第四章微机控制系统的选择及接口设计.ppt

----第四章---- 系统的某些功能只能用软件来实现；大多数情况下，某种功能既可用硬件来实现，又可用软件来实现。 通常要根据经济性和可靠性的标准权衡决定。 通用分离元件组成的控制系统 专用集成元件组成的控制系统 由于工作环境比较恶劣（存在电噪声干扰等），易产生故障。为提高控制系统的环境适应能力和抗干扰能力，以及可靠性，必须采取相应的抗干扰措施。 §4-2 微机控制系统的设计思路 2．确定控制算法---建模、算法 所选定的算法是否能满足控制速度、控制精度和系统稳定性的要求，根据不同控制对象、不同的控制指标要求选择不同的控制算法。 3．微型计算机的选择 一是系统正常运行时的实时控制能力； 二是在发生故障时紧急处理的能力。 (2) 足够的存储容量 当内存容量不足时，应便于扩充，有效地保证微机系统软件、应用软件、数据处理工作的正常运行。 (3) 完善的输入/输出通道 逻辑、数字、模拟通道，以及输入/输出通道接口数。 （4）实时时钟控制-作为控制系统实现控制功能的基准。 微型计算机系统— 具有丰富的软件和硬件支持，具有可视化界面的系统软件、可应用高级语言、汇编语言等编写应用程序，程序编写、调试方便快捷，有多样化数据信号输入/输出接口（COM、USB）或插槽（PCI、ISA）；但价格比较昂贵、抗干扰能力较差。 可编程控制器---由微处理器、存储器、I/O接口等组成，编程简单，可靠性高 操作者←→微机←→被控制对象之间需要适时地、不断地交换数据信息和控制信息。 主要解决系统硬件、软件和操作人员三者之间的匹配，数据信息和控制信息交换的通讯接口设计（硬件接口），能分时时序控制设计（应用软件设计）等方面问题。 软件与硬件功能合理分配与协调(依据经济性、可靠性指标进行软件/硬件的分配、协调与权衡) 接口设计（输入/输出信号匹配与协调） 通道设计（开关量、数字量、模拟量输入输出） 操作控制台设计（人机交换方式，数字键 功能键 显示及急停） 可靠性设计（可靠性设计方案与措施） 接口设计包括两个方面的内容： 一是扩展接口,在系统的通用接口不够时，需要进行接口扩展，通常采用功能接口板，通用接口电路或集成电路自行设计接口电路； 二是安排通过各接口电路输入／输出端的输入／输出信号，选定各信号输入／输出时采用何种控制方式。如果要采用程序中断方式，就要考虑中断申请输入、中断优先级排队等问题。若要采用直接存储器存取方式，则要增加直接存储器存取(DMA)控制器作为辅助电路加到接口上。 输入／输出通道是计算机←→被控对象信息交换通道。一个系统中可能要有开关量的I／O出通道、数字量的I／O通道或模拟量的I／O通道。在总体设计中就应确定本系统应设置什么通道，每个通道由几部分组成，各部分选用什么样元器件等。 开关量、数字量的I/O通道:开关量输入要解决电平转换、去抖动及抗干扰等问题。开关量输出要解决功率驱动问题等。 模拟量I/O通道:模拟量输入通道主要由信号处理装置(标度变换、滤波、隔离、电平转换、线性化处理等)、采样单元、采样保持器和放大器、A／D转换器等组成。模拟量输出通道主要由D／A转换器、放大器等组成。 微型计算机控制系统必须便于人机联系。通常都要设计一个现场操作人员使用的控制台，这个控制台一般都不能用微机所带的键盘代替。 一组或者几组数据输入键 一组或几组功能键或转换开关，转换工作方式、启动、停止或者完成某种指定功能 数字显示装置或者显示屏 控制板有急停按钮 便于观察，不容易误读、误判 考虑人机工程学，操作的方便性、舒适性、可靠性 显示的信息多且信息明确、处理方便 误操作以后不会引起严重后果，即操作过程中，设备的极限位置都要加以控制 模块化程序 结构化程序 微机控制系统设计完成以后，要对整个系统进行调试,调试步骤为硬件调试 → 软件调试 → 系统调试。 硬件调试： 包括对元器件的筛选及老化、印制电路板制作、元器件的焊接及试验，安装完毕后要经过连续考机运行； 软件调试：指在微机上把各模块分别进行调试，使其正确无误，然后固化在EPROM中； 系统联调：指把硬件与软件组合起来，进行模拟实验，正确无误后进行现场试验，直至正常运行为止。 微机控制系统的设计思路 确定系统整体控制方案 确定控制算法 选择微型计算机 系统的总体设计：接口、通道、工作台 软件设计 §4-3 微型计算机的系统构成及种类 1．微型计算机的系统构成 微处理器、微型计算机、微型计算机系统 微处理器：CPU，是一个大规模集成电路器件或超大规模集成电路器件，器件中有数据通道、多个寄存器、控制逻辑和运算逻辑部件，含有时钟电路，为器件的工作提供定时信号。是完成计算机对信息的处理与控制等的中央处理功能的器件，并非是完整的计算机。 微型计算