微型计算机控制系统的设计方法与步骤
微机原理及接口技术实验
微机原理及接口技术实验一、实验目的本实验旨在通过学习微机原理和接口技术，了解和掌握微机系统的基本原理和接口技术的应用，培养学生对微机系统的认识和实践操作能力。
二、实验内容1. 微型计算机系统设计与搭建2. 微机输入输出接口技术应用实验3. 微机总线技术应用实验4. 微机存储器技术应用实验5. 微型计算机中断和DMA技术应用实验三、实验原理1. 微型计算机系统设计与搭建微型计算机主要由中央处理器、存储器、输入输出设备和总线组成。
本实验通过选择适当的芯片、电路连接和控制程序设计，实现一个基本的微型计算机系统。
2. 微机输入输出接口技术应用实验输入输出是微型计算机的重要组成部分，通过实验学习各种输入输出接口的原理和使用方法，并进行实际应用。
3. 微机总线技术应用实验总线是微型计算机各个部件之间传送数据和控制信息的公共通信路径。
通过实验学习总线的分类、结构和时序要求，掌握总线的实际应用。
4. 微机存储器技术应用实验存储器是微型计算机中存储数据和程序的重要设备。
通过实验学习不同类型存储器的原理和应用，掌握存储器的选择和使用。
5. 微型计算机中断和DMA技术应用实验中断和直接存储器访问（DMA）是微型计算机连接外部设备的重要技术。
通过实验学习中断和DMA的工作原理，掌握中断和DMA的应用方法。
四、实验步骤1. 根据实验要求，设计并搭建微型计算机系统；2. 连接输入输出设备，并编写控制程序；3. 进行输入输出接口技术应用实验，如串行通信、并行通信等；4. 进行总线技术应用实验，如总线传输数据测试等；5. 进行存储器技术应用实验，如读写存储器数据等；6. 进行中断和DMA技术应用实验，如中断服务程序编写等；7. 完成相关实验报告并进行总结。
五、实验设备和材料1. 微型计算机实验箱、电源适配器；2. 8051单片机、存储器芯片、输入输出芯片，如74HC164等；3. LED数码管、LCD液晶显示器、键盘、计算器等输入输出设备；4. 可编程芯片编程器、逻辑分析仪等实验设备。
微型计算机控制技术课后习题答案
第一章计算机控制系统概述习题及参考答案1.计算机控制系统的控制过程是怎样的?计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。
(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。
(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。
(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。
(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。
3.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？由四部分组成。
图1.1微机控制系统组成框图(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。
【DOC】第3章机电一体化技术与系统中微型计算机控制系统及接
第3章：机电一体化技术与系统中微型计算机控制系统及接口设计 3.1 控制系统的一般设计思路3.1.1专用与通用、硬件与软件的权衡与抉择1. 专用与通用的抉择 专用控制系统：适合于大批量生产的而且较成熟的机电一体化产品。
通用控制系统：适合还在不断改进，结构还不十分稳定的产品。
2. 硬件与软件的权衡根据经济性和可靠性的标准权衡决定。
例：分立元件组成硬件------软件 利用LSI 芯片组成电路-----软件3.1.2 控制系统的一般设计思路 设计步骤为：确定系统整体控制方案；确定控制算法；选用微型计算机；系统总体设计；软件设计等。
1、确定系统整体控制方案（1）应了解被控对象的控制要求，构思控制系统的整体方案。
（2）考虑执行元件采用何种方式。
（3）要考虑是否有特殊控制要求。
（4）考虑微机在整个控制系统中的作用，是设定计算、直接控制还是数据处理，微机应承担哪些任务，为完成这些任务，微机应具备哪些功能，需要哪些输入/输出通道、配备哪些外围设备。
（5）应初步估算其成本。
2、确定控制算法建立该系统的数学模型，确定其控制算法。
数学模型：就是系统动态特性的数学表达式。
它反映了系统输入、内部状态和输出之间的数量和逻辑关系。
控制算法：所谓计算机控制，就是按照规定的控制算法进行控制，因此，控制算法的正确与否直接影响控制系统的品质，甚至决定整个系统的成败。
例如：机床控制中常使用的逐点比较法的控制算法和数字积分法的控制算法；直线算法：a a xy yx F -= 或K x y T T ee Y X==∆∆ 圆弧算法：222R Y X F i i i -+= 或yxT T Y X =∆∆ 直接数字控制系统中常用的PID 调节的控制算法；位置数字伺服系统中常用的实现最少拍控制的控制算法；另外，还有各种最优控制的控制算法、随机控制和自适应控制的控制算法。
3、选择微型计算机 （1）较完善的中断系统 （2）足够的存储容量（3）完备的输入／输出通道和实时时钟（4）特殊要求：字长、速度、指令4、系统总体设计设计中主要考虑硬件与软件功能的分配与协调、接口设计、通道设计、操作控制台设计、可靠性设计等问题。
微控制器系统的设计与开发
微控制器系统的设计与开发第一章：微控制器系统的基础知识1.1 微控制器的概念和分类微控制器是一种集成了微处理器、存储器、输入/输出接口和时钟系统等功能的单芯片微型计算机系统，常用于嵌入式系统中。
根据微控制器的不同特点和应用领域，可将其分类为通用微控制器和专用微控制器。
1.2 微控制器的基本构成微控制器由CPU、存储器、输入/输出接口以及时钟系统等部分组成，其中CPU是微控制器的中央处理单元，负责指令的执行和数据的运算；存储器用于存储程序代码和数据；输入/输出接口用于与外部设备进行通讯；时钟系统用于提供时钟信号和计时。
1.3 微控制器的工作原理微控制器将存储器中的程序代码和数据导入CPU中进行处理，然后将结果通过输入/输出接口传输给外部设备。
时钟系统负责提供CPU工作时的基本时钟信号，并控制各种定时器、计数器等运行。
第二章：微控制器系统的软件开发2.1 程序设计环境微控制器的程序设计环境包括开发系统、编译器、调试器等工具。
常用的开发系统有Keil、IAR等，编译器为CCS、AVR Studio等，调试器为JTAG、ICE等。
2.2 程序设计流程微控制器程序设计流程包括需求分析、程序编写、调试测试和部署上线等过程，其中需求分析是整个程序设计的重要环节，其目的是确定程序的功能、接口、输入输出及其限制等。
2.3 程序设计语言微控制器程序设计语言具有低级别、高效性、硬件控制能力强等特点。
常用的程序设计语言有C、C++、Assembly等，其中C 语言应用最广泛。
第三章：微控制器系统的硬件设计3.1 硬件设计基础微控制器系统硬件设计基础包括电路原理、逻辑设计、数字电路和模拟电路等方面。
电路设计过程中要注意控制信号的处理、电源滤波和抗干扰等问题。
3.2 微控制器系统的板级设计微控制器板级设计是指针对单片机芯片进行硬件电路设计的过程，包括原理图设计、PCB布局和焊接等环节。
关键技术包括模块化设计、可开发性设计、器件选择和布线规划等。
微型计算机控制系统的设计方法与步骤
否
否
本次越限标志送
5FH
清零 5EH 单元
上限处理
6-6 T0
图 中 断 服 务 程 序 流 程 图
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.. .
键盘与显示
过零信号发生器
MC 14528
LM311
~220V
..
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.
74LS00TI光 耦L117驱 动 器
加热丝
.
变送器
热电偶
图6-2 电阻炉炉温控制系统原理图
1. 检测元件及变送器
检测元件选用镍铬-镍铝热电偶，分度号为 EU，适用于0℃~1000℃的温度测量范围，相应 输出电压为0mV~41.32mV。
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6.3.3 控制系统程序设计
开始
6-5
1.
设定堆栈指针
开始
主
清标志和暂存单元
图
程 序
T 1 中断程序
清显示缓冲区
主 程
清标志D5H
序
T 0 初始化
流
开CPU中断
程
停止输出
图
扫描键盘 返回
温度显示
T 1 中断服务程序
2. T0中断服务程
T0中断服务程序是此系统的主体程序，用 于启动A/D转换、读入采样数据、数字滤波、 越限温度报警和越限处理、大林算法计算和输 出可控硅的同步触发脉冲等。在T0中断服务程 序中，要用到一系列子程序。如：采样子程序、 数字滤波子程序、越限处理程序、大林算法程 序、标度变换程序和温度显示程序等。T0中断 服务程序流程图如图6-6所示。
基于微控制器的智能控制系统设计与实现
基于微控制器的智能控制系统设计与实现第一章：绪论随着科技的不断发展，现代工业生产中智能化控制系统成为了不可或缺的一部分。
利用微控制器，设计并实现基于智能控制系统，已成为现代制造业加强自动化、提高生产效率、降低人力成本的有效途径。
本文将介绍基于微控制器的智能控制系统设计与实现。
首先阐述智能控制系统的概念、特点和功能，其次介绍涉及到的技术原理，然后详细介绍系统的硬件设计和软件设计，并通过实验验证其可行性和优势。
第二章：智能控制系统概述智能控制系统是指能够对所控制的对象进行感知、判断、决策和控制的一类控制系统。
相较于传统控制系统，智能控制系统能对环境有更强的适应性，具有更高的精度、效率和安全性。
智能控制系统具有以下特点：（1）多传感器融合：智能控制系统采用多传感器融合，综合运用多种传感器对所控对象的各种物理量进行感知，实现系统的多维度掌握。
（2）自主决策：智能控制系统采用专家系统或模糊控制算法，利用所获得的传感器信息自主决策，实现适应性强和优化控制。
（3）可编程控制：智能控制系统可以对所控制的对象进行自由变换的编程控制，适应不同的场景和需求。
智能控制系统的功能不仅限于自动化控制，还可以实现视觉检测、故障诊断、智能化决策等多种应用。
第三章：技术原理基于微控制器的智能控制系统的核心技术是单片机技术、模糊控制技术和通信技术。
（1）单片机技术：单片机是指将计算机中的中央处理器、存储器等集成于一片芯片中的微型计算机系统。
单片机通常具有体积小、功耗低、成本低、可编程性强等特点，可以满足智能控制系统的要求。
（2）模糊控制技术：模糊控制是指不同于传统控制方法的一种控制策略。
其所使用的逻辑关系不是严格的真假二值，而是模糊的概率范围。
模糊控制能有效地处理多变量、非线性的控制问题，在控制精度、适应性等方面有显著优势。
（3）通信技术：智能控制系统的实时性和可控性成为了当今种许多应用领域的重要指标。
通信技术的发展，既丰富了智能控制系统的应用场景，但也对承载通信的硬件、协议、安全保障等方面提出了更高的要求。
《计算机控制技术》课程教学大纲
计算机控制技术课程教学大纲Techno1ogyofMicrocomputercontro1学时数：40其中：实验学时：0课外学时：0学分数：2.5适用专业：电气工程与自动化专业或其它相关专业一、课程的性质、目的和任务本课程是自动化类各专业的“主干专业课程”，属工程技术类课程。
通过本课程的学习，使学生了解和掌握以微型机为核心组成的控制系统的硬件、软件基础知识，以及基本的应用技术。
并具备独立设计计算机控制系统的能力，为今后从事工业自动化方面的工作打下一个基础。
二、课程教学的基本要求（一）熟练掌握计算机控制系统的组成与接口技术；（二）掌握和理解计算机控制系统的常用控制算法；（H）熟练掌握计算机控制系统的设计方法和实现过程；（四）了解计算机控制技术的发展趋势及前沿课题。
三、课程的教学内容、重点和难点第一章微型计算机控制系统概述（4学时）基本内容：计算机控制系统的概念、组成，计算机控制系统的分类以及发展。
基本要求：1、熟悉微机控制系统的组成（硬件结构和软件组成）。
2、了解微机控制技术的发展趋势。
重点：计算机控制系统的发展概况。
难点：计算机控制系统的分类。
第二章计算机控制系统的过程通道接口技术（6学时）基本内容：数字量输入、输出通道的设计，模拟量输入通道的设计，模拟量输出通道的设计。
基本要求：1、掌握模拟量输入、输出通道的设计。
2、掌握数字量输入、输出通道的设计。
3、了解过程通道的结构形式。
能够根据控制系统要求选择输入输出通道中所用到的各种器件，掌握工作原理和使用方法。
能正确地绘制出系统的硬件电路原理图。
重点：采样/保持器、D/A转换器、A/D转换器接口设计难点：采样定理与数据采集第三章人机交互接口技术（4学时）基本内容：人机交互输入接口技术，人机交互输出接口技术。
基本要求：1、掌握常用键盘和常用1ED显示器的工作原理及接口设计方法。
2、能够根据控制系统要求正确的设计出键盘和显示器的接口电路，以及接口程序设计。
微型计算机控制技术
微型计算机控制技术微型计算机控制技术是指利用微型计算机来实现对各种设备、系统或过程进行控制的技术。
随着计算机技术的不断发展和微型计算机体积的减小，微型计算机控制技术得到了广泛的应用，已经成为现代工业自动化控制的重要手段之一微型计算机控制技术主要包括硬件设计与软件开发两个方面。
硬件设计方面，需要根据被控对象的特点和实际需求设计控制回路，采集传感器信号，处理输入输出信号，控制执行机构等。
而软件开发方面，则需要编写相应的程序，实现对被控对象的监控、控制和数据处理等功能。
在微型计算机控制技术中，最关键的是硬件设计。
硬件设计主要包括微型计算机系统设计、输入输出接口设计、传感器与执行机构的控制电路设计等。
微型计算机系统设计是整个控制系统的核心，通常由中央处理器(CPU)、存储器(RAM和ROM)、总线、时钟等组成。
输入输出接口设计是实现与外部设备进行数据交换的关键，常用的接口有并行口、串行口、模拟量输入输出接口、数字量输入输出接口等。
传感器与执行机构的控制电路设计则需要根据具体的被控对象选择合适的传感器和执行机构，并设计相应的控制电路，将物理量转化为电信号，并通过合适的方式与微型计算机进行连接。
在软件开发方面，微型计算机控制技术通常使用高级编程语言进行程序开发，如C语言、C++语言、Python等。
软件开发涉及到系统的功能需求分析、程序结构设计、代码编写和调试等工作。
其中，功能需求分析是根据实际应用需求，确定系统的具体功能和功能流程。
程序结构设计是根据功能需求分析的结果，设计出程序的模块结构和相互之间的关系。
代码编写是将设计好的程序结构根据具体语言的语法规则编写出来，并进行相应的调试和优化，确保程序功能的正确性和高效性。
微型计算机控制技术在工业自动化控制中有着广泛的应用。
它可以实现对生产线的自动化控制，提高生产效率和质量。
例如，在自动化生产线中，通过微型计算机控制技术可以监控并调整生产过程中的温度、湿度、压力等参数，实现对产品质量的控制。
基于8086架构的微型计算机设计与开发
基于8086架构的微型计算机设计与开发现今，计算机技术已经成为我们生活中难以分离的一部分。
然而早期的计算机尚不具备现代计算机的高效性和便携性，而微型计算机的开发与设计解决了这一问题。
本文将主要探讨基于8086架构的微型计算机的设计与开发。
一、微型计算机基础首先，让我们了解一下微型计算机的基础知识。
微型计算机是指整个计算机系统都能集成在微小的芯片内，而不是以大型电子设备形式存在。
通常来说，微型计算机只有一小块芯片，组成了CPU（中央处理器）、存储器、输入输出端口以及各种内外部设备控制器等。
其中，CPU是微型计算机的核心组件，负责执行计算机指令，支持数据存储和处理。
二、8086架构接下来，我们了解一下8086架构。
它是由英特尔公司在1978年推出的一种16位微处理器架构，后来被广泛用于微型计算机系统设计。
8086架构的CPU内部包含了许多寄存器，如一级内部缓存（cache）、段寄存器、指令寄存器、通用寄存器等，从而提高了微型计算机的性能。
8086架构的优点不仅仅体现在性能上，它同时也是一种易于编程控制的处理器，使得微型计算机的开发变得高效简单。
三、微型计算机的设计流程了解了微型计算机的基础知识和8086架构后，接下来，我们来了解一下微型计算机的设计流程。
1. 系统规格确定首先，我们需要明确自己想要设计的微型计算机的规格，包括系统运行的操作系统、系统容量、必要的输入输出（I/O）设备和其它需要的硬件设备等。
2. 硬件设计硬件设计是微型计算机设计工作的重要组成部分，其包括选择适当的CPU、存储器、兼容IC等外部设备。
在硬件设计过程中，需要根据系统规格确定符合用户需求的嵌入式微型计算机系统。
3. 软件设计当硬件设计完成之后，我们需要进行相应的软件设计，以便程序能够充分利用CPU和其它硬件资源。
软件设计是指系统规格、硬件和软件的开发文档编写和程序代码的编写、编译、下载、调试和总控制等过程。
四、结语到此为止，我们对基于8086架构的微型计算机设计与开发进行了探讨。
微型计算机控制系统课件第5章 数字控制器的直接设计技术
2）根据系统的性能指标要求以及实现的约束条件构造闭环z传递函数φ(z);
3）依据式（5-3）确定数字控制器的传递函数D(z)；
G(z)
Z H 0 ( s)GC
(s)
1 eTs
Z
s
GC
(s)
;
4）由D(z)确定控制算法并编制程序。
D(z) 1 Φ(z) G(z) 1 Φ(z)
数字控制器的直接设计 步骤
i0
i 1
数字控制器的直接设计步骤 最少拍无差系统的设计 达林控制算法
最少拍无差系统的设计
1、最少拍无差系统定义：
在典型的控制输入信号作用下能在最少几个采样周期内达到稳 态静无差的系统。
其闭环z传递函数具有如下形式：
(z) m1z1 m2 z2 m3 z3 mn zn
上式表明：闭环系统的脉冲响应在n个采样周期后变为零，即系统在 n拍后到达稳态。
要保证输出量在采样点上的稳定,G(Z)所有极点应在单位圆内 要保证控制量u 收敛， G(Z)所有零点应在单位圆内
稳定性要求
所谓稳定性要求，指闭环系统的连续物理过程真正稳定，而不仅仅是在采样点上稳定。前面的最少拍系统设 计，闭环Z传递函数φ(z)的全部节点都在z=0处，因此系统输出值在采样时刻的稳定性可以得到保证。但系统在采 样时刻的输出稳定并不能保证连续物理过程的稳定。如果控制器D(z)设计不当，控制量u就可能是发散的，系统 在采样时刻之间的输出值将以振荡形式发散，实际连续过程将是不稳定的。下面以一实例说明。
3.774 16.1z1 46.96z2 130.985z3
稳定性要求
从零时刻起的输出系列为0，1，1，…，表面上看来可一步到达稳态，但控制系列为3.774，16.1，49.96，-130.985，…，故是发散的。事实上，在采样点之间的输出值也是振荡发散的，所 以实际过程是不稳定的，如图所示。
微型计算机原理及接口技术课程设计-数据采集系统设计
微型计算机原理及接口技术课程设计-数据采集系统设计是一个综合性的项目，需要考虑到硬件和软件两个方面的内容。
以下是一个简单的数据采集系统设计的课程设计思路：一、硬件设计1. 选择合适的微处理器或微控制器，如8051、ARM等。
2. 确定数据采集模块，如AD转换器、传感器等。
3. 选择适当的数据存储模块，如RAM、EEPROM等。
4. 根据系统需求，设计合理的接口电路，如RS-232、RS-485、I2C、SPI等。
5. 确保电路的稳定性和可靠性，进行必要的抗干扰设计。
二、软件设计1. 编写微处理器或微控制器的程序，包括数据采集、处理、存储等环节。
2. 实现与数据采集模块和存储模块的通信，实现数据的实时传输和存储。
3. 实现系统的初始化、参数设置、结果显示等功能。
4. 进行必要的测试和调试，确保系统的稳定性和准确性。
具体步骤如下：一、系统总体设计1. 根据需求分析，确定系统的总体结构和功能。
2. 确定数据采集模块的类型和参数要求。
3. 确定存储模块的类型和参数要求。
4. 根据硬件选择，确定微处理器或微控制器的型号和参数要求。
二、硬件电路设计1. 根据系统总体结构和功能，设计合理的接口电路。
2. 根据所选硬件，进行必要的抗干扰设计。
3. 制作电路板，进行必要的调试和测试。
三、软件程序设计1. 根据系统总体结构和功能，编写微处理器或微控制器的程序。
2. 实现与数据采集模块和存储模块的通信协议，实现数据的实时传输和存储。
3. 进行必要的测试和调试，确保程序的正确性和稳定性。
四、系统集成和测试1. 将硬件和软件整合在一起，进行系统的集成和测试。
2. 进行性能测试、精度测试、稳定性测试等，确保系统的稳定性和准确性。
3. 编写系统使用手册和故障排除指南，为用户提供必要的支持和服务。
以上是一个简单的数据采集系统设计的思路和步骤，具体的设计过程还需要根据实际情况进行调整和优化。
同时，还需要注意安全性和环保性等方面的要求，确保系统的安全可靠运行。
微控简答题 湘潭大学
微控简答题1.1 什么叫微型计算机控制系统？微型计算机在微型计算机控制系统中起哪些作用？解：微型计算机控制是集控制工程、微型计算机技术、电子技术、传感与检测技术、通信技术等多门学科于一体的综合型学科，具有很强的理论性和实践性。
1.2 与模拟控制系统相比微型计算机控制系统的硬件结构特征表现在哪些方面？解：表现在系统控制器由微型计算机担当，系统参数分析和驱动量值计算等均由微型计算机运行程序完成。
1.3 与模拟控制系统相比微型计算机控制系统的功能特征表现在哪些方面？解：1）以软件代替硬件2）数据保存3）显示设备、方法与内容4）多系统互联1.4 与模拟控制系统相比微型计算机控制系统的时限特征表现在哪些方面？解：“实时”，即指在规定的时间内完成规定的任务。
（1）实时数据采集；（2）实时决策运算；（3）实时控制输出。
1.5 与模拟控制系统相比微型计算机控制系统的工作方式特征表现在哪些方面？解：控制器在控制系统中的工作方式有在线、离线两种。
微型计算机在线工作方式：微型计算机在控制系统中直接参与控制或交换信息。
微型计算机离线工作方式：微型计算机不直接参与对被控对象的控制（或不直接与被控对象交换信息，而是仅将有关的控制信息记录或打印出来，再由人来联系，按照微机提供的信息完成相应的操作控制。
1.8微型计算机控制系统硬件结构一般由哪几部分组成？各部分相互关系如何？解：（1）工业生产过程；（2）过程通道；（3）接口；（4）主机（核心内容—控制程序）（5）人机交互通道与操作控制台。
关系：过程通道处于工业生产过程和主机接口之间，担负着生产过程与主机交换信息的任务，接口处于过程通道与主机之间，起着信息传递的作用。
主机起着决策作用，可由操作控制台控制。
1.11 微型计算机DDC系统由哪几部分构成？试述其基本工作原理，解：基本工作原理：微型计算机根据决策算法计算出的驱动量直接用于调节生产过程中的被控参数3.1 用于过程通道接口的电路有何结构特征？解：它必须深入到过程通道内部对过程通道中各子环节，如多路转换、可编程放大、采样/保持、A/D 转换、D/A转换等进行关系上、功能上、时间上等的有序控制。
微型计算机应用系统设计案例
图8-1 数据采集和数据处理系统结构
(1) 生产过程的集中监视。计算机对生产过程(被控对象) 的不同变量参数进行巡回检测，并将采集到的数据以一定格 式在监视器上显示或通过打印机打印出来，实现对生产过程 的集中监视。 (2) 操作指导。计算机对采集到的数据进行分析处理， 并给出对生产过程控制的建议，由过程的操纵者依给定的建 议实现对过程的控制。
图8-9 自动化仓储系统的网络构成图
现场操作人员可以利用触摸屏设备方便地进行参数设置 和在线修改，实现演示和管理功能。 (1) 检测装置。为了实现对自动化仓储系统中各种作业 设备的控制，并保证系统安全可靠地运行，自动仓储系统必 须具有多种检测装置。检测装置连接到I/O模块，通过对检 测数据的判断、处理，为系统决策提供最佳依据，使系统处 于理想的工作状态。 (2) 信息识别。信息识别的作用在于完成对货物名称、 类别、货号、数量、等级、目的地、生产厂的识别。在自动 化仓储系统中，通常采用条形码、磁条、光学字符和射频等 识别技术。其中条形码识别技术应用最为普遍。本系统中计 算机管理信息系统通过对货物在进出仓库时的信息识别对货 物进行管理。
3. 监督计算机控制系统 监督计算机控制(SCC)系统结构如图8-3所示。该系统是 二级计算机控制系统。其中直接数字控制完成生产过程的直 接控制；监督计算机根据生产过程工况和已知数学模型进行 优化分析，将生产的最优设定值作为直接数字控制的指令信 号，由直接数字控制系统执行。监督计算机由于承担上一级 控制与管理任务，要求其数据处理功能要强，存储容量要大 等。
2. 自动化仓储系统 自动化仓储系统包含了以下几个方面的含义： (1) 自动化仓储系统包括多层货架、运输设备以及计算 机控制和通信系统。 (2) 自动化仓储系统以高层立体货架为标志，以成套先 进的搬运设备为基础，以先进的计算机控制技术为主要手段， 高效率地利用仓储空间，节约时间和人力进行货物出入库作 业。 (3) 自动化仓储系统的设计和规划是集物流监控技术、 计算机应用技术、通信技术、设备及货位优化管理技术等于 一体的综合工程项目。
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。
【小型微型计算机系统】_设计方法_期刊发文热词逐年推荐_20140723
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45
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单片机的编程及程序设计原理详解
单片机的编程及程序设计原理详解单片机（Microcontroller）是一种集成了处理器核心、存储器、输入/输出设备以及时钟电路等功能模块的微型计算机系统。
它具有体积小、成本低、功耗低等特点，被广泛应用于各种家电、工控设备、消费电子产品以及汽车电子等领域。
单片机的编程和程序设计是单片机应用开发的核心，下面将对其进行详细的解析。
一、单片机编程的基本原理单片机的编程主要是通过按照一定的程序设计规则，编写软件代码并将其烧录到单片机的存储器中，从而实现特定功能。
单片机编程的基本原理可以总结为以下几个步骤：1. 程序设计：首先，根据需求，设计单片机需要完成的具体功能，并将其转化为一系列的算法和流程。
在程序设计中需要考虑到诸如功能要求、资源限制、输入输出处理、错误处理等方面的问题。
2. 编写源代码：在设计完成后，需要使用编程语言（如C、C++、ASM等）编写源代码。
源代码是程序员用来描述单片机要执行的具体任务的文本文件。
3. 编译：将编写好的源代码通过编译器进行编译，将其翻译为二进制的机器码，以便单片机能够识别和执行。
4. 烧录到单片机：将编译后生成的可执行文件通过烧录工具或者编程器烧录到单片机的存储器中，以便单片机能够按照程序的要求运行。
5. 调试和测试：烧录完成后，需要对单片机的程序进行调试和测试，确保其能够正常运行并完成预期的功能。
调试和测试是单片机编程中至关重要的一步，可以通过调试工具、仿真器等辅助设备进行。
二、单片机程序设计的要点单片机程序设计需要考虑到多个方面的要点，下面将介绍一些值得注意的内容：1. 程序结构设计：合理的程序结构设计有助于提高程序的可读性、可维护性和可扩展性。
常见的程序结构设计包括顺序结构、选择结构和循环结构等，合理使用这些结构能够达到更好的程序效果。
2. I/O口的配置和使用：单片机的输入/输出口（IO口）是单片机与外部世界交互的接口，配置和使用IO口是单片机程序设计的重要部分。
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。
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1. 设计的基本要求 （1）系统操作性能要好 （2）通用性好、便于扩充 （3）可靠性要高
①采用双机系统。 ②采用集散控制系统。
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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。
3. 温度控制电路如图
双向可控硅和加热丝串接在交流回路，因 此可控硅导通时间决定加热丝的 加热功率。图 6-3给出了可控硅在给定周期T内具有不同导通 时间的情况。过零信号是正弦交流电压过零时 刻的同步脉冲，可使可控硅在交流电压正弦波 过零后触发导通。过零同步脉冲由过零触发电 路产生，如图6-4所示。
1Cz-1(1-C)z-N-1
式 中 ： A=
1 e-T/ KP (1 e-T/1 )
B=Ae -T/
e C= -T/1
因为，D(z)=R(z)/E(z)，得：
[ 1 C -1 (z 1 C ) z -- 1 N ] R ( ( A z B -) 1 ) E z(z
y(n)=A×e(n)-B×e(n-1)+C×y(n-1)+(1C)×y(n-N-1) 式中： y(n)——n时刻的输出值； e(n)——n时刻的偏差值； e(n-1)——n-1时刻的偏差值； y(n-N-1)——n-N-1时刻的输出值。 由系统的飞升特性曲线确定出τ和τ1后，系 数A、B、C则可分别求出。
变送器由毫伏变送器和电流/电压变送器组成： 毫伏变送器用于把热电偶输出的0~41.32mV变换 成0~10mA范围内的电流；电流/电压变送器用于 把毫伏变送器输出的0~10mA电流变换成0~5V范 围内的电压。
表6-1 温度-数字量对照表
2. 接口电路
8031 的 接 口 电 路 有 ADC0809 、 8155 和 2732等。本系统采用ADC0809型A/D转换器， 该 芯 片 为 8 位 逐 次 逼 近 型 A/D 转 换 器 。 ADC0809 为 温 度 测 量 电 路 的 输 入 接 口 ； 8155 用 于 键 盘 和 显 示 接 口 ； 2732 作 为 8031 外部程序(ROM)存储器。
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。
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。 程序调试完成后，还要进行在线仿真，然 后进行试运行。经过一段考机和试运行后， 即可投入正式运行。
PSEN T0
T1
P1.3
EA
WR
RD P3.3
.
... .
6.3.1 硬件电路
CE 1/2
74LS 373
A0 A1 A2
2732
A7~ 0 OC D7~ 0
..
.
.
ALE CE IO/M
8155
WR RD A7~ 0
CLK D7~ 0 OE ALE START C IN0 B ACD A 0809 EOC
3. 选择微型计算机和外围设备
（1）较完善的中断系统 （2）足够的存储容量 （3）完备的输入输出通道和实时时钟 （4）字长 （5）速度 （6）指令种类和数量 （7）寻址范围和寻址方式 （8）内部存储器的种类和数量
4. 系统总体设计
（1）估计内存容量、进行内存分配 （2）过程通道和中断处理方式的确定 （3）系统总线的选择 （4）操作台的控制
u 12.5% t
u 25% t
u 50% t
u 100% t
图6-3 输出功率与通断时间的关系
. ..
. ..... ...
+5V +5V
+12V
..
A
LM 311
.
MC 1 14528
Q1 Q2
74LS0Байду номын сангаасTIL117 P1.3
...
加热器
~220V
.
..
+5V
图6-4 过零触发电路
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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：
(1e-T 1z-/)11(e-T )/ D (z)
K P(1e-T1)/1[-e-Tz/-1(-1 e-T)z /-N -1]
经 化 简 后 得 到 ：D(z)
A-B-z1
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6.2 微机控制系统的设计方法 及步骤
1. 确定系统整体控制方案
第一：要从系统构成上考虑，是采用开环控 制还是闭环控制。 第二：考虑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。 第三：考虑是否有特殊控制要求。
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2. 确定控制算法
（1）确定算法能否满足控制速度、精度和系 统稳定性的要求。 （2）确定某些情况下要进行修改与补充。 （3）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。
6-1
图 控 制 系 统 设 计 步 骤 流 程 图
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6.3 微机控制系统设计举 例
❖ 6.3.1 硬件电路 ❖ 6.3.2 数字控制器的数学模型 ❖ 6.3.3 控制系统程序设计
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..
8031
P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 ALE
P0
红
P1.2
绿 红
P1.1 P1.0
.
.. .
键盘与显示
过零信号发生器
MC 14528
LM311
~220V
..
.
.
74LS00TI光 耦L117驱 动 器
加热丝
.
变送器
热电偶
图6-2 电阻炉炉温控制系统原理图
1. 检测元件及变送器
检测元件选用镍铬-镍铝热电偶，分度号为 EU，适用于0℃~1000℃的温度测量范围，相应 输出电压为0mV~41.32mV。
开始 控制对象的功能和工作过程分析
估算及分配I/O口,存储器 容量及外围设备
画系统工艺流程图 硬件设计
软件设计
I/O口的具体分配
画系统程序框图
系统部件的详细设计
部件芯片老化 筛选和测试
布线及安装
调试硬件 是
硬件错否? 否
系统试运行
否 完成否? 是 结束设计
编制源程序
汇编
形成目标程序 调试和仿真 否 完成否? 是 写入EPROM