微型计算机控制系统设计概要
计算机控制系统的设计
23% Option 1
5.操作面板
操作面板也叫操作台， 它是 人机对话的纽带。 根据具体 情况， 操作面板可大可小， 大到可以是一个庞大的操作台， 小到只有几个功能键和开关。
系统负载匹配问题 逻辑电路间的接口及负载匹配问题 在进行系统设计时， 有时需要TTL和CMOS两种电路混 合使用， 但两者要求的电平不一样(TTL高电平为+5 V， CMOS则为+3V～+15V) ， 因此， 一定要注意电 流及负载的匹配问题。 MCS-51系列单片机负载匹配问题 微型计算机与微型计算机之间， 微型计算机与I/O接 口之间都存在着负载匹配问题。
4.开关量I/O接口 设计
在微型计算机控制系 统中， 除了模拟量 输入/输出通道外， 经常遇到的还有开关 量I/O接口。
6.系统速度匹配问题
在不影响系统速度的前提下， 时钟频率选低一些为好, 这样 可降低系统对其他元器件工作
速度的要求， 从而降低成本 和提高系统的可靠性。
30% Option 2
3. 软件开发过程 软件开发大体包括以下几个方面。 (1) 划分功能模块及安排程序结构。 (2) 画出各程序模块详细的流程图。 (3) 选择合适的语言(如高级语言或汇编语言) 编写程序。 (4) 将各个模块连结成一个完整的程序。
8.1.6 微型计算机控制系统的调试
1. 硬件调试 根据设计逻辑图制作好实验样机， 便进入硬件调试阶段。 调试工 作的主要任务是排除样机故障， 其中包括设计错误和工艺性故障。 1) 脱机检查 用万用表或逻辑测试笔逐步按照逻辑图检查印刷板中器件的电源及 各引脚的连接是否正确， 检查数据总线、 地址总线和控制总线是否有 短路等故障。 有时为了保护芯片， 先对各管脚电位(或电源)进行检查， 确定无误后再插入芯片检查。
微型计算机控制技术重点
1.1微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。
主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。
(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。
过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。
过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。
过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。
(3)外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。
其中操作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能立即显示所要求的内容；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能。
(4)检测与执行机构a.测量变送单元：在微机控制系统中，为了收集和测量各种参数，采用了各种检测元件及变送器，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量，例如热电偶把温度转换成mV信号；压力变送器可以把压力转换变为电信号，这些信号经变送器转换成统一的计算机标准电平信号(0～5V或4～20mA)后，再送入微机。
b.执行机构：要控制生产过程，必须有执行机构，它是微机控制系统中的重要部件，其功能是根据微机输出的控制信号，改变输出的角位移或直线位移，并通过调节机构改变被调介质的流量或能量，使生产过程符合预定的要求。
例如，在温度控制系统中，微机根据温度的误差计算出相应的控制量，输出给执行机构(调节阀)来控制进入加热炉的煤气(或油)量以实现预期的温度值。
第一章 计算机控制系统概述
第一章计算机控制系统概述§1．1概述随着科学技术的进步，人们越来越多地用计算机来实现控制系统。
近几年来，计算机技术、自动控制技术、检测与传感技术、CRT显示技术、通信与网络技术、微电子技术的高速发展，促进了计算机控制技术水平的提高。
本章主要介绍计算机控制系统及其组成、工业控制机的组成结构及特点、计算机控制系统的发展概况和趋势。
1．1．1计算机控制技术研究的内容及特点1、研究的内容：主要研究控制理论、计算机技术（软、硬件技术）、网络通信技术、测量技术、信号处理技术等在微机控制中的应用、以及微机的控制方法及其应用。
2、主要的特点：1）理论性强：应用各种控制理论、信号处理理论等2）综合性强：应用有控制理论、计算机硬件技术、编程技术、网络技术、测量技术、信号处理技术、电子技术等3）实践性强：所有设计、计算必须要反复进行实验；在实践中积累了大量的经验方法、经验数据等4）理论与实践相结合5）实用性强6）应用广泛等1．1．2计算机控制技术这门课所应用到的技术：计算机技术、自动控制技术、微电子技术、信息处理技术、检测与传感技术、通信与网络技术、CRT显示技术等等1．1．3计算机控制技术的现状与发展趋势计算机控制技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分1．1．4目前，计算机控制技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。
一、以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流二、PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展三、面向测控管一体化设计的DCS系统四、控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展五、仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型化方向发展六、数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展七、工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展八、工业控制软件正向先进控制方向发展► 1.2. 计算机控制系统的组成► 1.3 计算机控制系统分类► 1.4 计算机控制系统中的计算机► 1.5 微型计算机控制系统的发展趋势§1.2 计算机控制系统的组成★自动控制：在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。
微型计算机控制系统设计
微型计算机控制技术
五、操作员控制台设计
为了便于人机联系，一般不能用微型计算机的键盘代替。
一般应具有以下功能：
1. 一组或几组数据输入键： 用于输入或更新给定值，修改控制器参数或其他必要数据 2. 一组或几组功能键或转换开关： 用于转换工作方式，起动、停止系统运行或完成 某种特定的系统操作功能。 3. 一个显示装置或显示屏： 用于显示状态、参数及故障指示等。 4. 一个“紧急停止”按钮： 用于在紧急事故时停止系统运行，转入故障处理。
微型计算机控制技术
4. 通用工业控制计算机系统方案
针对通用微型计算机系统用于工业现场可靠 性差等问题，近年来，推出多种适用于工业现场 恶劣环境的工业控制微型计算机系统。 如STD总线工业控制机、PC总线工业控制机等。
需要说明： 控制用微型计算机系统设计应着眼于能够 满足性能要求，在满足性能要求的前提下，结 构愈简单愈好，甚至有时为了提高可靠性，不 惜降低一些性能指标。
微型计算机控制技术
二、微型计算机系统功能以及性能指标的选择
1. 完善的中断系统 2. 足够的存储容量 3. 完备的输入输出和实时时钟
4. 微处理器有足够的数据处理能力
微型计算机控制技术
1. 完善的中断系统
微型计算机系统必须具有实时控制功能， 包括两个方面的含意： 1.在系统正常运行时的实时控制能力： 修改参数，改变某个工作程序或指出某规定 时间间隔已到等等； 2.发生故障时紧急处理的能力： 在输入输出异常或出现紧急情况时进行报警 和作出相应的保护处理。
2.维修容易： 易于查找故障，排除故障。 *采用标准的功能模板式结构，便于更换； *在功能模板上安装工作状态指示灯和监测点，便于检查 *软件：配置查错程序或诊断程序，缩短排除故障的时间
微型计算机控制系统设计
调试程序 子程序库
控制程序
数据可靠性检查程序
数据采集及处理程序
A／D转换及采样程序
数字滤波程序
巡回检测程序
线性化处理程序 数据采集程序
数据管理程序 越限报警程序
事故预告程序
画面显示程序
二、应用程序的语言选择及设计步骤 1、语言选择 ► 机器语言 ► 汇编语言 ► 高级语言
2、应用程序的设计步骤和方法 应用程序设计的五个步骤： ► 问题定义 ► 程序设计 ► 编码 ► 调试 ► 改进和再设计
传感器
小信号 V．I
信 号 0～ 放大器 10V
V/ F
f
光电 耦合器
CPU
设V／F变换器的额定输出频率为F，计数器对输出脉冲的计数时间为Ts，A／D 转换结果的分辨率为i，则有：
件和进行施工设计。 包括： ► 接口电路和I/O通道的扩充
► 组合逻辑或时序逻辑电路 ► 供电电源 ► 光电隔离 ► 电平转换 ► 驱动放大电路等
★ 接口设计 接口设计内容： ► 扩充接口
► 安排接口电路的I/O信号及交换方式。 常用的扩充方法： ► 选用专门的功能接口板
► 选用通用接口电路 ► 用集成电路自行设计接口电路 接口电路I/O信号的交换方式：
► 中断控制读取I／O方式 ► 直接存储器存取方式
★ 通道设计 系统I/O通道： ► 数字量I/O通道
► 开关量I/O通道 ► 模拟量I/O通道 ► 脉冲量I/O通道 在总体设计中，应确定本系统应设置什么样的通道、每个通道由几部分组成，各部 分选用什么器件等。 ★ 操作员控制台设计 包括：各种转换开关、按钮、键盘、数字显示器、状态故障指示灯等。 ★ 可靠性设计
用指令RETn返回。 ► 根据缺省默认，C语言的参数传递方式是传值，但数组总是采用传址方式。
微型计算机控制系统习题1
=
U ( z) D( z) = = D ( s ) s = 2 z −1 E ( z) T z +1
⇒ D (z) =
1 + T1s 1 + T2s
s =
2 z −1 T z +1
U (z) (T + 2 T1 ) z + T − 2 T1 = E ( z ) (T + 2 T 2 ) z + T − 2 T 2
1 (1 − z −1 ) = 1 = E ( z ) = R ( z )Φ e ( z ) 1 − z − 1
z −1 Y ( z ) = R( z )Φ( z ) = 1 − z −1
= z −1 + z −2 + z −3 + ...
9 z −1 (1 + 0.111z −1 ) G( z ) = (1 − z −1 )(1 − 0.0000454 z −1 )
U ( s ) 1 + 0.17 s = 2、已知模拟调节器的传递函数为 D( s ) = 、 E ( s ) 1 + 0.085s
试写出相应数字控制器的位置型和增量型的控制算式，设采 试写出相应数字控制器的位置型和增量型的控制算式， 样周期T＝ 样周期 ＝0.2s。 。 解：双线性变换公式为： s = 双线性变换公式为：
y2 ( t )
其中 a0 , a1 , a2 , b0 , b1 是使 D1 ( z ) 和 算机串级控制算法。 算机串级控制算法。
r1 ( k )
+
e1 ( k )
D1 ( z )
−
第2章微型计算机系统的组成及工作原理
2.5.6 ISA总线的定义与应用
2. ISA总线的信号线定义 ——98芯插槽，包括地址线、数据线、控制线、时钟和电源线 (1)地址线：SA019和LA1723 (2)数据线：SD015 (3)控制线：AEN、BALE、 IOR 和 IOW、 SMEMR和 SMEMW
MEMR 和 MEMW、 MEM CS16 和 I/O CS16 、SBHE
2.1.2 微机系统的软件配置
系统软件、工具软件、应用软件、用户应用程序
.3 微机系统中的信息流与信息链
1. 微机系统中信息流与信息链的构成 信息流：存储器中的数据、程序代码；接口寄存器中的I/O数据、 状态、I/O命令 信息链：信息流在系统中流动的路径； 包括物理(硬件)环节和逻辑(软件)环节 2. 微机系统中信息流与信息链 ——早期微机系统/现代微机系统中的信息链 3. 研究信息流与信息链的意义 ——通过信息流从整体上认识微机体系结构和组成微机系统的各 部件之间的关系
2.5.7 现代微机总线技术的新特点
3. 总线桥 (1) 总线桥 ——总线转换器和控制器，是两种不同总线间的总线接口 内部包含兼容协议及总线信号和数据缓冲电路；把一条总线映 射到另一条总线上 北桥：连接CPU总线和PCI总线的桥 南桥：连接PCI总线和本地总线(如ISA)的桥 (2) PCI总线芯片组 ——实现总线桥功能的一组大规模集成专用电路 保持主板结构不变前提下，改变这些芯片组的设计，即可适应 不同微处理器的要求 4. 多级总线结构中接口与总线的连接
2.4 I/O设备与I/O设备接口
2.4.1 I/O设备及其接口的作用
1. I/O设备的作用 2. I/O设备接口的作用——连接与转换
2.4.2 I/O设备的类型及设备的逻辑概念
微型计算机系统概述
1
1.1 计算机的发展与应用 人类第一台数字电子计算机：1946 年，美国宾夕法尼亚大学研 制出。取名为：ENIAC（Electronic numerical integrator and calculator）。 由著名数学家：冯· 诺依曼，推出了新的计算机系统结构，提出采 用二进制、存储程序及在程序控制下执行的理念 。 第一代：1946年－1957年。 器件：电子管，磁芯和磁鼓存储器。
16
系统软件中还有语言处理程序，计算机语言是使用者与计算 机之间进行交流的工具；人们将要计算机来完成的事件编写成程序输 入给计算机；计算机通过执行用户的程序来完成用户的工作。其中广 泛使用的语言有 C 语言、VB、VC、Java 等，机器只能运行机器语 言。 返回本章目录
17
1．3 PC 机系列体系结构 1.3.1 基于 8088 PC 总线的微机结构 8088 微处理机，作为第一代机的 CPU，通过地址总线、数据总线和控制总线对整 个机器进行调试和控制，其体系结构,如图 1.3 。 1. 8088 处理器：采用 4.77M 的工作频率，该频率通过 8284 对14.31818MHz 的晶 体振荡 3 分频而得到的；每个时钟周期 210nm。 2. 8087 协处理器：8088 在最大模式下可配接 8087协处理器用来进行浮点运算，使 浮点运算速度提高 100 倍。 3. 存储器：64K 的 ROM 早期存放 32K 的 Basic 解释程序，另 32K 固化 BIOS，包 括上电自检程序、系统引导程序、日时钟管理程序和基本的 I/O 设备的驱动程序 4. RAM 内存：IBM PC/XT 的主板上可接插 640K 的内存。 5. 8253/8254 可编程定时计数器：该片提供 3 个通道。通道 0 每 55ms 向 CPU 发一个时钟中断信号，通过计数，用来计算时 钟的时间；通道1 用于 DRAM 的刷新；通道2 输出方波到扬声器。
微型计算机控制系统课件第3章 输入输出接口及输入输出通道
除缓冲器和锁存器外，还有一类既有缓冲功能又有锁存功 能的器件，Intel公司8255A可编程并行I/O扩展接口芯片就是 这样的器件。8255A与工业控制计算机（ISA）总线的连接如 图3-5所示。8255A有三个可编程的8位输入输出端口A、B和 C，内部有一个控制寄存器。通过向控制寄存器写入控制字定 义A、B、C端口的数据传输方向（输入或输出）。图中 ATF16V8作译码器用。
数字量输入接ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ原理图
数字量输出接口原理图
输入输出接口设计
输入接口是输入通道与工业控制机总线之间的桥梁，输出接口是输出通道与工业控制机总线之间 的桥梁。下图是由缓冲器和译码器组成的数字量输入接口示例，以及锁存器和译码器组成的数字量输 出接口示例。
数字量输入接口示例
数字量输出接口示例
输入输出接口设计
S1=/A9+/A8+A7+A6+A5+A4+A3+A2 Y0=AEN+S2
输入输出接口与输入输出通道 数据信息的输入输出控制方式 数字量/模拟量输入输出通道的基本组成
基于板卡的输入输出接口与通道的设计
基于计算机通讯接口的输入输出接口与通道的 设计
微型计算机控制系统设计之一
长线传输中的波反射或者把它抑制到最低限度。
传输线波阻抗的测量
R Rp时，门A输出的
波形不畸变，反射波完
全消失，这时的R值就 是该传输线的波阻抗。
A
双绞线
RP
R
示波器
无损耗导线的波阻抗 Rp
图11—14 测量传输线波阻抗
Rp
L0 C0
2024/10/14
L0 、C0 分别为单位长度的电感和电容。
串模干扰的抑制
a. 如果串模干扰频率比被测信号频率高，采用输 入低通滤波器；如果串模干扰频率比被测信号频率 低，则采用高通滤波器；如果串模干扰频率落在被 测信号频谱的两侧，则采用带通滤波器。
采用二级阻容 滤波网络可使 50Hz的串模 干扰信号衰减 600倍左右。
输入信号
屏蔽层
75 75 500 500 75 75
开发设计应遵循标准化、模板化、模块化和系 列化的原则。
2024/10/14
2
应用设计
应用设计的任务是选择和开发满足控制对象
所需的硬件和软件，设计控制方案，并根据系统
性能指标要求设计系统硬件和软件，以实现系统
功能。 应用设计或工程设计按 顺序可分为5个阶段。 •可行性研究
•系统总体方案设计
•硬件和软件的细化设计
保险丝
原、副边之 间加有静电 屏蔽层
直流 稳压器
抑制交流电源线 上引入的高频干 扰
电抗器 变阻 隔离 二级管 变压器
图11－5 计算机系统电源
2024/10/14
抑制进入交流电源 线上的瞬时干扰
8
✓电源分组供电
将输入通道电源和其他设备电源分开，以防止 设备间的干扰。
第一章微型计算机控制系统概述
DSP 处理器的长处
向量运算、
指针线性寻址等
微机控制技术
1.2.4 嵌入式系统
4、嵌入式片上系统 ( System On Chip ) • 随着 EDI 的推广和 VLSI 设计的普及化，及半
导体工艺的迅速发展，在一个硅片上实现一个 更为复杂的系统的时代已来临，这就是
System On Chip ( SOC )。
• TI 公司亦将其 TMS320C2XXX 系列 DSP 作为 MCU 进行推广。
微机控制技术
1.2.4 嵌入式系统
3、嵌入式 DSP 处理器
( Embedded Digital Signal Processor, EDSP )
（１）ＤＳＰ处理器的特点 DSP 处理器对系统结构和指令进行了特殊设计: 使其适合于执行 DSP 算法，编译效率较高，指令执行速度也 较高。
• 具有软件代码少、高度自动化、响应速度快等特点， 特别适合于要求实时和多任务的体系。
微机控制技术
嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器特点:
（1）对实时多任务有很强的支持能力。能完成多任务并且有较 短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核的执行时间 减少到最低限度。
（2）具有很强的存储区保护功能。 由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件 模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保 护功能，同时也有利于软件诊断。
理器。 如：Intel 的 MCS-296
Infineon ( Siemens ) 的 TriCore。
1.2.4 嵌入式系统
（３）推动嵌入式 DSP 处理器发展的因素：
嵌入式系统的智能化。
如：各种带有智能逻辑的消费类产品
生物信息识别终端
微型计算机控制系统设计
微型计算机控制系统设计1.系统需求分析与概念设计在设计微型计算机控制系统之前，首先需要进行一系列的需求分析和概念设计。
需求分析包括确定系统的功能需求、性能需求和其他特殊需求，如实时响应、可靠性等。
概念设计阶段则是对系统进行初步的设计，包括确定所需的软件和硬件组件，以及设计系统的整体架构。
2.硬件设计微型计算机控制系统的硬件设计主要包括选型和连接外围设备。
首先需要选择适合的微型计算机单板，同时根据系统需求选取合适的外围设备，如传感器、执行器、通信模块等。
然后，根据选定的硬件组件，设计整体的硬件连接与电源供应，确保各个部件可以正常工作并相互协调。
3.软件设计微型计算机控制系统的软件设计是整个系统的核心。
软件设计包括开发控制算法，设计用户界面和编写程序代码等。
首先，需要根据系统需求，设计合适的控制算法，将其转化为计算机可以理解的代码。
然后，通过编程语言编写代码，实现各个部件的控制和通信。
最后，设计用户界面使得用户可以方便地与系统交互。
4.系统测试与调试在完成硬件和软件设计后，需要进行系统测试和调试。
系统测试是为了验证系统的功能和性能是否符合设计要求。
测试可以通过模拟真实环境来进行，也可以使用仿真工具进行虚拟测试。
测试的结果将帮助设计者了解系统的工作状态，发现并解决潜在问题。
在测试过程中，还需要进行系统的调试，即通过修改和优化软件代码和硬件连接，使系统达到最佳的性能。
5.系统部署与运行在系统测试和调试完成后，可以进行系统的部署和运行。
部署包括将系统安装到预定的位置，并进行有关的设置和配置。
运行阶段，系统将开始工作并实现所需的功能。
在运行过程中，需要进行系统的监控和维护，确保系统的稳定运行。
总结：微型计算机控制系统的设计是一个复杂而综合的工程，需要深入理解系统需求、硬件设计和软件设计。
通过系统的需求分析和概念设计，确定设计方向和目标。
在硬件设计阶段，选择合适的硬件组件并进行连接与供电设计。
软件设计阶段，开发控制算法，设计用户界面和编写代码。
微型计算机控制系统的设计方法与步骤
第六章 微型计算机控制系统的设计与实践
5. 硬件和软件的具体设计
（1）硬件设计：根据系统总体框图，设计 出系统电气原理图，再按照电气原理图着 手元件的选购和开始施工设计工作。 （2）软件设计：①实时性。 ②针对性。 ③灵活性和通用性。 ④可靠性如图6-1所示。
第六章 微型计算机控制系统的设计与实践
...
加热器
~ 220V
.
..
+5V
图6-4 过零触发电路
返回本节
第六章 微型计算机控制系统的设计与实践
6.3.2 数字控制器的数学模型
闭环调节系统可近似看成一阶惯性环节加一 个延迟环节。因此，根据第4章第5节的推导， 可以得出：
(1 e-T/1 z-1)(1 e-T/ ) D(z)
K P (1 e-T/1 )[1 - e-T/z-1 (1 - e-T/ )z-N-1]
①采用双机系统。 ②采用集散控制系统。
返回本章首页
第六章 微型计算机控制系统的设计与实践
2. 设计特点
在进行微机控制系统设计时，系统设计人 员必须把系统要执行的任务和应具备的功能合 理地分配给硬件和软件来实现，做到合理权衡 硬件、软件的配置，并尽量节省机器时间和内 存空间。硬件设计主要采用大规模集成电路。
第六章 微型计算机控制系统的设计与实践
开始 保护现场 采样炉温
数字滤波
U(n)=Ymax否？
是
否
U(n)>Ymax否？
是
否 清上次越限标志
下限报警 取Ymax值输出
否 U(n)>=Ymin否？ 是
计算Y(n)
求补
从P1.3输出
初始化T1
温度标度转换
温度显示
- 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)。
4．微处理器有足够的数据处理能力 字长、指令的执行速度、指令系统
第6章 微型计算机控制系统设计
三、 控制算法设计 （1）控制算法对系统的性能指标有直接的影响，确定算
法能否满足控制速度、精度和系统稳定性的要求。
电路，选择合适的总线，继而进行插件板和印刷电路板的设计，最后进行 组装，并和设计好的软件一起进行调试。
2．单片机方案：体积小、可靠性高、价格便宜、性能指标高。 3．通用微型计算机系统方案：系统结构完备、外围设备齐全、有丰 富的系统软件资源，部件标准化、模块化。常用于大型控制系统， 优点：控制功能强、设计工作量小、研制周期短。 缺点：成本高、体积庞大、可靠性差等。 4．通用工业控制计算机系统方案：对通用微型计算机系统进行了改 进，是当前乃至今后微型计算机控制系统的优选方案之一。
部分选用什么器件等。 1. 开关量:输入要解决电平转换、去抖动及抗干扰等问题；输出要
注意驱动功率和输出隔离等问题。 2. 数字量：确定数据的传送方式（并行\串行），设计相应的接口
电路。 3. 模拟量：输入通道一般包括信号处理电路（标度变换、滤波、隔
离、电平转换、线性处理）、采样单元、采样保持器和放大器、A/D转 换器等；输出通道主要由D/A转换、放大器等组成。
1．操作系统：对计算机进行管理和控制 2．语言加工系统 （1） 编辑程序（2） 编译程序 （3） 连接、装配程序（4） 调试程序（5） 子程序库 3．诊断系统：维护计算机
第6章 微型计算机控制系统设计
（二）应用软件 所谓应用软件就是面向控制系统本身的程序，它是根据系统的具体要
求，由用户自己设计的。在进行计算机控制系统设计时，大量的工作就是 如何根据各个生产过程的实际需要设计应用程序。
确定系统要完成的任务。 第一：要从系统构成上考虑，确定是采用开环控制还是闭环控制；
哪些物理量需要检测，采用何种检测元件，检测精度要求如何；执行机 构采用什么方案，是采用电机驱动、液压驱动还是其他方式驱动，比较 各种方案，择优而用。
第二：确定计算机在整个控制系统中所起的作用，是给定计算、直 接控制还是数据处理、监督控制等，确定计算机应承担哪些任务，为完 成这些任务需具备哪些功能，需要设计哪些输入输出通道和配备什么样 的外围设备。
五、软件设计：是系统设计的重要组成部分。
①实时性。 ②针对性。 ③灵活性和通用性。 ④可靠性。
6. 系统联调：系统联调是要把已调好的各程序功能块按照总 体设计要求连成一个完整的程序。
第一步在实验室模拟装置上进行，要尽量创造条件使模 拟装置接近于实际控制系统，在调试时应采取一些必要的测 量监视和保护措施。
4. 脉冲量：隔离元件、分频或倍频电路、计数器、定时器等组成。
第6章 微型计算机控制系统设计
（五） 操作员控制台设计 1. 有一组或几组数据输入键（数字键盘或拨码开关），用于输入或更新 给定值，修改控制器参数或其他必要的数据。 2. 有一组或几组功能键或转换开关，用于转换工作方式、启动、停止系 统运行或完成某种特定的系统操作功能。 3. 有一个显示装置或显示屏，用于显示状态、参数及故障指示等。 4. 有一个“紧急停止”按钮，用于在紧急事故时停止系统运行，转入故 障处理。
控制台设计时必须明确这些转换开关、按钮、键盘、数字显示器或 状态、故障指示灯等的作用和意义，仔细设计控制台的硬件及其相应的 控制台管理程序，使系统的操作即方便灵活，又安全可靠，即使操作失 误也不至于引起严重的后果。
第6章 微型计算机控制系统设计
二．微型计算机选择
（一） 微型计算机系统构成方案选择 1．组装方案：从选择微处理器芯片开始，配置适当的存储器和接口
（2）各种控制算法提供了一套通用的计算公式，是对一 般性的问题而言的，应针对具体情况，进行修改与补 充。
（3）可实现性。确定为设计、调试方便，可将控制算法 作合理的简化，逐步将控制算法完善，直到获得最好 的控制效果。
第6章 微型计算机控制系统设计
四、硬件设计：根据系统总体框图，设计出系统电气原理图， 再按照电气原理图着手元件的选购和线路设计工作。
第二步是在工业生产现场进行工业试验。经过一段考机 和试运行后，即可投入正式运行。
第6章 微型计算机控制系统设计
第二节 微型计算机控制系统的软件
一．软件的分类 （一）系统软件
系统软件是为了提高微型计算机使用效率、扩大功能、为用 户使用维护和管理微型计算机提供方便而专门设计的一类程序， 它具有通用性。算机控制系统的设计
6.1 控制系统设计的一般步骤 6.2 微型计算机控制系统的软件 6.3 常用应用程序设计 6.4 微机控制直流伺服系统设计 6.5 微机温度控制系统设计
第6章 微型计算机控制系统设计
第一节 控制系统设计的一般步骤
一．系统总体控制方案设计 （一） 确定控制任务 1. 深入了解控制对象，熟悉生产工艺过程，提出系统的控制要求，
2. 完成系统设计的任务书，画出系统构成的粗框图。
第6章 微型计算机控制系统设计
（二） 硬件软件功能分配与协调 尽可能地用软件来实现系统的控制功能。
（三） 接口设计 （1） 选用专门的功能接口板 （2） 选用通用接口电路 （3） 用集成电路自行设计接口电路
第6章 微型计算机控制系统设计
（四） 通道设计 确定本系统应设置一些什么样的通道、每个通道有几部分组成，各
1．控制程序：实现对系统的调节和控制，满足系统的性能指标。 2．数据采集及处理程序 可靠性检查、A/D转换及采样、数字滤波、线性化处理 3．巡回检测程序 数据采集、越限报警、事故预告、画面显示。 4．数据管理程序 统计报表；产品销售、生产调度及库存管理程序；产值利润预测等
第6章 微型计算机控制系统设计
（二） 微型计算机系统性能指标选择 1．完善的中断系统 实时控制性能：一是在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 当内容容量不足以存放程序和数据时，应扩充内存，有时还应当配
备适当的外部存储器（硬盘、软盘）。 3．完备的输入输出通道和实时时钟 完备的输入输出通道是微型计算机和外部过程交换信息的通道；实