微型计算机控制技术PPT参考课件
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课程《微型计算机控制技术》电子教案课件(全)
精品课程《微型计算机控制技术》电子教案PPT课件（全）第一章：微型计算机控制技术概述1.1 课程介绍了解《微型计算机控制技术》的课程目标和意义。
掌握课程的主要内容和教学方法。
1.2 微型计算机控制技术基本概念解释微型计算机控制技术的定义。
探讨微型计算机控制技术的发展历程和应用领域。
1.3 微型计算机控制系统组成分析微型计算机控制系统的硬件和软件组成。
了解输入/输出设备、控制器、执行器等主要组成部分的功能。
1.4 微型计算机控制技术的关键技术探讨微型计算机控制技术中的关键技术和算法。
了解数字信号处理、模拟/数字转换、PID控制等核心技术。
第二章：微型计算机控制系统的硬件设计2.1 控制器硬件设计基础分析控制器硬件设计的基本要求和原则。
掌握控制器硬件设计的步骤和注意事项。
2.2 控制器硬件选型了解常用控制器硬件的选择标准。
掌握控制器硬件选型的方法和依据。
2.3 控制器硬件电路设计实例分析具体的控制器硬件电路设计实例。
学习如何设计控制器硬件电路，并进行仿真和测试。
2.4 控制器硬件调试与优化探讨控制器硬件调试和优化的方法和技巧。
学习如何解决控制器硬件设计和实施过程中出现的问题。
第三章：微型计算机控制系统的软件设计3.1 控制器软件设计基础分析控制器软件设计的基本要求和原则。
掌握控制器软件设计的步骤和注意事项。
3.2 控制器软件选型了解常用控制器软件的选择标准。
掌握控制器软件选型的方法和依据。
3.3 控制器软件编程语言介绍常用的控制器软件编程语言。
学习如何选择合适的编程语言进行控制器软件开发。
3.4 控制器软件开发实例分析具体的控制器软件开发实例。
学习如何进行控制器软件开发，并进行调试和优化。
第四章：PID控制算法及其实现4.1 PID控制算法概述解释PID控制算法的定义和原理。
探讨PID控制算法的优点和局限性。
4.2 PID控制算法的数学模型分析PID控制算法的数学模型。
学习如何建立和求解PID控制算法的数学模型。
微型计算机控制技术第一章课件
（4）数字键：用以送入数据或修改控制系统参数。
2．实时时钟
微型计算机控制技术第一章课件
微机控制技术
1.1.2 微型机控制系统的软件
1．1．2 软件 完成各种功能的计算机程序的总和。
• 系统软件：由厂家提供 用以管理计算机本身的程序。
• 应用软件：由用户根据控制系统的微型计算机控制技术第一章课件
微机控制技术
1.1.1 微型机控制系统的硬件结构
四．检测元件及执行机构
1．检测元件： 把非电量变成电量（传感器）。 如：热电偶、节流装置、压力变送器
2．变送器： 把传感器的输出信号变成 CPU 所能接收的电压信号。
3．执行机构： 接收 CPU 输出的控制量并加以动作， 以对生产参数进行控制的机构。 如：阀、开关、电机等。
微型计算机控制技术第一章课件
微机控制技术
1.1.1 微型机控制系统的硬件结构
五、操作台和实时时钟 1．操作台的组成
（1）作用开关：电源开关；数据、地址选择开关； 操作方式选择开关，等。
（2）功能键：向 CPU 申请中断、复位键、启动键、 打印键、显示键、连接、单步工作方式键等。
（3）显示：LED/CRT 显示器件 显示数据，图、表、流程图等。
1.1 微型计算机控制系统的组成
图1.1 典微型型微计算机机控控制制技系术统第一原章理课件图
微机控制技术
1.1 微型计算机控制系统的组成
1.1.1 微型机控制系统的硬件结构 1.1.2 微型机控制系统的软件
微型计算机控制技术第一章课件
1.1.1 微型机控制系统的硬件结构
1．1．1 微型机控制系统硬件结构
ADC0809 等。
微型计算机控制技术第一章课件
微机控制技术
2．实时时钟
微型计算机控制技术第一章课件
微机控制技术
1.1.2 微型机控制系统的软件
1．1．2 软件 完成各种功能的计算机程序的总和。
• 系统软件：由厂家提供 用以管理计算机本身的程序。
• 应用软件：由用户根据控制系统的微型计算机控制技术第一章课件
微机控制技术
1.1.1 微型机控制系统的硬件结构
四．检测元件及执行机构
1．检测元件： 把非电量变成电量（传感器）。 如：热电偶、节流装置、压力变送器
2．变送器： 把传感器的输出信号变成 CPU 所能接收的电压信号。
3．执行机构： 接收 CPU 输出的控制量并加以动作， 以对生产参数进行控制的机构。 如：阀、开关、电机等。
微型计算机控制技术第一章课件
微机控制技术
1.1.1 微型机控制系统的硬件结构
五、操作台和实时时钟 1．操作台的组成
（1）作用开关：电源开关；数据、地址选择开关； 操作方式选择开关，等。
（2）功能键：向 CPU 申请中断、复位键、启动键、 打印键、显示键、连接、单步工作方式键等。
（3）显示：LED/CRT 显示器件 显示数据，图、表、流程图等。
1.1 微型计算机控制系统的组成
图1.1 典微型型微计算机机控控制制技系术统第一原章理课件图
微机控制技术
1.1 微型计算机控制系统的组成
1.1.1 微型机控制系统的硬件结构 1.1.2 微型机控制系统的软件
微型计算机控制技术第一章课件
1.1.1 微型机控制系统的硬件结构
1．1．1 微型机控制系统硬件结构
ADC0809 等。
微型计算机控制技术第一章课件
微机控制技术
WX03微型计算机控制技术第三章1PPT课件
• 在数学理论上，及在工程问题中都有着重要的应用。 • 拉氏变换可以将常系数微分方程转化为代数方程。从而可
以将求解微分方程问题转化成在复域中求解代数方程，再 通过拉氏反变换，就可得出在时域中的解。 • 在控制工程中拉氏变换是分析和综合线性定常系统的有力 数学工具。
拉普拉斯（ Laplace ）变换 • 函数 f (t) 的拉普拉斯变换的表示符号为记
微型计算机控制技术
第3章 数字控制器的模拟化设计方法
1
微型计算机控制技术
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
2
微型计算机控制技术
• 在模拟控制系统中，采用由分立元件组成的模拟 调节器实现对控制系统的调节。
1
1或z0
(t kT) ekTs
zk
1( t )
1s
1 (1z1)
t
1 s2
Tz1 (1z1)2
e at
1 (sa) 1(1eaTz1)
微型计算机控制技术
2、 Z变换
• Z变换是分析线性线性离散系统的重要方法之一。 • 在线性连续系统中，连续时间函数x(t)的拉氏变换
为X(s)。 • 同样在线性离散系统中，也可以对采样信号x*(t)作
拉氏变换
x(t)
采样开关
T (t)
x *(t)
T
x(t)
x *(t)
t
(a)脉冲信号
t
(b)连续信号
t
(c)离散信号
• 数字控制器的设计方法：
– 模拟化设计方法 – 离散化设计方法
4
微型计算机控制技术
以将求解微分方程问题转化成在复域中求解代数方程，再 通过拉氏反变换，就可得出在时域中的解。 • 在控制工程中拉氏变换是分析和综合线性定常系统的有力 数学工具。
拉普拉斯（ Laplace ）变换 • 函数 f (t) 的拉普拉斯变换的表示符号为记
微型计算机控制技术
第3章 数字控制器的模拟化设计方法
1
微型计算机控制技术
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
2
微型计算机控制技术
• 在模拟控制系统中，采用由分立元件组成的模拟 调节器实现对控制系统的调节。
1
1或z0
(t kT) ekTs
zk
1( t )
1s
1 (1z1)
t
1 s2
Tz1 (1z1)2
e at
1 (sa) 1(1eaTz1)
微型计算机控制技术
2、 Z变换
• Z变换是分析线性线性离散系统的重要方法之一。 • 在线性连续系统中，连续时间函数x(t)的拉氏变换
为X(s)。 • 同样在线性离散系统中，也可以对采样信号x*(t)作
拉氏变换
x(t)
采样开关
T (t)
x *(t)
T
x(t)
x *(t)
t
(a)脉冲信号
t
(b)连续信号
t
(c)离散信号
• 数字控制器的设计方法：
– 模拟化设计方法 – 离散化设计方法
4
微型计算机控制技术
微型计算机控制技术
图2-6 独立式键盘接口电路
图2-7 4×8矩阵键盘与单片机接口电路
矩阵键盘控制程序清单如下：
ORG 0200H KEYPR： MOV DPTR, #01H ；8155初始化 MOV A, #0CH MOVX @DPTR, A ；控制字写入 MOV R3, #00H ；列寄存器清零 MOV R4, #00H ；行寄存器清零 ACALL KEXAM ；检查有无键按下 JZ KEND ；无键按下返回 ACALL D10MS ACALL KEXAM ；再次检查有无键按下 JZ KEND MOV R2, #0FEH KEY1： MOV DPTR, #0103H ；送C口地址 MOV A, R2
ORG
0200H
MOV DPTR，#0DFFFH ；DAC0832（1）地址送DPTR DA1：MOV R6，#80H ；初始数据送DAC0832（1） DA2：MOV A，R6 MOVX @DPTR，A INC R6 ；R6中数据加1 CJNE R6，#00H，DA2 ；一个周期末结束，循环 AJMP DA1 ；一个周期结束，继续下 一个周期
图2-10 ADC0809与8031的查询方式接口
下面程序是采用软件查询的方法，分别8路模拟 信号轮流采样一次，并依次把结果存储到数据存储区 的采样转换程序。
ZHCX: MOV R1, #data ；置数据区首地址 MOV DPTR, #7FF8H ; P2.7＝0,且指向通道0 MOV R7, #08H ；置通道数 LOOP: MOVX @DPTR, A ；启动A/D转换 JB P3.0，$ ；查询转换是否结束 MOVX A, @DPTR ；读取转换结果 MOV @R1, A ；转储 INC DPTR ；指向下一个通道 INC R1 ；修改数据区指针 DJNZ R7, LOOP ；8位通道全采样完了吗？ RET BACK
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。
微型计算机控制技术方案课件
微型计算机控制技术方案课 件
contents
目录
• 微型计算机控制技术概述 • 微型计算机控制系统设计 • 微型计算机控制系统的硬件设计 • 微型计算机控制系统的软件设计 • 微型计算机控制系统的调试与测试 • 微型计算机控制系统应用案例分析
01
微型计算机控制技术概述
微型计算机控制技术的定义与特点
控制器
是微型计算机控制系统的核心，负责发出控 制信号，控制被控对象的工作。
输入输出接口
实现控制器与被控对象之间的信号传输和控 制。
传感器
用于检测被控对象的参数，如温度、压力、 流量等。
执行器
根据控制信号，驱动被控对象进行工作。
微型计算机控制系统的设计流程
系统需求分析
明确控制系统的要求 和目标，了解被控对 象的工作原理和工艺 流程。
实现算法
将算法用编程语言实现，如C语言、汇编语言等。
人机交互界面的软件实现
选择界面设计工具
根据系统需求，选择合适 的人机交互界面设计工具 ，如Visual Studio、Qt等 。
设计用户界面
根据需求设计用户界面， 包括菜单、按钮、文本框 等元素。
实现用户界面
将用户界面用编程语言实 现，如C#、Python等。
人机交互界面设计：菜单、按 钮、文本显示等。
Qt/Embedded与微型控制器的 通信：串口、SPI、I2C等总线 接口，实现数据传输与控制指 令下达。
界面测试与调试：在目标板上 进行实际运行测试，验证界面 功能与控制效果。
04
微型计算机控制系统的软件设计
控制算法的设计与实现
确定控制算法
根据系统需求，选择合适的控制算法，如PID控 制、模糊控制等。
contents
目录
• 微型计算机控制技术概述 • 微型计算机控制系统设计 • 微型计算机控制系统的硬件设计 • 微型计算机控制系统的软件设计 • 微型计算机控制系统的调试与测试 • 微型计算机控制系统应用案例分析
01
微型计算机控制技术概述
微型计算机控制技术的定义与特点
控制器
是微型计算机控制系统的核心，负责发出控 制信号，控制被控对象的工作。
输入输出接口
实现控制器与被控对象之间的信号传输和控 制。
传感器
用于检测被控对象的参数，如温度、压力、 流量等。
执行器
根据控制信号，驱动被控对象进行工作。
微型计算机控制系统的设计流程
系统需求分析
明确控制系统的要求 和目标，了解被控对 象的工作原理和工艺 流程。
实现算法
将算法用编程语言实现，如C语言、汇编语言等。
人机交互界面的软件实现
选择界面设计工具
根据系统需求，选择合适 的人机交互界面设计工具 ，如Visual Studio、Qt等 。
设计用户界面
根据需求设计用户界面， 包括菜单、按钮、文本框 等元素。
实现用户界面
将用户界面用编程语言实 现，如C#、Python等。
人机交互界面设计：菜单、按 钮、文本显示等。
Qt/Embedded与微型控制器的 通信：串口、SPI、I2C等总线 接口，实现数据传输与控制指 令下达。
界面测试与调试：在目标板上 进行实际运行测试，验证界面 功能与控制效果。
04
微型计算机控制系统的软件设计
控制算法的设计与实现
确定控制算法
根据系统需求，选择合适的控制算法，如PID控 制、模糊控制等。
微型计算机控制技术6ppt课件
在z平面单位圆外和圆上的极点，即
包含有
的因子，其中，ai为 非重极点个数。
在z平面单位圆外或圆上的非重极点；V为
而
，所以，上一式中q+v个待定系数
可由下列q+v个方程所确定，
6.2 最少拍无差系统的设计
显然，准确性条件决定了前q个方程，另外由于
是
的极点，由稳定性条件得到了后v个方程。
应当指出，当 中有z=1的极点时，稳定性条件与准确性条件取得一致，
。
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传递函数
。
3）依据上式确定数字控制器的传递函数
。
4）由确定控制算法并编制程序。
6.2 最少拍无差系统的设计
最少拍无差系统，是指在典型的控制输入信号作用下能在最少几个采样 周期内达到稳态无静差的系统。其闭环z传递函数具有如下形式：
对最少拍控制系统设计的具体要求如下： 1．准确性要求 对典型的参考输入信号，在到达稳态后，系统在采样点的输出值能准确 跟踪输入信号，不存在静差。 2．快速性要求 在各种使系统在有限拍内到达稳态的设计中，系统准确跟踪输入信 号所需的采样周期数应为最少。
的零极点抵消，则
6.2 最少拍无差系统的设计
1)当
有单位圆上或圆外的零点时，在
表达式中应把这些零点。
作为其零点而保留。
2)当G（z）有单位圆上的极点时，在Φe（z）表达式中应把这些极点作为 零点而保留。
6.2.3 最少拍快速有波纹系统设计的一般方法 设广义对象的脉冲传递函数为
式中， 为对象的S传递函数，当 中有延滞环节时，一般m>l。
（3）控制作用易超出限定范围 因为当采样周期很小时，往往对系统的控制作用的要求超出限定范围，而控
微机计算机控制技术PPT课件
•
.
11
PCI总线：在CPU和外设间插入协调数据传输的 管理层，提供一致的总线接口，形成了开放的 局部总线标准，而不依赖于CPU芯片。工作频率 33MHz，PCI总线的数据宽度为32位和64两种， 数据传输率分别为133Mbps和266Mbps，PCI Express数据传输率可以达到8Gbps。
• ISA (AT) 总线：对XT总线的扩充，98线， 16位， 寻址空间16MB，数据传输率16Mbps
• EISA 总线：对ISA总线的扩充， 32位，98+98线， 数据传输率32Mbps
• VESA总线：局部总线标准，是ISA总线的扩展， 适应多媒体技术，数据交换由CPU总线直接进行， 运行速度为66MHz或更高，最大数据传输率为 132Mbps。
•
.
12
3. 基于PC总线的工业控制机常见类型 ISA 总线工控机
PCI 总线工控机
PC104 总线工控机：总线与ISA兼容的基础 上缩小模板尺寸，降低功耗，满足嵌入式系 统的要求。有104条信号线，模板尺寸为3.6 in×3.8 in (90mm×96mm)，可以层叠。
CompactPCI工控机：PCI总线＋欧式插卡结 构。
.
13
三 计算机控制系统的发展概述
1 推广应用成熟的先进技术
（1）普及应用可编程序控制器(PLC)
（2）广泛使用调节器
（3）采用新型的DCS和FCS
2 大力研究和发展智能控制系统
（1）分级递阶智能控制系统
（2）模糊控制系统
（3）专家系统
（4）学习控制系统
（5）神经网络控制系统
.
14
第2章 输入输出接口与过程通道
.
6
《微型计算机控制技术》于海生第1章PPT课件
1）PCI总线的主要性能： 支持10台外设、总线时钟33.3MHz/66MHz、总线宽度 32位/64位等。
2）其它性能： 并行操作、地址/数据线复用、支持64位寻址等。
计算机控制技术
3）PCI总线信号定 义
主控设备49条，目标设 备47条，可选引脚 51条 （主要用于64位扩展、中断 请求、高速缓存支持等）， 总引脚数 120条（包含电源、 地、保留引脚等）。
计算机控制技术
2 外部总线
1）RS-232串行通信总线
引脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
功能 保护地 发送数据 接收数据 请求发送（RTS） 允许发送（CTS，或清除发送） 数传机（DCE）准备好 信号地（公共回线） 接收线信号检测 （保留供数传机测试） （保留供数传机测试） 未定义 （辅信道）接收线信号检测 （辅信道）允许发送（CTS）
引脚号 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
功能 （辅信道）发送数据 发送信号无定时（DCE为源） （辅信道）接收数据 接收信号无定时（DCE为源）
未定义 （辅信道）请求发送（RTS）
数据终端准备好 信号质量检测 振铃指示
数据信号速率选择（DTE/DCE为源） 发送信号无定时（DTE为源） 未定义
给定
输入 通道
计算机
输出通道 D/A
被控量 对象
y
输入通道 A/D
计算机控制技术
2. 在线方式和离线方式
在线方式（on-line）: 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。
离线方式(off-line): 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）其它性能： 并行操作、地址/数据线复用、支持64位寻址等。
计算机控制技术
3）PCI总线信号定 义
主控设备49条，目标设 备47条，可选引脚 51条 （主要用于64位扩展、中断 请求、高速缓存支持等）， 总引脚数 120条（包含电源、 地、保留引脚等）。
计算机控制技术
2 外部总线
1）RS-232串行通信总线
引脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
功能 保护地 发送数据 接收数据 请求发送（RTS） 允许发送（CTS，或清除发送） 数传机（DCE）准备好 信号地（公共回线） 接收线信号检测 （保留供数传机测试） （保留供数传机测试） 未定义 （辅信道）接收线信号检测 （辅信道）允许发送（CTS）
引脚号 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
功能 （辅信道）发送数据 发送信号无定时（DCE为源） （辅信道）接收数据 接收信号无定时（DCE为源）
未定义 （辅信道）请求发送（RTS）
数据终端准备好 信号质量检测 振铃指示
数据信号速率选择（DTE/DCE为源） 发送信号无定时（DTE为源） 未定义
给定
输入 通道
计算机
输出通道 D/A
被控量 对象
y
输入通道 A/D
计算机控制技术
2. 在线方式和离线方式
在线方式（on-line）: 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。
离线方式(off-line): 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。
第2章：微型计算机控制技术课件
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2.1.1 多路转换开关
1. CD4051
第 二 章 微 型 计 算 机 接 口 技 术
CD4051是单边8通道多路调制器/多路 解调器。其引脚结构如图2-1所示。
图2-1中，C、B、A为二进制控制输入 端，改变C、B、A的数值，可以译出8种 状态，并选中其中之一，使输入输出接通。 当INH=1时，通道断开；当INH=0时，通 道接通。改变图中 IN/OUT0~7及OUT/IN 的传递方向，则可用作多路开关或反多路 开关。其真值表如表2-1所示。
注意：精度和分辨率是两个截然不同的参数。
分辨率取决于转换器的位数，而精度则取决于 转换器和各部件的精度和稳定性。
3)、转换时间
第 二 章 微 型 计 算 机 接 口 技 术
从开始转换到与满量程值相差±1/2 LSB 所对应的模拟量所需要的时间
V
VFULL
1/2 LSB
tC
t
4)、线Байду номын сангаас度
当数字量变化时，D/A转换器输出的模拟量
第 二 章 微 型 计 算 机 接 口 技 术
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 VREF 8位输入 寄存器 8位DAC 寄存器 8位D/A 转换电路 Rf Rf M1 LE1 LE2 AGND Iout2 Iout1
ILE
CS WR1
M2
VCC
WR2 XFER
M3
DAC0832
DGND
表示， 位数越多分辨率越高。
分辨率的表示式为： 分辨率=Vref/2位数 若Vref=5V，8位的D/A转换器分辨率 为5/256=20mV。
分辨率举例
第 二 章 微 型 计 算 机 接 口 技 术
微型计算机控制技术第3章PPT课件
而第1、2、3列处于低电平时，第2行却处在高电
平，由此可判定按下的键应是第2行与第0列的交
叉点，即8号键。
19
退出
微机控制技术
第三章：人机交互接口
3.1.2.3 矩阵键盘接口
2．按键的识别——反转法
在键盘扫描程序中，首先使所有列线全输出“1”，行线输出“0”然后 读取行线状态，若有行线变为“1”，则记录行号；
3.1.1.1 机械式开关
对K0 – K2三个开关的断开 和闭合状态的组合，还可以获 得8个不同的电平信号，通过 应用程序，向单片机输入8个 不同的命令信号或数据。由于 这种开关一次设置后能一直保 持，在很多单片机应用系统中， 使用这种开关来向系统输入某 些固定不变的常数。
也可以通过单片机扩展电路 来设计开关接口电路。如图所 示是通过74LS244电路来进行 设计的。
1．按键的结构及原理
矩阵式键盘由行线和列线组成，按 键位于行、列线的交叉点上，其结构 如图所示。 由图可知，一个4×4的行、列结构 可以构成一个含有16个按键的键盘。 矩阵式键盘中，行、列线分别连接到 按键开关的两端，行线通过上拉电阻 接到＋5V上。当无键按下时，行线处 于高电平状态；当有键按下时，行、 列线将导通，此时，行线电平将由与 此行线相连的列线电平决定。这是识 别按键是否按下的关键。
第三章：人机交互接口
整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
2
微机控制技术
第三章：人机交互接口
3.1
按键设计
3.1.1 开关接口设计 3.1.2 按键接口设计 3.1.3 击键类型分析
3 退出
微机控制技术
微型计算机控制技术优秀课件
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2
微型计算机控制技术
2.3.1信号的采样
• 把时间连续的信号转换为一连串时间不连 续的脉冲信号，这个过程称为“采样”， 又称为“抽样”、“取样”。对连续信号 的采样过程，可用图2-4来描述。
微型计算机控制技术优秀课件
3
微型计算机控制技术
（a）模拟信号数字化处理过程
图2-4 连续信号的采样过程
• 前两级组成具有对称结构的差动放大电路，其作用是阻抗 变换（高输入阻抗）和增益调整；后一级为功率输出级， 它将A1、A2的差动输入双端输出信号转换为单端输出信 号，且提高共模抑制比。RG用来调节放大器的增益.
微型计算机控制技术优秀课件
16
微型计算机控制技术
由图可知，第一级：
ua ui1
u b u i2
（b）串联扩展电路
0 0 0 0算机控制技术
• 选用多路模拟开关应注意的问题：
• （1）对于要求传输精度高而信号变化慢的场合，可选用 机械触点式开关。
• （2）尽可能选取单片模拟开关集成电路；在使用多片组 合时，也宜选用同一型号的芯片以尽可能使每个通道的特 性一致。
采样周期：T 采样时间：τ 采样时刻：0T、1T、2T、3T……
微型计算机控制技术优秀课件
4
微型计算机控制技术
图2-4 （b）采样过程的模拟
• 图2-4（b）是用乘法器来描述的采样过程。 • f （t）为连续函数，s（t）为开关函数，fs（t）
为采样函数，即f（t）离散后之值。
fs(t)f(t)s(t)
• 应当指出，香农采样定理仅给出了采样信 号能恢复模拟信号的理论依据。
• 实际工程中，采样周期的选择要考虑诸多 因素。工程上，采样频率一般取f ≥（4~10） fmax 。
WX微型计算机控制技术第二章1 共37页PPT资料
• 1. 单信号输入通道类型 • 2. 多信号输入通道类型
微型计算机控制技术
1. 单信号通道类型
• 现场中采集到的信号常见有以下几种类型 ：高电压、大电流模拟信号，低电压、小 电流模拟信号，脉冲信号、开关信号等。 仅考虑单信号时，它们所对应的输入通道 结构如表2-1所示。
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
• CPU与外部设备之间的信息传送是通过I/O接口电 路来完成的，I/O接口通常是一块大规模集成电路 芯片。不同芯片内部结构差别很大，但从外部连 接来看，可分为两大部分：
• 一部分是与外围设备相连的。为保证信息的正确 传送，I/O接口往往开辟不同的端口来传送数据信 息、状态信息和控制信息。
微型计算机控制技术
2.2 过程通道的一般结构
• 计算机控制系统的过程通道分为四类：
– 模拟量输入通道 – 模拟量输出通道 – 数字量输入通道 – 数字量输出通道
微型计算机控制技术
• 模拟量输入通道（Analog Input，AI）：，采用 传感器或变送器将被控对象的模拟量参数（如压 力、温度、液位、重量等）转换成标准电流或电 压信号，这些信号再经A/D转换器转换成数字信 号送入计算机中。
谢谢
• 数字量输出通道（Digital Output，DO） ： 是将计算机输出的数字信号变换成执行机构 所需要的电平，一般需要进行信号隔离、功 率驱动等。
微型计算机控制技术
2.2.2 输入通道的结构类型
• 输入通道的结构主要取决于生产过程的环 境和输入信号的类型、数量、大小；在不 考虑前端传感器类型的情况下，输入通道 结构归纳起来大致可以分为以下几种。
微型计算机控制技术
2.1.1 接口技术
微型计算机控制技术
1. 单信号通道类型
• 现场中采集到的信号常见有以下几种类型 ：高电压、大电流模拟信号，低电压、小 电流模拟信号，脉冲信号、开关信号等。 仅考虑单信号时，它们所对应的输入通道 结构如表2-1所示。
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
• CPU与外部设备之间的信息传送是通过I/O接口电 路来完成的，I/O接口通常是一块大规模集成电路 芯片。不同芯片内部结构差别很大，但从外部连 接来看，可分为两大部分：
• 一部分是与外围设备相连的。为保证信息的正确 传送，I/O接口往往开辟不同的端口来传送数据信 息、状态信息和控制信息。
微型计算机控制技术
2.2 过程通道的一般结构
• 计算机控制系统的过程通道分为四类：
– 模拟量输入通道 – 模拟量输出通道 – 数字量输入通道 – 数字量输出通道
微型计算机控制技术
• 模拟量输入通道（Analog Input，AI）：，采用 传感器或变送器将被控对象的模拟量参数（如压 力、温度、液位、重量等）转换成标准电流或电 压信号，这些信号再经A/D转换器转换成数字信 号送入计算机中。
谢谢
• 数字量输出通道（Digital Output，DO） ： 是将计算机输出的数字信号变换成执行机构 所需要的电平，一般需要进行信号隔离、功 率驱动等。
微型计算机控制技术
2.2.2 输入通道的结构类型
• 输入通道的结构主要取决于生产过程的环 境和输入信号的类型、数量、大小；在不 考虑前端传感器类型的情况下，输入通道 结构归纳起来大致可以分为以下几种。
微型计算机控制技术
2.1.1 接口技术
微型计算机控制技术教学课件ppt作者黄勤第3章__微型计算机控制系统的..
第3章微型计算机控制系统的常用控制算法3.1 数字滤波与数据处理3.2 数字控制器的设计方法3.3 数字PID控制器的设计3.4 最少拍控制算法3.5 大林控制算法3.6 模糊控制3.1 数字滤波与数据处理3.1.1 数字滤波数字滤波能够克服模拟滤波器的不足，它与模拟滤波器相比有以下优点：z数字滤波不需要硬件设备，可靠性高，稳定性好，各回路之间不存在阻抗匹配等问题。
z数字滤波用程序实现，多个输入通道可以“共用”同一个滤波程序，不需要增加硬件设备，降低了成本。
z对于不同的干扰，通过修改数字滤波程序或改变其中的参数，可以实现不同的滤波方法，与模拟滤波器只能改变硬件相比更加灵活和方便。
z数字滤波能对频率很低(如0.0lHz)的干扰进行处理，克服了模拟滤波器受电容容量的限制，频率不能太低的缺陷。
1．算术平均值滤波对某一被测参数在第k个采样时刻连续采样n次得到n个采样数据 ，计算这n个数据的算术平均值作为本次滤波器的输出 。
即：（3-1）式中 — 第k次滤波器的输出；— 第i个采样值；n — 采样次数。
2．加权算术平均值滤波在算术平均值滤波中，n次采样所得的数据在滤波结果中所占比重是均等的，加权因子均是1/n。
但有时为了突出最近几次采样值在平均值中的比重，往往对不同时刻的采样值赋以不同的加权因子。
即：其中，为加权系数，满足且。
体现了各次采样值在平均值中所占的比例。
通过合理地选择加权系数，可以获得更好的滤波效果。
（3-2）3．滑动平均值滤波滑动平均值滤波方法是先在RAM中建立一片数据缓冲区，按顺序存放n个采样数据，把n个采样数据看成一个队列，队列的长度固定为n，每进行一次新的采样，把采样结果放入队尾，而扔掉原来队首的一个数据，这样在队列中始终有n 个“最新”的数据。
只需把队列中的n个数据进行平均，可得到新的滤波值。
这样，每进行一次采样，就可以计算输出一个新的有效采样值，从而加快数据处理的速度。
滑动平均值滤波有2种，一种是滑动算术平均值滤波，另一种是滑动加权平均值滤波。
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9.3.1 啤酒发酵工艺及控制要求
1.啤酒发酵工艺简介 啤酒发酵是一个复杂的生物化 学过程，通常在锥型发酵罐中进行。 在二十多天的发酵期间，根据酵母的 活动能力，生长繁殖快慢，确定发酵 给定温度曲线，如右图所示。要使酵 母的繁殖和衰减、麦汁中糖度的消耗 和双乙酰等杂质含量达到最佳状态， 必须严格控制发酵各阶段的温度，使 其在给定温度的±0.5℃范围内。
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9.4.1 PUMA560机器人的结构原理
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9.4.2 机器人运动学方程
1.机器人正运动学 2.机器人逆运动学
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9.4.3 机器人动力学方程
机器人动力学可通过Euler-Lagrange方程
d dt
பைடு நூலகம்
L(q, q) q
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2.PUMA560机器人的关节位置伺服控制
PUMA560机器人关节位置伺服控制系统结构如下图 所示。
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2.系统的控制要求 (1)系统共有10个发酵罐，每个罐测量5个参数，即发酵罐的上中
下三段温度、罐内上部气体的压力和罐内发酵液(麦汁)的高度，共有三 十个温度测量点、10个压力测量点、10个液位测量点。因此共需检测 50
(2)自动控制各个发酵罐中的上中下三段温度使其按图9-7所示的 工艺曲线运行，温度控制误差不大于±0.5℃。共有30
该系统操作简单，使用维护方便，性能可靠；采用微 机控制，提高了啤酒质量；改善了劳动条件，不用人工 手动操作，消除了人为因素；易于现代化管理和产品质 量分析；采用表格、图形、曲线显示直观，并有打印输 出功能。
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9.4 设计举例 — 机器人计算机控制系统
9.4.1 PUMA560机器人的结构原理 9.4.2 机器人运动学方程 9.4.3 机器人动力学方程 9.5.4 机器人手臂的独立关节位置伺服控制
①温度的标度变换 ②压力的标度变换 ③液位的标度变换 (4)给定工艺曲线的实时插补计算 (5)控制算法 ①PID算式加特殊处理 ②施密斯（Smith)预估控制算式 (6)其它应用程序
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9.3.4 系统的安装调试运行及控制效果
现场进行安装时，首先在现场安装温度、压力变送器、 液位变送器、调节阀等，然后从现场敷设屏蔽信号电缆 到控制室，最后将这些线缆接到工业控制计算机外面的 接线端子板上。调试工作主要是对变送器进行满度和零 点校准，A/D板和D/A板满度和零点校准；另外就是利 用试凑法确定PID控制器的控制参数。系统经过安装调 试后，投入运行，并满足系统的控制要求。
本章主要介绍计算机控制系统设计的原则与步骤、计算机控制系统 的工程设计与实现、计算机控制系统的设计举例。
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9.1
9.1.1 系统设计的原则 9.1.2 系统设计的步骤
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9.1.1 系统设计的原则
1.安全可靠 2.操作维护方便 3.实时性强 4.通用性好 5.经济效益高
(3)系统具有自动控制、现场手动控制、控制室遥控三种工作方式。 (4)系统具有掉电保护、报警、参数设置和工艺曲线修改设置功能。 (5)系统具有表格、图型、曲线等显示和打印功能。
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9.3.2 系统总体方案的设计
1.发酵罐测控点的分 布及管线结构（如 右图所示）
2.检测装置和执行机 构
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9.1.2 系统设计的步骤
1.工程顶目与控制任务的确定阶段 2.工程项目的设计阶段 3.离线仿真和调试阶段 4.在线调试和运行阶段
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9.2 系统的工程设计与实现
9.2.1 系统总体方案设计 9.2.2 硬件的工程设计与实现 9.2.3 软件的工程设计与实现 9.2.4 系统的调试与运行
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9.2.1 系统总体方案设计
1.硬件总体方案设计 2.软件总体方案设计 3.系统总体方案
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9.2.2 硬件的工程设计与实现
1．选择系统的总线和主机机型 2．选择输入输出通道模板 3．选择变送器和执行机构
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9.2.3 软件的工程设计与实现
1 2．资源分配 3．实时控制软件设计
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9.2.4 系统的调试与运行
1.离线仿真和调试 (1)硬件调试 (2)软件调试 (3)系统仿真
2.在线调试和运行
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9.3 设计举例 ——啤酒发酵过程计算机控制系统
9.3.1 啤酒发酵工艺及控制要求 9.3.2 系统总体方案的设计 9.3.3 系统硬件和软件的设计 9.3.4 系统的安装调试运行及控制效果
第9章 计算机控制系统设计与实现
计算机控制系统的设计，既是一个理论问题，又是 一个工程问题。
计算机控制系统的理论设计包括： 建立被控对象的数学模型； 确定满足一定技术经济指标的系统目标函数，寻求 满足该目标函数的控制规律； 选择适宜的计算方法和程序设计语言； 进行系统功能的软、硬件界面划分，并对硬件提出 具体要求。
L(q, q
q)
来向描量述，。为和作q 用分于别q6为个系关统节的的6外个力关矩节向的量角。位移和角速度
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9.4.4 机器人手臂的独立关节位置伺服控制
1.位置控制的基本结构 机器人的位置控制是机器人最基本的控制任务。机器人的位
置控制结构主要有两种形式，即关节空间控制结构和直角坐标 空间控制结构，分别如图a)和图b)所示。
3.控制规律
4.控制系统主机及过 程通道模板
5.控制系统的软件
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9.3.3 系统硬件和软件的设计
1.系统硬件 的设计
控制系统的 组成框图，
如右图所示。
(1)模拟量输入 通道设计 (2)模拟量输出 通道设计
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2.系统软件的设计
(1)数据采集程序 (2)数字滤波程序 (3)标度变换程序
9.3.1 啤酒发酵工艺及控制要求
1.啤酒发酵工艺简介 啤酒发酵是一个复杂的生物化 学过程，通常在锥型发酵罐中进行。 在二十多天的发酵期间，根据酵母的 活动能力，生长繁殖快慢，确定发酵 给定温度曲线，如右图所示。要使酵 母的繁殖和衰减、麦汁中糖度的消耗 和双乙酰等杂质含量达到最佳状态， 必须严格控制发酵各阶段的温度，使 其在给定温度的±0.5℃范围内。
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9.4.1 PUMA560机器人的结构原理
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9.4.2 机器人运动学方程
1.机器人正运动学 2.机器人逆运动学
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9.4.3 机器人动力学方程
机器人动力学可通过Euler-Lagrange方程
d dt
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L(q, q) q
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2.PUMA560机器人的关节位置伺服控制
PUMA560机器人关节位置伺服控制系统结构如下图 所示。
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2.系统的控制要求 (1)系统共有10个发酵罐，每个罐测量5个参数，即发酵罐的上中
下三段温度、罐内上部气体的压力和罐内发酵液(麦汁)的高度，共有三 十个温度测量点、10个压力测量点、10个液位测量点。因此共需检测 50
(2)自动控制各个发酵罐中的上中下三段温度使其按图9-7所示的 工艺曲线运行，温度控制误差不大于±0.5℃。共有30
该系统操作简单，使用维护方便，性能可靠；采用微 机控制，提高了啤酒质量；改善了劳动条件，不用人工 手动操作，消除了人为因素；易于现代化管理和产品质 量分析；采用表格、图形、曲线显示直观，并有打印输 出功能。
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9.4 设计举例 — 机器人计算机控制系统
9.4.1 PUMA560机器人的结构原理 9.4.2 机器人运动学方程 9.4.3 机器人动力学方程 9.5.4 机器人手臂的独立关节位置伺服控制
①温度的标度变换 ②压力的标度变换 ③液位的标度变换 (4)给定工艺曲线的实时插补计算 (5)控制算法 ①PID算式加特殊处理 ②施密斯（Smith)预估控制算式 (6)其它应用程序
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9.3.4 系统的安装调试运行及控制效果
现场进行安装时，首先在现场安装温度、压力变送器、 液位变送器、调节阀等，然后从现场敷设屏蔽信号电缆 到控制室，最后将这些线缆接到工业控制计算机外面的 接线端子板上。调试工作主要是对变送器进行满度和零 点校准，A/D板和D/A板满度和零点校准；另外就是利 用试凑法确定PID控制器的控制参数。系统经过安装调 试后，投入运行，并满足系统的控制要求。
本章主要介绍计算机控制系统设计的原则与步骤、计算机控制系统 的工程设计与实现、计算机控制系统的设计举例。
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9.1
9.1.1 系统设计的原则 9.1.2 系统设计的步骤
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9.1.1 系统设计的原则
1.安全可靠 2.操作维护方便 3.实时性强 4.通用性好 5.经济效益高
(3)系统具有自动控制、现场手动控制、控制室遥控三种工作方式。 (4)系统具有掉电保护、报警、参数设置和工艺曲线修改设置功能。 (5)系统具有表格、图型、曲线等显示和打印功能。
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9.3.2 系统总体方案的设计
1.发酵罐测控点的分 布及管线结构（如 右图所示）
2.检测装置和执行机 构
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9.1.2 系统设计的步骤
1.工程顶目与控制任务的确定阶段 2.工程项目的设计阶段 3.离线仿真和调试阶段 4.在线调试和运行阶段
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9.2 系统的工程设计与实现
9.2.1 系统总体方案设计 9.2.2 硬件的工程设计与实现 9.2.3 软件的工程设计与实现 9.2.4 系统的调试与运行
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9.2.1 系统总体方案设计
1.硬件总体方案设计 2.软件总体方案设计 3.系统总体方案
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9.2.2 硬件的工程设计与实现
1．选择系统的总线和主机机型 2．选择输入输出通道模板 3．选择变送器和执行机构
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9.2.3 软件的工程设计与实现
1 2．资源分配 3．实时控制软件设计
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9.2.4 系统的调试与运行
1.离线仿真和调试 (1)硬件调试 (2)软件调试 (3)系统仿真
2.在线调试和运行
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9.3 设计举例 ——啤酒发酵过程计算机控制系统
9.3.1 啤酒发酵工艺及控制要求 9.3.2 系统总体方案的设计 9.3.3 系统硬件和软件的设计 9.3.4 系统的安装调试运行及控制效果
第9章 计算机控制系统设计与实现
计算机控制系统的设计，既是一个理论问题，又是 一个工程问题。
计算机控制系统的理论设计包括： 建立被控对象的数学模型； 确定满足一定技术经济指标的系统目标函数，寻求 满足该目标函数的控制规律； 选择适宜的计算方法和程序设计语言； 进行系统功能的软、硬件界面划分，并对硬件提出 具体要求。
L(q, q
q)
来向描量述，。为和作q 用分于别q6为个系关统节的的6外个力关矩节向的量角。位移和角速度
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9.4.4 机器人手臂的独立关节位置伺服控制
1.位置控制的基本结构 机器人的位置控制是机器人最基本的控制任务。机器人的位
置控制结构主要有两种形式，即关节空间控制结构和直角坐标 空间控制结构，分别如图a)和图b)所示。
3.控制规律
4.控制系统主机及过 程通道模板
5.控制系统的软件
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9.3.3 系统硬件和软件的设计
1.系统硬件 的设计
控制系统的 组成框图，
如右图所示。
(1)模拟量输入 通道设计 (2)模拟量输出 通道设计
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2.系统软件的设计
(1)数据采集程序 (2)数字滤波程序 (3)标度变换程序