1、第六章 微型計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計與實踐,6.1微機控制系統(tǒng)設(shè)計的基本要求和特點 6.2 微機控制系統(tǒng)的設(shè)計方法及步驟 6.3 微機控制系統(tǒng)設(shè)計舉例,6.1 微機控制系統(tǒng)設(shè)計的基本要求和特點,1. 設(shè)計的基本要求,（1）系統(tǒng)操作性能要好 （2）通用性好、便于擴充 （3）可靠性要高 采用雙機系統(tǒng)。 采用集散控制系統(tǒng)。,返回本章首頁,2. 設(shè)計特點,在進行微機控制系統(tǒng)設(shè)計時，系統(tǒng)設(shè)計人員必須把系統(tǒng)要執(zhí)行的任務和應具備的功能合理地分配給硬件和軟件來實現(xiàn)，做到合理權(quán)衡硬件、軟件的配置，并盡量節(jié)省機器時間和內(nèi)存空間。硬件設(shè)計主要采用大規(guī)模集成電路。,返回本節(jié),6.2 微機控制系統(tǒng)的設(shè)計方法及步驟,1. 確

2、定系統(tǒng)整體控制方案,第一：要從系統(tǒng)構(gòu)成上考慮，是采用開環(huán)控制還是閉環(huán)控制。 第二：考慮執(zhí)行機構(gòu)采用什么方案，是采用電機驅(qū)動、液壓驅(qū)動還是其他方式驅(qū)動，比較各種方案，擇優(yōu)而用。 第三：考慮是否有特殊控制要求。,返回本章首頁,2. 確定控制算法,（1）確定算法能否滿足控制速度、精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。 （2）確定某些情況下要進行修改與補充。 （3）確定為設(shè)計、調(diào)試方便，可將控制算法作合理的簡化，逐步將控制算法完善，直到獲得最好的控制效果。,3. 選擇微型計算機和外圍設(shè)備,（1）較完善的中斷系統(tǒng) （2）足夠的存儲容量 （3）完備的輸入輸出通道和實時時鐘 （4）字長 （5）速度 （6）指令種類和數(shù)量

3、（7）尋址范圍和尋址方式 （8）內(nèi)部存儲器的種類和數(shù)量,4. 系統(tǒng)總體設(shè)計,（1）估計內(nèi)存容量、進行內(nèi)存分配 （2）過程通道和中斷處理方式的確定 （3）系統(tǒng)總線的選擇 （4）操作臺的控制,5. 硬件和軟件的具體設(shè)計,（1）硬件設(shè)計：根據(jù)系統(tǒng)總體框圖，設(shè)計出系統(tǒng)電氣原理圖，再按照電氣原理圖著手元件的選購和開始施工設(shè)計工作。 （2）軟件設(shè)計：實時性。 針對性。 靈活性和通用性。 可靠性如圖6-1所示。,6. 系統(tǒng)聯(lián)調(diào),系統(tǒng)聯(lián)調(diào)是要把已調(diào)好的各程序功能塊按照總體設(shè)計要求連成一個完整的程序。程序調(diào)試完成后，還要進行在線仿真，然后進行試運行。經(jīng)過一段考機和試運行后，即可投入正式運行。,圖6-1 控制系統(tǒng)

4、設(shè)計步驟流程圖,返回本節(jié),6.3 微機控制系統(tǒng)設(shè)計舉例,6.3.1 硬件電路 6.3.2 數(shù)字控制器的數(shù)學模型 6.3.3 控制系統(tǒng)程序設(shè)計,返回本章首頁,圖6-2 電阻爐爐溫控制系統(tǒng)原理圖,6.3.1 硬件電路,1. 檢測元件及變送器,檢測元件選用鎳鉻-鎳鋁熱電偶，分度號為EU，適用于01000的溫度測量范圍，相應輸出電壓為0mV41.32mV。 變送器由毫伏變送器和電流/電壓變送器組成：毫伏變送器用于把熱電偶輸出的041.32mV變換成010mA范圍內(nèi)的電流；電流/電壓變送器用于把毫伏變送器輸出的010mA電流變換成05V范圍內(nèi)的電壓。,表6-1 溫度-數(shù)字量對照表,2. 接口電路,803

5、1的接口電路有ADC0809、8155和2732等。本系統(tǒng)采用ADC0809型A/D轉(zhuǎn)換器，該芯片為8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。ADC0809為溫度測量電路的輸入接口；8155用于鍵盤和顯示接口；2732作為8031外部程序(ROM)存儲器。,3. 溫度控制電路如圖,雙向可控硅和加熱絲串接在交流回路，因此可控硅導通時間決定加熱絲的 加熱功率。圖6-3給出了可控硅在給定周期T內(nèi)具有不同導通時間的情況。過零信號是正弦交流電壓過零時刻的同步脈沖，可使可控硅在交流電壓正弦波過零后觸發(fā)導通。過零同步脈沖由過零觸發(fā)電路產(chǎn)生，如圖6-4所示。,圖6-3 輸出功率與通斷時間的關(guān)系,圖6-4 過零觸發(fā)電路,返回

6、本節(jié),6.3.2 數(shù)字控制器的數(shù)學模型,閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可近似看成一階慣性環(huán)節(jié)加一個延遲環(huán)節(jié)。因此，根據(jù)第4章第5節(jié)的推導，可以得出：,經(jīng)化簡后得到：,式中：,A=,B=A,C=,因為，D(z)=R(z)/E(z)，得：,y(n)=Ae(n)-Be(n-1)+Cy(n-1)+(1-C)y(n-N-1),式中： y(n)n時刻的輸出值； e(n)n時刻的偏差值； e(n-1)n-1時刻的偏差值； y(n-N-1)n-N-1時刻的輸出值。 由系統(tǒng)的飛升特性曲線確定出和1后，系數(shù)A、B、C則可分別求出。,返回本節(jié),6.3.3 控制系統(tǒng)程序設(shè)計,圖6-5 主程序流程圖,1. 主程序,2. T0中斷服務程,T0中斷服務程序是此系統(tǒng)的主體程序，用于啟動A/D轉(zhuǎn)換、讀入采樣數(shù)據(jù)、數(shù)字濾波、越限溫度報警和越限處理、大林算法計算和輸出可控硅的同步觸發(fā)脈沖等。在T0中斷服務程序中，要用到一系列子程序。如：采樣子程序、數(shù)字濾波子程序、越限處理程序、大林算法程序、標度變換程序