微机控制技术
微机控制技术实验教学研究与探讨
ｆ ９ ３
微机控 制技术实验教学研 究与探讨
何 宏
（ 海师 范大学信 息与机 电工程学院 上
上海
２０３ ０ ２ ４）
摘要 ：针对微机控制技 术 实验教 学存在 的不足 ，提 出了循序 渐进 式 实验 内容设 置方法和教 学模 式 ，阐明了实验教 学中需要 注意的 问题 ，为提 高实验 教 学质量提供 了依据 。 关键词 ：微机控 制技 术 ；实验教 学 ；教 学模 式
验 ，不会分析实验数据 结果 的现 象。此外 ，微机控 制 技术 与 电机拖动 系统和 过程 控制 系统 的课程理 论知 识
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ｌｃＮｕ 育 Ａ Ｍ 论 ＥＴＦ 坛 。 。 教 ｕ Ｒ 。
换 ，以便 让每 个 学 生都 能够 熟 悉系统 设 备 的各个环 节 。 因此 ，教 师在综合 实验中应 以检查实验结果和 分
综 合 实验 设置 重 点在 于 提 高学 生 系统综 合 设计 能力 ，实验独 立于理论课 程 ，并单独 设有学分 ，实验 内容 为针对具体 对象 的控 制系统设计 ，如 水槽液位控 制 、锅炉温度控 制、 电机 转速控 制等 。控 制方法 为较 为复杂 的前馈控 制 、串级控 制、 比值控 制等。实验设 备 需要包括被控 对象和控 制平台两部 分 ，其中被控对 象包含 流量 、液位 、温度 、压 力、 电机转 速等常见对 象 ： 控 制平 台主要 由各种控 制仪表 、数据采集组件和
１引言
微 机 控 制 技 术 是 大 学 电气 工 程 及，因此 ，微机控 制技术 实验教学不应局 限于 本课 程教学 ，而应采用课程 实验 、综 合实验 、毕业 设 计 三步走 的方案 ，从浅 到深、从局部 到整体 的循序 渐 进地 教 学 ， 并 融 合 其 它理 论 课 程 的 内容 ，才 能 使 学 生 全方位地掌 握微机在控 制系统 中的应 用 ，有针对性 地 培养控 制邻 域的创 新人才。 ２１ 程 实验教 学 ．课 课程 内的实验 设置 目标在于加 强学生理论知识 的 学 习 ，需要 与课 堂授课 内容 同步进行 ，实验 内容 为微 机控 制系统局 部组成 部分 的验证性 实验 ，如输入／ 出 输 通 道 的Ａ Ｄ Ｄ Ａ转换 、数 字滤 波 、各种 数字控 制算 ／和 ／ 法等 。实验 设备可采用小 型实验箱 ， 实验箱与主机相 连接 ，操作简单 ，实验时 间较短 ，数据结 果可 以从主 机观察 ，采用模拟 的被控对 象 ，便 于学生对 数字控制 系统局 部设计和工作 原理 的理解和 掌握。 教学模 式为 学生单 人单机 实验 ，教师侧重 实验 数据分析 疑问的解 答。 由于微 机控制 系统 设计包括软 件和硬件部 分 ，涉 及的知识点 比较多 ，这样 从起步 阶段 就使学生对理 论 知识有透彻 认识 ，为学生在 系统综 合设计 实验打 下 了 良好 的 基 础 。
微机控制原理与接口技术
微机控制原理与接口技术随着科技的不断发展，微机控制系统已经广泛应用于各个领域，成为现代工业自动化的重要组成部分。
微机控制原理与接口技术是实现微机控制系统的关键，本文将对微机控制原理与接口技术进行详细介绍。
一、微机控制原理微机控制原理是微机控制系统的基础，它通过对输入信号进行处理，产生控制信号，从而实现对被控对象的控制。
微机控制原理主要包括采样、量化、编码和控制算法等几个方面。
1. 采样：采样是将连续信号转换为离散信号的过程。
在微机控制系统中，采样通常通过模数转换器（ADC）来实现。
ADC将模拟信号按照一定的时间间隔进行采样，将采样值转换为数字量。
2. 量化：量化是将模拟信号的幅度转换为数字量的过程。
在微机控制系统中，量化通常通过ADC来实现。
ADC将采样值按照一定的量化精度进行量化，将模拟信号的幅度转换为一系列离散的数字值。
3. 编码：编码是将数字量表示的信号转换为计算机能够识别和处理的形式。
在微机控制系统中，编码通常包括二进制编码和格雷码等形式，用于表示不同的控制信号。
4. 控制算法：控制算法是微机控制原理的核心部分，它根据输入信号和被控对象的状态，计算出控制信号，实现对被控对象的控制。
常见的控制算法包括比例控制、积分控制和微分控制等。
二、接口技术接口技术是微机控制系统与外部设备进行数据交换的重要手段，通过接口技术，微机控制系统可以与各种传感器、执行器和外部设备进行连接和通信。
1. 数字接口：数字接口通常通过并行接口和串行接口来实现。
并行接口可以同时传输多个比特的数据，适用于高速数据传输；串行接口通过逐位传输数据，适用于远距离传输。
2. 模拟接口：模拟接口通常通过模数转换器（DAC）来实现。
DAC 将数字量转换为模拟信号，用于控制模拟设备或传感器。
3. 通信接口：通信接口通常通过通信协议来实现。
常见的通信协议包括RS232、RS485、CAN和Ethernet等，它们可以实现微机控制系统与其他设备之间的数据交换和远程控制。
微机控制技术(含答案)
一、填空：（每空１分，共３０分）１、计算机基本的五个组成部分是、、、和。
２、工业控制计算机的各类有工业控制机、工业控制机和。
３、计算机内，数的表示方法有数、数和数三种。
４、单片机可以分为单片机和单片机两种机型。
５、单片机在开发系统时，可以使用语言、语言和语言。
６、ＭＣＳ－５１系列单片机中共有七种寻址方式，分别是寻址、寻址、寻址、寻址、寻址、寻址、寻址。
７、在汇编语言中，分支语句是通过语句来实现的。
８、循环语句是指按某种规律重复执行的程序语句。
９、在执行完子程序，返回继续执行生程序前恢复其原有内容，这称为。
１０、一个完整的中断处理有中断、中断、中断和中断。
二、选择：（每题２分，共２０分）１、一个完整的计算机系统是由和软件两部分组成的。
Ａ主机Ｂ硬件Ｃ程序Ｄ外设２、计算机内部一律采用进制数存储数据。
Ａ十Ｂ八Ｃ二Ｄ十六３、伪指令是程序员发给汇编程序的指令，也称命令。
Ａ二进制Ｂ汇编Ｃ高级Ｄ人工命令４、顺序控制就是依次执行、无分支、无循环和调用。
Ａ从上到下Ｂ从下到上Ｃ从里到外Ｄ从外到里５、有条件跳转语句可以分为语句和多分支语句。
Ａ跳转语句Ｂ单分支语句Ｃ顺序语句Ｄ转移语句６、ＣＰＵ和外部通信有通信和串行通信。
Ａ并行Ｂ异步Ｃ同步Ｄ位传送７、总线按功能和规范分为总线、内总线和外总线。
Ａ数据Ｂ地址Ｃ片Ｄ控制８、地址总线的宽度为位。
Ａ８Ｂ４Ｃ３２Ｄ１６９、５１系列单片机内部４个双向的并行Ｉ/Ｏ端口，共根引脚。
Ａ３２Ｂ１６Ｃ８Ｄ６４１０、两个字长的二进制位数是。
Ａ８Ｂ１６Ｃ３２Ｄ６４三、名词解释：（每题４分，共２０分）１、微处理器：２、工业控制计算机（ＩＰＣ）：３、实时；４、堆栈：５、指令系统：四、简答题；（每题６分，共３０分）１、什么是计算机控制系统，它的工作原理是怎样的？２、微机控制系统总体方案设计包括几个内容？３、ＭＣＳ－５１中断系统初始化步骤应包括哪些？４、子程序的主要特点和调用时要注意哪些？５、循环程序一般由哪四部分组成？答案：一、１、运算器，控制器，存储器，输入设备和输出设备２、加固型，面板型，工业工作站３、无符号数，有符号数，负数４、通用，专用５、机器，汇编，高级６、寄存器，直接，寄存器间接，变址，立即，位，相对７、有条件跳转８、控制９、现场恢复１０、请求，响应，处理，返回二、Ｂ,Ｃ,Ｂ,Ａ,Ｂ,Ａ,Ｃ,Ｄ,Ａ,Ｂ三、１、凡由集成电路构成的中央处理器（ＣＰＵ）就称微处理器２、把适合于工业环境使用的微型计算机，统称为工业控制计算机（ＩＰＣ）３、指信号的输入、输出都要在一定的时间内完成称为实时４、是一种数据结构，只允许在其一端进行数据插入、删除操作的线性表叫堆栈５、一台计算机所能执行的所有指令的集合叫指令系统四、１、计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。
微机控制技术的发展概况及趋势
微机控制技术的发展概况及趋势微机控制技术是以微型计算机作为机电一体化的控制器,结合微型计算机的工作原理和接口设计,相应的控制硬件和软件以及它们的配合,实现对控制对象的控制的一门技术。
它的发展离不开自动控制理论和计算机技术的发展,随着科学技术的发展,人们越来越多地用计算机来实现控制系统。
本文从计算机控制系统的发展历史,我国工业控制机及系统的发展应用,计算机控制系统的发展趋势,这几个方面来阐述微机控制技术的发展概况及相关趋势。
计算机控制系统在60年代引入控制领域当时计算机是控制调节器的设定点, 具体的控制则由电子调节器来执行, 这种系统称为计算机监控系统。
在60 年代末期出现了用一台计算机直接控制一个机组或一个车间的控制系统,简称集中控制系统。
这种控制系统即常说的直接数字控制(DDC)系统。
计算机DDC 控制的基本思想是使用一台计算机代替若干个调节控制回路功能。
这个控制系统由于只有一台计算机而且没有分层,所以非常有利于集中控制盒运算的集中处理,并且能得到很好的反映,并且,各个控制规律都可以直接实现。
但是,如果生产过程复杂,则该系统的可靠性就很难保证了。
系统的危险性过于集中, 一旦计算机发生故障, 整个系统就会停顿。
[7]70 年代随着电子技术的飞速发展,随着大规模集成电路的出现和发展, 集散控制系统(DCS)出现,之后在此基础上,随着生产发展的需要而产生了一种更新一代的控制系统,即分布式控制系统。
典型的集散控制系统具有两层网络结构下层负责完成各种现场级的控制任务,上层负责完成各种管理、决策和协调任务。
90年代以来,随着各个学科的发展和交叉融合,随着现代大型工业生产自动化的不断兴起, 利用计算机网络作为控制工具的综合性控制系统,计算机集成系统(CIPS)应运而生。
它紧密依赖于最新发展的计算机技术、网络通信技术和控制技术,并且终将成为未来控制系统的发展趋势。
我国工业控制发展的道路是比较曲折的,20世纪80年代末到90年代初,我国市场上大都是首先引进了成套设备,在引进成套设备的同时相继引进了各种工控系统,来填充国内在这方面的不足,90年代后,在我国一批科学家的带领下,我国逐渐有了自己设计的控制系统和装置,建立自己的实验室,生产出属于自己版权的产品,然后在原有技术的基础上进行二次开发和应用,从1997年开始,大陆本土的IPC厂商开始进入该市场,IPC也随之发展成了中国第二代主流工控机技术。
微机控制第1-2章
通信
数字信号处理技术在通信领域 应用广泛，如调制解调、信道
均衡、语音编码等。
控制
数字信号处理技术可以用于控 制系统，如PID控制器、自适
应控制等。
05 微机控制系统的软件设计
微机控制系统的软件组成
实时操作系统
用于管理微机控制系统 的资源，提供多任务处
理和实时性支持。
监控软件
控制算法软件
微处理器的基本概念
微处理器是一种集成电路芯片，它包含中央处理器（CPU）和一定数量的内存，是 计算机系统的核心部件。
微处理器的主要功能是执行算术、逻辑和指令控制操作，以实现计算机程序的运行。
微处理器的发展经历了多个阶段，从早期的4位处理器到现代的64位多核处理器， 性能得到了极大的提升。
微控制器的特点与分类
输入输出接口的功能
输入输出接口的主要功能包括数据传输、信号转换、缓冲存储、设 备选择等，以确保微机与外部设备之间的可靠通信。
输入输出接口的类型
常见的输入输出接口类型包括并行接口、串行接口、定时器接口、 中断接口等，根据不同的应用需求选择合适的接口类型。
输入接口技术
模拟量输入接口
模拟量输入接口用于将模拟信号 转换为数字信号，以便微机进行 处理。常见的模拟量输入接口包 括模数转换器（ADC）和多路模
汽车电子等。
微控制器通过接收输入信号，执 行程序，输出控制信号，实现对
被控对象的精确控制。
微控制器具有可靠性高、实时性 强、成本低等优点，因此在自动 化和智能化控制领域得到了广泛
应用。
03 输入输出接口技术
输入输出接口的基本概念
输入输出接口定义
输入输出接口是微机系统中的重要组成部分，负责连接微机与外 部设备，实现数据传输和控制。
微型计算机控制技术(第2版)讲解
@输出结果根据各环节的品质状况及系统所处环境有多种多
样。
信息工程学院
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系统工作状态过渡过程的测试是通过系统响应特定输入信号 （或叫试验信号）来进行的。 阶跃信号常用的测试信号，如图1-4所示。 系统进入稳态的过渡过程及其工作特性如图1-5所示。
r(t)
1(t)
图1-4 单位阶跃输入信号
y(t) δP
特别申明：不参加实验或实验考核不及
格者不提供理论考试试卷，
强行参考者不予成绩评定。
信息工程学院
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第1章 绪 论
本章学习提要
（1）计算机控制技术经历的发展阶段；
（2）控制系统基本概念： 1. 常用概念术语， 2．常见系统术语 。
（3）控制系统5种典型工作特性 。
（4）微机控制系统体系结构：控制器和比较环 节由微型计算机取代，这是划时代的进步；。
（3）接口 在微型计算机控制系统中一般存在三类不同功能的接口，
一类介于主机与过程通道之间，用于主机与过程通道交换数字信息；
二类介于主机与交互通道之间，用于主机与交互通道交换数字信息；
三类介于主机与微机I/O设备之间，用于主机与微机I/O设备交换数字信息，在多 微机互联的微型计算机控制系统中，多微机可互按I/O设备管理。
校正环节
- yCF（t）
u（t） 执行环节 反馈环节
扰动信号 y（t）
被控对象
图1-3 闭环控制系统抽象结构图
实际控制系统除存在内外扰动外，还有系统自身存在的逻辑
死区、响应惯性等影响系统的控制效果。
当输入信号作用到系统之后，在系统的输出端并不能马上得
到响应，而只有当偏差信号大到一定程度时，系统才有输出。
微型计算机控制技术课后答案
第一章1.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成各部分作用(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.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。
4、操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何它们之间有何区别和联系(1)操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。
计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，计算出各控制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到操作指导的作用(2)直接数字控制系统(DDC系统)：DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。
锅炉微机控制技术
锅炉微机控制技术是现代锅炉控制系统中的重要组成部分，它运用微机技术对锅炉的各项参数进行监测和控制，实现智能化、自动化的运行。
锅炉微机控制技术从20世纪80年代开始发展，应用于各种类型的锅炉中，如燃煤锅炉、燃气锅炉、生物质锅炉等。
它的出现对于提高锅炉的运行效率、优化锅炉的燃烧过程、确保锅炉的安全运行等方面都起到了积极的作用。
锅炉微机控制技术主要包括以下几个方面的内容：控制系统的硬件部分、控制系统的软件开发、触摸屏人机界面、数据采集和处理系统等。
在控制系统的硬件部分中，主要包括各种传感器、执行器、运算单元等组成的硬件装置。
传感器可以实时监测锅炉的温度、压力、流量等参数，将监测到的数据传输到运算单元进行处理。
执行器则根据运算单元的指令来控制锅炉的燃烧过程、给水过程等。
锅炉微机控制系统通常采用模拟量传输和数字量传输的方式，通过模拟量传输可以实现对锅炉各项参数的精确测量和控制，而数字量传输则可以实现信号的快速传输和处理。
控制系统的软件开发是锅炉微机控制技术中的关键环节之一。
软件开发包括对锅炉运行过程的建模和仿真、编写控制算法和逻辑、编写控制程序等。
在建模和仿真过程中，可以通过计算机模拟锅炉的运行过程，分析不同参数对锅炉性能的影响，进而优化控制策略。
在编写控制程序过程中，需要根据不同类型的锅炉和运行要求来实现不同的控制策略，如PID控制、模糊控制、遗传算法等。
触摸屏人机界面是锅炉微机控制技术中的重要组成部分，它通过触摸屏实现人机交互，方便操作人员对锅炉进行监测和控制。
触摸屏人机界面通常包括图形界面、报警信息显示、参数调节等功能，操作人员可以通过触摸屏直观地了解锅炉的运行状况，调整相关参数，及时处理异常情况。
数据采集和处理系统是锅炉微机控制技术中的关键环节之一。
数据采集系统可以实时采集锅炉的各项参数，如温度、压力、流量等。
采集到的数据经过预处理后，送入运算单元进行处理。
数据处理系统通常采用现代控制理论和算法，对采集到的数据进行实时分析和处理，从而实现对锅炉的智能化控制。
微机控制技术复习.doc
微机控制技术复习一、基本概念：1、什么是计算机控制系统？它由哪几个部分组成？备部分的主要作用是什么？在计算机控制系统屮，计算机的作用主要有三个方面：1、对于复杂控制系统的控制规律的计算T作量很大，采用模拟解算装置难以实现，因而需要采用计算机进行处理。
2.用计算机的软件程序实现对控制系统的校正以保证控制系统具有所要求的动态特性。
3.由于计算机具有快速完成复杂工程计算的能力，因而可以实现对系统的最优控制、白适应控制等高级控制功能及多功能计算调节。
主机、接口电路、过程输入/输出通道、外部设备、操作台2、计算机DDC控制系统由哪儿部分组成？各部分的作用是什么？3、计算机控制系统的典型形式有哪些？各有什么优缺点？计算机操作指导控制系统直接数字控制系统(DDC)监督计算机控制系统(SCC)计算机分级控制系统集散控制系统(DCS)现场总线控制系统(FCS)计算机集成制造系统(CIMS)4、DDC与模拟控制系统相比有何优点？DDC系统屮得计算机参与闭环控制过程，它不仅能完全取代模拟控制器，实现多冋路的控制，而且不需改变%更件，只通过改变稈序就能有效的实现较复杂的控制，如前馈控制，非线性控制，白适应控制，© 优控制等。
5、SCC与DDC相比有何区别？在DDC中，对生产过程产生真接影响的被控参数的给定值是预先设定的，并且存入计算机的内存屮，该给定值不能依据过稈条件和生产工艺信息的变化及时修改。
而在SCC屮计算机根据原始工艺信息和其他参数按照生产过稈模型白动的改变模拟控制器或以DDC计算机的给定值，从而使生产过稈处于最优状态。
6、何为I/O接口？接口一般具备哪些功能？其作用是什么？主机和外设Z间交换信息的连接部件，使主机和外设能够协调工作，有效的完成信息交换。
解决主机CPU与慢速外设通信速度和时序；解决CPU和外设Z问的数据转换和匹配问题，解决CPU负载能力与外设端口选择问题7、何为I/O通道？模拟量输入通道由哪几部分组成？A/D转换器接口电路一般应完成哪些任务？计算机与控制对象Z间信息传递和变换的连接通道主要组成：信号处理装置、采样单元、采样保持器、数据放大器、A/D转换器控制电路8、微机控制系统输出通道若为电压输出，有儿种输出形式？一般过程控制采用那种输出形式？为什么？单极性电压输出方式双极性电压输出方式9、计算机与外围设备交换信息有哪几种控制方式？它们备有什么优缺点？并行通信把一个字符的各数位用几条线同时进行传输串行通信数据按位进行传送的其屮串行通信又分为全双工方式，半双工方式同步通信异步通信全双工方式数据信息能沿相反两个方向传送。
微型计算机控制技术_第1章 [兼容模式]
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《计算机控制技术》
1.2 计算机控制系统的典型形式
1.2.1 操作指导控制系统
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。
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《计算机控制技术》
1.2.2 直接数字控制（DDC）系统
闭环结构，控制的实时性好，可以控制多个回路或对象。
《计算机控制技术》
1.1.2 计算机控制系统的组成
计算机控制系统由计算机(工业控制机)和生产过程两大部分 组成。
1.工业控制机 （1）硬件组成： （2）软件组成: 系统软件；应用软件。 2.生产过程
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《计算机控制技术》
1.1.3 常用的计算机控制系统主机 1. 2. 3. 4. 5. 可编程序控制器（PLC） 工控机（IPC） 单片机 DSP 智能调节器
《计算机控制技术》
RS-232C信号状态 状态 逻辑状态 信号条件 功能 -15V＜V1＜-5V 1 传号（MARK） OFF +5V＜V1＜+15V 0 空号（SPACE） ON
RS-232C电平转换及接口电路
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《计算机控制技术》
2）USB串行通信总线
（1）具有热插拔功能 （2）USB采用“级联”方式连接各个外部设备 （3）适用于低速外设连接
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《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）。
4）Compact PCI总线
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《计算机控制技术》
2 外部总线
1）RS-232串行通信总线
微机控制技术第二章
微机控制技术第⼆章第⼆章: 过程输⼊通道与接⼝输⼊输出接⼝技术——研究微处理器和外部设备之间信息交换的技术。
外界的各种数据和信息通过输⼊设备送到微处理器，⽽微处理器将计算结果或控制信号输出外部设备，以便显⽰、打印或实现各种控制。
外部设备品种很多，有机械式的、机电式的或电⼦式的等，其原理也多种多样，各不相同。
它们在与微机系统交换信息时，往往存在着速度不匹配、数据类型不⼀样等问题，为了解决这些问题，必须设计⼀套介于主机和外部设备之间的控制逻辑部件，这就是所谓输⼊输出接⼝或简称接⼝。
I／O通道（过程通道）：是计算机和控制对象之间信息传送和变换的连接通道。
⼀、接⼝、通道及其功能(⼀)I／O接⼝电路I／O接⼝电路也简称接⼝电路。
它是主机和外围设备之间交换信息的连接部件(电路)。
或是主机和外围设备之间的信息交换的桥梁。
(⼆)I／O通道I／O通道(过程通道):是计算机和控制对象之间信息传送和变换的连接通道。
给计算机提供被控对象的各种物理参数的通道称为信号的输⼊通路。
传输计算机控制命令作⽤于被控对象的通道称为信号的输出通路。
反映(或作⽤于)⽣产过程⼯况的信号既有模拟量，也有数字量(或开关量),可是计算机识别数字信号。
所以输⼊和输出通路的主要功能就是实现模拟量与数字量之间的信号变换。
本章学习⽬的:解决微型计算机和外部的连接问题，使计算机和外部构成⼀个整体，能正确、可靠、⾼效率的交换信息，这是设计⼀个微机控制系统必须解决的基本问题。
⼆、I／O信号的种类外部设备与CPU之间交换信息，如图2—1所⽰，通常有三类信息。
(1)数据信息图2—1在微型机中，数据通常为8位或16位，它可以分为以下三种：1)数字量: 由键盘、光电输⼊机、卡⽚机等读⼊的信息⼀般是以⼆进制形式表⽰的数或以ASCII码表⽰的数或字符。
2)模拟量: 当微处理器⽤于实时控制时，⼤量的现场信息经过传感器把⾮电量转换成的电量以及执⾏机构所能接受的控制量。
3)开关量: 这些变量只有开和关两个状态，通常⽤⼀位⼆进制数来表⽰。
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。
微型计算机控制技术期末复习
微型计算机控制技术期末复习
一、微型计算机控制技术
微型计算机控制技术的核心内容包括：1)选用硬件：选用不同功能的
硬件，如单片机、多片机、DSP、微处理器等；2)编写控制程序：根据所
控制的现象和要求，编写控制程序；3)制作电路：设计电路板，安装连接
器及元件；4)接线安装：将物理装置与微型计算机控制系统通过线缆连接
起来；5)测试维修：运行调试系统，维修调试故障。
二、控制程序编程
控制程序编程是微型计算机控制技术的核心内容，是控制装置行为和
实现指定功能的关键步骤，通过良好的控制程序编写可以提高控制系统的
性能和稳定性，也是控制系统调整和维护的重要手段。
控制程序编程通常分两个阶段：1)系统架构分析：即必须清晰地认识
系统结构和功能，以确定各部分组成及工作原理；2)参数设定：即根据系
统的特点，确定系统的运行参数，最小化系统误差，使系统运行更加稳定。
微型计算机控制技术学习心得
微型计算机控制技术学习心得第一篇：微型计算机控制技术学习心得微型计算机控制技术学习心得转眼间，一个学期又过去了。
微机原理与控制技术课程已经结束了。
通过从大三下学期的微机原理与接口技术到这学期的微机原理与控制技术的学习，回想起来受益匪浅，主要是加深了对计算机的一些硬件情况和运行原理的理解和汇编语言的编写，期间也听老师讲过，微机原理这门课程是比较偏硬件一点的。
正是因为这一点我还是对它比较喜欢的，因为它和我的专业方向“机电工程”有很大的联系，在机电工程领域很多场合要应用到微机，而且是微机原理是考研复试面试时必考问的专业课，因为我要考研，本着一定要考上的心态，因此对该课程的学习还是有浓厚的兴趣和动力的。
下面谈谈这期学习该课程的心得与体会：总体介绍下这门课程的轮廓吧（也就是教学大纲）：一、课程性质与设置目的（一）课程性质微型计算机控制技术是高等院校计算机应用专业本科教学中的一门选修专业课，是从微型计算机原理到微型计算机控制，从理论到实际的必经桥梁，是着重解决和处理工程实际问题的一门课程。
在该课程的教学过程中，将课堂教学与实验教学有机结合，注意培养同学分析问题、解决问题的方法和能力。
该课程主要介绍微型计算机应用在工业控制中的各种技术，重点讲述微型机用于实时控制中的软件、硬件设计方法，以及它们之间的结合问题。
课程注重理论联系实际，从工程实际出发，在设计方法，即实验技术、操作运行、系统调试等方面对学生进行训练，为学生的毕业设计及将来的实际工作奠定基础。
（二）教学目的通过本课程的学习，可使我们对微型机在工业过程控制和智能化仪器方面的应用有个比较全面的了解，为以后的工作和毕业设计打下基础。
二、下面我对该门课程的教学内容做了一个详细的总结1.第1章微型计算机控制系统概述2.教学要点1.微型计算机控制系统的组成2.微型计算机控制系统的分类3.微型计算机控制系统的发展 3.教学内容通过对本章的学习，应当对微型计算机控制系统有一个完整的概念，具体掌握以下几方面的内容。
《微机控制技术》直流电机控制实验
实验二直流电机控制一、实验目的1．了解直流电机控制原理。
2．学习单片机控制直流电机的编程方法。
3．了解单片机控制外部设备的常用电路。
二、实验原理直流电机的转动方向是由电压的正负来控制的，电压为正时正转，电压为负则反转。
直流电机的转速是由控制脉冲的幅度或占空比来决定的，在电压允许范围内，控制电压越高或正向占空比越大，转速越快，反之则越慢。
本实验电机的控制电路是由单片机控制D/A转换器0832，在D/A的输出端辅以必要的信号调理电路产生-8V到+8V的电压来实现的，见图2-1所示。
电机的测速电路是由安装在电机转盘上的小磁芯，通过霍尔元件感应电机的转速，见图2-2所示，用单片机控制8255 读回感应脉冲，从而测算出电机的转速。
图2-1 DA转换电路图2-2 电机与测速电路原理图三、程序流程图图2－3四、实验任务与要求1、根据实验电路、编写程序、驱动直流电机运转。
2、电机运转方式为正向快转、慢转、停止、反向快转、慢转。
3、用实验箱上的数码管将电机的运转方式显示出来。
4、编制程序，利用P3.4/P3.5及霍尔元件测算出电机的转速。
（选做）五、实验方法与步骤1、将0832的CS连至系统地址CS1、KEY/LED连至系统地址CSO，拨动开关K0、K1、K2、K3、K4分别接到P1.0~P1.4以实现4种不同的电机运转方式的控制（逻辑开关K1~K4电路图如图2-4所示）：图2-4 逻辑开关电路state1: 当K0为0，其他拨动开关为1时，电机正向快转，同时让数码管显示1来表示电机正向快转；state2: 当K1为0，其他拨动开关为1时，电机正向慢转，同时让数码管显示2来表示电机正向慢转；state3: 当K2为0，其他拨动开关为1时，电机停止，同时让数码管显示0来表示电机停转；state4: 当K3为0，其他拨动开关为1时，电机反向慢转，同时让数码管显示3来表示电机反向慢转；state5: 当K4为0，其他拨动开关为1时，电机反向快转，同时让数码管显示4来表示电机反向快转；运行程序、观察电机的运转状态。
微型计算机控制技术(第2版)讲解
y(∞)
△ △
tr
tδ P
ts
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图1-5
14
tr：启动时间。
超调：y(t) > |y(∞)|称为超调，在0～tr不算． δP：表示超调信号的严重程度。
p
|
ym ax(t ) | y() y()
ymax( tf ) sup | y( tf ) | 0 t
的时间变量均采用人们公认的离散时间变量符号K。
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2. 微型计算机控制系统硬件组成
工 业 生
变送
变送 保持
采
样
A/D
装
置
过程通道
多
路 转
D/A
面 向 过
人
机
交
互
微型
通
计算
道
机
接
人 机 交 互 通 道
操 作
控 制 台
系
口
产
保持
ห้องสมุดไป่ตู้
换
程
统
过 程
开 关
通
主机
道
量
的
输
接
微
微
入
口
机
机
开 关
外
I/O
设
阻尼系统的过渡过程分为三种工作状态,即欠阻尼、临界阻尼和过 阻尼。
过阻尼工作状态相似于单调逐渐逼近或一阶系统工作状态，启动 速度变慢。
临界阻尼工作状态使系统特性处于等幅振荡特性。
关于二阶系统的阻尼特性讨论请读者参阅相关论著。
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1.2 微型计算机控制系统体系结构与特征
1．2．1 微机控制系统体系结构 1. 微型计算机控制系统一般结构
微机控制技术复习题(部分参考答案)
一、 填空题：1、8位D/A 转换器的分辩率是 满刻度值/2^8 。
2、数字调节器与模拟调节器相比更能实现 复杂 控制规律。
3、计算机具有 分时 控制能力，可实现多回路控制。
4、为了实现最少拍有波纹控制，闭环脉冲传递函数)(Z Φ中应包含)(Z G 的 所有单位圆上和单位圆外 零点，为了实现最少拍无波纹控制， 闭环脉冲传递函数)(Z Φ中应包含)(Z G 的 所有 零点。
5、按最少拍原则设计的系统是 时间 最优系统。
6、最少拍无波纹与最少拍有波纹系统相比其闭环脉冲传递函数)(Z Φ中1-Z的阶次要 高一些，调整时间要 长 一些。
7、大林把这种控制量以 1/2 的采样频率振荡的现象称为“ 振铃 ”。
8、分析结果表明：)(Z U 与)(Z R 间的脉冲传递函数表达式中，包含有Z 平面单位圆内 接近-1 的负实数极点，则会产生 振铃现象 。
9、如果按大林提出的简单修正算法来防止振铃现象，则对系统的稳态输出 无 影响，但对系统的动态性能 有 影响。
10、数字控制器的模拟化设计法是在采样周期 必须足够小，除必须满足采样定例外采样周期的变化对系统性能影响不大 的条件下使用的。
11、数字量输出保持一般有两种方案，一种是 输出通路设置一个D/A 转换器的结构形式（数字量保持方案） ，一种是 多个输出通路公用一个D/A 转换器的结构式（模拟量保持方案） ，前者与后者相比D/A 转换器 使用数量多 。
12、常用的A/D 转换器有 计数器式 ， 双积分式 ， 逐次逼近式 。
13、为了消除稳态误差，)(Z e Φ的表达式中须含有因式 (1-z^-1)^q 。
补充填空题：1、常用的I/O 控制方式是 程序控制方式 ， 中断控制方式 ，直接存储器存取方式 。
2、微型计算机控制系统中解决中断优先级的办法是 软件查询方式 ， 雏菊链法 ， 专用硬件方式 。
3、满足实时控制要求的使用条件是 所有外围设备的服务时间的总和必须小于或等于任意外围设备的最短响应时间 。
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24
存储程序计算机的工作原理
控制器按预先存放在计算机存储器中的程序 的流程自动地连续取出指令并执行之。
控制器
输入设备
运算器
输出设备
指令流
存储器
控制命令 数据流
25
程序的执行过程
程序
操作码 操作数
执行
取指令 指令译码 取操作数
PC
指令1 指令2 指令3 指令4 …… 指令n
指令周期
执行
执行指令
存结果
1. CPU如何知道从哪里取出程序的第一条指令？——操作系统OS
7
ห้องสมุดไป่ตู้
核心级——微处理器
微处理器简称CPU，是计算机的核心，
主要包括： 运算器ALU 控制器CU 寄存器组Registers(简称Regs或R) CPU实现了运算功能和控制功能
8
硬件系统级——微型计算机
以微处理器为核心，配上只读存储器(ROM)、
读写存储器(RAM)、输入/输出(I/O)接口电路 及系统总线等部件，就构成了微型计算机。
内存单 元地址
. . .
. . .
01011000
内存单 元内容
38F04H 1 0 1 1 0 1 1 0
*内存单元有时 又称为地址单元
16
(2)内存容量
即内存单元的个数，以字节Byte为单位。 注意：内存空间与内存容量的区别 内存容量：实际配置的内存大小。例：某微机配置2条 128MB的SDRAM内存条，其内存容量为256MB 内存空间：又称存储空间、寻址范围，是指微机的最大 的寻址能力，与CPU的地址总线宽度有关。
2. CPU如何按程序控制流执行指令？
3. CPU如何知道从哪里取操作数？
——程序计数器PC
——地址、寻址方式
26
（二）专业知识
1.电子电路知识 2.电机及拖动基础知识 3.自动控制技术知识 4.现代控制技术知识 （1）微机的基本组成和一般原理 （2）MCS－51系列单片机的基本知识
27
单片机基础
将CPU、存储器、I/O接口、总线等集成在一
片超大规模集成电路芯片上，称为单片微型 计算机，简称单片机。
9
系统级
以微型计算机为中心，配以相应的外围设备
以及控制微型计算机工作的软件，就构成了 完整的微型计算机系统。
微型计算机如果不配有软件，通常称为裸机 软件分为系统软件和应用软件两大类。
18
(4) 内存储器的分类
读写存储器或随机存取存储器（RAM）
可读可写 易失性，临时存放程序和数据
只读存储器（ROM）
工作时只能读 非易失性，永久或半永久性存放信息
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（三）主机硬件系统—输入/输出接口
简写为I/O接口，是CPU与外部设备间的
桥梁
I/O 接口
CPU
外设
20
接口的功能
MCS—51系列单片机基本结构 MCS—51单片机的存储器配置 MCS—51单片机的指令系统概述
28
MCS—51系列单片机基本结构
图2―1 MCS—51系列单片机内部结构框图
29
图2―2 MCS—51系列单片机内部结构简化框图
30
MCS—51系列单片机内部结构及功能部件
按其功能部件划分可以看出, MCS—51系列单
(a) 管脚图； (b) 引脚功能分类
34
1. 主电源引脚Vcc和Vss VCC（40脚）: 接+5 V电源正端; VSS（20脚）: 接+5 V电源地端。 2. 外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1（19脚）: 接外部石英晶体的一端。 在单片 机内部, 它是一个反相放大器的输入端, 这个放大器构成 了片内振荡器。 当采用外部时钟时, 对于HMOS单片机, 该引脚接地; 对于CHMOS单片机, 该引脚作为外部振荡 信号的输入端。 XTAL2（18脚）: 接外部晶体的另一端。 在单片机 内部, 接至片内振荡器的反相放大器的输出端。 当采用 外部时钟时, 对于HMOS单片机, 该引脚作为外部振荡信 号的输入端; 对于CHMOS芯片, 该引脚悬空不接。
• 有关内存储器M的几个概念
(1) 内存单元的地址和内容 (2) 内存容量 (3) 内存的操作 (4) 内存的分类
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(1)内存单元的地址和内容
内存包含有很多存储单元(每个内存单元包含8bit)， 为区分不同的内存单元，对计算机中的每个内存 单元进行编号，内存单元的编号就称为内存单元 的地址。 Bit 7 6 5 4 3 2 1 0
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表2―3 P3口第2功能表
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MCS—51单片机存储器配置
MCS—51 单片机存储器的分类从物理结构上 可分为 : 片内、 片外程序存储器（ 8031 和 8032没有片内程序存储器）与片内、 片外数 据存储器4个部分; 从寻址空间分布可分为: 程 序存储器、 内部数据存储器和外部数据存储 器 3大部分 ; 从功能上可分为 : 程序存储器、 内部数据存储器、 特殊功能寄存器、 位地址 空间和外部数据存储器5大部分。
提供驱动外设的电压或电流； 匹配计算机与外设之间的信号电平、速度、信号类型、 数据格式等； 缓存CPU发给外设的数据、控制命令 和外设提供的运行状态信息； 提供两者间数据传递控制方式: DMA控制、中断控制 (还有无条件、查询）。
21
（四） 主机硬件系统——总线BUS
连接多个功能部件的一组公共信号线
17
(3) 内存操作
读：将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改变； 写：CPU将信息放入内存单元，单元中原内容被覆盖； 刷新：对CPU透明，仅动态存储器有此操作 内存的读写的操作步骤为： CPU把要读写的内存单元的地址放到AB上 若是写操作， CPU紧接着把要写入的数据放到DB上 CPU通过CB发出读写命令 数据被写入指定的单元或从指定的单元读出到DB 若是读操作， CPU紧接着从DB上取回数据 参见P30图2-5
地址总线AB：用来传送CPU输出的地址信号，确
定被访问的存储单元、I/O端口。
地址线的根数决定了CPU的寻址范围。
CPU的寻址范围 = 2n， n--地址线根数
数据总线DB：在CPU与存储器、I/O接口之间数据
传送的公共通路。数据总线的条数(字长)决定CPU 一次最多可以传送的数据宽度。
控制总线CB：用来传送各种控制信号,如读、写等
10
一、微型计算机的基本结构
1. 微型计算机的硬件系统 微处理器（CPU） 存储器(M) 输入/输出接口(I/O接口) 总线(BUS)
11
微型计算机的概念结构
地址总线 AB
C P U
存 储 器
I/O 接 口
输 入 设 备
I/O 接 口
输 出 设 备
I/O 接 口
数据总线 DB 控制总线 CB
AB: Address Bus DB: Data Bus CB: Control Bus
3
微型计算机系统的三个层次
微 型 计算机 (主机)
ALU 微 处 理 器 寄存器 控制器 CPU 存储器 I/O接口 总线 键盘、鼠标 显示器 软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪
硬件系统 微 型 计算机 系 统 软件系统
外 设 系统软件 应用软件
4
微型计算机及其组成
5
微型计算机：是指由CPU、存储器、输入输出接口 电路和系统总线构成的裸机。 内部存贮器，按照读写方式的不同，分为ROM和 RAM两种类型； 输入/输出接口电路是外围设备与微型计算机之间 的连接电路，在两者之间进行信息交换的过程中， 起暂存、缓冲、类型变换及时序匹配的作用； 总线是CPU与其它各功能部件之间进行信息传输的 通道，按所传送信息的不同类型，总线可以分为数 据总线DB、地址总线AB和控制总线CB三种类型。
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4. 输入/输出（I/O）引脚P0口、 P1口、 P2口及P3口 （1） P0口（39脚～32脚）: P0.0～P0.7统称为P0口。 （2） P1口（1脚～8脚）: P1.0～P1.7统称为P1口, 可作 为准双向I/O接口使用。 （3） P2口（21脚～28脚）: P2.0～P2.7统称为P2口, 一般可作为准双向I/O接口。 （4） P3口（10脚～17脚）: P3.0～P3.7统称为P3口。
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单片机外部引脚说明 MCS—51 系列单片机芯片均为 40 个 引脚, HMOS工艺制造的芯片采用双列直 插（DIP）方式封装, 其引脚示意及功能 分类如图2―3所示。 CMOS工艺制造的 低功耗芯片也有采用方型封装的, 但为44 个引脚, 其中4个引脚是不使用的。
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图2―3 MCS—51系列单片机引脚及总线结构
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4个8位并行输入输出I/O接口: P0口、 P1口、 P2口、 P3口（共32线）, 用于并行输入或输出数据。 1个串行I/O接口。 2个（MCS—52子系列为3个）16位定时器/计数器。 1个具有5个（MCS—52子系列为6个或7个）中断源, 可 编程为2个优先级的中断系统。 它可以接收外部中断 申请, 定时器/计数器中断申请和串行口中断申请。
（二）专业知识
1.电子电路知识 2.电机及拖动基础知识 3.自动控制技术知识 4.现代控制技术知识 （1）微机的基本组成和一般原理
1
微型机的基本结构
掌握： 微机系统的基本组成 微型机的工作原理 微机8088的存储器组织