第8章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)8.1概述8.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟8.3系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)8.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例8.1概述

由于大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的微型化很快，其性能價(jià)格比也大為提高，因而微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。計(jì)算機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用已取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。微型計(jì)算機(jī)不但在理、工、農(nóng)、醫(yī)各方面的應(yīng)用及科研設(shè)備中已有很普遍的應(yīng)用，而且在辦公自動(dòng)化及家庭生活中也已逐漸得到推廣和應(yīng)用。

計(jì)算機(jī)的應(yīng)用一般可分成三種類(lèi)型：

(1)檢測(cè)控制型。這種類(lèi)型用于對(duì)控制對(duì)象作某些判斷然后再去控制其執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它不需要做復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型的計(jì)算工作，但它必須有檢測(cè)控制對(duì)象的某些現(xiàn)象的傳感器件，并且還得將由此而得到的模擬量(連續(xù)的電壓或電流量)轉(zhuǎn)變成數(shù)字量(量化的脈沖量)，即一般稱(chēng)為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/DConvertor)。作為一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，如果把計(jì)算機(jī)比作人的“頭腦”(電腦)的話(huà)，則傳感器就相當(dāng)于“耳目”，執(zhí)行機(jī)構(gòu)則為行動(dòng)的“手腳”。

而A/D轉(zhuǎn)換器則起到使“耳目”和“頭腦”之間匹配的作用，或者說(shuō)，起到將信號(hào)翻譯成數(shù)字的作用，以適應(yīng)計(jì)算機(jī)的工作特點(diǎn)。如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)是開(kāi)關(guān)式的，則計(jì)算機(jī)只要輸出開(kāi)關(guān)量(如繼電器)即可；如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)是連續(xù)式的，則計(jì)算機(jī)要經(jīng)過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(D/AConvertor)才能產(chǎn)生連續(xù)控制量(如電壓或電流量)。(2)數(shù)據(jù)處理型。這是指輸入數(shù)據(jù)量比較多(數(shù)十、數(shù)百、甚至成千上萬(wàn)的數(shù)據(jù))，而且需要經(jīng)過(guò)一定規(guī)律進(jìn)行分類(lèi)、排列(列表)、折算(如線性化)、換算(如求均值、方差等)，然后送入有關(guān)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行繁雜運(yùn)算的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這種類(lèi)型為了取得人機(jī)對(duì)話(huà)的方便，必須設(shè)有顯示器和完整的鍵盤(pán)輸入裝置，有時(shí)可增設(shè)若干個(gè)帶有電傳打字機(jī)的終端機(jī)。這類(lèi)系統(tǒng)多為從鍵盤(pán)輸入數(shù)據(jù)，而在顯示器上顯示結(jié)果，這就是所謂的離線處理。

如果數(shù)據(jù)直接由各個(gè)數(shù)據(jù)輸入端隨時(shí)輸入，然后機(jī)器連續(xù)運(yùn)算，并隨時(shí)或定時(shí)給出計(jì)算結(jié)果，則稱(chēng)為在線處理。當(dāng)然，后者在系統(tǒng)形成上要比前者復(fù)雜得多。

(3)混合型。此即以上二者的復(fù)合型式。一方面既有很多數(shù)據(jù)輸入，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，另一方面又要根據(jù)處理的結(jié)果去控制相應(yīng)的對(duì)象，以達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的預(yù)期目的。8.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟8.2.1計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般構(gòu)成計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)(計(jì)算機(jī)+控制電路)和軟件系統(tǒng)(系統(tǒng)軟件+應(yīng)用軟件)兩大部分構(gòu)成。

1.應(yīng)用系統(tǒng)的硬件組成計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件的一般組成框圖如圖8―1所示。圖8―1計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件的一般組成

由圖8―1可以看到，計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由如下幾大部分組成。

1)微處理機(jī)微處理機(jī)是整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的核心，其他所有設(shè)備都要在它的控制和管理下進(jìn)行工作，因此稱(chēng)它為主機(jī)。在系統(tǒng)控制或監(jiān)測(cè)過(guò)程中，主機(jī)能自動(dòng)接收被控或被測(cè)對(duì)象送來(lái)的各種信息。在微處理機(jī)內(nèi)，按人們事先安排好的程序，對(duì)這些信息進(jìn)行加工運(yùn)算、判別及分析，并做出相應(yīng)的控制和處理決策，以信息形式再回送給被控或被測(cè)的對(duì)象，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控或被測(cè)對(duì)象的自動(dòng)控制與管理。

應(yīng)用系統(tǒng)中的微處理機(jī)可以由前面提到的8088或其他CPU構(gòu)成，也可以由單板機(jī)、單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)等構(gòu)成。

2)常規(guī)外圍設(shè)備常規(guī)外圍設(shè)備是微處理機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中必不可少的設(shè)備，按其功能可以分成三類(lèi)，輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和外存儲(chǔ)器。

輸入設(shè)備主要用于程序和數(shù)據(jù)的輸入，常見(jiàn)的有紙帶閱讀機(jī)、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)器和光筆等。輸出設(shè)備主要用于輸出程序及處理以后的信息或數(shù)據(jù)。它把處理過(guò)的各種信息和數(shù)據(jù)，以人們能夠直觀接受的外形(如字符、數(shù)字、圖形)提供給操作人員，以便操作人員能及時(shí)了解微機(jī)內(nèi)部及整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的工作情況。常見(jiàn)的輸出設(shè)備有打印機(jī)、X－Y記錄儀和顯示器等。常規(guī)外圍設(shè)備還包括外存儲(chǔ)器，如磁帶機(jī)、磁盤(pán)(硬盤(pán)和軟盤(pán))、光盤(pán)等。它主要用來(lái)存儲(chǔ)程序及有關(guān)的數(shù)據(jù)。3)外部接口及設(shè)備外部接口設(shè)備是應(yīng)用系統(tǒng)與被控或被測(cè)對(duì)象之間進(jìn)行信息變換和信息傳遞的設(shè)備。它應(yīng)包括輸入通道、輸出通道和信號(hào)變換電路。接口設(shè)備通常應(yīng)具備以下幾個(gè)功能：

(1)它能為微處理機(jī)提供一個(gè)輸入和輸出的通道。

(2)它對(duì)輸入輸出信息進(jìn)行信息形式的匹配與變換，如A/D、D/A轉(zhuǎn)換，串/并、并/串轉(zhuǎn)換及信息格式的轉(zhuǎn)換等。(3)輸入輸出電平匹配。微處理機(jī)的輸入輸出電平往往是TTL電平，而被控對(duì)象所要求的輸入輸出電平的規(guī)格較多，為此，接口應(yīng)具備電平轉(zhuǎn)換功能。

(4)負(fù)載匹配。微處理機(jī)的輸出負(fù)載能力是比較小的，為了使系統(tǒng)能夠控制大功率的被控對(duì)象，接口也應(yīng)具備驅(qū)動(dòng)和功率放大的能力。

(5)同步。微處理機(jī)的工作速度是比較高的，而一般受控對(duì)象所要求的控制速率卻較低。

這樣，為了使微處理機(jī)的工作速度和外界受控對(duì)象所要求的控制速度相匹配，就要由接口設(shè)備的同步機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外部系統(tǒng)的速度同步。盡管對(duì)微處理機(jī)接口設(shè)備要求較多，但并不是每種接口都應(yīng)具備上述功能，要求的多少往往視接口連接的對(duì)象而定。4)操作控制臺(tái)及監(jiān)視報(bào)警設(shè)備微處理機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)在正常工作時(shí)，并不需要人直接參與，但需要間接干預(yù)。所謂干預(yù)，是指對(duì)系統(tǒng)發(fā)出起、停命令，參數(shù)設(shè)定等。這些就是通過(guò)操作控制臺(tái)來(lái)完成的。因此，控制臺(tái)應(yīng)包含控制按鍵、面板顯示和報(bào)警顯示器等。在某些系統(tǒng)中，為了調(diào)試和工作方便，在控制臺(tái)上還裝有手動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置，以便在人工方式時(shí)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行操縱。2.應(yīng)用系統(tǒng)的軟件構(gòu)成不同的控制對(duì)象和不同的控制任務(wù)，在系統(tǒng)軟件構(gòu)成上會(huì)有很大區(qū)別一般來(lái)說(shuō)，只有系統(tǒng)硬件確定以后，才能完全確定如何配置系統(tǒng)的軟件。但是，這并不意味著系統(tǒng)的軟件構(gòu)成是不可捉摸的。一般根據(jù)其功能，軟件系統(tǒng)大體可以分成以下幾個(gè)部分。

1)用戶(hù)程序在微處理機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，每個(gè)控制對(duì)象或控制任務(wù)都一定配有相應(yīng)的控制程序，這些程序稱(chēng)為應(yīng)用程序或用戶(hù)程序。一般，應(yīng)用程序都由用戶(hù)自己開(kāi)發(fā)完成。

用戶(hù)可根據(jù)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的目標(biāo)、資源配備情況，確定應(yīng)用程序的各種功能。目前，通常用高級(jí)語(yǔ)言和(或)匯編語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)應(yīng)用程序。在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，應(yīng)用程序是一個(gè)用于對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行直接控制的程序。因此，它將對(duì)控制對(duì)象產(chǎn)生決定性的影響，設(shè)計(jì)時(shí)必須給予足夠重視。2)常用子程序庫(kù)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基本功能受硬件結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)擁有的資源所限制，例如，一般不能用硬件進(jìn)行數(shù)制變換和數(shù)據(jù)采集等，而這樣一些功能是應(yīng)用系統(tǒng)要經(jīng)常用到的。為此，我們采用子程序的方式來(lái)滿(mǎn)足系統(tǒng)用戶(hù)程序的要求，即將一些特定功能編成一個(gè)個(gè)專(zhuān)用程序段，形成程序庫(kù)，集中管理，系統(tǒng)需要使用時(shí)可以隨意調(diào)用。3)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)就是為管理系統(tǒng)資源，支持各種應(yīng)用程序存在的系統(tǒng)軟件。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)除必須具備的功能外，還要考慮對(duì)控制的實(shí)時(shí)性支持。這里必須說(shuō)明，在某些較小型的微機(jī)(如單板機(jī))中，由于受到硬件資源的限制，不可能配備操作系統(tǒng)那樣規(guī)模的系統(tǒng)程序，它通常配備一個(gè)能提供最基本操作環(huán)境的駐留監(jiān)控程序。當(dāng)然，這種駐留監(jiān)控程序的規(guī)模也和系統(tǒng)有關(guān)，其功能強(qiáng)弱也各不相同。8.2.2應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和要求計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)原則和要求，在不同規(guī)模和要求的系統(tǒng)中大體是相同的，因此這些共同的原則和要求在設(shè)計(jì)前或設(shè)計(jì)過(guò)程中都必須予以很好考慮。

1.操作性能好對(duì)一個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，所謂操作性能好，就是指系統(tǒng)的人機(jī)界面要友好，操作起來(lái)要簡(jiǎn)單、方便且便于維護(hù)。為此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件和軟件時(shí)，都應(yīng)處處為用戶(hù)想到這一點(diǎn)。例如，考慮配備何種系統(tǒng)和環(huán)境，能降低操作人員對(duì)某些專(zhuān)業(yè)知識(shí)的要求；

配備何種開(kāi)發(fā)工具，以方便用戶(hù)進(jìn)行程序編制。事實(shí)上，如果配上高級(jí)語(yǔ)言，特別是配上像工業(yè)控制中常用的數(shù)控語(yǔ)言，那么加工程序的編制就非常容易。這樣也有利于微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用。對(duì)硬件方面的要求也一樣，例如，系統(tǒng)的控制開(kāi)關(guān)不能太多、太復(fù)雜，操作順序要盡量簡(jiǎn)單等。當(dāng)然，還有一些其他要求，如控制臺(tái)要便于操作人員工作，顯示器的顏色要和諧等，凡是涉及人機(jī)工程的一切問(wèn)題都應(yīng)逐一加以考慮。2.通用性好，便于擴(kuò)展一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，在工作時(shí)都能同時(shí)控制幾臺(tái)設(shè)備工作。但是，在大多數(shù)情況下，系統(tǒng)不僅要適應(yīng)各種不同設(shè)備的要求，而且也要考慮在設(shè)備更新時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)不需要大的改動(dòng)就能立即適應(yīng)新的情況。這就要求系統(tǒng)的通用性要好，而且在必要時(shí)能靈活地進(jìn)行擴(kuò)充。計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)要達(dá)到這樣的要求，就必須盡可能地采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。例如，盡可能采用通用的系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)，像采用STD總線、AT總線、MULTIBUS總線等。

在需要擴(kuò)充時(shí)，只要增加一些相應(yīng)的接口插件板就能實(shí)現(xiàn)對(duì)所擴(kuò)充的設(shè)備進(jìn)行控制。另外，接口部件盡量采用標(biāo)準(zhǔn)通用的大規(guī)模集成電路芯片。在考慮軟件時(shí)，只要速度允許，就盡可能把接口硬件部分的操作功能用軟件來(lái)替代。這樣在改變被控設(shè)備時(shí)，就無(wú)需變動(dòng)或較少變動(dòng)硬件，只需要改變軟件就行了。系統(tǒng)的各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)留有一定余量，也是可擴(kuò)充的首要條件。例如，微機(jī)的工作速度如果在設(shè)計(jì)時(shí)不留有一定余量，那么要想再進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)充是完全不可能的。其他如電源功率、內(nèi)存容量、輸入輸出通道、中斷等也應(yīng)留有一定的余量。3.可靠性高對(duì)任何計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，盡管各種各樣的要求很多，但可靠性是最突出和最重要的一個(gè)。因?yàn)橐粋€(gè)系統(tǒng)能否長(zhǎng)時(shí)期安全可靠地正常工作，對(duì)一個(gè)工廠來(lái)說(shuō)將要影響到整個(gè)裝置、整個(gè)車(chē)間，乃至整個(gè)工廠的正常生產(chǎn)。一旦故障發(fā)生，就會(huì)造成整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的全面混亂甚至癱瘓，從而引起嚴(yán)重后果，所以對(duì)可靠性有很高的要求。特別是作為控制核心的微機(jī)，其可靠性要求則更高。提高可靠性常采用雙機(jī)系統(tǒng)和多微機(jī)集散控制。1)采用雙機(jī)系統(tǒng)在雙機(jī)系統(tǒng)中，用兩臺(tái)微機(jī)作為系統(tǒng)的核心控制器。由于兩臺(tái)微機(jī)同時(shí)發(fā)生故障的概率很小，從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性。雙機(jī)系統(tǒng)中兩臺(tái)微機(jī)的工作方式，常見(jiàn)的有以下幾種。(1)備份機(jī)工作方式。在這種方式中，一臺(tái)微機(jī)投入系統(tǒng)運(yùn)行，另一臺(tái)雖然也同樣處于運(yùn)行狀態(tài)，但是它是脫離系統(tǒng)的，只是作為系統(tǒng)的一臺(tái)備份機(jī)。當(dāng)投入系統(tǒng)運(yùn)行的那一臺(tái)微機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)專(zhuān)門(mén)的程序和切換裝置，自動(dòng)地把備份機(jī)切入系統(tǒng)，以保持系統(tǒng)正常運(yùn)行。被替換下來(lái)的微機(jī)經(jīng)修復(fù)后，就變成系統(tǒng)的備份機(jī)，這樣可使系統(tǒng)不因主機(jī)故障而影響系統(tǒng)正常工作。(2)主-從工作方式。這種方式是兩臺(tái)微機(jī)同時(shí)投入系統(tǒng)運(yùn)行。在正常情況下，這兩臺(tái)微機(jī)分別執(zhí)行不同任務(wù)。如一臺(tái)微機(jī)可以承擔(dān)系統(tǒng)的主要控制工作，而另一臺(tái)可以執(zhí)行諸如數(shù)據(jù)處理等一般性的工作。當(dāng)其中一臺(tái)發(fā)生故障時(shí)，故障機(jī)能自動(dòng)地脫離系統(tǒng)，另一臺(tái)微機(jī)就自動(dòng)地承擔(dān)起系統(tǒng)的所有任務(wù)，以保證系統(tǒng)的正常工作。

圖8―2多微機(jī)集散控制示意圖2)采用多微機(jī)集散控制系統(tǒng)多微機(jī)集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是目前提高系統(tǒng)可靠性的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。如果把系統(tǒng)的所有任務(wù)分散地由多臺(tái)微機(jī)來(lái)承擔(dān),為了保持整個(gè)系統(tǒng)的完整性，還需用一臺(tái)適當(dāng)功能的微機(jī)作為上一級(jí)的管理主機(jī)，如圖8―2所示。圖中有兩級(jí)，第一級(jí)由多臺(tái)微機(jī)分別對(duì)各被控對(duì)象進(jìn)行控制，而上一級(jí)的微機(jī)通過(guò)總線與下一級(jí)的微機(jī)相連接，并對(duì)它們實(shí)施管理和監(jiān)督。

多級(jí)分散應(yīng)用系統(tǒng)可以使微機(jī)的故障對(duì)系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響減至最小。如果第一級(jí)中某一臺(tái)微機(jī)發(fā)生故障，其影響是很小的一個(gè)局部，而且故障機(jī)所承擔(dān)的任務(wù)還可以由上一級(jí)主機(jī)來(lái)接替，因此，系統(tǒng)工作基本不受影響。如果上一級(jí)管理機(jī)發(fā)生了故障，則下一級(jí)微機(jī)仍可以獨(dú)立維持對(duì)被控對(duì)象的控制，直到上一級(jí)管理機(jī)排除故障為止。有關(guān)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可靠性的問(wèn)題是一個(gè)十分重要而又復(fù)雜的課題?？煽啃栽O(shè)計(jì)應(yīng)包括硬件的、軟件的、電源的、環(huán)境的及電磁兼容性的設(shè)計(jì)等，由于本書(shū)內(nèi)容的限制，請(qǐng)讀者參閱有關(guān)資料。4.設(shè)計(jì)周期短，價(jià)格便宜在研制一個(gè)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮的一個(gè)重要要求是設(shè)計(jì)周期短，價(jià)格便宜。目前科學(xué)技術(shù)發(fā)展十分迅速，各種新的技術(shù)和產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，這就要求所設(shè)計(jì)的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能跟上形勢(shì)的發(fā)展。如果研制周期太長(zhǎng)，則會(huì)使產(chǎn)品失去競(jìng)爭(zhēng)力和實(shí)用價(jià)值。所以，微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)不能搞大而全，應(yīng)考慮實(shí)際情況來(lái)確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)模。這樣，既可以縮短設(shè)計(jì)周期，又可以降低系統(tǒng)的設(shè)計(jì)費(fèi)用。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要仔細(xì)地降低整個(gè)系統(tǒng)的成本，在保證功能和性能的前提下，低的價(jià)格才有競(jìng)爭(zhēng)力。5.對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性要好在開(kāi)發(fā)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，一定要考慮到其應(yīng)用環(huán)境，保證在可能的環(huán)境下可靠地工作。例如，有的地方市電波動(dòng)很大，有的地方環(huán)境溫度變化劇烈，有的地方濕度很大，有的地方振動(dòng)很厲害，而有的工作環(huán)境有粉塵、煙霧、腐蝕等等。這些在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中都必須加以考慮，并采用必要的措施保證微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)安全可靠地工作。8.2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和步驟計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟，雖然受系統(tǒng)規(guī)模、控制對(duì)象、主機(jī)選擇等不同而有所差異，但設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及大致步驟一般是類(lèi)同的。

1.系統(tǒng)引入微機(jī)的必要性——成本控制在設(shè)計(jì)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)以前，首先要估價(jià)一下引入微機(jī)以后，會(huì)給經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益帶來(lái)什么好處，即估價(jià)成本高低，系統(tǒng)性能改善程度，系統(tǒng)的通用性、可靠性、可維護(hù)性等方面。最后再確定是否在系統(tǒng)中引入微機(jī)。

一般地說(shuō)，如果在三年內(nèi)能收回引入微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)所花成本的話(huà)，采用微機(jī)就是合理的。若采用微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，避開(kāi)污染、有害環(huán)境，保證人身安全等，則引入微機(jī)也是十分必要的。2.需求分析——確定系統(tǒng)的功能需求分析是在仔細(xì)了解用戶(hù)需求的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。因此，首先必須詳細(xì)了解用戶(hù)的需求，調(diào)查用戶(hù)要利用微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能。例如，對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)，應(yīng)該了解：要測(cè)量的參數(shù)是什么，采用什么傳感器，信號(hào)大小與形式，放大器要求，測(cè)量精度，如何顯示，如何輸出結(jié)果等。對(duì)于控制系統(tǒng)還要仔細(xì)調(diào)查用戶(hù)的要求、工藝過(guò)程、控制精度等。此外，還必須認(rèn)真了解未來(lái)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境，包括電源的穩(wěn)定性、干擾大小以及環(huán)境的溫度、濕度等?？傊?，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)人員一定要非常仔細(xì)地進(jìn)行需求調(diào)查，因?yàn)檫@是進(jìn)行后續(xù)工作的依據(jù)。3.選擇基本微機(jī)系統(tǒng)——硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，通常總是先選擇一個(gè)最基本的微機(jī)系統(tǒng)，然后對(duì)它進(jìn)行擴(kuò)展，并配上相應(yīng)的軟件，從而形成一個(gè)實(shí)用的應(yīng)用系統(tǒng)。由于微機(jī)是整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的核心，所以它的選擇是否合適將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生決定性的影響。基本微機(jī)系統(tǒng)選擇中應(yīng)考慮的依據(jù)大致有以下幾個(gè)：1)微處理器的字長(zhǎng)微處理器的字長(zhǎng)會(huì)直接對(duì)系統(tǒng)的精度、指令的多少、尋址的能力、處理速度等產(chǎn)生影響，由此必然導(dǎo)致應(yīng)用領(lǐng)域的不同。一般來(lái)說(shuō)，微處理器的字長(zhǎng)愈長(zhǎng)，對(duì)數(shù)據(jù)處理愈有利，處理速度也可以進(jìn)一步提高。但是，并不是字長(zhǎng)愈長(zhǎng)愈好，在選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用實(shí)際情況及性能價(jià)格比綜合考慮。

2)微處理器的工作速度微處理器的工作速度一般取決于系統(tǒng)的主頻，目前常見(jiàn)的是幾兆赫至上千兆赫。速度的選擇應(yīng)使其與被控對(duì)象的要求相適應(yīng)或稍留一點(diǎn)余量。過(guò)高的要求會(huì)給系統(tǒng)的安裝和調(diào)試帶來(lái)不必要的困難，因?yàn)樵诟咚俟ぷ鲿r(shí)，引線之間的串?dāng)_及信號(hào)延時(shí)是非常令人頭痛的問(wèn)題。3)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性不同的基本微機(jī)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力是不同的。例如，市面出售的一般IBM―PC微機(jī)，通常只能適用于辦公室或?qū)嶒?yàn)室這樣的室內(nèi)環(huán)境。如果將它用于工業(yè)控制環(huán)境就會(huì)產(chǎn)生諸多問(wèn)題。在工業(yè)控制領(lǐng)域中，最好選用具有工業(yè)控制總線(STD總線)的工控機(jī)，因?yàn)樗哂锌拐?、抗干擾等優(yōu)良性能,能較好地適應(yīng)工業(yè)領(lǐng)域的較惡劣的環(huán)境。

4)盡量選用有較多軟件支持的機(jī)型開(kāi)發(fā)一個(gè)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，其很重要的一部分工作是開(kāi)發(fā)軟件。如果所選擇的基本微機(jī)系統(tǒng)有較多的軟件支持，這無(wú)疑會(huì)對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)帶來(lái)很大的好處，這樣可以節(jié)省大量的人力、物力和開(kāi)發(fā)時(shí)間。當(dāng)然，除上述幾個(gè)方面外，其他如外圍設(shè)備配置情況，總線擴(kuò)展方便與否及體積、重量等也都是通常要考慮的因素。4.確定整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)——硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在基本微機(jī)系統(tǒng)選定以后，我們就可以根據(jù)被控對(duì)象的具體要求，來(lái)確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)了。

1)通道劃分及輸入輸出方式的確定根據(jù)被控對(duì)象所要求的輸入輸出參數(shù)的數(shù)目，就可以確定整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)該有幾個(gè)輸入輸出通道。當(dāng)然，有的通道可以由幾個(gè)被控設(shè)備共用，由硬件(或軟件)來(lái)選擇切換。另外，根據(jù)被控對(duì)象要求，確定采用哪一種輸入輸出方式更合適。一般說(shuō)來(lái)，中斷方式使處理器效率較高，但硬件費(fèi)用稍高一些，而查詢(xún)方式硬件價(jià)格較低，但處理器效率比較低，速度較慢。

在一般小型的應(yīng)用系統(tǒng)中，由于速度要求不高，控制的對(duì)象也較少，此時(shí)，大多采用查詢(xún)方式。

2)內(nèi)存分配一般基本微機(jī)系統(tǒng)都對(duì)內(nèi)存分配作了具體的規(guī)定。用戶(hù)在使用已有的內(nèi)存區(qū)時(shí)，應(yīng)注意，不要使用戶(hù)程序占用基本微機(jī)系統(tǒng)的工作區(qū)。如果用戶(hù)認(rèn)為內(nèi)存不夠，需要進(jìn)行擴(kuò)展，那么應(yīng)按說(shuō)明書(shū)的要求，在空余的內(nèi)存區(qū)進(jìn)行擴(kuò)展。

根據(jù)需求分析，設(shè)計(jì)者大致可以估計(jì)出未來(lái)的系統(tǒng)大致要占多大的ROM用以存放用戶(hù)程序和不變的數(shù)據(jù)，需要多少RAM用以存放經(jīng)常要改變的數(shù)據(jù)。在留有一定余量的基礎(chǔ)上，可以確定內(nèi)存的大小，并進(jìn)而分配內(nèi)存地址。3)確定接口和外設(shè)除了使用專(zhuān)用外設(shè)，用戶(hù)也可以購(gòu)買(mǎi)其他現(xiàn)成的設(shè)備。對(duì)于應(yīng)用系統(tǒng)中所需測(cè)控部件，如有合適的也應(yīng)盡量購(gòu)買(mǎi)現(xiàn)成的部件。若需自己設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，那就需要根據(jù)用戶(hù)的要求仔細(xì)加以確定。例如，根據(jù)系統(tǒng)要求的精度，該選用多少位的A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，根據(jù)所需求的力矩大小決定選擇什么樣的步進(jìn)電機(jī)等等。4)選擇電源微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的故障多發(fā)點(diǎn)就包括電源部分。根據(jù)系統(tǒng)的硬件配置，可以粗略估計(jì)系統(tǒng)電源需要幾組，各為多少伏，它們的容量是多少。另外，還須考慮電源的可靠性措施，如濾波、穩(wěn)壓、防雷電、防浪涌等。

5)系統(tǒng)總線的選擇系統(tǒng)總線的選擇對(duì)通用性和可擴(kuò)展性具有很重要的意義。目前常見(jiàn)的系統(tǒng)總線有STD總線、AT總線、VME總線、MULTIBUS總線等。接口總線有IEEE―488總線、RS―232C總線、CENTRONIC總線等。采用標(biāo)準(zhǔn)化總線，可給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)很多方便。6)確定系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)最終我們研制的系統(tǒng)要放在控制臺(tái)中。在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，也要考慮將來(lái)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。例如，顯示器、控制按鈕、鍵盤(pán)、手動(dòng)操作桿、鼠標(biāo)等通常放在控制臺(tái)上面，微機(jī)、放大器、驅(qū)動(dòng)器放在控制臺(tái)中間，而電源、繼電器、電機(jī)等大功率設(shè)備放在控制臺(tái)底下或放在另外的機(jī)箱中。5.確定軟件框架及流程——軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)在硬件結(jié)構(gòu)確定的基礎(chǔ)上，考慮與之相配合的軟件框架，確定軟件的組成模塊。例如，對(duì)于微機(jī)控制系統(tǒng)，主要應(yīng)包括系統(tǒng)初始化模塊、人機(jī)界面模塊、參數(shù)采集模塊、控制算法模塊、控制信號(hào)輸出模塊、顯示打印模塊、出錯(cuò)及狀態(tài)越限報(bào)警模塊、自檢診斷模塊等。根據(jù)用戶(hù)的要求，將這些模塊有機(jī)地聯(lián)系在一起，形成粗略的系統(tǒng)軟件流程圖。同時(shí)，對(duì)軟件的大致方案寫(xiě)出文字和流程圖組成的文檔。

在上述兩部分——硬件及軟件方案確定之后，應(yīng)對(duì)方案進(jìn)行認(rèn)真討論。必要時(shí)邀請(qǐng)有關(guān)方面的專(zhuān)家對(duì)方案進(jìn)行認(rèn)真論證和審定，以確保方案的正確性。只有方案本身合理、正確，后面的工作才有意義。6.硬件和軟件的具體設(shè)計(jì)——系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

1)硬件的具體設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)內(nèi)容可概括為如下幾個(gè)方面：

(1)硬件劃分。在硬件系統(tǒng)上合理地劃分模塊，即將硬件系統(tǒng)劃分成若干相對(duì)獨(dú)立的部件。例如，將復(fù)位信號(hào)產(chǎn)生、時(shí)鐘、CPU及總線形成作為一個(gè)模塊，將內(nèi)存(ROM，RAM)作為一模塊，將接口分為幾個(gè)模塊，這些模塊均可以采用電路板的形式實(shí)現(xiàn)。其他的如電源、各外設(shè)分別劃分給專(zhuān)人，由他負(fù)責(zé)完成設(shè)計(jì)或購(gòu)置。(2)各模塊(電路板)的邏輯設(shè)計(jì)。選擇具體的元器件、譯碼器等集成電路芯片，畫(huà)出在方案中確定的總線之下的各電路板。在進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)時(shí)，特別注意信號(hào)的有效性要求。例如，有的器件要求高電平(或低電平)有效，而有的可以是上升沿有效或下降沿有效。其他如器件的工作電壓、使用環(huán)境、驅(qū)動(dòng)能力等諸方面，在設(shè)計(jì)選擇器件時(shí)也要仔細(xì)考慮。在進(jìn)行電路的邏輯設(shè)計(jì)時(shí)，還必須仔細(xì)考慮將來(lái)電路板工作的可靠性，增加諸如濾波、限額等各種措施。(3)電路板設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在有許多功能很強(qiáng)的CAD、Protel、EDA等工具軟件，為我們進(jìn)行電路板設(shè)計(jì)創(chuàng)造了條件。在這些工具軟件的支持下，可以快速地按電路板的尺寸大小設(shè)計(jì)出電路板的加工圖。

(4)加工電路板。目前國(guó)內(nèi)可加工雙面及多層電路板。在研制開(kāi)發(fā)階段，如果允許采用雙面電路板，只要將加工圖交給有關(guān)廠家就行了。甚至將邏輯圖交給廠家，廠家就可以加工出合格的電路板。

(5)安裝、調(diào)試。在加工好的電路板上安裝元器件，并調(diào)試單塊電路板使其正常工作。

(6)硬件各部件(各模塊)進(jìn)行聯(lián)調(diào)。將構(gòu)成微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的各模塊逐塊連在一起進(jìn)行調(diào)試，直到將所有部件全部都連接在一起，并確信它們已基本正常工作。2)軟件的具體設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)一般包括如下幾方面：

(1)劃分模塊。對(duì)于一個(gè)稍具規(guī)模的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，常將軟件劃分成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的功能模塊，分給多個(gè)軟件開(kāi)發(fā)人員同時(shí)研制，這樣也可縮短開(kāi)發(fā)周期。

(2)確定各模塊的詳細(xì)要求。最基本的問(wèn)題是系統(tǒng)的輸入輸出問(wèn)題，按照微機(jī)的被控對(duì)象確定哪些設(shè)備和器件應(yīng)該在系統(tǒng)中，以什么方式與主機(jī)進(jìn)行信息傳遞。另外，最大的數(shù)據(jù)速零、平均速率、誤差校驗(yàn)過(guò)程，輸入輸出狀態(tài)指示、字長(zhǎng)，格式要求、時(shí)鐘及選通脈沖等都是需要具體考慮的問(wèn)題。

另一個(gè)重要問(wèn)題是處理要求(或控制要求)。我們必須確定對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行怎樣的處理及處理的順序。對(duì)過(guò)程控制來(lái)說(shuō)，往往工作順序要求相當(dāng)苛刻。什么時(shí)候發(fā)送數(shù)據(jù)，什么時(shí)候接收數(shù)據(jù)，對(duì)于一般硬件設(shè)備都需要一定的時(shí)序關(guān)系，為保證微機(jī)與外部設(shè)備同步，通常要用鎖存電路和定時(shí)選通電路來(lái)協(xié)調(diào)。程序長(zhǎng)短及數(shù)據(jù)量多少都將決定內(nèi)存容量和緩沖區(qū)的大小。這一切都與處理要求密切相關(guān)。

剩下的一個(gè)問(wèn)題是如何進(jìn)行出錯(cuò)處理。為此，我們需要事先確定出錯(cuò)誤處理方案，詳細(xì)地列出各種錯(cuò)誤圖像以及顯示錯(cuò)誤的方法。出錯(cuò)處理最常用的辦法是使系統(tǒng)再啟動(dòng)。概括而言，在規(guī)定程序開(kāi)發(fā)前要確定的問(wèn)題是：輸入輸出、時(shí)間限制、處理要求、精確度、內(nèi)存容量、出錯(cuò)處理和各程序之間的關(guān)系等。(3)確定程序設(shè)計(jì)方法。一旦與系統(tǒng)有關(guān)的問(wèn)題已經(jīng)確定，用戶(hù)程序開(kāi)發(fā)的下一步就是程序設(shè)計(jì)。在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用合理的程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵。一般，程序設(shè)

計(jì)常采用下面幾種技術(shù)：①模塊化設(shè)計(jì)。這種方法是把一個(gè)大程序分成若干個(gè)小的程序模塊，對(duì)它們進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)和編程，然后分別進(jìn)行調(diào)試，最后把它們連接為一個(gè)大程序。模塊是按功能加以劃分的，這種劃分的程序模塊能夠形成在以后工作中將要用到的程序庫(kù)。模塊化編程有許多明顯優(yōu)點(diǎn)。它縮短了要查錯(cuò)和測(cè)試的程序長(zhǎng)度，并且為其他程序提供了可以重復(fù)使用的基本程序。其缺點(diǎn)是：各模塊連接時(shí)，參數(shù)傳遞費(fèi)時(shí)并占用內(nèi)存，另外，需要進(jìn)行模塊級(jí)和主程序級(jí)的兩級(jí)調(diào)試。②自上至下的程序設(shè)計(jì)。這種方法是在程序設(shè)計(jì)時(shí)，先從系統(tǒng)一級(jí)的程序(主程序)開(kāi)始設(shè)計(jì)，從屬的程序或子程序用一些程序代號(hào)來(lái)表示。當(dāng)主程序編好之后，再將各代號(hào)展開(kāi)成為從屬的程序或子程序，最后完成整個(gè)系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)。自上至下的程序設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)、測(cè)試和連接同時(shí)按一條線索進(jìn)行，出現(xiàn)的問(wèn)題可以較早地發(fā)現(xiàn)并解決。其測(cè)試能夠完全按真實(shí)的系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行，無(wú)須測(cè)試程序。它是將程序設(shè)計(jì)、手工編程序和測(cè)試幾個(gè)步驟結(jié)合到一起的研制軟件的方法。其缺點(diǎn)是,這種設(shè)計(jì)方法不能充分發(fā)揮硬件在軟件設(shè)計(jì)中的作用。其樹(shù)形結(jié)構(gòu)會(huì)使上一級(jí)錯(cuò)誤對(duì)整個(gè)程序產(chǎn)生災(zāi)難性的影響。③結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)。以標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程，就是結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)。使用三種邏輯簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，可以編寫(xiě)出滿(mǎn)足任何要求的程序。這三種結(jié)構(gòu)是順序結(jié)構(gòu)、條件結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)?？傊?，在確定程序設(shè)計(jì)方法和采用合適的程序語(yǔ)言的基礎(chǔ)上，可使程序的開(kāi)發(fā)事半功倍。目前，在工業(yè)控制微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常采用高級(jí)語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編程的方法。這樣可以充分發(fā)揮兩種語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，使編程方便且效率高。在很小的(單片機(jī))系統(tǒng)中，也有只用匯編語(yǔ)言編程的，這種軟件一般比較簡(jiǎn)單。

(4)編寫(xiě)代碼。在確定了具體的程序設(shè)計(jì)方法之后，就可以編制用戶(hù)程序了。編寫(xiě)用戶(hù)程序時(shí)可以用高級(jí)語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言或兩者混合使用。對(duì)于一個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)，由于資源有限，速度要求又較高，故實(shí)際用戶(hù)程序的子功能多采用匯編程序完成，而主程序又多以C語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)。這樣既利用了匯編語(yǔ)言速度快的特點(diǎn)以滿(mǎn)足系統(tǒng)的速度要求，又利用了C語(yǔ)言功能強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)容易的特點(diǎn)以提高程序質(zhì)量。例如，用C語(yǔ)言可以很方便地編制出良好的用戶(hù)界面，使操作者可以很快地掌握系統(tǒng)的使用。

同時(shí)，在編程中，尤其是用匯編語(yǔ)言編程，由于是在指令級(jí)上進(jìn)行的，因此，要特別注意細(xì)節(jié)，每一步都要小心謹(jǐn)慎，盡可能少出現(xiàn)錯(cuò)誤。例如，用符號(hào)來(lái)表示地址、常數(shù)、標(biāo)志等會(huì)帶來(lái)方便；盡可能不采用容易混淆的符號(hào)；應(yīng)盡量使程序短小易懂；還應(yīng)注意程序注解等許多值得注意的問(wèn)題。

(5)查錯(cuò)。即使是一個(gè)很熟練的程序員，在編寫(xiě)程序時(shí)，尤其是編寫(xiě)較大程序時(shí)，都很難不出現(xiàn)錯(cuò)誤。查錯(cuò)是解決這一問(wèn)題的有效手段，同時(shí)它也是程序設(shè)計(jì)過(guò)程中所必須經(jīng)過(guò)的一個(gè)步驟。對(duì)于一個(gè)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，查錯(cuò)通常比較困難，這是因?yàn)槲⑻幚砥鞯膬?nèi)部寄存器都在CPU內(nèi)，程序執(zhí)行時(shí)不能直接發(fā)現(xiàn)寄存器的內(nèi)容；軟件和硬件關(guān)系密切，程序執(zhí)行過(guò)程有嚴(yán)格的定時(shí)關(guān)系，而且在實(shí)時(shí)應(yīng)用中不能得到足夠的數(shù)據(jù)等，這一切都增加了微機(jī)系統(tǒng)查錯(cuò)的困難。下面我們介紹幾個(gè)常用的查錯(cuò)手段。①匯編(或編譯)程序。利用匯編(MASM)程序，可以給出匯編語(yǔ)言源程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤及其他明顯的錯(cuò)誤。同樣，利用高級(jí)語(yǔ)言的編譯程序也會(huì)給出一些語(yǔ)法方面的錯(cuò)誤。但是，它們并不能找出程序中的邏輯錯(cuò)誤。②邏輯分析儀和在線仿真器。這兩種測(cè)試儀器可以幫助我們查找軟件及硬件的錯(cuò)誤(故障)。③列表校正和手工校正。④第三方檢查。有時(shí)請(qǐng)第三者仔細(xì)閱讀出錯(cuò)的程序，對(duì)照校正表認(rèn)真分析，可以較容易地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。

(6)測(cè)試。測(cè)試和查錯(cuò)是緊密相連的。測(cè)試的本質(zhì)就是在一組特定的測(cè)試條件下，進(jìn)行查錯(cuò)的后續(xù)步驟。測(cè)試方法和測(cè)試條件的選擇關(guān)系到測(cè)試成功與否。在許多微處理機(jī)工業(yè)控制系統(tǒng)中，程序的實(shí)時(shí)輸入很難控制和模擬，而且各部分聯(lián)系都很緊密，因而選擇合適的測(cè)試條件是件非常復(fù)雜的工作。

有關(guān)測(cè)試手段和測(cè)試數(shù)據(jù)的選擇在軟件工程中學(xué)習(xí)，此處不再說(shuō)明。在此特別說(shuō)明，在軟件開(kāi)發(fā)中，無(wú)論是匯編語(yǔ)言還是高級(jí)語(yǔ)言，都可以用DEBUG(動(dòng)態(tài)調(diào)試工具)進(jìn)行查錯(cuò)和一般的測(cè)試。有了這樣的工具，可給軟件及硬件開(kāi)發(fā)帶來(lái)一定的方便。7.軟硬件聯(lián)調(diào)——系統(tǒng)調(diào)試在硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)分別進(jìn)行設(shè)計(jì)并調(diào)試的基礎(chǔ)上，將硬件和軟件放到同一系統(tǒng)中進(jìn)行聯(lián)調(diào)，又稱(chēng)集成測(cè)試。在聯(lián)調(diào)中往往是逐步進(jìn)行的，逐個(gè)硬件模塊和軟件模塊進(jìn)入系統(tǒng)，使它們進(jìn)入正常工作。如果某一模塊有問(wèn)題，則可集中注意力加以解決，直至整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)測(cè)試。8.實(shí)驗(yàn)室模擬運(yùn)行——離線仿真將整個(gè)聯(lián)調(diào)好的系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行模擬現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行，此步驟稱(chēng)為離線仿真。這時(shí)，可由人工輸入模擬信號(hào)(電壓)，用儀表(例如萬(wàn)用表、示波器等)對(duì)輸出進(jìn)行指示，使系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行。在實(shí)驗(yàn)室模擬運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員必須仔細(xì)觀察運(yùn)行過(guò)程中的各種狀態(tài)。對(duì)任何不正常情況必須仔細(xì)分析其原因。必要時(shí)，可人為地制造一些干擾，以便觀察系統(tǒng)的可靠性，亦可將電源拉偏，觀察系統(tǒng)的適應(yīng)能力等。9.現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、試運(yùn)行將所研制的系統(tǒng)放到用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)，接上用戶(hù)的常規(guī)及專(zhuān)用外設(shè)。對(duì)專(zhuān)用外設(shè)進(jìn)行逐一調(diào)試，使它們進(jìn)入正常狀態(tài)。而后，執(zhí)行用戶(hù)程序，使系統(tǒng)進(jìn)入試運(yùn)行狀態(tài)。在試運(yùn)行過(guò)程中，開(kāi)發(fā)者與使用者需要密切配合，仔細(xì)觀察并記錄系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)。若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，要認(rèn)真分析，務(wù)求盡快解決。在試運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)人員要認(rèn)真編寫(xiě)大量的文件、資料。例如，研制項(xiàng)目的背景、研制報(bào)告、技術(shù)報(bào)告、使用維護(hù)手冊(cè)、軟件資料、硬件圖紙、標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范、用戶(hù)使用報(bào)告等等。10.驗(yàn)收或鑒定——系統(tǒng)性能評(píng)估在用戶(hù)使用半年或更長(zhǎng)時(shí)間之后，若用戶(hù)和設(shè)計(jì)者均對(duì)系統(tǒng)的性能感到滿(mǎn)意，即可組織驗(yàn)收或鑒定，使設(shè)計(jì)工作完結(jié)。否則，依據(jù)需要修改設(shè)計(jì)，重新開(kāi)發(fā)。計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)步驟的簡(jiǎn)要流程如圖8―3所示。圖8―3計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟示意圖8.3系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

作為一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工程項(xiàng)目，在研制過(guò)程中應(yīng)該經(jīng)過(guò)哪些步驟，應(yīng)該怎樣有條不紊地保證研制工作順利進(jìn)行，這是需要認(rèn)真考慮的。如果步驟不清，或者每一步需要做什么不明確，就有可能引起研制過(guò)程中的混亂甚至返工。本節(jié)就系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的具體問(wèn)題作進(jìn)一步的討論，這些具體問(wèn)題對(duì)實(shí)際工作有重要的指導(dǎo)意義。8.3.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)性能優(yōu)良的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，要注重對(duì)實(shí)際問(wèn)題的調(diào)查研究。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的深入了解和分析，以及對(duì)工作過(guò)程和環(huán)境的熟悉，才能確定系統(tǒng)的控制任務(wù)，進(jìn)而提出切實(shí)可行的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。1.硬件總體方案設(shè)計(jì)依據(jù)用戶(hù)任務(wù)的技術(shù)要求和已作過(guò)的初步方案，開(kāi)展系統(tǒng)的硬件總體設(shè)計(jì)?？傮w設(shè)計(jì)的方法是“黑箱”設(shè)計(jì)法。所謂“黑箱”設(shè)計(jì)，就是畫(huà)方塊圖的方法。用這種方法做出的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，只需明確各方塊之間的信號(hào)輸入輸出關(guān)系和功能要求，而不需知道“黑箱”內(nèi)的具體結(jié)構(gòu)。硬件總體方案設(shè)計(jì)主要包含以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。1)確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型根據(jù)系統(tǒng)要求，確定采用開(kāi)環(huán)還是閉環(huán)控制。閉環(huán)控制還需進(jìn)一步確定是單閉環(huán)還是多閉環(huán)控制。實(shí)際可供選擇的控制系統(tǒng)類(lèi)型有操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制(DDC)系統(tǒng)、監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制(SCC)系統(tǒng)、分級(jí)控制系統(tǒng)、分散型控制系統(tǒng)(DCS)、工業(yè)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等。2)確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式系統(tǒng)的構(gòu)成方式應(yīng)優(yōu)先選擇采用工業(yè)控制機(jī)。工業(yè)控制機(jī)具有系列化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和開(kāi)放結(jié)構(gòu)，有利于系統(tǒng)設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)要求任意選擇，像搭積木般地組建系統(tǒng)。這種方式可提高研制和開(kāi)發(fā)速度，提高系統(tǒng)的技術(shù)水平和性能，增加可靠性。當(dāng)然，也可以采用通用的可編程序控制器(PLC)或智能調(diào)節(jié)器來(lái)構(gòu)成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(如分散型控制系統(tǒng)、分級(jí)控制系統(tǒng)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò))的前端機(jī)(或稱(chēng)下位機(jī))。3)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備選擇現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備主要包含傳感器、變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這些裝置的選擇要正確，它是影響系統(tǒng)控制精度的重要因素之一。

4)其他方面的考慮總體方案中還應(yīng)考慮人機(jī)聯(lián)系方式、系統(tǒng)的機(jī)柜或機(jī)箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、抗干擾等方面的問(wèn)題。2.軟件總體方案設(shè)計(jì)依據(jù)用戶(hù)任務(wù)的技術(shù)要求和已作過(guò)的初步方案，進(jìn)行軟件的總體設(shè)計(jì)。軟件總體設(shè)計(jì)和硬件總體設(shè)計(jì)一樣，也是采用結(jié)構(gòu)化的“黑箱”設(shè)計(jì)法。先畫(huà)出較高一級(jí)的方框圖，然后再將大的方框分解成小的方框，直到能表達(dá)清楚功能為止。軟件總體方案還應(yīng)考慮確定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、控制策略、控制算法等。3.系統(tǒng)總體方案將上面的硬件總體方案和軟件總體方案合在一起構(gòu)成系統(tǒng)的總體方案?？傮w方案論證可行后，要形成文件，建立總體方案文檔。系統(tǒng)總體文件的內(nèi)容包括：

(1)系統(tǒng)的主要功能、技術(shù)指標(biāo)、原理性方框圖及文字說(shuō)明。

(2)控制策略和控制算法，例如PID控制、大林算法、Smith補(bǔ)償控制、最少拍控制、串級(jí)控制、前饋控制、解耦控制、模糊控制、最優(yōu)控制等。(3)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及配置，主要的軟件功能、結(jié)構(gòu)及框圖。(4)方案比較和選擇。(5)保證性能指標(biāo)要求的技術(shù)措施。(6)抗干擾和可靠性設(shè)計(jì)。(7)機(jī)柜或機(jī)箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。(8)經(jīng)費(fèi)和進(jìn)度計(jì)劃的安排。8.3.2硬件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)采用總線式工業(yè)控制機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，可以解決工業(yè)控制中的眾多問(wèn)題。由于總線式工業(yè)控制機(jī)的高度模塊化和插板結(jié)構(gòu)，因此，可以采用組合方式來(lái)大大簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。采用總線式工業(yè)控制機(jī)，只需要簡(jiǎn)單地更換幾塊模板，就可以很方便地組成另外一種功能的控制系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，一些控制功能既能用硬件實(shí)現(xiàn)，亦能用軟件實(shí)現(xiàn)，故系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，硬件、軟件功能的劃分要綜合考慮。1.選擇系統(tǒng)的總線和主機(jī)機(jī)型

1)選擇系統(tǒng)的總線系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)，具有很多優(yōu)點(diǎn)：可以簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)，用戶(hù)可根據(jù)需要直接選用符合總線標(biāo)準(zhǔn)的功能模板，而不必考慮模板插件之間的匹配問(wèn)題，使系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化；系統(tǒng)可擴(kuò)性好，僅需將按總線標(biāo)準(zhǔn)研制的新的功能模板插在總線槽中；系統(tǒng)更新性好，一旦出現(xiàn)新的微處理器、存儲(chǔ)器芯片和接口電路，只要將這些新的芯片按總線標(biāo)準(zhǔn)研制成各類(lèi)插件，即可取代原來(lái)的模板而升級(jí)更新系統(tǒng)。

(1)內(nèi)總線選擇。常用的工業(yè)控制機(jī)內(nèi)總線有兩種，即PC總線和STD總線。根據(jù)需要選擇其中一種，一般常選用PC總線進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，即選用PC總線工業(yè)控制機(jī)。

(2)外總線選擇。根據(jù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本類(lèi)型，如果采用分級(jí)控制系統(tǒng)DCS等，必然有通信的問(wèn)題。外總線就是計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與智能儀器或智能外設(shè)之間進(jìn)行通信的總線，它包括并行通信總線(IEEE―488)和串行通信總線(RS―232C)。另外，還有可用來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信、

多站點(diǎn)互連的通信總線RS―422和RS―485。具體選擇哪一種，要根據(jù)通信的速率、距離、系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通信協(xié)議等要求來(lái)綜合分析后才能確定。但需要說(shuō)明的是,RS―422和RS―485總線在工業(yè)控制機(jī)的主機(jī)中沒(méi)有現(xiàn)成的接口裝置，必須另外選擇相應(yīng)的通信接口板。2)選擇主機(jī)機(jī)型在總線式工業(yè)控制機(jī)中有許多機(jī)型，都因采用的CPU不同而不同。以PC總線工業(yè)控制機(jī)為例，其CPU有8088、80286、80386、80486、Pentium(586)等多種型號(hào)，內(nèi)存、硬盤(pán)、主頻、顯示卡、CRT顯示器也有多種規(guī)格。設(shè)計(jì)人員可根據(jù)要求合理地進(jìn)行選型。

2.選擇輸入輸出通道模板一個(gè)典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，除了工業(yè)控制機(jī)的主機(jī)以外，還必須有各種輸入/輸出通道模板，其中包括數(shù)字量I/O(即DI/DO)、模擬量I/O(AI/AO)等模板。

1)數(shù)字量(開(kāi)關(guān)量)輸入輸出(DI/DO)模板

PC總線的并行I/O接口模板多種多樣，通?？煞譃門(mén)TL電平的DI/DO和帶光電隔離的DI/DO。通常和工業(yè)控制機(jī)共地裝置的接口可以采用TTL電平，而其他裝置與工業(yè)控制機(jī)之間則采用光電隔離。

通常和工業(yè)控制機(jī)共地裝置的接口可以采用TTL電平，而其他裝置與工業(yè)控制機(jī)之間則采用光電隔離。對(duì)于大容量的DI/DO系統(tǒng)，往往選用大容量的TTL電平DI/DO板，而將光電隔離及驅(qū)動(dòng)功能安排在工業(yè)控制機(jī)總線之外的非總線模板上，如繼電器板(包括固體繼電器板)等。2)模擬量輸入輸出(AI/AO)模板

AI/AO模板包括A/D、D/A板及信號(hào)調(diào)理電路等。AI模板輸入可能是0～±5V、1～5V、0～10mA、4～20mA以及熱電偶、熱電阻和各種變送器的信號(hào)。AO模板輸出可能是0～5V、l～5V、0～10mA、4～20mA等信號(hào)。選擇AI/AO模板時(shí)必須注意分辨率、轉(zhuǎn)換速度、量程范圍等技術(shù)指標(biāo)。系統(tǒng)中的輸入/輸出模板可按需要進(jìn)行組合，不管哪種類(lèi)型的系統(tǒng)，其模板的選擇與組合均由生產(chǎn)過(guò)程的輸入?yún)?shù)、輸出控制通道的種類(lèi)和數(shù)量來(lái)確定。3.選擇信號(hào)變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)

1)選擇信號(hào)變送器信號(hào)變送器是這樣一種儀表，它能將被測(cè)變量(如溫度、壓力、物位、流量、電壓、電流等)轉(zhuǎn)換為可遠(yuǎn)傳的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(0～10mA、4～20mA等)，且輸出信號(hào)與被測(cè)變量有一定的連續(xù)關(guān)系。在控制系統(tǒng)中其輸出信號(hào)被送至工業(yè)控制機(jī)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。DDZ―Ⅲ型信號(hào)變送器輸出的是4～20mA信號(hào)，供電電源為24V(DC)且采用二線制，DDZ―Ⅲ型比DDZ―Ⅱ型信號(hào)變送器性能好，使用方便。DDZ―S系列信號(hào)變送器是在總結(jié)DDZ―Ⅱ型和DDZ―Ⅲ型變送器的基礎(chǔ)上，吸取了國(guó)外同類(lèi)變送器的先進(jìn)技術(shù)，采用模擬技術(shù)與數(shù)字技術(shù)相結(jié)合開(kāi)發(fā)出的新一代變送器?，F(xiàn)場(chǎng)總線儀表也將被推廣應(yīng)用。常用的信號(hào)變送器有溫度變送器、壓力變送器、液位變送器、差壓變送器、流量變送器、各種電量變送器等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可根據(jù)被測(cè)參數(shù)的種類(lèi)、量程及被測(cè)對(duì)象的介質(zhì)類(lèi)型和環(huán)境來(lái)選擇變送器的具體型號(hào)。2)選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是控制系統(tǒng)中必不可少的組成部分，它的作用是接受計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成調(diào)整機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，使生產(chǎn)過(guò)程按預(yù)先規(guī)定的要求正常運(yùn)行。執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為氣動(dòng)、電動(dòng)、液壓三種類(lèi)型。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低、防火防爆；電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是體積小、種類(lèi)多、使用方便；液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是推力大、精度高。常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為氣動(dòng)的和電動(dòng)的。

在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中，將0～10mA或4～20mA電信號(hào)經(jīng)電氣轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的0.02～0.1MPa氣壓信號(hào)之后，即可與氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥)配套使用。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(電動(dòng)調(diào)節(jié)閥)直接接受來(lái)自工業(yè)控制機(jī)的輸出信號(hào)4～20mA或0～10mA，實(shí)現(xiàn)控制作用。另外，還有各種有觸點(diǎn)和無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，也是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)動(dòng)作。電磁閥作為一種開(kāi)關(guān)閥在工業(yè)中也得到了廣泛應(yīng)用。

在系統(tǒng)中，選擇氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電磁閥、有觸點(diǎn)和無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)之中的哪一種，要根據(jù)系統(tǒng)的要求來(lái)確定。但要實(shí)現(xiàn)連續(xù)的、精確的控制目的，必須選用氣動(dòng)或電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，而對(duì)要求不高的控制系統(tǒng)可選用電磁閥。8.3.3軟件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)用工業(yè)控制機(jī)來(lái)組建計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)不僅能減小系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)工作量，而且還能減小系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)工作量。一般工業(yè)控制機(jī)都配有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)或?qū)崟r(shí)監(jiān)控程序，各種控制、運(yùn)算軟件、組態(tài)軟件等，可使系統(tǒng)設(shè)計(jì)者在最短的周期內(nèi)開(kāi)發(fā)出目標(biāo)系統(tǒng)軟件。

當(dāng)然并不是所有的工業(yè)控制機(jī)都能給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)上述的方便，有些工業(yè)控制機(jī)只能提供硬件設(shè)計(jì)的方便，而應(yīng)用軟件需自行開(kāi)發(fā)；若從選擇單片機(jī)入手來(lái)研制控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的全部硬件、軟件均需自行開(kāi)發(fā)研制。自行開(kāi)發(fā)控制軟件時(shí)，應(yīng)先畫(huà)出程序總體流程圖和各功能模塊流程圖，再選擇程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，然后編制程序。程序編制應(yīng)先模塊后整體。具體程序設(shè)計(jì)內(nèi)容為以下幾個(gè)方面。1.數(shù)據(jù)類(lèi)型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃在系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)的各個(gè)模塊之間有著各種因果關(guān)系，互相之間要進(jìn)行各種信息傳遞，如數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)采集模塊之間的關(guān)系。數(shù)據(jù)采集模塊的輸出信息就是數(shù)據(jù)處理模塊的輸入信息，同樣，數(shù)據(jù)處理模塊和顯示模塊、打印模塊之間也有這種產(chǎn)銷(xiāo)關(guān)系。各模塊之間的關(guān)系體現(xiàn)在它們的接口條件(即輸入條件和輸出結(jié)果)上。為了避免產(chǎn)銷(xiāo)脫節(jié)現(xiàn)象，就必須嚴(yán)格規(guī)定好各個(gè)接口條件，即各接口參數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類(lèi)型。

這一步工作可以這樣來(lái)做：將每一個(gè)執(zhí)行模塊要用到的參數(shù)和要輸出的結(jié)果列出來(lái)，對(duì)于與不同模塊都有關(guān)的參數(shù)，只取一個(gè)名稱(chēng)，以保證同一個(gè)參數(shù)只有一種格式，然后為每一參數(shù)規(guī)劃一個(gè)數(shù)據(jù)類(lèi)型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

從數(shù)據(jù)類(lèi)型上來(lái)分類(lèi)，數(shù)據(jù)可分為邏輯型和數(shù)值型，但通常將邏輯型數(shù)據(jù)歸到軟件標(biāo)志中去考慮。數(shù)值型可分為定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)。定點(diǎn)數(shù)有直觀、編程簡(jiǎn)單、運(yùn)算速度快的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是表示的數(shù)值動(dòng)態(tài)范圍小，容易溢出；浮點(diǎn)數(shù)則相反，數(shù)值動(dòng)態(tài)范圍大，相對(duì)精度穩(wěn)定，不易溢出，但編程復(fù)雜，運(yùn)算速度低。如果某參數(shù)是一系列有序數(shù)據(jù)的集合，如采樣信號(hào)序列，則不只有數(shù)據(jù)類(lèi)型問(wèn)題，還有一個(gè)數(shù)據(jù)存放格式問(wèn)題，即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問(wèn)題。2.資源分配完成數(shù)據(jù)類(lèi)型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的規(guī)劃后，便可開(kāi)始分配系統(tǒng)的資源了。系統(tǒng)資源包括ROM、RAM、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、中斷源、I/O地址等。ROM資源用來(lái)存放程序和表格，I/O地址、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、中斷源在任務(wù)分析時(shí)已經(jīng)分配好了，因此，資源分配的主要工作是RAM資源的分配。RAM資源規(guī)劃好后，應(yīng)列出一張RAM資源的詳細(xì)分配清單，以作為編程依據(jù)。3.實(shí)時(shí)控制軟件設(shè)計(jì)

1)數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理程序數(shù)據(jù)采集程序主要包括多路信號(hào)的采樣、輸入變換、存儲(chǔ)等。模擬輸入量有0～10mA(DC)或4～20mA(DC)及0~5V(DC)等。電流需經(jīng)I/V變換變?yōu)?～5V(DC)電壓輸入，電阻量等需作變換將其轉(zhuǎn)成電壓信號(hào)后再作為A/D轉(zhuǎn)換模板的輸入。開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)狀態(tài)通過(guò)數(shù)字量輸入(DI)模板輸入。輸入信號(hào)的點(diǎn)數(shù)可根據(jù)需要選取，每個(gè)信號(hào)的量程和工業(yè)單位用戶(hù)必須規(guī)定清楚。數(shù)據(jù)處理程序主要包括數(shù)字濾波程序、線性化處理和非線性補(bǔ)償、標(biāo)度變換程序、越限報(bào)警程序等。2)控制算法程序控制算法程序主要實(shí)現(xiàn)控制規(guī)律的計(jì)算，產(chǎn)生控制量。其中包括數(shù)字PID控制算法、大林算法、Smith補(bǔ)償控制算法、最少拍控制算法、串級(jí)控制算法、前饋控制算法、解耦控制算法、模糊控制算法、最優(yōu)控制算法等。實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)，可選擇合適的一種或幾種控制算法來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。3)控制量輸出程序控制量輸出程序用于實(shí)現(xiàn)對(duì)控制量的處理(上下限和變化率處理)、控制量的變換及輸出、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或各種電氣開(kāi)關(guān)?？刂屏恳舶M量和開(kāi)關(guān)量輸出兩種。模擬控制量由D/A轉(zhuǎn)換模板輸出，一般為標(biāo)準(zhǔn)的0～10mA(DC)或4～20mA(DC)及0~5V(DC)信號(hào)，該信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)如各種調(diào)節(jié)閥。開(kāi)關(guān)量控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)各種電氣開(kāi)關(guān)。4)實(shí)時(shí)時(shí)鐘和中斷處理程序?qū)崟r(shí)時(shí)鐘是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一切與時(shí)間有關(guān)過(guò)程的運(yùn)行基礎(chǔ)。時(shí)鐘有兩種，即絕對(duì)時(shí)鐘和相對(duì)時(shí)鐘。絕對(duì)時(shí)鐘與當(dāng)?shù)氐臅r(shí)間同步，有年、月、日、時(shí)、分、秒等功能。相對(duì)時(shí)鐘與當(dāng)?shù)貢r(shí)間無(wú)關(guān)，一般只要時(shí)、分、秒即可，在某些場(chǎng)合要精確到0.1s甚至毫秒。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中有很多任務(wù)是按時(shí)間來(lái)安排的，即有固定的作息時(shí)間。這些任務(wù)的觸發(fā)和撤消由系統(tǒng)時(shí)鐘來(lái)控制，不用操作者直接干預(yù)，這在很多無(wú)人值班的場(chǎng)合尤其必要。

實(shí)時(shí)任務(wù)有兩類(lèi)：第一類(lèi)是周期性的，如每天固定時(shí)間啟動(dòng)，固定時(shí)間撤消的任務(wù)，它的重復(fù)周期是一天；第二類(lèi)是臨時(shí)性任務(wù)，操作者預(yù)定好啟動(dòng)和撤消時(shí)間后由系統(tǒng)時(shí)鐘來(lái)執(zhí)行，但僅一次有效。作為一般情況，假設(shè)系統(tǒng)中有幾個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)都有自己的啟動(dòng)和撤消時(shí)刻。在系統(tǒng)中建立兩個(gè)表格：一個(gè)是任務(wù)啟動(dòng)時(shí)刻表，一個(gè)是任務(wù)撤消時(shí)刻表，表格按作業(yè)順序編號(hào)安排。為使任務(wù)啟動(dòng)和撤消及時(shí)、準(zhǔn)確，

這一過(guò)程應(yīng)安排在時(shí)鐘中斷子程序中來(lái)完成。定時(shí)中斷服務(wù)程序在完成時(shí)鐘調(diào)整后，就開(kāi)始掃描啟動(dòng)時(shí)刻表和撤消時(shí)刻表，當(dāng)表中某項(xiàng)和當(dāng)前時(shí)刻完全相同時(shí)，通過(guò)查表位置指針就可以決定對(duì)應(yīng)作業(yè)的編號(hào)，通過(guò)編號(hào)就可以啟動(dòng)或撤消相應(yīng)的任務(wù)。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，有很多控制過(guò)程雖與時(shí)間(相對(duì)時(shí)鐘)有關(guān)，但與當(dāng)?shù)貢r(shí)間(絕對(duì)時(shí)鐘)無(wú)關(guān)。例如啤酒發(fā)酵微機(jī)控制系統(tǒng)，要求從10℃降溫4小時(shí)到5℃，保溫30小時(shí)后，再降溫2小時(shí)到3℃，再保溫。以上工藝過(guò)程與時(shí)間關(guān)系密切，但與上午、下午沒(méi)有關(guān)系，只與開(kāi)始投料時(shí)間有關(guān)，這一類(lèi)的時(shí)間控制需要相對(duì)時(shí)鐘信號(hào)。相對(duì)時(shí)鐘的運(yùn)行速度與絕對(duì)時(shí)鐘一致，但數(shù)值完全獨(dú)立。這就要求相對(duì)時(shí)鐘必須另外開(kāi)辟存儲(chǔ)單元。在使用上，相對(duì)時(shí)鐘要先初始化，再開(kāi)始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)到后便可喚醒指定任務(wù)。

許多實(shí)時(shí)任務(wù)如采樣周期、定時(shí)顯示打印、定時(shí)數(shù)據(jù)處理等都必須利用實(shí)時(shí)時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)，并由定時(shí)中斷服務(wù)程序去執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作或處理動(dòng)作狀態(tài)標(biāo)志等。另外，事故報(bào)警、掉電檢測(cè)及處理、重要的事件處理等功能的實(shí)現(xiàn)也常常使用中斷技術(shù)，以便計(jì)算機(jī)能對(duì)事件做出及時(shí)處理。事件處理用中斷服務(wù)程序和相應(yīng)的硬件電路來(lái)完成。

5)數(shù)據(jù)管理程序這部分程序用于生產(chǎn)管理，主要包括畫(huà)面顯示、變化趨勢(shì)分析、報(bào)警記錄、統(tǒng)計(jì)報(bào)表打印輸出等。6)數(shù)據(jù)通信程序數(shù)據(jù)通信程序主要完成計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與智能設(shè)備之間的信息傳遞和交換。這個(gè)功能主要在分散型控制系統(tǒng)、分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。8.3.4系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行分為離線仿真與調(diào)試階段和在線調(diào)試與運(yùn)行階段。離線仿真與調(diào)試階段一般在實(shí)驗(yàn)室或非工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，在線調(diào)試與運(yùn)行階段在生產(chǎn)過(guò)程工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。其中離線仿真與調(diào)試階段是基礎(chǔ)，它檢查硬件和軟件的整體性能，為現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)做準(zhǔn)備，現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)是對(duì)全系統(tǒng)的實(shí)際考驗(yàn)與檢查。系統(tǒng)調(diào)試的內(nèi)容很豐富，遇到的問(wèn)題是千變?nèi)f化的，解決的方法也是多種多樣的，并沒(méi)有統(tǒng)一的模式。1.離線仿真和調(diào)試

1)硬件調(diào)試對(duì)于各種標(biāo)準(zhǔn)功能模板，按照說(shuō)明書(shū)檢查主要功能，比如主機(jī)板(CPU板)上RAM區(qū)的讀寫(xiě)功能、ROM區(qū)的讀出功能、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等的正確性。在調(diào)試A/D和D/A模板之前，必須準(zhǔn)備好信號(hào)源、數(shù)字電壓表、電流表等。對(duì)這兩種模板首先檢查信號(hào)的零點(diǎn)和滿(mǎn)量程，然后再分擋檢查。比如滿(mǎn)量程的25％、50％、75％、100％，并且上行和下行來(lái)回調(diào)試，以便檢查線性度是否合乎要求，如有多路開(kāi)關(guān)板，應(yīng)測(cè)試各通路是否正確切換。

利用開(kāi)關(guān)量輸入和輸出程序來(lái)檢查開(kāi)關(guān)量輸入(DI)和開(kāi)關(guān)量輸出(DO)模板。測(cè)試時(shí)可在輸入端加開(kāi)關(guān)量信號(hào)，檢查讀入狀態(tài)的正確性，可在輸出端檢查(用萬(wàn)用表)輸出狀態(tài)的正確性。硬件調(diào)試還包括現(xiàn)場(chǎng)儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如壓力變送器、差壓變送器、流量變送器、溫度變送器以及電動(dòng)或氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥等。這些儀表必須在安裝之前按說(shuō)明書(shū)要求校驗(yàn)完畢。如果是分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和分散型控制系統(tǒng)，還要調(diào)試通信功能，驗(yàn)證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。2)軟件調(diào)試軟件調(diào)試的順序是子程序、功能模塊和主程序。有些程序的調(diào)試比較簡(jiǎn)單，利用開(kāi)發(fā)裝置(或仿真器)以及計(jì)算機(jī)提供的調(diào)試程序就可以進(jìn)行調(diào)試。程序設(shè)計(jì)一般采用匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言混合編程。對(duì)處理速度和實(shí)時(shí)性要求高的部分用匯編語(yǔ)言編程(如數(shù)據(jù)采集、時(shí)鐘、中斷、控制輸出等)，對(duì)速度和實(shí)時(shí)性要求不高的部分用高級(jí)語(yǔ)言來(lái)編程(如數(shù)據(jù)處理、變換、圖形、顯示、打印、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等)。

一般與過(guò)程輸入輸出通道無(wú)關(guān)的程序，都可用開(kāi)發(fā)機(jī)(仿真器)的調(diào)試程序進(jìn)行調(diào)試，不過(guò)有時(shí)為了能調(diào)試某些程序，可能要編寫(xiě)臨時(shí)性的輔助程序。系統(tǒng)控制模塊的調(diào)試應(yīng)分為開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種情況進(jìn)行。開(kāi)環(huán)調(diào)試是檢查它的階躍響應(yīng)特性，閉環(huán)調(diào)試是檢查它的反饋控制功能。圖8―4是PID控制模塊的開(kāi)環(huán)特性調(diào)試原理框圖。首先可以通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器輸入一個(gè)階躍電壓，然后使PID控制模塊程序按預(yù)定的控制周期T循環(huán)執(zhí)行，控制量u經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬電壓0～5V(DC)給記錄儀，記下它的階躍響應(yīng)曲線。圖8―4PID控制模塊的開(kāi)環(huán)調(diào)試示意圖

在完成PID控制模塊開(kāi)環(huán)特性調(diào)試的基礎(chǔ)上，還必須進(jìn)行閉環(huán)特性調(diào)試。所謂閉環(huán)調(diào)試，就是按圖8―5構(gòu)成單回路PID反饋控制系統(tǒng)。對(duì)圖8―5分別做給定值r(k)和外部擾動(dòng)f(t)的階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)，改變P、I、D參數(shù)以及階躍輸入的幅度，分析被控制量y(t)的階躍響應(yīng)曲線和PID控制器輸出控制量u的記錄曲線，判斷閉環(huán)工作是否符合要求。若不符合要求，則需根據(jù)現(xiàn)象仔細(xì)分析，重新檢查程序，排除在開(kāi)環(huán)調(diào)試中沒(méi)有暴露出來(lái)的問(wèn)題。圖8―5PID控制模塊的閉環(huán)調(diào)試示意圖

按照上述方法，逐項(xiàng)調(diào)試完各模塊，直到所有模塊調(diào)試完畢，就可以用主程序?qū)⑺鼈冞B接在一起，進(jìn)行整體調(diào)試。整體調(diào)試的方法是自底向上逐步擴(kuò)大。首先按分支將模塊組合起來(lái)，以形成模塊子集，調(diào)試完各模塊子集，再將部分模塊子集連接起來(lái)進(jìn)行局部調(diào)試，最后進(jìn)行全局調(diào)試。這樣經(jīng)過(guò)子集、局部和全局三步調(diào)試，即可完成整體調(diào)試工作。整體調(diào)試是對(duì)模塊之間連接關(guān)系的檢查，有時(shí)為了配合整體調(diào)試，在調(diào)試的各階段編制了必要的臨時(shí)性輔助程序，調(diào)試結(jié)束后應(yīng)刪去。通過(guò)整體調(diào)試能夠把設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題和隱含的缺陷暴露出來(lái)，從而基本上消除了編程上的錯(cuò)誤，為以后的仿真調(diào)試和在線調(diào)試打下良好的基礎(chǔ)。3)系統(tǒng)仿真在硬件和軟件分別聯(lián)調(diào)后，并不意味著系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和離線調(diào)試已經(jīng)結(jié)束，為此，必須再進(jìn)行全系統(tǒng)的硬件、軟件統(tǒng)調(diào)。這次的統(tǒng)調(diào)試驗(yàn)，就是通常所說(shuō)的“系統(tǒng)仿真”(也稱(chēng)為模擬調(diào)試)。所謂系統(tǒng)仿真，就是應(yīng)用相似原理和類(lèi)比關(guān)系來(lái)研究事物相同屬性，也就是用模型來(lái)代替實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程(即被控對(duì)象)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究。系統(tǒng)仿真有以下三種類(lèi)型：全物理仿真(或稱(chēng)在模擬環(huán)境條件下的全實(shí)物仿真)、半物理仿真(或稱(chēng)硬件閉路動(dòng)態(tài)試驗(yàn))和數(shù)字仿真(或稱(chēng)計(jì)算機(jī)仿真)。

系統(tǒng)仿真盡量采用全物理或半物理仿真。試驗(yàn)條件或工作狀態(tài)越接近真實(shí)，其效果也就越好。對(duì)于純數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一般可做到全物理仿真；而對(duì)于控制系統(tǒng)，要做到全物理仿真幾乎是不可能的。在系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)上，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行考驗(yàn)(稱(chēng)為考機(jī))，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的要求，進(jìn)行特殊運(yùn)行條件的考驗(yàn)。例如，高溫和低溫劇變運(yùn)行試驗(yàn)，振動(dòng)和抗電磁干擾試驗(yàn)，電源電壓劇變和掉電試驗(yàn)等。2.在線調(diào)試和運(yùn)行在上述調(diào)試過(guò)程中，盡管工作很仔細(xì)，檢查很?chē)?yán)格，但仍然沒(méi)有經(jīng)受實(shí)踐的考驗(yàn)。因此，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行在線調(diào)試和運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員與用戶(hù)要密切配合，在實(shí)際運(yùn)行前制定一系列調(diào)試計(jì)劃、實(shí)施方案、安全措施、分工合作細(xì)則等?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試與運(yùn)行過(guò)程是從小到大，從易到難，從手動(dòng)到自動(dòng)，從簡(jiǎn)單回路到復(fù)雜回路逐步過(guò)渡。為了做到有把握，現(xiàn)場(chǎng)安裝及在線調(diào)試前先要進(jìn)行下列檢查：(1)檢測(cè)元件、變送器、顯示儀表、調(diào)節(jié)閥等必須通過(guò)校驗(yàn)，保證精確度要求。作為檢查，可進(jìn)行一些現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)。

(2)各種接線和導(dǎo)管必須經(jīng)過(guò)檢查，保證連接正確。例如，孔板的上下游引壓導(dǎo)管要與差壓變送器的正負(fù)壓輸入端極性一致；熱電偶的正負(fù)端與相應(yīng)的補(bǔ)償導(dǎo)線相連接，并與溫度變送器的正負(fù)輸入端極性一致等。除了極性不得接反以外，對(duì)號(hào)位置都不應(yīng)接錯(cuò)。引壓導(dǎo)管和氣動(dòng)導(dǎo)管必須暢通，中間不能堵塞。(3)對(duì)在流量中采用隔離液的系統(tǒng)，要在清洗好引壓導(dǎo)管以后，灌入隔離液(封液)。

(4)檢查調(diào)節(jié)閥能否正確工作，旁路閥及上下游截?cái)嚅y關(guān)閉或打開(kāi)是否正確。

(5)檢查系統(tǒng)的干擾情況和接地情況，如果不符合要求，應(yīng)采取相應(yīng)措施。

(6)對(duì)安全防護(hù)措施進(jìn)行檢查。經(jīng)過(guò)檢查并已安裝正確后，即可進(jìn)行系統(tǒng)的投運(yùn)和參數(shù)的整定。投運(yùn)時(shí)應(yīng)先切入手動(dòng)，等系統(tǒng)運(yùn)行接近于給定值時(shí)再切入自動(dòng)。

在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的過(guò)程中，往往會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)綜復(fù)雜、時(shí)隱時(shí)現(xiàn)的奇怪現(xiàn)象，一時(shí)難以找到問(wèn)題的根源。此時(shí)此刻，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)者們要認(rèn)真地共同分析，每個(gè)人不要輕易地懷疑別人所做的工作，以免掩蓋問(wèn)題的根源所在。8.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例8.4.1城市交通管理控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)城市交通管理中十字路口交通燈的控制對(duì)車(chē)輛運(yùn)行效率及安全來(lái)說(shuō)十分重要。傳統(tǒng)管理利用人工定時(shí)切換方式，控制過(guò)程機(jī)械不靈活。采用計(jì)算機(jī)控制具有實(shí)時(shí)、高效、靈活和安全等優(yōu)點(diǎn)，可為城市交通管理帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1.控制要求及系統(tǒng)分析城市交通管理中十字路口的交通燈布局情況如圖8―6所示。

交通管理系統(tǒng)中要求對(duì)十字路口的交通燈進(jìn)行定時(shí)轉(zhuǎn)換控制，這種燈光控制的規(guī)律要求可歸結(jié)為：

·縱向(A向)與橫向(B向)的交通燈定時(shí)60s交換紅綠色一次。

·燈光有三種顏色：紅、黃、綠(對(duì)應(yīng)圖8―6中的R、O、G)。每次交換時(shí)要求在黃色燈亮?xí)r停留3s。

·一路在60s內(nèi)過(guò)車(chē)完后超過(guò)6s，無(wú)車(chē)?yán)^續(xù)過(guò)時(shí)，如另一路有車(chē)在等待，則自動(dòng)提前交換燈色。交換過(guò)程也得先在黃燈處停留3s。

·在緊急車(chē)輛(如消防車(chē)、救護(hù)車(chē)等)通過(guò)時(shí)，四邊街口均顯紅燈，以便只許緊急車(chē)輛通過(guò)。其他車(chē)輛暫停行駛。緊急車(chē)輛過(guò)后自動(dòng)恢復(fù)原來(lái)的燈色標(biāo)志。還可以提出更多的要求。不過(guò)，上述四點(diǎn)基本要求已足以說(shuō)明交通燈控制問(wèn)題對(duì)計(jì)算機(jī)提出的方式是什么。這種控制方式具有如下的特點(diǎn)：(1)這是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，即無(wú)反饋的程序控制。

(2)開(kāi)關(guān)量輸入和開(kāi)關(guān)量輸出。圖8―6中的車(chē)輛檢測(cè)傳感器(A1、A2及B1、B2)是光電開(kāi)關(guān)式的，所以送入計(jì)算機(jī)的信息是開(kāi)關(guān)量。計(jì)算機(jī)控制交通燈的通斷是通過(guò)繼電器的，所以也是開(kāi)關(guān)量輸出。(3)有中斷響應(yīng)功能。即一路的車(chē)輛能夠申請(qǐng)另一路中斷其綠燈而讓其通行，不過(guò)這是有條件的，必須是被請(qǐng)求的一路已有6s無(wú)車(chē)通過(guò)，才會(huì)響應(yīng)。

(4)有非屏蔽中斷響應(yīng)功能。當(dāng)圖8―6中的緊急車(chē)輛檢測(cè)傳感器(J)檢測(cè)到有緊急車(chē)輛要通過(guò)時(shí)，立即發(fā)出緊急中斷信號(hào)(也是開(kāi)關(guān)量)。這種中斷請(qǐng)求不必等到被請(qǐng)求的一路已無(wú)車(chē)通過(guò)，而是無(wú)條件地停止其車(chē)輛通過(guò)。這就叫做非屏蔽中斷，是最高優(yōu)先級(jí)的中斷形式。圖8―62.系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十字路口的交通燈控制應(yīng)用系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖8―7所示。圖中各部分的內(nèi)容及功能分述如下。

·微型計(jì)算機(jī)是系統(tǒng)的核心，它具有下列最基本的組件：微處理機(jī)包含CPU、ROM/RAM等部件。CPU是執(zhí)行程序，接受輸入信號(hào)并發(fā)出控制信號(hào)的指揮中心；ROM/RAM是只讀存儲(chǔ)器/隨機(jī)存儲(chǔ)器，存放著控制系統(tǒng)的程序和數(shù)據(jù)，其中的程序是由用戶(hù)編制的，故稱(chēng)為用戶(hù)程序。這個(gè)程序是根據(jù)交通燈控制的需要而由設(shè)計(jì)者(用戶(hù))制定的。圖8―7LED為發(fā)光二極管顯示器(模擬燈光標(biāo)志)。在編制程序時(shí)，此顯示器可幫助程序員觀察到存儲(chǔ)器中所存的內(nèi)容是否符合所編程序的要求，也可顯示控制過(guò)程。并行接口電路：利用PA端口連接和控制十字路口的紅、黃、綠三色燈，PB端口連接緊急車(chē)輛檢測(cè)器。

·REL為繼電器板。其中有六個(gè)繼電器以提高輸出接口的六條輸出線的功率，以便去控制A向及B向的交通燈。

·RA、OA、GA為A向兩個(gè)街口的交通燈，紅、黃、綠三色各有兩個(gè)燈。

·RB、OB、GB為B向兩個(gè)街口的交通燈，也是三色各有兩個(gè)燈。

·GB為門(mén)電路板。其中裝有兩個(gè)或門(mén)，這實(shí)際上是一個(gè)門(mén)電路組件。其各個(gè)與門(mén)的輸入輸出邏輯關(guān)系為：A1+A2=A，B1+B2=B。

·A1及A2為放在A向兩個(gè)街口的檢測(cè)器，只要其中一個(gè)為1(有車(chē)要通過(guò))，則A=1，即通知計(jì)算機(jī)A向有車(chē)要求通過(guò)。

·B1與B2是放在B向兩個(gè)街口的檢測(cè)器，其作用和A1、A2是相同的。

·J是四個(gè)緊急車(chē)輛檢測(cè)器的公共入口。即四個(gè)控制器的輸出端并聯(lián)一起，接至此處。NMI為CPU的一個(gè)非屏蔽中斷輸入端，低電位(即在J=0時(shí))有效(表示有緊急車(chē)輛要通過(guò))。通過(guò)NMI端而將此信息進(jìn)入CPU，從而使RAM中正在進(jìn)行的程序中斷，而跳轉(zhuǎn)至讓緊急車(chē)輛通過(guò)的中斷服務(wù)子程序。當(dāng)車(chē)輛過(guò)后，J恢復(fù)為1，則經(jīng)由PC口的輸入線而使程序恢復(fù)到原來(lái)的主程序上去。

3.系統(tǒng)工作原理這個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：開(kāi)始時(shí)設(shè)A向通行(GA，即A向的綠燈亮)，B向不通(RB，即B向的紅燈亮)。這樣通行60s后自動(dòng)轉(zhuǎn)為B向通行(GB綠燈亮)，A向不通(RA紅燈亮)。這是兩個(gè)方向都很頻繁通車(chē)的情況。如在GA(綠燈)及RB(紅燈)亮?xí)r，A向并未有車(chē)輛通行，等待6s之后，如B向有車(chē)輛在等待通過(guò)，則通過(guò)B1或B2使程序跳轉(zhuǎn)，其結(jié)果是使燈光自動(dòng)按次序改變：

GA及RB滅；

OA及OB亮(3s)；

RA及GB亮，同時(shí)OA及OB滅。從此時(shí)起B(yǎng)向車(chē)輛可以通行，60s后又自動(dòng)轉(zhuǎn)為A向車(chē)輛通行的程序。如無(wú)論哪個(gè)方向正在通行時(shí)，突然來(lái)了緊急車(chē)輛，不論其方向是否與正在通行的方向相同，則通過(guò)J(J=0)使程序跳轉(zhuǎn)至讓緊急車(chē)輛通行的子程序而使RA及RB都亮，此時(shí)沒(méi)有黃燈過(guò)渡時(shí)期，以便禁止一般車(chē)輛繼續(xù)通行。

此時(shí)子程序所達(dá)到的燈光控制效果為：如本來(lái)GA是亮的，則GA由亮轉(zhuǎn)滅，然后RA亮。而原來(lái)就是亮紅燈(RB)的B向，其紅燈RB仍不變。在A向和B向的紅燈全亮?xí)r，緊急車(chē)輛可以不受交通燈的管制而可隨意通行。根據(jù)上述的控制過(guò)程的燈色配置