微型计算机控制系统设计
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展检测，并输入给计算机。
(2)实时控制决策：对采集到的表征被控参数的状态量进展分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。
(3)实时控制输出：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展处理，并在一定的时间内作出反响并进展控制，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及计算机连接，生产过程直承受计算机的控制，就叫做“联机〞方式或“在线〞方式。
(3)“离线〞方式：假设生产过程设备不直接及计算机相连接，其工作不直承受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进展联系并作相应操作的方式，那么叫做“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局部组成？各局部的作用是什么？由四局部组成。
(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局部发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进展实时检测及处理。
主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进展各种控制运算(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；对生产过程进展监视，使之处于最优工作状态；对事故进展预测和报警；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展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展控制的信号。
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展信息交换的设备，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)。
【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。
计算机控制课程设计温度控制系统的设计与实现
课程设计说明书题目：温度控制系统的设计与实现学生姓名：学院：电力学院系别：自动化专业：自动化班级：指导教师：二〇一年一月十四日内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称：计算机控制系统课程设计学院：电力学院班级：自动化07-3班学生姓名：石鑫学号：指导教师：刘磊李志明摘要温度控制系统是一种典型的过程控制系统，在工业生产中具有极其广泛的应用。
温度控制系统的对象存在滞后，它对阶跃信号的响应会推迟一些时间，对自动控制产生不利的影响，因此对温度准确的测量和有效的控制是此类工业控制系统中的重要指标。
温度是一个重要的物理量，也是工业生产过程中的主要工艺参数之一，物体的许多性质和特性都与温度有关，很多重要的过程只有在一定温度范围内才能有效的进行，因此，对温度的精确测量和可靠控制，在工业生产和科学研究中就具有很重要的意义。
本文阐述了过程控制系统的概念，介绍了一种温度控制系统建模与控制，以电热水壶为被控对象，通过实验的方法建立温度控制系统的数学模型，采用了PID算法进行系统的设计，达到了比较好的控制目的。
关键词：温度控制；建模；自动控制；过程控制；PIDAbstractIn industrial production with extremely extensive application, temperature control system is a typical process control system.Temperature control system has the larger inertia. It is the response signal to step off some of time.And it produces the adverse effect to the temperature measurement. The control system is the important industrial control index. Temperature is an important parameters in the process of industrial production. Also it is one of the main parameters of objects, many properties and characteristics of temperature, many important process only under certain temperature range can efficiently work. Therefore, the precise measurement of temperature control, reliable industrial production and scientific research has very important significance.This paper discusses the concept of process control system and introduces a kind of temperature control system .The electric kettle is the controlled object, PID algorithm is used for system design,through experience method to get the model of temperature control system and we can get the controlied response well.Keywords：Temperature control; Mathematical modeling; Automatic control;Process control; PID目录第一章概述..........................................................................................................................................1.1 题目背景及应用意义...........................................................................................................1.2 本文内容及工作安排 (1)第二章系统组成及被控对象分析（被控对象数学建模） (3)2.1 系统组成 (3)2.1 被控对象分析（被控对象数学建模） (5)第三章控制策略设计及仿真研究 (11)3.1 控制策略设计 (11)3.2 仿真研究 (15)第四章控制策略实现 (18)4.1 组态环境下控制策略编程实现 (18)4.2 力控软件 (18)4.3 运行结果分析 (20)第五章总结 (22)参考文献 (23)第一章概述1．1 题目背景及应用意义在近四十年的时间里，电子计算机的发展经历了从电子管、晶体管、中小规模集成电路到大规模集成电路这样四个阶段，尤其是随着半导体集成技术的飞跃发展，七十年代初诞生了一代新型的电子计算机——微型计算机，使得计算机应用日益广泛；目前，计算机应用已渗透到各行各业，达到了前所未有的普及程度。
3.2机电一体化中的微型计算机系统
第三章 微机控制系统及接口技术
8位机有单片和多片之分，主要用于控 制和计算。 16位机功能更强、性能更好，用于比较 复杂的控制系统,可以使小型机微型化。
32位和64位机是比小型机更有竞争力的 产品。人们把这些产品称为超级微机。它具大 提高了软件的生产效率。
第三章 微机控制系统及接口技术
第三章 微机控制系统及接口技术
在单板机的印制电路板上装有一个 十六进制的小键盘和数字显示器,可完 成一些简单的数据处理和编辑功能。 用单板机实现机电产品的机电一体 化成本低，在机械设备的简易数控、检 测设备、工业机器人的控制等领域中得 到广泛应用。
第三章 微机控制系统及接口技术
3) 微型计算机系统
根据需要，将微型计算机、ROM、RAM、 I/O接口电路、电源等组装在不同的印制电路 板上， 然后组装在一个机箱内，再配上键盘、 CRT显示器、打印机、硬盘和软盘驱动器等多 种外围设备和足够的系统软件,就构成了一个 完整的微机系统。
第三章 微机控制系统及接口技术
(2)按微处理机位数分类
按微处理机位数可将微型计算机分为 位片、4位、8位、16位、32位和64位等机 种。所谓位数是指微处理机并行处理的数 据位数，即可同时传送数据的总线宽度。 4位机目前多做成单片机。即把微处理 机、1~2KB的ROM、64~128KB的RAM、I/O接 口做在一个芯片上，主要用于单机控制、 仪器仪表、家用电器、游戏机等中。
第三章 微机控制系统及接口技术
2)操作系统 所谓操作系统(OS-Operating System)，就 是计算机系统的管理程序库。它是用于提高计 算机利用率、方便用户使用计算机及提高计算 机响应速度而配备的一种软件 。操作系统可以 看成是用户与计算机的接口，用户通过它而使 用计算机。它属于在数据处理监控程序控制之 下工作的一组基本程序，或者是用于计算机管 理程序操作及处理操作的一组服务程序集合。
计算机控制技术课程设计--具有纯滞后一阶惯性系统的计算机控制系统设计
《计算机控制技术》课程设计具有纯滞后一阶惯性系统的计算机控制系统设计班级：姓名：学号：指导老师：日期：目录一、设计任务 (1)1.1 题目 (1)1.2内容与要求 (1)二、设计思想与方案 (2)2.1控制策略的选择 (2)2.2 硬件设计思路与方案 (2)2.3 软件设计思路与方案 (3)三、硬件电路设计 (3)3.1温度传感器输出端与ADC的连接 (3)3.2 ADC与单片机8051的连接 (4)3.3 单片机8051与DAC的连接 (4)3.4 整机电路 (5)四、系统框图 (7)五、程序流程图 (8)5.1 主程序流程图 (8)5.2 子程序流程图 (9)六、数字调节器的求解 (11)6.1 基本参数的计算 (11)七、系统的仿真与分析 (13)7.1 θ=0时系统的仿真与分析 (13)7.2 θ=0时系统的可靠性与抗干扰性分析 (14)7.2 θ=0.4461时系统的仿真与分析 (16)7.3 θ=0.4461时系统的可靠性与抗干扰性分析 (17)八、设计总结与心得体会 (20)参考资料 (21)一、 设计任务一、题目设计1. 针对一个具有纯滞后的一阶惯性环节()1sKe G s Ts τ-=+的温度控制系统和给定的系统性能指标：✧ 工程要求相角裕度为30°～60°，幅值裕度>6dB✧ 要求测量范围-50℃～200℃，测量精度0.5％，分辨率0.2℃2. 书面设计一个计算机控制系统的硬件布线连接图，并转化为系统结构图 具体要求：✧ 温度传感器、执行机构的选型✧ 微型计算机的选型（MCS51、A VR 等等）✧ 温度传感器和单片机的接口电路✧ 其它扩展接口电路（主要是输入输出通道）✧ 利用Protel 绘制原理图，制作PCB 电路板（给出PCB 图）3. 软件部分：✧ 选择一种控制算法（最少拍无波纹或Dalin 算法）设计出控制器（被控对象由第4步中的参数确定），给出控制量的迭代算法，并借助软件工程知识编写程序流程图✧ 写出主要的单片机程序4. 用MATLAB 和SIMULINK 进行仿真分析和验证对象确定：K=10*log(C*C-sqrt(C)),rand(‘state ’,C), T=rand(1)考虑θ=0或T/2两种情况，即有延时和延时半个采样周期的情况。
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。
于海生---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。
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。
微型计算机控制技术PPT课件
优点是结构简单，控制灵活和安全。 缺点是要由人工操作，开环结构，控制的实时性差，不能 控制多个对象。
主要用于生产初期实验，过程模型获取
1.2.2 直接数字控制（DDC）系统
计算机通过检测单元对过程参数进行巡回检测，并经过输入 通道将检测数据输入计算机，计算机按照一定的控制规律进行 运算，得到相应的控制信息，并通过输出通道去控制执行机构， 从而使系统的被控参数达到期望的要求
地址
译码
C
DB
数据
P
缓冲
U
CB
控制
电路
数据端口
外
状态端口
控制端口
设
(1)从编程角度看,接口内部主要包括一个或多个CPU可 以进行读/写操作的有地址的寄存器,又称为I/O端口. (2)数据端口:双向的数据端口具有锁存和三态缓冲功能. 状态端口:只读端口,包含三态缓冲器. 控制端口:只写端口,包含锁存器.
接口的必要性： 外设是用来实现人机交互的一些机电设备.外设处理信息的类
型、速度、通信方式与CPU不匹配,不能直接挂在总线上,必须 通过接口和系统相连.
CPU与外设之间交换信息的种类
通常有三类信息：
数据信息
状态信息 控制信息
数字量 模拟量 开关量
数据
CPU
状态
外部 设备
控制
接口的构成
AB
第2章 输入输出接口与过程通道
2.1 IO端口及地址译码技术 2.2 数字量输入输出接口与过程通道 2.3 模拟量输入接口与过程通道 2.4 模拟量输出接口与过程通道 2.5 硬件抗干扰技术
第2章 输入输出接口与过程通道
接口：接口是计算机与外部设备（部件与部件之间）交换信 息的桥梁，它包括输入接口和输出接口。 接口的含义： 狭义上：连接计算机和I/O设备的部件； 广义上：还包括接口电路的管理驱动程序； 接口技术：接口技术是研究计算机与外部设备之间如何交换 信息的技术。
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。
微型计算机控制系统的设计WK
3．模糊控制 模糊控制也叫Fuzzy控制。是按照人的思维方 法去完成各种控制。采用这种方法，不需要数 学模型，只要把设计者的控制决策(即专家意 见)用模糊规则加以描述，即可实现模糊控制 。 模糊控制的特点是简单，执行速度快，占用 内存少，开发方便、迅速，因而近几年得到了 广泛的应用。
•微机控制技术
5.1 积分分离的PID算式
设给定值为R(k)，经数字滤波后的测量值为M(k)， 最大允许偏差值为A，则积分分离控制的算式为
当
图7中曲线1为采用积分分离手段后的控制曲线，比
较曲线1和2可知，使用积分分离方法后，显著降低了
被控变量的超调量和过渡过程时间，使调节性能得到
改善。
•微机控制技术
•微机控制技术
变速积分PID优点： （1）实现了用比例作用消除大偏差
，用积分作用消除小偏差的理想调节特 性，从而完全消除了积分饱和现象；
（2）大大减小了超调量，可以很容 易地使系统稳定，改善了调节品质；
（3）适应能力强，一些用常规PID控 制不理想的过程可以采用此种算法；
•微机控制技术
（4）参数整定容易，各参数间的相互 影响小，而且对A、B两参数的要求不 精确，可作一次性确定。 变速积分与积分分离控制方法很类似，但 调节方式不同。积分分离对积分项采用 “开关”控制，而变速积分则是根据误差 的大小改变积分项速度，属线性控制。 因而，后者调节品质大为提高，是一种 新型的PID控制。
• 过零触发电路
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4、控制策略的选择
（1）直接数字控制 直接数字控制是根据采样理论，首先把被控对象的数学模型 进行离散，然后由计算机根据离散化的数字其针对性更强，调节品质更好 。
（2）最优控制 要求系统能够根据被测参数、环境及原材料的成分的变化而 自动对系统进行调节，使系统随时都处于最佳状态。包括性 能估计(辨别)、决策和修改三个环节，它是微机控制系统发展 的方向。但由于控制规律难以掌握，所以推广起来尚有一些 问题难以解决。
计算机控制技术习题—广州工业大学
1.1 什么是计算机控制系统？它由哪几个部分组成？1.2 计算机控制系统的典型形式有哪些？各有什么优缺点？1.3 实时、在线方式和离线方式的含义是什么？1.4 工业控制机的哪几个部分组成？各部分的主要作用是什么？工业控制机的特点有哪些？1.5 什么是总线、内部总线和外部总线？1.6 PC总线和STD 总线各引线的排列和含义是怎样的？1.7 RS-232C 和 IEEE-488 总线各引线的排列和含义是怎样的？2.1 什么是接口、接口技术和过程通道？2.2 采用74LS244和74LS273与PC总线工业控制机接口，设计8路数字量（开关量）输入接口和8路数字量(开关量)输出接口，请画出接口电路原理图，并分别编写数字输入和数字输出程序。
2.3 采用8位 A/D 转换器 ADC0809 通过 8255A 与PC总线工业控制机接口，实现8路模拟量采集。
请画出接口原理图，并设计出8路模拟量的数据采集程序。
2.4 用12位 A/D 转换器 AD574 通过 8255A 与PC总线工业控制机接口，实现模拟量采集。
请画出接口原理图，并设计出A/D转换程序。
2.5 请分别画出一路有源I/V变换电路和一路无源I/V变换电路图,并分别说明各元器件的作用？2.6 什么是采样过程、量化、孔径时间？2.7 采样保持器的作用是什么？是否所有的模拟器输入通道中都需要采样保持器？为什么？2.8 一个8位 A/D 转换器，孔径时间为100μs, 如果要求转换误差在A/D 转换器的转换精度 (0.4 %) 内，求允许转换的正选波模拟信号的最大频率是多少？2.9 试用 8255A 、AD574、LF398、CD4051 和PC总线工业控制机接口，设计出8路模拟量采集系统。
请画出接口电路原理图，并编写相应的8路模拟量的数据采集程序。
2.10 采用DAC0832和PC总线工业控制机接口，请画出接口电路原理图，并编写D/A转换程序。
2.11 采用 DAC1210 和PC总线工业控制机接口，请画出接口电路原理图，并编写D/A转化程序。
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
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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。
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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
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抑制进入交流电源 线上的瞬时干扰
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✓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。
微机原理课程设计——交通灯控制系统
设计要求：设计要求：（1） 利用8253定时，8259中断及8255输出实现交通灯模拟控制。
（2） 实现能自动控制和手动控制。
实现能自动控制和手动控制。
（3） 实现能随时可以调整自动模式的绿灯和红灯时间和红灯时间1 1 设计目的设计目的电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。
交通灯能保证行人过马路的安全交通灯能保证行人过马路的安全,,控制交通状况等优点受到人们的欢迎，在很多场合得到了广泛的应用。
多场合得到了广泛的应用。
交通灯是采用计算机通过编写汇编语言程序控制的。
红灯停，绿灯行的交通规则。
广泛用于十字路口广泛用于十字路口,,车站车站, , , 码头等公共场所码头等公共场所码头等公共场所,,成为人们出行生活中不可少的必需品成为人们出行生活中不可少的必需品,,由于计算机技术的成熟与广泛应用计算机技术的成熟与广泛应用,,使得交通灯的功能多样化的功能多样化,,远远超过老式交通灯远远超过老式交通灯, , , 交通交通灯的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了交通灯的功能。
诸如闪烁警示、鸣笛警示，时间程序自动控制、倒计时显示，所有这些，都是以计算机为基础的。
还可以根据主、次干道的交通状况的不同任意设置各自的不同的通行时间。
或者给红绿色盲声音警示的人性化设计。
现在的交通灯系统很多都增加了智能控制环节，比如对闯红灯的车辆进行拍照。
当某方向红灯亮时，此时相应的传感器开始工作，当有车辆通过时，照相机就把车辆拍下。
辆通过时，照相机就把车辆拍下。
要将交通灯系统产品化，应该根据客户不同的需求进行不同的设计，应该在程序中增加一些可以人为改变的参数，以便客户根据不同的需要随时调节交通灯。
因此，研究交通灯及扩大其应用，有着非常现实的意义。
义。
2 2 设计内容设计内容交通灯控制系统交通灯控制系统利用8253定时器、8255等接口，设计一电路，模拟十字路口交通灯控制。
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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3.1 共模与串模干扰的抑制
设备与计算机之间的连接、计算机与计算 机之间的互连等，导致共模干扰与串模干 扰普遍存在于微机控制系统中。 对于不同地电平之间的共模电压及模拟信 号对地漏阻抗所导致的共模干扰，主要的 抑制措施是隔离，包括： 变压器隔离 光电隔离 浮地屏蔽技术
3.2 长线传输
终端匹配方法
3.3 信号线的选择与布线
1．信号线的选择 抗干扰 经济 实用（施工方便） 2．信号线的布线 信号与电力线垂直或者尽量远离干扰源 模拟信号线与数字信号线不能合用同一股电缆 屏蔽信号线的屏蔽层一端接地 信号线的走线要尽量远离干扰源
3.4 蔽与接地
1．屏蔽技术 2．接地 低频接地 通道馈线接地 安全接地
微型计算机控制系统设计
1 微机控制系统设计与实现 1.1 微机控制系统设计原则
安全性 实时性 可操作性与可维护性 通用性 经济性
1.2 系统的设计与实现过程
准备阶段 设计阶段采购 研制与外加工阶段 仿真调试阶段 现场安装调试阶段
2 输入输出通道 2.1 开关量信号的调整
4.3 组态软件的数据流与 典型构成
组态软件的数据流 图形界面系统 实时数据库 I/O设备驱动程序 通信程序组件和应用程序管理器
组态软件的数据处理流程
图形界面系统
图形界面开发程序 图形界面运行程序
实时数据库的体系结构
实时数据库系统的功能
设备驱动程序的数据流
信号转换电路 滤波电路 消抖电路 吸收保护电路 隔离电路 功率驱动电路
2.2 模拟量信号的调整
电桥电路 信号放大电路 滤波和限幅电路 共模电压与隔离
2.3 输入输出模板设计
元器件布置 地线和电源线的布置 信号线的布置
3 电磁干扰的抑制、屏蔽与接地
电磁兼容（Electromagnetic Compatibility, EMC）是指： “设备（分系统、系统）在共同的电磁环境中 能一起执行各自功能的共存状态，即该设备不 会在受到同一电磁环境中其他设备的电磁发射 时导致失效或遭受不允许的降级，也不会使同 一电磁环境中的其他设备（分系统、系统）因 受其电磁发射而导致失效或遭受不允许的降级
实用的一点接地
3.5 电源
微机控制系统和大功率的动力负载分开供电 微机控制系统自身稳压电源的滤波与抗干扰 性能 不间断电源（UPS） 掉电检测
4 人机界面与监控组态软件 4.1 人机界面
微机控制系统工作模式
微机控制系统的人机界面
4.2 监控组态软件的特点
实时多任务 可靠性高 使用方便