第八章 微型计算机控制系统的的设计.ppt

第八章 微型计算机控制系统设计 8.1 微型计算机控制系统设计的基本要求和特点 8.2 微型计算机控制系统设计的一般步骤 8.3 微型计算机控制系统设计 8.4 工业控制系统设计实例 8.1 微型计算机控制系统设计的基本要求和特点 目前保证可靠性的常用方法 （1）采用双机系统 用两台计算机或PLC作为控制系统的核心控制器，在该 系统中工作方式一般有以下三种： 备份工作方式 主从工作方式 两台控制机同时投入工作，正常时分别执行不同的任务。 当主机发生故障时，从机就接管控制任务。 （2）采用分布式控制系统 分布式控制系统是分级分布式的工作方案，它用多台基本控制器分别控制各被控对象。 2. 系统设计的特点 8.2 微型计算机控制系统设计的一般步骤 2. 选择微处理器和外围设备 4. 系统总体方案设计 5. 硬件和软件的具体设计 8.3 微型计算机控制系统设计 1 可供选择的配置方案 1）购买现成的计算机系统或PLC控制器 2）采用标准功能模块构成系统 3）定制设计系统 下面主要看一下如何采用大规模集成电路芯片构成合理的控制系统。 2 专用微型计算机系统的设计 1）标准系统的设计 微型计算机的标准结构如下图： 2）专用系统的设计 专用系统设计的主要工作包括：硬件设计、软件设计及调试工作。 硬件设计 根据确定的应用目标，设计标准微型计算机并确定其规模，然后对专用外围电路进行必要的扩充设计以构成专用系统。重点是I/O通道的设计（包括选择恰当的A/D，D/A芯片） 确定实时时钟和中断结构，这在实时控制领域中非常重要，设计得当可大大提高系统的吞吐量。 系统的线路设计和结构设计：即将各个芯片连接到一起，构成系统。此时要特别注意总线的负载问题。 软件设计： 系统软件的设计 核心是操作系统（监控程序）的设计。 应用程序的设计 系统中应用程序除处理具体任务外，还包括初始化、中断屏蔽和时钟管理等功能。 软件开发方式 常用高级语言与汇编语言相结合开发方式 控制程序全部用汇编语言编写，涉及运算的部分调用高级语言子程序库中的子程序。 高级语言编写控制主程序调用汇编语言开发的实时控制用子程序库。（适于编译型高级语言） 高级语言编写计算、图形绘制、显示、打印程序，汇编语言编写时钟管理、中断管理以及I/O程序。 调试工作 软件调试可采用与目的机相同型号CPU的微型计算机来模拟目的机的硬件环境。 硬件调试也可借助一台与目的机相同的微型计算机系统，其中所借用的计算机系统必须具备基本DEBUG调试工具。 在进行了上面调试的基础上，还要进行系统联调。 常用器件的电气特性和驱动负载能力 TTL器件输出的高电平大于3V, 低电平小于0.3V；输入信号高电平必须大于1.8V，低电平必须小于0.8V。 一个MOS器件一般只能驱动一个标准TTL系列器件或4个低功耗肖特基TTL器件，但它可以驱动10个左右的MOS器件。而一个TTL器件能驱动10个左右的TTL器件，或10个以上的MOS器件。 1）单向总线的负载 单向总线：如地址总线及大部分控制总线。 若全部采用MOS器件，且接在总线上的输入端数小于10,或虽采用少量TTL器件，但负载数目仍然在允许范围内，则可不加缓冲器。否则必须加缓冲驱动器。 随着驱动器的增加，当用一级驱动器不能满足要求时，可以用两级驱动器。 2）双向总线的负载 双向总线：指的是可以在两个方向上传送信息的总线。 定义：源器件，负载器件 双向总线负载的常见问题 问题一：某多器件双向传送的配置如下图。其中A是MOS器件，B C D是TTL器件。 问题二：某设计者为了提高微处理器的负载能力，在数据总线上加了一个TTL的双向总线驱动器74LS245,用它来驱动4个MOS存储器和4个TTL器件。 双向总线负载问题常用解决办法 方法一：系统较小时，外围器件尽量采用MOS器件，可以减少负载，省去驱动器；对于较大的系统，且需MOS和TTL器件混用时，可将双向总线按器件类型分成两类分别处理。 方法二：当用TTL器件作为I/O接口时，因一般ROM和RAM存储器都是MOS器件，此时可对I/O接口分别进行考虑。 8.4 工业控制系统设计实例 本例以单片机代替常规模拟调节器，构成具有数字PID和智能控制功能的双回路通用控制系统。以温度控制为背景，说明温度仪表控制系统软件和硬件的设计方法。 一 、控制器的结构 二 、系统的硬件原理图 掉电保护原理如下图所示 三、控制系统采用的算法 采用PID和智能控制两种控制方法，设被控过程是温度对象，智能控制结构图如下 由上原理可得到16条具体智能控制规律表参见课本P246。 课下作业：将该例中智能控制算法用C或MATLAB语言编程实现，并分析仿真结果。