第五章计算机控制及接口技术(一)
机电一体化系统设计最终讲课文档
第一章 绪论
第一节 机电一体化的定义 第二节机电一体化系统设计的目标与方法 第三节 机电一体化的相关技术 第四节机电一体化系统的基本功能要素 第五节 本课程的目的和要求
现在七页，总共三百二十六页。
现在八页，总共三百二十六页。
第一节 机电一体化的定义
传统机械：主要以力学为理论基础，以经验为实践 基础；
现在三十一页，总共三百二十六页。
第四节 机电一体化系统的 基本功能要素
现在三十二页，总共三百二十六页。
第四节 机电一体化系统的 基本功能要素
现在三十三页，总共三百二十六页。
第四节 机电一体化系统的 基本功能要素
现在三十四页，总共三百二十六页。
第四节 机电一体化系统的 基本功能要素
机械本体（机械系统）
提高生产效率
节约能源，降低能耗
提高安全性、可靠性
现在十三页，总共三百二十六页。
第二节 机电一体化系统设计 的目标与方法
改善操作性和实用性 减轻劳动强度，改善劳动条件 简化结构，减轻重量 降低价格 增强柔性应用功能
现在十四页，总共三百二十六页。
第二节 机电一体化系统设计 的目标与方法
机电一体化技术方向
现在三十六页，总共三百二十六页。
第四节 机电一体化系统的 基本功能要素
传感检测单元 对系统运行过程中所需要的本身和外界环 境的各种参数及状态进行检测，并转换成 可识别信号，传输到控制信息处理单元， 经过分析、处理产生相应的控制信息。 对其要求是体积小、便于安装与联接、检 测精度高、抗干扰
现在三十七页，总共三百二十六页。
第三节 机电一体化的相关技术
自动控制技术 自动控制技术的目的在于实现机电一体化 系统的目标最佳化。 机电一体化系统中的自动控制技术主要包 括位置控制、速度控制、最优控制、自适 应控制、模糊控制、神经网络控制等。
计算机控制系统的接口技术
计算机控制系统的接口技术接口有通用和专用之分，外部信息的不同，所采纳的接口方式也不同，一般可分为如下几种：人机通道及接口技术一般包括：键盘接口技术、显示接口技术、打印接口技术、软磁盘接口技术等。
检测通道及接口技术一般包括：A/D转换接口技术，V/F转换接口技术等。
掌握通道及接口技术一般包括：F/V转换接口技术，D/A转换接口技术，光电隔离接口技术，开关接口技术等。
系统间通道及接口技术一般包括：公用RAM区接口技术，串行口技术等。
一、并行输入/输出接口并行接口传输的是数字量和开关量。
输入/输出(I/O) 接口有二种寻址方式：存储器寻址方式和输入输出口寻址方式。
1．无条件传送2．查询式传送3．中断式传送4．8255A可编程并行接口芯片(1) 8255A内部结构1) 数据总线驱动器图1 8255A内部结构图2) 并行I/O端口3) 读/写掌握规律4) A组和B组掌握（2）8255A工作方式8255A有3种工作方式，端口A可以工作在方式0、方式1和方式2，端口B只能工作在方式0和方式1。
1）方式0：基本输入/输出方式。
2）方式1：选通输入/输出方式。
3）方式2：双向选通输入/输出方式。
（3）8255A编程8255A的编程是通过对掌握端输入掌握字的方式实现的。
二、数/模(D/A) 转换接口D/A转换器是指将数字量转换成模拟量的电路，它由权电阻网络、参考电压、电子开关等组成。
图2 DAC0832原理图三、模/数(A/D)转换接口A/D转换器是将模拟电压转换成数字量的器件，它的实现方法有多种，常用的有逐次靠近法、双积分法。
图3 ADC0809结构框图应用案例：基于51单片机的车用数字仪表设计与实现此案例是一种以MCS 51单片机为主控器，以ADC0809为核心，以气压、油压、温度、霍尔元件等传感器为主要外围元件的车用数字仪表（VDI）的设计框图。
应用此方案，能使汽车仪表系统具有显示直观、精确，使用便利牢靠等优点，代表了车用仪表的最新进展趋势。
第5章(592)
第 5 章 计算机控制及接口技术
5.1 概 述
5.1.1 计算机控制系统的组成
将模拟式自动控制系统中的控制器的功能用计算机来实 现，就组成了一个典型的计算机控制系统，如图5-1所示。因 此，简单地说，计算机控制系统就是采用计算机来实现的
第 5 章 计算机控制及接口技术
图 5-1 计算机控制系统的基本框图
第 5 章 计算机控制及接口技术
4. 分级计算机控制系统 生产过程中既存在控制问题，也存在大量的管理问题。 同时，设备一般分布在不同的区域，其中各工序、各设备同 时并行地工作，基本上是相互独立的，故全系统是比较复杂 的。这种系统的特点是功能分散，用多台计算机分别执行不 同的控制功能，既能进行控制又能实现管理。 图5-6是一个四级计算机控制系统。其中，过程控制级为最 底层，对生产设备进行直接数字控制； 车间管理级负责本车 间各设备间的协调管理； 工厂管理级负责全厂各车间的生产 协调， 包括安排生产计划、备品备件等； 企业(公司)管理级 负责总的协调，安排总生产计划，进行企业(公司)经营方向 的决策等。
第 5 章 计算机控制及接口技术
图 5-6 计算机分级控制系统
第 5 章 计算机控制及接口技术
5.1.3
1. 用计算机对温度、压力、流量、液面、速度等过程参数 进行测量与控制的系统称为计算机过程控制系统。图5-7介绍 了工业炉计算机控制的典型情况，其燃料为燃料油或者煤气， 为了保证燃料在炉膛内正常燃烧，必须保持燃料和空气的比 值恒定。图中描述了燃料和空气的比值控制过程，它可以防 止空气太多时，过剩空气带走大量热量； 也可防止当空气太 少时，由于燃料燃烧不完全而产生过多的一氧化碳或碳黑。 为了保持所需的炉温，将测得的炉温送入计算机计算，进而 控制燃料和空气阀门的开度。
计算机接口技术
计算机接口技术计算机控制系统的硬件，除主机外，通常还包括两类外围设备，一类是常规外围设备，如键盘、CRT显示器、打印机、磁盘机等；另一类是被控设备和检测仪表、显示装置、操作台等。
由于计算机存储器的功能单一（保存信息）、品种有限（ROM、RAM）、存取速度与CPU的工作速度基本匹配，因此，存储器可以直接连接到CPU总线上。
而外围设备种类繁多，有机械式、机电式和电子式；有的作为输入设备、有的作为输出设备；工作速度不一，外围设备的工作速度通常比CPU的速度低得多，且不同外围设备的工作速度往往又差别很大；信息类型和传送方式不同，有的使用数字量，有的使用模拟量，有的要求并行传送信息，有的要求串行传送信息。
因此，仅靠CPU及其总线是无法承担上述工作的，必须增加I/O接口电路和I/O通道才能完成外围设备与CPU的总线相连。
I/O接口是计算机控制系统不可缺少的组成部分。
I/O接口电路也简称接口电路。
它是主机和外围设备之间交换信息的连接部件（电路）。
它在主机和外围设备之间的信息交换中起着桥梁和纽带作用。
I/O通道也称为过程通道。
它是计算机和控制对象之间信息传送和变换的连接通道。
计算机要实现对生产机械、生产过程的控制，就必须采集现场控制对象的各种参量，这些参量分两类：一类是模拟量，即时间上和数值上都连续变化的物理量，如温度、压力、流量、速度、位移等。
另一类是数字量（或开关量），即时间上和数值上都不连续的量。
如表示开关闭合或断开二个状态的开关量；按一定编码的数字量和串行脉冲列等。
同样，被控对象也要求得到模拟量（如电压、电流）或数字量两类控制量。
但是如前所述，计算机只能接收和发送并行的数字量，因此，为使计算机和被控对象之间能够连通起来，除了需要I/O接口电路外，还需要I/O通道，由它将从被控对象采集的参量变换成计算机所要求的数字量（或开关量）的形式，送入计算机。
计算机按某一数学公式计算后，又将其结果以数字量形式或转换成模拟量形式输出至被控制对象，这就是I/O通道所要完成的功能。
计算机控制(第五章开关IO电机控制步进电机)
（七）电磁阀接口技术 电磁阀对气体、液体管道的开关进行控制。广泛应用于液 压机械、空调系统、热水器、自动机床等系统中。 电磁阀可分为交流和直流两类，根据其阀位和通道数目有 两位三通、两位四通、三位四通等。 下图为电磁阀的结构原理图。
交流电电磁阀常要使用双向可控硅驱动或用一个直流继 电器作为中间继电器控制。
下图为交流电磁阀的接口电路。MOC3041为光电耦合 器，用于触发双向晶闸管KS，以及隔离单片机和电磁阀系统。
（八）报警程序的设计
常用的报警方式有： 1、 声语言报警：电铃，电笛，频率可调的蜂鸣震 荡音响，集成电子音乐芯片，语音芯片等。 2、 显示报警：LED指示灯，闪烁的白炽电灯， LED、LCD数码管，LED、LCD图形显示器，CRT 显示器等。 3、 图形、声音的混合报警。
三、电机控制接口技术
电动机的应用非常广泛。电机分为动力电机和控制电机。 现代化生产对电机的性能要求越来越高：精度、速度、带 负载能力、灵活性、智能化等。 电机的控制用自动化控制设备，朝向集成化、微型化、智 能化方向发展。微机和单片机使电机控制产生革命性的飞跃。目 前已研制出了许多微机或单片机控制电机的系统及专用控制板。 不远的将来，智能化调速系统、电机一体化等会广泛应用。 （一）小功率直流电机调速原理 小功率直流电机的调速可通过控制电枢平均电压来实现。 用微机或单片机控制，通过改变电枢电压接通时间与通电周期的 比值（即占空比）来控制电机速度——此即脉冲宽度调制PWM。 电机转速由电枢电压Ua决定， Ua越大，电机转速越高。 电机通电时速度增加，断电时速度逐渐减小，控制通、断时间比 即可控制电机转速。 设电机全通电时的转速为Vmax，占空比为D=t1/T,则电机的 平均速度为：Vd=Vmax×D （近似的线性关系）
计算机控制技术知识点
计算机控制技术知识点（1）1.典型的工业生产过程分为哪几种？答:典型的工业过程分为3种:连续过程,离散过和批量过程.2.计算机控制系统的工作步骤分为哪几步？答:计算机的工作步骤分为3步:实时数据采集,实时数据决策和实时数据处理3. 计算机控制技术的工作方式有哪几种？答:计算机控制技术的工作方式有2种,即在线方式和离线方式.4. 为什么要强调计算机控制中的实时性？答:所谓实时性,就是指信号的输入,计算和输出都要在一定的时间范围内完成,亦即计算机对输入信息,以足够快的速度进行控制,超出了这个时间,就失去了控制的时机,控制也就失去的意义.所以要强调计算机控制中的实时性. 5. 常用的计算机控制系统主机有哪几种？答:常用的计算机控制系统主机有可编程控制器,工控机,单片机,DSP和智能调节器.6.计算机控制系统中集散控制系统的体系结构分为哪几部分？答:计算机控制系统中集散控制系统(DCS)的体系结构分为分散过程控制级,集中操作监控级,综合信息管理级三部分.7.现场总线控制系统的结构模式分为哪几部分？答:现场总线控制系统(FCS)的结构模式为操作站---现场总线智能仪表两层结构.(DCS为操作站-控制站-现场仪表三层结构模式)8.什么是计算机的总线？答:所谓总线,就是计算机各模块之间互联和传送信息(指令,地址和数据)的一组信号线.分为内部总线和外部总线.9.计算机的外部总线有哪几种？答:计算机的外部总线有RS-232C,RS-485,IEEE-488,USB等等.10.RS-232C串行通信总线采用什么传输方式？为什么RS-232C的传输距离不远？答:RS-232C串行通信总线采用的是不平衡传输方式.由于发送器和接收器之间有公共的信号地线,共模信号不可避免地要进入信号传送系统中.当传输距离过远时,发送器与接收器各自会形成不同的对地电位.11.RS-485串行通信总线采用什么传输方式？它与RS-422A串行通信总线的区别是什么？答:RS-485串行通信总线采用的是不平衡传输方式.区别在于RS-485为半双工工作方式,而RS-422A为全双工工作方式.且RS-422A适用于两点之间进行高速,远距离通信,而RS-485适用于多点之间进行高速,远距离通信.12.数字量I/O的接口芯片有什么作用？有哪些典型芯片？数字量输入接口：收集生产过程的状态信息，给出控制量。
计算机控制技术基础知识复习
计算机控制技术基础知识复习第一章绪论自动控制系统：在没有人参与的状况下，经过控制器使消费进程自动地依照预定规律运转的系统。
开环控制系统：指无被控量反应的控制系统，即需求控制的是被控对象的某一量，而测量的只是给定信号，被控量关于控制造用没有任何影响的系统。
闭环控制系统：指有被被控量反应的控制系统，即系统的输入信号沿反应通道又回到系统的输入端，构成闭合通道的系统。
典型工业消费进程：延续进程〔流体〕、团圆进程〔固体〕、批量进程〔延续进程和团圆进程交替停止〕。
计算机控制系统：应用计算机〔通常称为工业控制计算机，简称工业控制机〕来完成消费进程自动控制的系统。
计算机控制系统的组成：计算机〔工业控制机〕和消费进程。
工业控制机是指按消费进程控制的特点和要求而设计的计算机，包括硬件和软件。
硬件包括主机板、外部总线和外部总线、人机接口、磁盘系统、通讯接口、输入输入通道。
软件包括系统软件和运用软件，系统软件包括实时多义务操作系统、引导顺序、调度执行顺序，运用软件是系统设计人员针对某个消费进程而编制的控制和管理顺序，包括进程输入顺序、进程控制顺序、进程输入顺序、人机接口顺序、打印显示顺序和公共子顺序等。
消费进程包括被控对象和测质变送、执行机构、电气开关等装置。
计算机控制系统的任务原理：①实时数据采集：对来自测质变送装置的被控量的瞬时值停止检测和输入。
②实时控制决策：对采集到的被控量停止剖析和处置，并按已定的控制规律，决议将要采取的控制行为。
③实时控制输入：依据控制决策，适时地对执行机构收回控制信号，完成控制义务。
计算机控制系统的任务进程：测量、计算、控制、管理。
在线方式：消费进程和计算机直接衔接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式；离线方式：消费进程和睦计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人停止联络并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。
实时：指信号的输入、计算和输入都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度停止控制，超出了这个时间，就失掉了控制的机遇，控制也就失掉了意义。
计算机控制技术及工程应用复习资料
一、第一章1）计算机控制系统的监控过程步骤a .实时数据采集--对来自测量变送器的被控量的瞬时值进行采集和输入 ；b .实时数据处理--对采集到的被控量进行分析、比较和处理，按一定的控制规律运算，进行控制决策； c.实时输出控制--根据控制决策，适时地对执行器发出控制信号，完成监控任务；2）按控制方案来分，计算机控系统划分成那几大类？数据采集系统（DAS ） 操作指导控制系统(OGC) 直接数字控制系统（DDC ） 监督计算机控制系统（SCC ） 分散控制系统分散控制系统 （DCS ） 现场总线控制系统（FCS ）3）计算机控制装置种类 可编程控制器；可编程控制器； 可编程调节器；可编程调节器； 总线式工控机；总线式工控机； 单片微型计算机；单片微型计算机； 其他控制装置其他控制装置4）计算机控制系统与常规仪表控制系统的主要异同点是什么？同：1）计控系统是由常系统演变而来的； 2）两者的结构基本相同异：1）计控系统中处理的信号有两种：模拟信号和数字信号。
而常系统处理的只有模拟信号2）计控系统具有智能化3）计控系统有软件也有硬件，而常系统只有硬件二、第二章1）4 位 D/A 转换器为例说明其工作原理假设D3、D2、D1、D0全为1，则BS3、BS2、BS1、BS0全部与“1”端相连。
根据电流定律，有：由于开关 BS3 ~ BS0 的状态是受要转换的二进制数的状态是受要转换的二进制数 D3、D2、D1、D0 控制的，并不一定全是“1”。
因此，可以得到通式：考虑到放大器反相端为虚地，故：选取 R fb = R ，可以得到：对于 n 位 D/A 转换器，它的输出电压V OUT 与输入二进制数B( Dn-1~ D0) 的关系式可写成：的关系式可写成：结论：可见，输出电压除了与输入的二进制数有关，还与运算放大器的反馈电阻 Rfb 以及基准电压VREF 有关。
2）D/A 转换器性能指标是（1）分辨率 是指 D/A 转换器能分辨的最小输出模拟增量。
机电一体化技术第5章计算机控制及接口技术
1
安全性
解释计算机控制系统面临的安全挑战，如网络攻击、数据泄露等，以及相应的解 决方案。
2
可靠性
讨论计算机控制系统的可靠性问题，如故障率、备份策略等，以及提高可靠性的 方法。
3
维护与升级
介绍计算机控制系统的维护和升级，如软件更新、硬件维修等的注意事项。
自动化
自动化程度高，能够减少人 力投入，提高生产效率。
计算机控制系统的应用领域
工厂自动化
解释计算机控制系统在工业生产 中的应用，如流水线控制、机器 人控制等。
家庭自动化
讨论计算机控制系统在家庭中的 应用，如智能家居控制、安防系 统等。
交通控制
介绍计算机控制系统在交通管理 中的应用，如智能交通信号控制 等。
1
传感器检测
解析传感器如何检测物理量，并将其转换为电信号。
2
控制算法计算
说明控制器如何根据传感器反馈的信号，进行计算并生成控制命令。
3
执行设备控制
阐述控制命令如何驱动执行设备，实现自动控制。
计算机控制系统的优势
高精度
计算机控制系统能够实现高 精度的控制，提高机电一体 化系统的性能。
灵活性
计算机控制系统具有较强的 灵活性，可以根据需求进行 快速调整和改变。
计算机控制系统的未来发展趋势
1 人工智能
讨论计算机控制系统与人工智能的结合，以及对未来发展的影响。
2 互联网 of Things (IoT)
解释计算机控制系统与物联网的融合，打造智能化的生活和工作环境。
3 虚拟现实
探讨计算机控制系统与虚拟现实技术的结合，创造更加沉浸式的交互体验。
计算机控制系统的挑战及解决方案
机电一体化技术第5章计 算机控制及接口技术
计算机接口设计
18、点亮LED数码管有静态和动态两种方法。所谓静态 显示就是数码管显示某一字符时，相应的发光二极管恒定 的导通或截止。静态显示时，较小的电流能得到较高的亮 度，所以可以由单片机IO口直接驱动，静态显示方法适合 与显示位数少的情况。当位数较多时，用静态显示需要占 用太多的IO口，所以，一般采用动态显示的方法。所谓动 态显示就是一位一位地轮流点亮各位数码管，即扫描点亮。 数码管的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和扫描间 隔时间有关。通过调整电流和时间参数，可以实现高亮度、 高稳定的显示。动态显示需要电流较大，一般需要在单片 机和数码管之间增加驱动电路。
华北科技学院
19、对于文本、图形等复杂参数的显示，可以采用 LCD液晶屏来完成，其具有低压微功耗、显示信息 量大、显示内容直观等优点，是机电一体化系统中 应用非常广泛的输出设备。从显示内容来分，LCD 液晶屏有字段型、点阵字符型和点阵图形型三类。
20、下图是HC16202字符型LCD模块与单片机接口电路 图，说明关键引脚RS、R/W、E、V0的作用，并分析 控制端口地址。
图4.3 硬件去抖电路及其工作原理 华北科技学院
9、若机电一体化系统需要输入少量的参数，如修正系数、控 制目标等，采用拨码盘较为方便，这种方式具有保持性。
华北科技学院
10、 BCD拨码盘的输入输出状态 表
华北科技学院
11、当需要输入的指令或参数比较多时，可以选择键盘作为输入接口 。常见的键盘为4X4矩阵式键盘。
1、在机电一体化系统中，计算机控制器是整个系 统的核心，它通过计算机接口与检测设备和驱动系统 联系。计算机接口技术就是研究计算机控制器与外围 设备交换信息的技术，它在计算机控制中占有相当重 要的地位。
华北科技学院
第5章.IO接口WY001
5.3.2.程序查询式控制
一. 特点：
I/O操作总是由MPU通过程序查询外设的 状态来启动，即总是MPU主动，I/O被动。
二. 硬件接口结构 输入接口 输出接口
1.输入接口硬件结构
数 据 输 入 设 备
&
Pd
数据 锁存
三态缓冲 器(8位)
DB
Di
输入状态信息
N AB MPU
选 通
> D
R Q
三态缓冲 器(1位)
READY (状态 信息)
Ps
地 址 译 码
IOR
数据就绪？
Y
输入数据 状态位复位
+5V
准备就绪 触发器
&
(a) 硬件结构
(b) 工作流程
输入外设发选通信号锁存数据。Q = 1, READY =1 读状态标志，Ps有效，READY = 1,数据准备就绪； 执行IN 命令，Pd有效， 并使触发器复位
I/O地址译码例
地址范围：
A11
A0
××××001011110000 ××××001011110011
任意状态
片内地址
图中不接入
I/O地址译码例
译码电路图：
A1 A11 A10 A18 A3 A2 A9 A7 A4 ┇ A0
接口芯片
≥1 &
CE
2. 关于Intel系列MPU的I/O编址方式说明：
D7-D0 D7-D0 Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
D5
IOW
A9 | A3
A15 | A10 A2 A1 A0
计算机控制技术课后习题答案(施保华版)
第四章
• 数字程序控制的基础（直线插补、圆弧插补） 要求：掌握直线插补的步骤、原理、计算、程序 的编写 • 数控装置执行机构的核心——步进电机/交流伺 服电机的原理和控制技术（单片机\PLC\专用的 数字控制器\控制卡）
直线插补偏差定义：Fm=ymxe-xmye Fm =0，点m在OA直线段上； Fm0，点m在OA直线段的上方； Fm<0，点m在OA直线段的下方。 第一象限逐点比较法直线插补的原理： 从直线的起点出发，当Fm0时，沿+x轴方向走一步；当 Fm<0，沿+y方向走一步；当两方向所走的步数与终点坐 标相等时，发出终点到信号，停止插补。 简化：若m为起点0，则Fm=F0=0； 若Fm>= 0，Fm+1=Fm–ye； 若Fm<0，Fm+1=Fm+xe
位移滞后原理
变换 z 2 (Y ( z ) y (0) z 1 y (1)) 2 z (Y ( z ) y (0)) Y ( z ) U ( z ) Tz ( z 2 2 z 1)Y ( z ) U ( z ) ( z 1) 2 1 Tz Tz Tz Y ( z) 2 4 2 2 2 ( z 1) ( z 1) ( z 1) z 2 z 2 1) Tz 3 2Tz 5 3Tz 7 4Tz 9 n 1 n Tz (n 3,5,7 ) 2 f * (t) (t 3T) 2 (t 5T) 3 (t 7T) ....... n 1 3 2 , y (k ) n为奇数1,3,5,7, 2 0, n为偶数2,4,6,8, 1
POLLING:
MOV DX,02C2H; 令CS,R/C为低电平 MOV AL,00H OUT DX,AL NOP NOP MOV AL,04H； 令CE=1, 启动转换 OUT DX,AL NOP NOP MOV AL,03H；令CE=0，CS, R/C＝1，启动完毕 OUT DX,AL IN AL,DX; 查询STS状态 TEST AL,80H JNZ POLLING; STS=1 则等待，检测下降沿（转换结束） MOV AL,01H；令CS＝0,R/C＝1, 准备读
课程《微型计算机控制技术》电子教案课件
课程《微型计算机控制技术》电子教案课件第一章：微型计算机控制技术概述1.1 课程介绍让学生了解微型计算机控制技术的基本概念、发展和应用领域。
介绍微型计算机控制技术的基本原理和组成部分。
1.2 微型计算机控制系统的组成讲解微型计算机控制系统的硬件和软件组成部分。
介绍控制器、执行器、传感器和接口等基本元素的功能和作用。
1.3 微型计算机控制技术的应用领域分析微型计算机控制技术在工业、医疗、家居等领域的应用案例。
探讨微型计算机控制技术的未来发展前景。
第二章：微控制器基础2.1 微控制器简介让学生了解微控制器的定义、特点和分类。
介绍常见微控制器的品牌和型号。
2.2 微控制器的结构和原理讲解微控制器的基本结构和组成部分。
介绍微控制器的时钟、寄存器、定时器、中断等关键特性。
2.3 微控制器的编程和应用介绍微控制器的编程语言和编程方法。
通过实例分析微控制器在实际应用中的编程和实践技巧。
第三章：微型计算机控制算法3.1 控制算法概述让学生了解控制算法的定义、作用和分类。
介绍常见控制算法的原理和特点。
3.2 比例-积分-微分控制算法（PID）讲解PID控制算法的原理和数学模型。
分析PID控制算法在实际应用中的优缺点和调整方法。
3.3 现代控制算法简介介绍现代控制算法如模糊控制、神经网络控制、自适应控制等。
探讨现代控制算法在微型计算机控制中的应用和优势。
第四章：接口技术4.1 接口概述让学生了解接口的定义和作用。
讲解接口的基本原理和分类。
4.2 数字/模拟接口介绍数字/模拟接口的功能和应用。
讲解数字/模拟接口的电路设计和编程实现。
4.3 串行通信接口讲解串行通信接口的原理和协议。
分析串行通信接口在微型计算机控制中的应用和实例。
第五章：微型计算机控制系统的实践应用5.1 控制系统的设计与实现讲解微型计算机控制系统的设计流程和原则。
分析控制系统中的硬件选择、软件设计和系统调试等环节。
5.2 温度控制系统实例通过温度控制系统实例分析微型计算机控制技术的应用。
微型计算机原理与接口技术第五版周荷琴课后答案
微型计算机原理与接口技术第五版周荷琴课后答案第一章：计算机系统概述1.1 计算机系统基本组成•核心包括 CPU、内存和 I/O 设备。
CPU 是计算机的中央处理器，负责执行指令，控制各部分设备的操作。
内存存储数据和程序指令。
I/O 设备是计算机与外部世界进行信息交换的重要途径。
1.2 计算机的基本层次结构•计算机系统的基本层次结构分为硬件体系结构和软件体系结构。
硬件体系结构定义了计算机中硬件组件的功能、特性、接口和互连方式。
软件体系结构定义了计算机的软件组件及其相互关系。
1.3 计算机的工作过程•计算机工作过程主要包括取指令、分析指令、获取操作数、执行指令、写回结果等几个阶段。
具体过程为：取指令：从内存中读取指令；分析指令：解码指令确定要执行的操作；获取操作数：从内存或寄存器中读取操作数；执行指令：进行具体的运算或操作；写回结果：将运算结果写入内存或寄存器。
1.4 计算机性能指标•计算机的性能指标包括运算速度、存储容量、传输速率、可靠性和可用性等方面。
运算速度衡量了计算机执行指令的快慢；存储容量表示计算机可以存储的数据量；传输速率表示从一个设备向另一个设备传输数据的速度；可靠性表示计算机的故障率；可用性表示计算机在给定时间内正常工作的比例。
第二章：计算机的数制与编码2.1 数制与编码的基本概念•数制是用于表示数值的方法，常见的有十进制、二进制、八进制和十六进制等。
编码是指将字符、符号等信息转换成计算机可以处理的二进制形式。
2.2 二进制与十进制的转换•将十进制数转换成二进制数时，可以采用除2取余的方法。
将二进制数转换成十进制数时，可以根据二进制位上的权值相加的原理进行计算。
2.3 BCD码与ASCII码•BCD码是Binary-Coded Decimal的缩写，用4位二进制码表示一个十进制数的一位。
ASCII码是一种字符编码，将每个字符映射成一个唯一的二进制数。
2.4 奇偶校验码•奇偶校验码是一种错误检测码，用于检测数据传输过程中出现的位错误。
微机原理与接口技术第五章存储器
数据只能读出不能写入，断电后数据不丢 失，常用作固定数据存储。
RAM的分类与特点
静态随机存取存储器（SRAM）
动态随机存取存储器（DRAM）
速度快，集成度低，功耗大，常用作高速 缓冲存储器。
速度较慢，集成度高，功耗小，常用作主 存储器。
异步随机存取存储器（DRAM）
只读存储器（ROM）
速度慢，集成度高，功耗小，价格便宜， 常用于大容量存储。
01
02
03
存储器接口是CPU与主 存储器之间的连接桥梁 ，负责数据的传输和控
制。
存储器接口的主要功能 包括地址译码、数据传
输、读写控制等。
存储器接口的信号线包 括地址线、数据线、控 制线等，用于实现CPU 与主存储器之间的信息
交换。
存储器接口的信号线
01
02
03
地址线
用于传输CPU发出的地址 信号，指向主存储器中的 某个单元。
高密度化
随着技术的不断发展，存储器的容量和集成度将不断提高，以满 足不断增长的数据存储需求。
异构存储集成
未来存储器将朝着异构存储集成的方向发展，结合不同类型存储 器的优点，实现更高效、可靠的数据存储。
新型存储技术
新型存储技术如相变存储器、阻变存储器和闪存等将继续得到发 展，并逐渐应用于商业领域。
04
存储器接口
04
存储器接口
存储器接口的基本概念
01
02
03
存储器接口是CPU与主 存储器之间的连接桥梁 ，负责数据的传输和控
制。
存储器接口的主要功能 包括地址译码、数据传
输、读写控制等。
存储器接口的信号线包 括地址线、数据线、控 制线等，用于实现CPU 与主存储器之间的信息
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
的生产过程参数变换成二进制代码传送给计算机；（2）将计
算机输出的数字控制量变换为控制操作执行机构的模拟信号， 以实现对生产过程的控制。 （5）传感器的主要功能是将被检测的非电学量参数转变成 电学量。变送器的作用是将传感器得到的电信号转变成适用于 计算机接口使用的标准的电信号（如0~10mADC）。
第5章 计算机控制及接口技术 系统软件：由计算机的制造厂商提供，用来管理计算 机本身的资源和方便用户使用计算机的软件。常用的有操 作系统、开发系统等，不需用户自行设计编程。 应用软件：用户根据要解决的控制问题而编写的各种 程序，比如各种数据采集、滤波程序、控制量计算程序、 生产过程监控程序等。
第5章 计算机控制及接口技术
3、 总线工控机
特点是依赖于某种标准总线， 按工业化标准设计。
（1）STD总线工业控制机
典型的STD总线工控机系统的 构成如图所示，其突出特点是： ① 模块化设计，系统组成、修改 和扩展方便；②各模块间相对独 立，使检测、调试、故障查找简 便迅速；③有多种功能模板可供 选用，大大减少了硬件设计工作 量；④系统中可运行多种操作系 统及系统开发的支持软件，使控 制软件开发的难度大幅降低。
在计算机控制系统中，软件和硬件不是独立存在的，
在设计时必须注意两者相互间的有机配合和协调，只有这 样才能研制出满足生产要求的高质量的控制系统。
第5章 计算机控制及接口技术
5.1.2 计算机在控制中的应用方式
1、操作指导控制系统
操作 指导计 算机 操作 指导参 考数据 人 控制 量 设定 值 控制 器 测量 值 A/D 多路 开关 传感 器
第5章 计算机控制及接口技术 最早开发 ISA 总线（工业标准 结构总线）工控机的是美国的
ACTION 公司，其后，台湾的研华
工控机逐渐在工业控制机领域占领 了大部分份额， ISA 总线后来跟随
PC机发展到PCI总线 。
第5章 计算机控制及接口技术 PCI 总线简介： 1991年下半年，Intel公司首先提出了PCI的概念，并联 合 IBM 、 Compaq 、 AST 、 HP 、 DEC 等 100 多家公司成立了 PCI 集 团 ， 其 英 文 全 称 为 ： Peripheral Component Interconnect Special Interest Group（外围部件互连专业组）， 简称 PCISIG 。 PCI 是一种先进的局部总线，已成为局部总 线的新标准。 PCI 总线是一种不依附于某个具体处理器的局部总线。 从结构上看，PCI是在CPU和原来的系统总线之间插入的一 级总线，具体由一个桥接电路实现对这一层的管理，并实 现上下之间的接口以协调数据的传送。管理器提供了信号 缓冲，使之能支持10种外设，并能在高时钟频率下保持高 性能。
速度 调节 器
＋
电流 调节 器
晶闸 管触 发器
隔离 放大
图5-8 计算机控制的双闭环系统
第5章 计算机控制及接口技术 3、计算机数字程序控制系统 图5-9所示为一开环控制的简单机床数字程序控制系统的 构成框图。该系统既可以设计成平面点位控制系统，又可设 计成平面轮廓控制系统。图中的微型计算机用来完成程序和 数据的输入、存储、加工轨迹计算和步进电动机控制程序、 显示程序、故障诊断程序等控制程序的执行等。
如图5-3所示，在操作
指导控制系统中，计算机 的输出不直接用来控制生
产对象。
生产 过程
图5-3 计算机操作指导控制系统示意图
…
…
第5章 计算机控制及接口技术 2、直接数字控制系统 直接数字控制DDC（Direct Digital Control）系统是计 算机用于工业过程控制最普遍的一种方式，其结构如图54所示。
中 央 计 算 机
扬声器
显示器
知识库
图5-10 智能机器人的一般结构
第5章 计算机控制及接口技术
5.2 工业控制计算机
5.2.1 对工业控制计算机的基本要求
1、具有完善的过程输入/输出功能 2、具有实时控制功能 3、具有高的可靠性 4、具有较强的环境适应性和抗干扰能力
P106
5、具有丰富的软件
第5章 计算机控制及接口技术 5.2.2 常用工业控制计算机
SCC计算机 设定值 测量值 A/D 设定值 DDC A/D 多路开关 模拟 调节器 传感器 D/A 多路开关 多路开关 传感器 SCC计算机 测量值
输入
生产过程
输出
输入
生产过程
输出
图5-5监督计算机控制系统的构成示意图 (a）SCC＋模拟调节器系统；(b）SCC＋DDC系统
…
…
…
…
(a)
(b)
第5章 计算机控制及接口技术 4、分级计算机控制系统 又称分布式控制系统DCS（Distributed Control System)， 或集散型计算机控制系统。其特点是：采用多层分级的结 构形式，实际上就是利用计算机技术对生产过程进行集中 监视、操作、管理和分散控制。
第5章 计算机控制及接口技术 （2） PC总线工业控制机（IPC）
PC的总线自从诞生以来，经历了PC-XT，AT，ISA， PCI等几种。
1981年，美国IBM公司制造出了世界上第一台个人计 算机——PC机，与此同时，IBM提出了PC总线（PC/XT总 线），这是一种 8 位总线。 1984 年，提出 PC/AT 总线，这 是一种16位总线。而为了开发与IBM PC 兼容的外围设备， 行业内便逐渐确立了以IBM PC 总线规范为基础的ISA（工 业标准架构：Industry Standard Architecture ）总线。1987 年IEEE（美国电气和电子工程师协会）正式制订了ISA总 线标准。
第5章 计算机控制及接口技术 2 、 可 编 程 控 制 器 PLC （Programmable Logic Controller） PLC的特点： （1）可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关 键性能。PLC由于采用现代大规模 集成电路技术，采用严格的生产工 艺制造，内部电路采取了先进的抗 干扰技术，具有很高的可靠性。例 如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均 无故障时间高达30万小时。
所设计的控制算法进行计算，计算出最佳设定值后直接传 送给常规模拟调节器或者DDC计算机，最后由模拟调节器
或DDC计算机控制生产过程。
SCC系统有两种类型，一种是SCC+模拟调节器控制系 统，另一种是 SCC+DDC 控制系统。监督计算机控制系统 的构成示意图如图5-5所示。
第5章 计算机控制及接口技术
第5章 计算机控制及接口技术
图 5-6 是 一 个 四 级 计 算 机
控制系统。其中，过程控制级 为最底层，对生产设备进行直
企业 (公司 )管理级
接数字控制；车间管理级负责
本车间各设备间的协调管理；
车间管理级
工厂管理级
车间管理级
工厂管理级负责全厂各车间的
生产协调，包括安排生产计划、
备品备件等； 企业（公司）管
操作台
打印机
I/O 接口 计 算 机 主 机
I/O 接口 I/O 接口 I/O 接口 I/O 接口 主机及操作台 I/O接口 电路
A/D
多路开关
传感器及 变送器 执行机构 工 业 对 象
D/A
多路开关
数字量输入
显示 终端 通用外围设备
I/O 接口
数字量输出 I/O通道 信号检测 及变送 被控对象
图5-1 典型计算机控制系统的组成框图
控制台 x轴步进电
光电 隔离
驱动 电路
传动 机构
机床 工作 台
图5-9 简单机床数字程序控制系统的构成框图
第5章 计算机控制及接口技术 4、工业机器人 图5-10给出了智能机器人的一般结构，它是一个多级 的计算机控制系统。
摄像 多关节 手臂 行走 机构 图像 处理机 控制 计算机 控制 计算机 语言 识别机 语言 合成器 显示 计算机 话筒
常用工控机有单片机、可编程控制器、总线型工业控制计
算机。 1 、 单 片 机 （ Single Chip Microcomputer） 定义：将计算机的 CPU （中 央 处 理 器 ） 、 RAM （数据存 储 器）、ROM（程序存储器）、定 时/计数器和多种I/O接口(输入/输 出接口)集成在一片芯片上而形成 的计算机。
图5-7 工业炉的计算机控制
第5章 计算机控制及接口技术 2、微机控制的直流伺服电机调速系统 图5-8是微机控制的双闭环直流调速系统的原理图。其 中，晶闸管触发器、速度调节器和电流调节器均由计算机 实现。
A/D 电流 互感 器 同步 给 定 ＋ A/D － ＋ 三 相 交 流 电 ＋ M － 微型 计算机 测速 发电机
第5章 计算机控制及接口技术
（3）编程方法简单，易学易用
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相 当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便 地实现继电器电路的功能。
第5章 计算机控制及接口技术 （4）系统的设计、构建工作量小，维护方便，改造容 易 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备 外部的接线，使控制系统设计及构建的周期大为缩短， 同时维护也变得容易。更重要的是使同一设备经过改变 程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量 的生产场合。 （4）体积小、重量 轻、易于嵌入设备内部。
过程 控制级 过程 控制级 过程 控制级 过程 控制级
理级负责总的协调，安排总生
产计划，进行企业（公司）经 营方向的决策等。
生产过程
图5-6 计算机分级控制系统
第5章 计算机控制及接口技术 5.1.3 典型机电一体化控制系统举例 1 、图 5-7 为工业炉计算机控制系统组成简图，所用的 燃料为燃油或者煤气，为了保证燃料在炉膛内正常燃烧， 必须保持燃料和空气的比值恒定。