计算机控制系统精品PPT课件
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计算机控制系统(清华大学出版社)课件_嵌入式PLC
10
8.1.2 软硬件协同设计技术
1．硬件体系结构
图8-2 嵌入式系统硬件体系结构的功能部件
11
2． 传统设计技术
设计过程的基本特征是：系统在一开始就被划分为软件和硬件两 大部分，软件和硬件是独立地进行开发设计，通常采用的是“硬 件先行”的设计方法。
问题： (1)软硬件之间的交互受到很大限 制，造成系统集成相对滞后，因此 传统嵌入式系统设计的结果往往是 设计质量差、设计修改难，同时研 制周期不能得到有效保障。 (2) 随着设计复杂程度的提高， 软硬件设计中的一些错误将会使开 发过程付出昂贵的代价。 (3)“硬件先行”的做法常常需要 由软件来补偿由于硬件选择的不适 合造成系统的缺陷，从而增加软件 的代价。
(2) 嵌入式微处理器(Embedded Micro Processor Unit, EMPU)
基础是通用计算机中的CPU。只保留与嵌入式应用密切相关的功 能硬件，去掉其他冗余的功能部分。目前的主要类型有ARM 、 PowerPC系列等。 专用于信号处理方面的处理器，其可进行向量运算、指针线性寻 址等运算量很大的数据处理，具有很高编译效率和指令执行速度
16
3-2
pSOS
pSOS原属ISI公司的产品，但ISI已经被 WinRiver公司兼并，现在pSOS属于 WindRiver公司的产品。 该系统是一个模块化、高性能的实时操作系 统。 开发者可以利用它来实现从简单的单个独立 设备到复杂的、网络化的多处理器系统功能。
17
3-2
Palm OS
多数实时内核是基于优先级调度的多种方法 的复合。
22
⑸ 其他重要概念
互斥（Mutex）机制 信号量（Semaphore）机制 代码临界区（Critical Section）临界资源
8.1.2 软硬件协同设计技术
1．硬件体系结构
图8-2 嵌入式系统硬件体系结构的功能部件
11
2． 传统设计技术
设计过程的基本特征是：系统在一开始就被划分为软件和硬件两 大部分，软件和硬件是独立地进行开发设计，通常采用的是“硬 件先行”的设计方法。
问题： (1)软硬件之间的交互受到很大限 制，造成系统集成相对滞后，因此 传统嵌入式系统设计的结果往往是 设计质量差、设计修改难，同时研 制周期不能得到有效保障。 (2) 随着设计复杂程度的提高， 软硬件设计中的一些错误将会使开 发过程付出昂贵的代价。 (3)“硬件先行”的做法常常需要 由软件来补偿由于硬件选择的不适 合造成系统的缺陷，从而增加软件 的代价。
(2) 嵌入式微处理器(Embedded Micro Processor Unit, EMPU)
基础是通用计算机中的CPU。只保留与嵌入式应用密切相关的功 能硬件，去掉其他冗余的功能部分。目前的主要类型有ARM 、 PowerPC系列等。 专用于信号处理方面的处理器，其可进行向量运算、指针线性寻 址等运算量很大的数据处理，具有很高编译效率和指令执行速度
16
3-2
pSOS
pSOS原属ISI公司的产品，但ISI已经被 WinRiver公司兼并，现在pSOS属于 WindRiver公司的产品。 该系统是一个模块化、高性能的实时操作系 统。 开发者可以利用它来实现从简单的单个独立 设备到复杂的、网络化的多处理器系统功能。
17
3-2
Palm OS
多数实时内核是基于优先级调度的多种方法 的复合。
22
⑸ 其他重要概念
互斥（Mutex）机制 信号量（Semaphore）机制 代码临界区（Critical Section）临界资源
计算机控制系统PPT_1
生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的 方式称为在线方式或联机方式；
生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制， 而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式 或脱机方式。
②实时：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，控制也就失去了意义。
设备 口电路 作台
口电路
多路开关 A/D
D/A
多路开关
数字量输入数字量输出I/O 通道传感器及 变送器工
执行机构
业
对
象
信号检测
及变送
被控对象
2019/11/22
计算机控制系统的组成框图
第一章 绪 论
15
—计算机控制系统—
从本质上看，计算机控制系统的作用如下三个方面： ①实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量
2019/11/22
第一章 绪 论
36
—计算机控制系统—
1-2-5 计算机控制系统的分类
现场总线控制系统 工作站 — 现场智能仪表-智能电磁流量计
结构模式为：“工作 站一现场总线智能仪 表”二层结构，降低 了成本，提高了可靠 性，并且在统一国际 标准下可实现真正的 开放式互连系统结构。
2019/11/22
2019/11/22
第一章 绪 论
25
—计算机控制系统—
1-1-2 信号特点（7）
• 零阶保持器恢复信号的示意图
y
采样信号y(kT)
原信号y(t)
恢复信号yh(t)
t
2T 4T
6T
零阶保持器算式 yh(kT+t)=y(kT)
0≤t＜T, k=0, ±1,
《计算机控制技术》课件
《计算机控制技术》ppt课件
contents
目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。
contents
目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。
计算机控制系统的应用实例(共61张PPT)
采用一台现成的STD总线IPC较为适宜。选 用某电子工厂的IPC产品，共由10块功能模 板及外设组成，如图9.4所示。
第十八页，共61页。
图9.4 IPC硬件组成框图
第十九页，共61页。
❖
图中（1）CPU板及打印机、（2）CRT板及CRT、（3）
键盘接口及自诊断板及键盘、（4）存储器板、（5）电源，构
时，应启动水泵供水；当水位处于下限B与上限C 当水位降到下限B以下时，电极B与电极C在水面上方悬空，b点、c点呈低电平，这时应启动水泵供水，即是表中第一种组合；
水位计的作用：在任何控制方式下，水位计的上上限或下下限到位时，都将发出声光报警信号；
之间，水泵应维持原有的工作状态。 图为机组实际的二级减温控制系统的结构图（SAMA图），图中给出了控制回路的基本结构及调节器跟踪、手动/自动切换逻辑。
第二十八页，共61页。
9.3 中水回用PLC控制系统
在以数字量为主的中小规模控制环境下，
一般应首选PLC装置，下面介绍一个用西门子 PLC监控中水处理流程的工程实例。
第二十九页，共61页。
主要内容
1．系统概述 2．硬件设计 3．程序设计
第三十页，共61页。
❖ 1．系统概述
❖ 将生活污水进行几级处理，作为除饮用以外的其它 生活用水，将形成一个非常宝贵的回用水资源。其中 用PLC作为主要控制装置已成为一种共识。
STD总线IPC控制循环水动态模拟试验装置的 实例。
第十一页，共61页。
主要内容
1．系统概述 2．硬件电路 3．软件设计 4．功能画面
第十二页，共61页。
❖1．系统概述
❖ 大型化工企业普遍采用冷却水循环使 用技术，但循环冷却水同时带来设备的结垢 与腐蚀问题，为此利用循环水动态模拟试验 装置，模拟生产现场的流态水质、流速、金 属材质和循环冷却水进出口温度等主要参数， 来评价稳定水质的配方、阻垢效果及寻求相 应的操作工艺条件。
第十八页，共61页。
图9.4 IPC硬件组成框图
第十九页，共61页。
❖
图中（1）CPU板及打印机、（2）CRT板及CRT、（3）
键盘接口及自诊断板及键盘、（4）存储器板、（5）电源，构
时，应启动水泵供水；当水位处于下限B与上限C 当水位降到下限B以下时，电极B与电极C在水面上方悬空，b点、c点呈低电平，这时应启动水泵供水，即是表中第一种组合；
水位计的作用：在任何控制方式下，水位计的上上限或下下限到位时，都将发出声光报警信号；
之间，水泵应维持原有的工作状态。 图为机组实际的二级减温控制系统的结构图（SAMA图），图中给出了控制回路的基本结构及调节器跟踪、手动/自动切换逻辑。
第二十八页，共61页。
9.3 中水回用PLC控制系统
在以数字量为主的中小规模控制环境下，
一般应首选PLC装置，下面介绍一个用西门子 PLC监控中水处理流程的工程实例。
第二十九页，共61页。
主要内容
1．系统概述 2．硬件设计 3．程序设计
第三十页，共61页。
❖ 1．系统概述
❖ 将生活污水进行几级处理，作为除饮用以外的其它 生活用水，将形成一个非常宝贵的回用水资源。其中 用PLC作为主要控制装置已成为一种共识。
STD总线IPC控制循环水动态模拟试验装置的 实例。
第十一页，共61页。
主要内容
1．系统概述 2．硬件电路 3．软件设计 4．功能画面
第十二页，共61页。
❖1．系统概述
❖ 大型化工企业普遍采用冷却水循环使 用技术，但循环冷却水同时带来设备的结垢 与腐蚀问题，为此利用循环水动态模拟试验 装置，模拟生产现场的流态水质、流速、金 属材质和循环冷却水进出口温度等主要参数， 来评价稳定水质的配方、阻垢效果及寻求相 应的操作工艺条件。
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。
计算机控制系统课件第一章(10下)
1.1.1 计算机控制系统的基本组成
—计算机控制技术—
常规控制系统和计算机控制系统的比 前者连续不断地测量， 较：前者连续不断地测量，经过反馈及 补偿后对生产过程产生连续不断的控制。 补偿后对生产过程产生连续不断的控制。 后者是采样控制系统， 后者是采样控制系统，微机每隔一个采 样周期T才对被控参数进行一次测量， 样周期T才对被控参数进行一次测量，根 据一定控制规律计算出控制量后， 据一定控制规律计算出控制量后，去控 制生产过程。在两次采样时刻之间， 制生产过程。在两次采样时刻之间，微 机对被控制参数不测量， 机对被控制参数不测量，其输出控制量 自然也保持不变。 自然也保持不变。
1.1.1 计算机控制系统的基本组成
—计算机控制技术—
上述过程不断重复， 上述过程不断重复，使系统能够按 一定的动态品质指标进行工作， 一定的动态品质指标进行工作，并对被 控参数和设备是否出现异常情况进行监 以便作出迅速处理。 督，以便作出迅速处理。 所谓“实时”是指信号的输入、 所谓“实时”是指信号的输入、运 算处理和输出能在一定的时间内完成。 算处理和输出能在一定的时间内完成。 即要求微机对输入信号要以足够快的速 度进行测量和处理， 度进行测量和处理，并在一定的时间内 作出反应或产生相应的控制。 作出反应或产生相应的控制。超出了这 个时间就会失去控制时机。 个时间就会失去控制时机。
第一章 绪论 本章的主要内容： 本章的主要内容： 1.1 计算机控制系统概述 1.2 计算机控制系统的分类 1.3 计算机控制系统的发展方向 1.4 计算机控制理论
—计算机控制技术—
1.1 计算机控制系统概述 本节的主要内容： 本节的主要内容： 1.1.1 计算机控制系统的基本组成
—计算机控制技术—
它与闭环控制系统不同， 它的控制器直 它与闭环控制系统不同 ， 接根据给定信号去控制被控对象工作。 接根据给定信号去控制被控对象工作 。 被控制量在整个控制过程中对控制量不 产生影响。 与闭环控制系统相比， 产生影响 。 与闭环控制系统相比 ， 它的 控制性能较差。 控制性能较差。
计算机控制系统(第2版)课件第10章
块化结构，便于以后系统稍做改动就能适应新的要求。
5．经济性高
经济性主要体现在两个方面：一方面是系统的性能价格
比要尽可能高，另一方面还要从提高产品质量与产量、节能
降耗、减少污染、改善劳动条件等经济、社会效益各方面进
行综合评估。
2021/7/16
3
第二节 计算机控制系统设计步骤
1．工程项目与控制任务的确定阶段 （1）甲方提出任务委托书:有明确的系统技术性能指标要求， 还要包含经费、计划进度、合作方式等内容。
（2）乙方研究任务委托书 （3）双方对委托书进行确认修改 （4）乙方初步进行系统总体方案设计:由于任务和经费尚未 落实，这时的总体方案设计只能是粗线条的。如果条件允许，
应多做几种方案以便比较。
（5）乙方进行方案可行性论证:论证的主要内容是技术可行 性、经费可行性、进度可行性。
（6）签订合同书
2021/7/16
第10章 计算机控制系统设计原则与步骤
学习目标： 了解计算机控制系统的设计原则 掌握计算机控制系统的设计步骤 熟悉计算机控制系统的设计具体过程
2021/7/16
1
第一节 计算机控制系统设计原则
1．安全可靠 对工业控制计算机系统最基本的要求是安全性和可靠性高。
在计算机控制系统的整个设计过程中，务必将安全可靠性放 在首位。
果关系，相互之间要进行各种信息的传递。各模块之间的关系
体现在程序的流程上。
2．资源分配 资源分配主要是RAM资源的分配。RAM资源分配好以后，
应列出一张RAM资源的详细分配清单，作为编程的依据。 3．实时控制软件设计
实时控制软件是软件设计中的主体部分，包括数据采集及
数据处理、实时时钟与中断处理、控制算法、控制量输出、生
计算机控制系统第1章课件
因此过程通道起到了CPU和被控对象之间 的信息传送和变换的桥梁作用。
1.1.2 计算机控制系统的组成
1．计算机控制系统硬件
2．计算机控制系统软件
(1) 系统软件 (2) 应用软件
1.1.3 计算机控制系统的典型结构
1．操作指导控制系统
2．直接数字控制系统
3．计算机监督控制系统
4. 集散控制系统
5. 现场总线控制系统
6. 工业过程计算机集成制造系统
1.2 计算机控制系统性能 及其指标
1.2.1 计算机控制系统性能指标
计算机控制系统的性能分析和要求与连续 控征， 衡量系统优劣的指标通常用稳定裕量、动态指 标、稳态指标和综合指标等。
1.2.2 控制对象对控制性能的影响
1.3 计算机控制系统的发展 概况与趋势
1.3.1 计算机控制系统的发展概况
1.3.2 计算机控制系统的发展趋势
1.先进计算机控制系统得到大力推广与普及 2.智能控制系统得到深入研究与开发 3.大力加强企业综合自动化系统的研究、开
发与应用
第1章完
如今计算机控制系统已经广泛地用于工 业、国防和民用的各个领域。
1.1 计算机控制系统概述
1.1.1 计算机控制系统一般概念
过程通道的主要任务是将生产过程中的各 种参量和状态通过检测器件转换成计算机所能 接收的信息送入计算机，计算机按确定算法计 算后，又将计算结果以数字量或转换成模拟量 的形式输出给执行机构，从而对被控对象进行 自动控制。
计算机控制系统是当前自动控制系统的 主流方向。
计算机控制系统是利用计算机的硬件和 软件代替了自动控制系统的控制器，以自动 控制技术、计算机技术、检测技术、计算机 通信与网络技术为基础，利用计算机快速强 大的数值计算、逻辑判断等信息加工能力， 使得计算机控制系统可以实现常规控制以外 更复杂、更全面的控制方案。
1.1.2 计算机控制系统的组成
1．计算机控制系统硬件
2．计算机控制系统软件
(1) 系统软件 (2) 应用软件
1.1.3 计算机控制系统的典型结构
1．操作指导控制系统
2．直接数字控制系统
3．计算机监督控制系统
4. 集散控制系统
5. 现场总线控制系统
6. 工业过程计算机集成制造系统
1.2 计算机控制系统性能 及其指标
1.2.1 计算机控制系统性能指标
计算机控制系统的性能分析和要求与连续 控征， 衡量系统优劣的指标通常用稳定裕量、动态指 标、稳态指标和综合指标等。
1.2.2 控制对象对控制性能的影响
1.3 计算机控制系统的发展 概况与趋势
1.3.1 计算机控制系统的发展概况
1.3.2 计算机控制系统的发展趋势
1.先进计算机控制系统得到大力推广与普及 2.智能控制系统得到深入研究与开发 3.大力加强企业综合自动化系统的研究、开
发与应用
第1章完
如今计算机控制系统已经广泛地用于工 业、国防和民用的各个领域。
1.1 计算机控制系统概述
1.1.1 计算机控制系统一般概念
过程通道的主要任务是将生产过程中的各 种参量和状态通过检测器件转换成计算机所能 接收的信息送入计算机，计算机按确定算法计 算后，又将计算结果以数字量或转换成模拟量 的形式输出给执行机构，从而对被控对象进行 自动控制。
计算机控制系统是当前自动控制系统的 主流方向。
计算机控制系统是利用计算机的硬件和 软件代替了自动控制系统的控制器，以自动 控制技术、计算机技术、检测技术、计算机 通信与网络技术为基础，利用计算机快速强 大的数值计算、逻辑判断等信息加工能力， 使得计算机控制系统可以实现常规控制以外 更复杂、更全面的控制方案。
计算机控制系统PPT_4 (2)
第三章 计算机控制系统中的控制策略 16
2015/8/24
—计算机控制系统—
4-1-4 软测量简介（1）
问题的提出背景
实际生产过程中，一些重要质量指标变量如 精馏塔的产品组分浓度、生物发酵罐中菌体 浓度等都难以直接测量，以前的解决方法： （1）采用间接的质量指标：如温度控制 （2）采用在线分析仪表
5
—计算机控制系统—
4-1-1 采样数据的合理性判别及报警(1)
越限的限幅与报警
设某通道当前采样值为y(k) yL ≤y(k)≤yH 时; y(k)为当前采样有效值 y(k)>yH , 取 y(k)= yH (上限值)，报警 y(k)<yL , 取 y(k)= yL (下限值)，报警
2015/8/24
2015/8/24 第三章 计算机控制系统中的控制策略 27
—计算机控制系统—
4-2-1 标准数字PID控制算法（5）
PID增量算式的另一种形式
u(k ) K c [e(k ) e(k 1)] Ki e(k ) K d [e(k ) 2e(k 1) e(k 2)]
软测量模型精 度保证机制： 在线自校正和 不定期的模型 更新
2015/8/24
20
—计算机控制系统—
第二节 Unit 2
数字PID控制算法 Data PID Control Arithmetic
2015/8/24
第三章 计算机控制系统中的控制策略
21
—计算机控制系统—
本节主要内容
标准数字PID控制算法
9
—计算机控制系统—
4-1-2 数字滤波—平均值滤波法（2）
实现方法
–可以在一个采样瞬间对一个测点多次
2015/8/24
—计算机控制系统—
4-1-4 软测量简介（1）
问题的提出背景
实际生产过程中，一些重要质量指标变量如 精馏塔的产品组分浓度、生物发酵罐中菌体 浓度等都难以直接测量，以前的解决方法： （1）采用间接的质量指标：如温度控制 （2）采用在线分析仪表
5
—计算机控制系统—
4-1-1 采样数据的合理性判别及报警(1)
越限的限幅与报警
设某通道当前采样值为y(k) yL ≤y(k)≤yH 时; y(k)为当前采样有效值 y(k)>yH , 取 y(k)= yH (上限值)，报警 y(k)<yL , 取 y(k)= yL (下限值)，报警
2015/8/24
2015/8/24 第三章 计算机控制系统中的控制策略 27
—计算机控制系统—
4-2-1 标准数字PID控制算法（5）
PID增量算式的另一种形式
u(k ) K c [e(k ) e(k 1)] Ki e(k ) K d [e(k ) 2e(k 1) e(k 2)]
软测量模型精 度保证机制： 在线自校正和 不定期的模型 更新
2015/8/24
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—计算机控制系统—
第二节 Unit 2
数字PID控制算法 Data PID Control Arithmetic
2015/8/24
第三章 计算机控制系统中的控制策略
21
—计算机控制系统—
本节主要内容
标准数字PID控制算法
9
—计算机控制系统—
4-1-2 数字滤波—平均值滤波法（2）
实现方法
–可以在一个采样瞬间对一个测点多次
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第二章 过程通道技术
§2.1 概述 §2.2 通道接口技术 §2.3 数字量输入通道 §2.4 数字量输出通道 §2.5 模拟量输入通道 §2.6 模拟量输出通道
要点总结
§2.1 概述
在计算机控制系统中，为了实现计算机对生产过程的控 制，必须在计算机和生产过程之间设置信息传递和变换 的连接通道。这个通道称之为过程通道。如图所示。
§2.2.1 通道地址译码技术
1、常用的译码器 （1）3－8译码器74LS138
§2.2.1 通道地址译码技术
（2）除138外还有74LS154，是4－16译码器
§2.2.1 通道地址译码技术
2、译码器译码实例 实例1：连续8地址译码设计
A0 A1 A2 A3
IOW
AEN A8 A4
A9 A7 A6 A5
总线的数目是有限的； 外围芯片工作时有一个输入电流，不工作时 也有漏电流存在，因此总线只能带动一定数量 的电路； 对于多电压系统，不同电平标准芯片的连接 也需要电平的匹配；
§2.2.2 总线接口常用芯片
一、锁存器
1、74LS574
§2.2.2 总线接口常用芯片
一、锁存器
2、74LS573
§2.2.2 总线接口常用芯片
一、缓冲器
1、74LS244
74LVTH6244
2、74LS245
74LVTH6245
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
GAL16v8 器 件 具 有 20 个 引 脚 ， 最 多 可 具有16个输入端(这时仅有2个输出端)或 最 多 具 有 8 个 输 出 端 ( 这 时 仅 有 10 个 输 入 端)。该特性与其名字的命名相对应。
§2.2.2 总线接口常用芯片
在应用系统中，几乎所有系统扩展的外 围芯片都是通过总线与CPU连接的，但是：
●GAL器件可在线电擦写、编程，数据保持时间在10 年以上；
●GAL器件有较高的响应速度，与TTL兼容； ●GAL器件具有可编程的保密位，可防止对GAL器件 的内容非法读取和复制。
§2.2.1 通道地址译码技术
常用GAL器件介绍：
常 用 的 GAL 器 件 有 GAL16v8 、 GAL20v8 等芯片，可依据应用条件不同而选取。
A
Y0
B
Y1
C
Y2Байду номын сангаас
Y3
Y4
G2A
Y5
G2B
Y6
G1
Y7
74LS138
2E0H 2E1H 2E2H 2E3H 2E4H 2E5H 2E6H 2E7H
§2.2.1 通道地址译码技术
实例2： 采用3片 74LS138译出 24个I/O接口 芯片地址。
采用3片 74LS138译码 器，经A0—A4 5根地址线， 就可以译出 24个I/O接口 端口号。
§2.2.1 通道地址译码技术
一、编址方式
1、存储器统一编址方式（WR、RD） 2、I/O接口编址方式（MREQ、IORQ配 合WR和RD或IOW、IOR）
§2.2.1 通道地址译码技术
不同编址方式的特点：
存储器统一编址方式不用专用的I/O指令，一般存储器指 令比I/O指令丰富，功能强，使用灵活，给程序设计带来了 方便。但这种方式占用了存储空间地址，指令执行时间较长。 难以区分I/O操作。
I/O指令执行时间较短，输入输出时容易安排应答联系信 号，硬件设计简单，程序设计清晰，易于区分。但I/O指令 简单,输入输出数据必须经过累加器A，才能进行逻辑操作。 同时增加了微机本身硬件设计的复杂性。
§2.2.1 通道地址译码技术
二、地址译码
（一）组合逻辑器件译码（略）
（二）译码器译码 适合连续多个地址的译码电路设计
过程通道图解
§2.1 概述
过程通道包括：
检测通道即输入通道
数字量输入通道 脉冲量输入通道 模拟量输入通道
控制通道即输出通道
数字量输出通道 脉冲量输出通道 模拟量输出通道
§2.2 通道接口技术
§2.2.1 通道地址译码技术 一、编址方式 二、地址译码
§2.2.2 总线接口常用芯片 一、锁存器 二、缓冲器
结束语
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
§2.2.1 通道地址译码技术
逻辑表
A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
地址
0 0 0 0 0 0 × × × 138 1号 00H-07H
01
138 2号 08H-0FH
10
138 3号 10H-17H
§2.2.1 通道地址译码技术
二、地址译码
（三）GAL器件译码
由译码器构成的译码电路虽能很好地完成译码功能。 但都需要非止一个器件来构成译码电路。在实际应用中 需要较大的安装空间和较多种类的产品备件，这将影响 最终产品的成本、可靠性及可维护性。
通用阵列逻辑器件GAI (Generic Array Logic)
§2.2.1 通道地址译码技术
GAL器件特点：
●具有可编程的与门及或门阵列，可模拟任何组合逻 辑器件的功能，并减少分立组合逻辑器件的使用数量；
●GAL的每个输出引脚上都有输出逻辑宏单元OLMC 〔OutPut Logic Macro Cell)使用者定义每个输出的结 构和功能，使用户能完成任何所需的功能；
§2.1 概述 §2.2 通道接口技术 §2.3 数字量输入通道 §2.4 数字量输出通道 §2.5 模拟量输入通道 §2.6 模拟量输出通道
要点总结
§2.1 概述
在计算机控制系统中，为了实现计算机对生产过程的控 制，必须在计算机和生产过程之间设置信息传递和变换 的连接通道。这个通道称之为过程通道。如图所示。
§2.2.1 通道地址译码技术
1、常用的译码器 （1）3－8译码器74LS138
§2.2.1 通道地址译码技术
（2）除138外还有74LS154，是4－16译码器
§2.2.1 通道地址译码技术
2、译码器译码实例 实例1：连续8地址译码设计
A0 A1 A2 A3
IOW
AEN A8 A4
A9 A7 A6 A5
总线的数目是有限的； 外围芯片工作时有一个输入电流，不工作时 也有漏电流存在，因此总线只能带动一定数量 的电路； 对于多电压系统，不同电平标准芯片的连接 也需要电平的匹配；
§2.2.2 总线接口常用芯片
一、锁存器
1、74LS574
§2.2.2 总线接口常用芯片
一、锁存器
2、74LS573
§2.2.2 总线接口常用芯片
一、缓冲器
1、74LS244
74LVTH6244
2、74LS245
74LVTH6245
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
GAL16v8 器 件 具 有 20 个 引 脚 ， 最 多 可 具有16个输入端(这时仅有2个输出端)或 最 多 具 有 8 个 输 出 端 ( 这 时 仅 有 10 个 输 入 端)。该特性与其名字的命名相对应。
§2.2.2 总线接口常用芯片
在应用系统中，几乎所有系统扩展的外 围芯片都是通过总线与CPU连接的，但是：
●GAL器件可在线电擦写、编程，数据保持时间在10 年以上；
●GAL器件有较高的响应速度，与TTL兼容； ●GAL器件具有可编程的保密位，可防止对GAL器件 的内容非法读取和复制。
§2.2.1 通道地址译码技术
常用GAL器件介绍：
常 用 的 GAL 器 件 有 GAL16v8 、 GAL20v8 等芯片，可依据应用条件不同而选取。
A
Y0
B
Y1
C
Y2Байду номын сангаас
Y3
Y4
G2A
Y5
G2B
Y6
G1
Y7
74LS138
2E0H 2E1H 2E2H 2E3H 2E4H 2E5H 2E6H 2E7H
§2.2.1 通道地址译码技术
实例2： 采用3片 74LS138译出 24个I/O接口 芯片地址。
采用3片 74LS138译码 器，经A0—A4 5根地址线， 就可以译出 24个I/O接口 端口号。
§2.2.1 通道地址译码技术
一、编址方式
1、存储器统一编址方式（WR、RD） 2、I/O接口编址方式（MREQ、IORQ配 合WR和RD或IOW、IOR）
§2.2.1 通道地址译码技术
不同编址方式的特点：
存储器统一编址方式不用专用的I/O指令，一般存储器指 令比I/O指令丰富，功能强，使用灵活，给程序设计带来了 方便。但这种方式占用了存储空间地址，指令执行时间较长。 难以区分I/O操作。
I/O指令执行时间较短，输入输出时容易安排应答联系信 号，硬件设计简单，程序设计清晰，易于区分。但I/O指令 简单,输入输出数据必须经过累加器A，才能进行逻辑操作。 同时增加了微机本身硬件设计的复杂性。
§2.2.1 通道地址译码技术
二、地址译码
（一）组合逻辑器件译码（略）
（二）译码器译码 适合连续多个地址的译码电路设计
过程通道图解
§2.1 概述
过程通道包括：
检测通道即输入通道
数字量输入通道 脉冲量输入通道 模拟量输入通道
控制通道即输出通道
数字量输出通道 脉冲量输出通道 模拟量输出通道
§2.2 通道接口技术
§2.2.1 通道地址译码技术 一、编址方式 二、地址译码
§2.2.2 总线接口常用芯片 一、锁存器 二、缓冲器
结束语
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
§2.2.1 通道地址译码技术
逻辑表
A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
地址
0 0 0 0 0 0 × × × 138 1号 00H-07H
01
138 2号 08H-0FH
10
138 3号 10H-17H
§2.2.1 通道地址译码技术
二、地址译码
（三）GAL器件译码
由译码器构成的译码电路虽能很好地完成译码功能。 但都需要非止一个器件来构成译码电路。在实际应用中 需要较大的安装空间和较多种类的产品备件，这将影响 最终产品的成本、可靠性及可维护性。
通用阵列逻辑器件GAI (Generic Array Logic)
§2.2.1 通道地址译码技术
GAL器件特点：
●具有可编程的与门及或门阵列，可模拟任何组合逻 辑器件的功能，并减少分立组合逻辑器件的使用数量；
●GAL的每个输出引脚上都有输出逻辑宏单元OLMC 〔OutPut Logic Macro Cell)使用者定义每个输出的结 构和功能，使用户能完成任何所需的功能；