

硬、软件具体设计的数据依据。

技术指标要提得既切实可行，又够水平。

技术指标太高：

增加成本、技术难度，有时造成浪费。

技技术术指指标标太太低低：

难难以以达达到到控控制制目目标标，无无扩扩充充潜潜力力，水水平低，无推广价值。

平低，无推广价值。

6）硬件与软件的协调平衡硬件与软件的协调平衡计算机控制系统是由硬件和软件两部分共同组成。

计算机控制系统是由硬件和软件两部分共同组成。

在一个具体的控制系统中，某些功能既可由硬件实现，又在一个具体的控制系统中，某些功能既可由硬件实现，又可由软件实现可由软件实现（如定时、延时等如定时、延时等）。

在进行系统设计时，应。

在进行系统设计时，应充分考虑硬件和软件的特点，合理地进行功能分配。

充分考虑硬件和软件的特点，合理地进行功能分配。

从快速性方面来考虑，多采用硬件可以提高系统的反应速从快速性方面来考虑，多采用硬件可以提高系统的反应速度，度，简化软件设计工作；

简化软件设计工作；

从可靠性和抗干扰能力方面考虑，过多地采用硬件，会增从可靠性和抗干扰能力方面考虑，过多地采用硬件，会增加系统元器件数目降低系统的可靠性，加系统元器件数目降低系统的可靠性，同时，硬件的增加也使系统的抗干扰性能下降；

同时，硬件的增加也使系统的抗干扰性能下降；

从系统成本方面来考虑，多采用软件可以降低成本。

随着计算机运行处理速度的不断提高，尽可能地用软件来随着计算机运行处理速度的不断提高，尽可能地用软件来实现系统的各种功能已成为可能。

实现系统的各种功能已成为可能。

对于实际的控制系统，要综合考虑系统速度、可靠性、抗对于实际的控制系统，要综合考虑系统速度、可靠性、抗干扰性能、灵活性、成本来合理地分配系统硬件和软件的干扰性能、灵活性、成本来合理地分配系统硬件和软件的功能。

功能。

7）系统现有资源的分配和接口扩展系统现有资源的分配和接口扩展8）人机接口设计人机接口设计控制台一般应有如下功能：

控制台一般应有如下功能：

（1）有有一一组组或或几几组组数数据据输输入入键键（数数字字键键盘盘或或拨拨码码开开关关），用用于于输输入入或或更更新新给给定定值值，修修改改控控制制器器参参数数或或其其他他必必要要的的数字。

数字。

（2）有一组或几组功能键或转换开关，用于转换工作方式，有一组或几组功能键或转换开关，用于转换工作方式，启动、停止系统运行或完启动、停止系统运行或完成某些特定的系统操作功能。

成某些特定的系统操作功能。

（3）有有一一个个显显示示装装置置或或显显示示屏屏，用用于于显显示示状状态态、参参数数及及故故障信号等。

障信号等。

（4）有一个有一个“紧急停车紧急停车”按钮，用于在紧急事故时停止系按钮，用于在紧急事故时停止系统运行，转入故障处理。

统运行，转入故障处理。

9）操作规范制定：

操作规范制定：

是系统软件设计的主要依据，内容如下：

1.开机步骤；

开机步骤；

2.用键盘输入信息和修改参数的方法；

用键盘输入信息和修改参数的方法；

3.显示内容、格式、时间及其意义；

显示内容、格式、时间及其意义；

4.打印的内容、格式时间；

打印的内容、格式时间；

5.报警值的确定及报警方式；

报警值的确定及报警方式；

6.发生故障的应急处理办法。

发生故障的应急处理办法。

10）采样周期的选择采样周期的选择实际工程中，将被控对象的工作频率分为三档：

实际工程中，将被控对象的工作频率分为三档：

1000HZ以上；

以上；

100050HZ；

50HZ以下。

采用频率按这三档分别取值，即要以下。

采用频率按这三档分别取值，即要考虑稳定性和动态品质，又要考虑考虑稳定性和动态品质，又要考虑CPU的处理时间，执行机构的处理时间，执行机构的响应速度。

的响应速度。

2微型计算机的选择微型计算机的选择1）微型计算机系统构成方案选择微型计算机系统构成方案选择

（1）组装方案组装方案

（2）单片机方案单片机方案（3）通用微型计算机系统方案通用微型计算机系统方案（4）专用工业控制计算机系统方案专用工业控制计算机系统方案2）微型计算机性能指标选择微型计算机性能指标选择作为工业控制用计算机，应满足下述基本要求。

作为工业控制用计算机，应满足下述基本要求。

（1）完善的中断系统完善的中断系统

（2）足够的存储容量足够的存储容量（3）微处理器具有足够的数据处理能力微处理器具有足够的数据处理能力3控制算法设计控制算法设计控控制制算算法法设设计计要要根根据据具具体体的的对对象象、控控制制性性能能指指标标要要求求以以及及所所选选择择的的微微型型计计算算机机对对数数据据的的处处理理能能力力来来进进行行。

在在设设计计中中注注意意以下几个问题：

以下几个问题：

（1）由由于于控控制制算算法法对对系系统统性性能能指指标标有有直直接接的的影影响响，因因此此，选选定定的的控控制制算算法法必必须须满满足足控控制制速速度度、控控制制精精度度和和系系统统稳稳定定性性的要求。

的要求。

（2）控控制制算算法法一一旦旦确确定定以以后后，对对于于具具体体的的被被控控对对象象需需要要做做出出必必要要的的修修改改和和补补充充，不不要要生生搬搬硬硬套套。

如如PID控控制制算算法法，可可以以根根据据对对象象特特性性和和要要求求的的性性能能指指标标，合合理理地地选选用用P、PI、PD等控制算法。

等控制算法。

（3）对于一些复杂的控制系统，应抓住影响系统性能的主要对于一些复杂的控制系统，应抓住影响系统性能的主要因素，适当地对系统进行简化，进而简化系统数学模型和控因素，适当地对系统进行简化，进而简化系统数学模型和控制算法程序，给系统设计和软件调试带来很多方便。

制算法程序，给系统设计和软件调试带来很多方便。

4硬件设计硬件设计在自行开发设计功能模块时，应注意如下问题：

在自行开发设计功能模块时，应注意如下问题：

（1）设设计计输输入入输输出出IO模模块块时时，输输入入输输出出通通道道要要留留有有一一定定量量的的裕量，以备系统扩展之用。

裕量，以备系统扩展之用。

（2）注意注意IO通道信号的隔离。

通道信号的隔离。

（3）考虑系统总线的带负载能力，适当增加总线信号驱动电路。

考虑系统总线的带负载能力，适当增加总线信号驱动电路。

（4）设计硬件抗干扰电路，提高系统的抗干扰性能。

设计硬件抗干扰电路，提高系统的抗干扰性能。

（5）尽可能采用常用的尽可能采用常用的IO接口芯片和逻辑元件。

接口芯片和逻辑元件。

（6）合理地分配合理地分配IO口地址，避免与其它设备发生冲突。

口地址，避免与其它设备发生冲突。

（7）在在设设计计印印刷刷电电路路板板时时，模模拟拟部部分分和和数数字字部部分分最最好好分分开开走走线线，最后一点接地。

最后一点接地。

（8）输入输出接插件要安装方便，接触可靠。

输入输出接插件要安装方便，接触可靠。

（9）避免虚焊、漏焊。

避免虚焊、漏焊。

5软件设计软件设计1）编程语言编程语言选择选择2）应用程序的设计步骤和方法应用程序的设计步骤和方法应用程序的设计通常分下列五个步骤：

问题定义、程序设计、编码、应用程序的设计通常分下列五个步骤：

问题定义、程序设计、编码、调试、改进和再设计。

调试、改进和再设计。

3）控制系统应用程序设计控制系统应用程序设计

（1）人机界面程序人机界面程序人人机机界界面面程程序序主主要要用用于于完完成成各各种种工工艺艺参参数数和和控控制制参参数数的的给给定定和和修修改改，控控制制台台控控制制命命令令的的输输入入，系系统统模模拟拟显显示示，生生产产过过程程工工艺艺参参数数或或曲曲线线的的显显示示、打印等功能。

打印等功能。

（2）实时控制程序实时控制程序实实时时控控制制程程序序必必须须满满足足系系统统实实时时性性的的要要求求，这这部部分分软软件件一一般般需需要要中中断断的的支支持持，且且作作为为后后台台进进程程，由由特特定定的的事事件件来来激激发发，大大多多数数控控制制系系统统中中是是通过定时中断来实现。

实时控制程序主要完成以下任务。

通过定时中断来实现。

数据的采集数据的采集数据处理数据