第9章数字控制器案例
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计算机控制技术chapter9
绿 红
P1.1 P1.0
PSEN T0
T1
P1.3
EA
WR
RD P3.3
.
... .
9.3.1 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
.
.. .
键盘与显示
过零信号发生器
MC 14528
LM311
~220V
..
.
.
光 耦
驱 动 器
74LS00TIL117
加热丝
变送器
热电偶
图9-2 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。
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9-1 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。
第九章 智能控制的应用实例
20
9.1智能控制在电气传应模糊控制
College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.
21
9.1智能控制在电气传动中的应用
9.1.4基于递归模糊神经网络的感应电机无速度传感器矢量控制
College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.
19
9.1智能控制在电气传动中的应用
9.1.3无速度传感器感应电机矢量控制系统的自适应模糊控制
College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.
College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ. 23
9.1智能控制在电气传动中的应用
9.1.4基于递归模糊神经网络的感应电机无速度传感器矢量控制
图9.35 简化的基于RFNN的异步电机矢量控制系统结构
College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ. 24
9.1.2基于小波神经网络定子电阻估计器的模糊直接转矩控制
控制系统 总体结构
College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ.
10
9.1智能控制在电气传动中的应用
9.1.2基于小波神经网络定子电阻估计器的模糊直接转矩控制
图9.21 小波神经网络定子电 阻估计器的MSE曲线
College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ. 29
第9章DMA微型计算机原理与接口技术
通道选择 00：通道0 01：通道1 10：通道2 11：通道3 传输类型 00：M M校验 01：I/O M写 10：M I/O读 11：无意义 自动预置 0：禁止，1：允许。在自动预置时，当计数器计数到0时，当前地 址寄存的值和当前计数寄存器的值会被基地址寄存器和基计数寄存 器的值预置。
地址增减选择 0：地址减1 1：地址加1
5、8237内部寄存器
寄存器名 基地址寄存器 基字节数计数器 现行地址寄存器 现行字节数计数器 临时地址寄存器 临时字节数计数器 状态寄存器 命令寄存器 临时寄存器 模式寄存器 屏蔽寄存器 请求寄存器
位数（位） 16 16 16 16 16 16 8 8 8 6 4 4 4 4 4 4 4 4 1 1 1 4 1 1
0：无扩展写信号 1：扩展写
0：普通时序， 1：压缩时序
D0=1，表示存储器到存储器的数据传送，此时，由通道0发出软件 DMA请求，规定通道0从源内存地址读取数据到暂存器。再由通道1把暂存器 的数据写到目的内存单元。 M M的操作需要2个DMA周期。
9、请求寄存器 8237的每个通道有一条硬件的DREQ请求线，当工作在数据块传送方式 8237的每个通道有一条硬件的DREQ请求线，当工作在数据块传送方式 时，也可以由软件发出DREQ请求，即请求该通道进行DMA操作。所以，在8237 时，也可以由软件发出DREQ请求，即请求该通道进行DMA操作。所以，在8237 中有一种请求寄存器。 每个通道的软件请求可以分别设置。软件请求是非屏蔽的，它们的优 先权同样受优先权逻辑的控制。 软件请求标志在DMA复位或EOP有效时，会自动清0 软件请求标志在DMA复位或EOP有效时，会自动清0。 在对通道进行DMA软请求时，D2=1表示请求标志置1，否则置0 在对通道进行DMA软请求时，D2=1表示请求标志置1，否则置0 。 D1D0：对通道进行选择。 D1D0：对通道进行选择。
第9章+微型计算机控制系统应用实例
图9-8 阀门定位器的控制原理图
转换成为
9.2信.2号系；统电压的信控号制，要能求够采集阀位反响回来的模拟
最〔后有阀2〕以根门下能定据几位对点器以：对上单采片集机到控制的系信统号的进设行计运要求算、整理， 偏差的大小输出连续信号或一定宽度的脉
冲来控制 压电阀；
〔3〕利用数码管能现场显示输入的参数以及阀 门开度； 〔4〕利用按键能在现场对阀门的工作流量特性 的参数，
表内非易失性内存芯片与IC卡内芯片一样，即 AT24C02〔2〕。煤气表中诸如累积已耗用气量、结 余气量、购气次数等重要数据都存放在AT24C02〔2〕
这样可克服由充电电池长期维持RAM中的信息所潜在的不可靠性。 AT24C02仅有8条引脚，串行通信只用两根口线，做成IC卡时,外接连线 少，作为非易失性内存更是比采用并行EEPROM减少许多连线，PCB布 线更简洁，体积更小。IC卡煤气表中所需存取的重要数据少，且数据存 取速度要求不高，故这种小容量的串行EEPROM非常适用。AT24C02是 I²C总线结构器件，87C51非此类器件，这就要求87C51通过编程使其 P1.0和P1.1完全遵循I²C总线时序及AT24C02的数据传送格式，去分别等 效串行数据线SDA和串行时钟SCL，从而实现两者的通信。
第9章 微型计算机控制系统应用实例
9.1 微型机在煤气表机心负压试漏中的应用 9.2 微型机在阀门定位器中的应用 9.3 IC卡智能煤气表的设计 9.4 微型机实现电加热锅炉系统的自动控制 9.5 单片机与微机RS-485通信 9.6 微机控制的公共汽车自动报站系统 9.7 温度控制系统的设计
9.1.1 煤气表机心负压试漏原理
首先，把煤气表出气口密封住，然后翻开控 制负压的电磁阀，这时高速流动的压缩空气，经 负压阀产生负压，把表内的气体往外抽，表内形 成负压，同时斜管压力计液面往上升，当抽到设 定值时〔煤气表工艺要求斜管压力计显示 270Pa〕，即光电管所在的位置时，关闭电磁阀， 这时斜管压力计的液面要继续往上升，停在一个 确定的位置。如果在规定的时间内〔一般工艺要 求６s〕，斜管压力计的液面不回落到光电管所在 的位置，那么表的密封性好，不漏；相反，表的 密封性不好，漏。
转换成为
9.2信.2号系；统电压的信控号制，要能求够采集阀位反响回来的模拟
最〔后有阀2〕以根门下能定据几位对点器以：对上单采片集机到控制的系信统号的进设行计运要求算、整理， 偏差的大小输出连续信号或一定宽度的脉
冲来控制 压电阀；
〔3〕利用数码管能现场显示输入的参数以及阀 门开度； 〔4〕利用按键能在现场对阀门的工作流量特性 的参数，
表内非易失性内存芯片与IC卡内芯片一样，即 AT24C02〔2〕。煤气表中诸如累积已耗用气量、结 余气量、购气次数等重要数据都存放在AT24C02〔2〕
这样可克服由充电电池长期维持RAM中的信息所潜在的不可靠性。 AT24C02仅有8条引脚，串行通信只用两根口线，做成IC卡时,外接连线 少，作为非易失性内存更是比采用并行EEPROM减少许多连线，PCB布 线更简洁，体积更小。IC卡煤气表中所需存取的重要数据少，且数据存 取速度要求不高，故这种小容量的串行EEPROM非常适用。AT24C02是 I²C总线结构器件，87C51非此类器件，这就要求87C51通过编程使其 P1.0和P1.1完全遵循I²C总线时序及AT24C02的数据传送格式，去分别等 效串行数据线SDA和串行时钟SCL，从而实现两者的通信。
第9章 微型计算机控制系统应用实例
9.1 微型机在煤气表机心负压试漏中的应用 9.2 微型机在阀门定位器中的应用 9.3 IC卡智能煤气表的设计 9.4 微型机实现电加热锅炉系统的自动控制 9.5 单片机与微机RS-485通信 9.6 微机控制的公共汽车自动报站系统 9.7 温度控制系统的设计
9.1.1 煤气表机心负压试漏原理
首先，把煤气表出气口密封住，然后翻开控 制负压的电磁阀，这时高速流动的压缩空气，经 负压阀产生负压，把表内的气体往外抽，表内形 成负压，同时斜管压力计液面往上升，当抽到设 定值时〔煤气表工艺要求斜管压力计显示 270Pa〕，即光电管所在的位置时，关闭电磁阀， 这时斜管压力计的液面要继续往上升，停在一个 确定的位置。如果在规定的时间内〔一般工艺要 求６s〕，斜管压力计的液面不回落到光电管所在 的位置，那么表的密封性好，不漏；相反，表的 密封性不好，漏。
第九章 可编程控制器的原理及应用
例如C56即表示该种型号的可编程控制器 有56个I/O点。其中32个输入点，24个输出点。 由于FP1系列可编程控制器的输入／输出点数 较少，所以FP1系列属小型机。
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二、FP1系列PLC的编程元件
输入继电器（X） 输入继电器是PLC接收外部开关量信号的 窗口。它的动合触点、动断触点取用次数不限。 输入继电器的状态唯一取决于外部输入信号的 状态。
动0 合触S点T X0X从0 左母X线0闭开合始 驱1 动输O出T继Y电0器线Y圈0接Y0通 动2 断触S点T/X1X从1 左母X线1断开开始 驱3 动输O出T继Y电1器线Y圈1接Y1通 驱4 动输O出T继R电1器线R圈1接R1通 动5 合触S点T 从R左1母线R开1触始点闭合 驱6 动输O出T继Y电2器线Y圈2接Y2通
计数器（C）
计数器（C）的触点是计数器指令（CT） 的输出。如果计数器指令计数完毕，则其动合 触点闭合，动断触点断开。
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三、FP1系列PLC的主要性能 以FP1系列的C56为例 1. I／O点数32／24 程序容量 5000步 扫描速度 1.6msK 指令数 基本指令81 高级指令111
返回
2. I／O地址分配 X为I/O区的输入继电器，Y为I/O区的输出继
解：
X0 X1 Y0
Y1
返回
3．或（OR）、或非（OR/）指令
ORO：R、并O联R动/ 合用触于点单的个连触接点指与令前。面电路的并联， 并O联R/点：的并左联端动从断母触线点（时或的S连T接、指ST令/点。）开始，右 端与前面一条指令对应触点的右端相连。
指令
梯形图
语句表
0 ST X3
OR
1 OR Y4
有很好的柔性。 4. 体积小、重量轻、功耗低。
返回
二、FP1系列PLC的编程元件
输入继电器（X） 输入继电器是PLC接收外部开关量信号的 窗口。它的动合触点、动断触点取用次数不限。 输入继电器的状态唯一取决于外部输入信号的 状态。
动0 合触S点T X0X从0 左母X线0闭开合始 驱1 动输O出T继Y电0器线Y圈0接Y0通 动2 断触S点T/X1X从1 左母X线1断开开始 驱3 动输O出T继Y电1器线Y圈1接Y1通 驱4 动输O出T继R电1器线R圈1接R1通 动5 合触S点T 从R左1母线R开1触始点闭合 驱6 动输O出T继Y电2器线Y圈2接Y2通
计数器（C）
计数器（C）的触点是计数器指令（CT） 的输出。如果计数器指令计数完毕，则其动合 触点闭合，动断触点断开。
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三、FP1系列PLC的主要性能 以FP1系列的C56为例 1. I／O点数32／24 程序容量 5000步 扫描速度 1.6msK 指令数 基本指令81 高级指令111
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2. I／O地址分配 X为I/O区的输入继电器，Y为I/O区的输出继
解：
X0 X1 Y0
Y1
返回
3．或（OR）、或非（OR/）指令
ORO：R、并O联R动/ 合用触于点单的个连触接点指与令前。面电路的并联， 并O联R/点：的并左联端动从断母触线点（时或的S连T接、指ST令/点。）开始，右 端与前面一条指令对应触点的右端相连。
指令
梯形图
语句表
0 ST X3
OR
1 OR Y4
有很好的柔性。 4. 体积小、重量轻、功耗低。
第9章_1_1中断控制向量、DMA控制器
5. 中断服务寄存器 中断服务寄存器ISR 这是一个8位寄存器 位寄存器， 这是一个 位寄存器，用来记录正在处理中的中断请 当任何一级中断被响应， 求。当任何一级中断被响应，CPU正在执行它的中 正在执行它的中 断服务程序时， 寄存器中相应位置“ ， 断服务程序时，ISR寄存器中相应位置“1”，一直 寄存器中相应位置 保持到该级中断处理过程结束为止。 保持到该级中断处理过程结束为止。多重中断情况 ISR寄存器中可有多位被同时置 1”。 寄存器中可有多位被同时置“ 下，ISR寄存器中可有多位被同时置“1”。 6. 中断屏蔽寄存器 中断屏蔽寄存器IMR 这是一个8位寄存器 位寄存器， 这是一个 位寄存器，用来存放对各级中断请求的屏 蔽信息。当该寄存器中某一位置“ 时 蔽信息。当该寄存器中某一位置“1”时，表示禁止 这一级中断请求进入系统，通过IMR寄存器可实现 这一级中断请求进入系统，通过 寄存器可实现 对各级中断的有选择的屏蔽。 对各级中断的有选择的屏蔽。
图9.19
图9.20
1. 数据总线缓冲存储器 这是8253与CPU之间的数据接口，它由 位双向三态 之间的数据接口， 这是 与 之间的数据接口 它由8位双向三态 缓冲存储器构成， 缓冲存储器构成，是CPU与8253之间交换信息的必 与 之间交换信息的必 经之路。 经之路。 2. 读/写控制电路 写控制电路 接收CPU送入的读 写控制信号，并完成对芯片内部 送入的读/写控制信号 接收 送入的读 写控制信号， 各功能部件的控制功能，因此，它实际上是8253芯 各功能部件的控制功能，因此，它实际上是 芯 片内部的控制器。可接收的控制信号如下： 片内部的控制器。可接收的控制信号如下： (1) A1A0——端口选择信号，由CPU输入。8253内部 端口选择信号， 输入。 端口选择信号 输入 内部 个独立的通道和一个控制字寄存器， 有3个独立的通道和一个控制字寄存器，它们构成 个独立的通道和一个控制字寄存器 8253芯片的 个端口，CPU可对 个通道进行读 写 芯片的4个端口 可对3个通道进行读 芯片的 个端口， 可对 个通道进行读/写 操作，对控制字寄存器进行写操作。 操作，对控制字寄存器进行写操作。这4个端口地 个端口地 址由最低2位地址码 位地址码A 来选择。 址由最低 位地址码 1Ａ0来选择。
第9章 可编程控制器模块的故障诊断与维修
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9.1 概述
4． PLC的主要功能 ． 的主要功能 （1）顺序控制功能 是指用PLC的与、或、非指令取代继电 ） 是指用 的与、 的与 器触点串联、并联及其它各种逻辑连接，进行开关控制。 器触点串联、并联及其它各种逻辑连接，进行开关控制。 （2）运动控制功能 是指通过高速计数模块和位置控制模块 ） 等进行单轴或多轴控制。 等进行单轴或多轴控制。 是指通过PLC的智能 的智能PID控制模块实现 （3）过程控制功能 是指通过 ） 的智能 控制模块实现 对温度、压力、速度、流量等流量参数的闭环控制。 对温度、压力、速度、流量等流量参数的闭环控制。
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9.1 概述
①硬件措施主要有：屏蔽、滤波、电源调整与保护、联锁、模 硬件措施主要有：屏蔽、滤波、电源调整与保护、联锁、 块化结构、环境检测与诊断电路等。 块化结构、环境检测与诊断电路等。 软件措施主要有：自诊断程序、故障检测、 ②软件措施主要有：自诊断程序、故障检测、信息保护与恢复 等。
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9.1 概述
（3）控制程序可变，具有很好的柔性 ）控制程序可变， 在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改 在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下， 变PLC的硬件设备，只需改变用户程序就可满足要求。PLC 的硬件设备，只需改变用户程序就可满足要求。 的硬件设备 除用于单机控制外，在FMC、FMS和FA中也被大量采用。 除用于单机控制外， 、 和 中也被大量采用。 中也被大量采用
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9.1 概述
（7）步进控制功能 是指用步进指令来实现有多道加工工序 ） 的控制，只有前一道工序完成后， 的控制，只有前一道工序完成后，才能进行下一道工序操作 的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。 的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。 （8）定时、计数控制功能 是指用PLC提供的定时器、计数 ）定时、 是指用 提供的定时器、 提供的定时器 器指令实现对某种操作的定时或计数控制， 器指令实现对某种操作的定时或计数控制，以取代时间继电 器和计数继电器。 器和计数继电器。 是指通过D/A、A/D模块完成模拟量 （9）数模转换功能 是指通过 ） 、 模块完成模拟量 和数字量之间的转换。 和数字量之间的转换。
微机原理与接口技术9章(DMA控制器)
DMA控制器8237A
• 8237的引脚
– 其他
• EOP ：双向，当字节数计数器减为0时，在 上输出一个有效的低电平脉冲，表明DMA传 送已经结束；也可接收外部的信号，强行结 束8237的DMA操作或者重新进行8237的初始 化 • CLK：时钟信号输入，对于标准的8237，其输 入时钟频率为3MHz • READY：输入，高电平表示传送准备好。可用 来在DMA传送周期中插入等待状态 • RESET：输入，复位信号。芯片复位时，屏蔽 寄存器被置1，其他寄存器均清零，8237工作 于空闲周期SI
– DMAC是控制存储器和外设之间直接高速传送数 据的硬件 – DMAC应具备的功能
• 能接受外设的DMA请求信号，并向外设发出DMA响 应信号 • 能向CPU发出总线请求信号，当CPU发出总线保持响 应信号后，能够接管对总线的控制权 • 能发出地址信息，对存储器寻址并修改地址 • 能向存储器和外设发出读/写控制信号 • 能控制传输的字节数，并判断传送是否结束 • 能发出DMA结束信号，DMA传送结束后，能释放总 线，让CPU重新获得总线控制权
DMA控制器8237A
• 8237的引脚
– 读写控制信号
• MEMR、MEMW：输出信号，控制对存储器的 读写 • IOW 、IOR ：双向信号
– 输入信号：CPU向8237写控制字或读8237状态 – 输出信号：8237控制对外设的读写
DMA控制器8237A
• 8237的引脚
– 数据地址信号
• DB0~DB7：既是CPU向8237的数据通道（输入或输出）；主动状 态时为向存储器输出的高8位地址A8~15 • A0~7：分两部分 – A0~3为双向，由CPU输入时选择8237的端口 – 输出时A0~3和A4~7一起输出存储器低8位地址 • ADSTB：正脉冲输出，地址选通信号，将DB0~7中的高8位地址信 号锁存到外部锁存器中 • AEN：高电平输出，地址输出允许，由它把锁存在外部锁存器中 的高8位地址送入系统的地址总线，同时禁止其它系统驱动器使 用系统总线 • CS ：输入信号，片选信号
第9章 单片机应用系统设计实例
9.1.3
控制程序：功能模块设计
程序共使用三个定时器。其中，T0和T1配合产生一路PWM波，T0决定 PWM波的频率，设计值为20KHz，T1决定PWM波的占空比；T2用于产生定时 中断，并决定控制周期，设计值为1ms。已知单片机外部晶振频率为16MHz，
根据第4章介绍的定时器配臵方法可得：T0工作在8位自动重装方式，定时
（1）初始化模块 初始化模块包括堆栈及中断初始化、定时器初始化以及变量初始化。 在堆栈及中断初始化中，关键是对中断控制字的配臵，包括： MOV MOV MOV SP, #7FH IE, #00101010B IP, #00001010B
本例将单片机内部数据存储器的80H～0FFH单元作为堆栈，因此，堆 栈指针被初始化为7FH。对IE的配臵表示允许T0、T1、T2中断。对IP的配 臵表示定义T0、T1为高优先级中断，T2为低优先级中断。
9.1.3
1.
磁悬浮球演示系统的控制程序设计
控制程序总体设计 （1）程序总体结构 单片机上电后，首先执行初始化程序，然后启动定时器并进入主循环，
等待定时中断。在主循环内，单片机反复从P1口读取用户指令，修改控制 器参数Ka、Kv、Kp和Ki。 本系统使用AT89C52的所有3个定时中断。其中，T0和T1中断配合产生 一路PWM信号；而T2则用于产生控制中断，并在T2中断服务程序中执行悬 浮控制算法，主程序和T2中断服务程序的流程见下图所示。
参数，选取得当即可实现小球的稳定悬浮。通常，这些参数应在编程之 前计算出来，而在编写程序时，它们都是常数。
9.1.2
磁悬浮球演示系统的电路设计
磁悬浮球演示系统的电路由单片机控制电路、A/D转换器及功率 放大电路等三部分组成。其单片机控制电路和A/D转换器电路如下图 所示。
Multisim电子电路仿真教程(朱彩莲)-第9章
分别在各端口接入输入输出端口注意端口的左右放置朝左放置是输入端口朝右放置是输出端口然后将电路全选选择placereplacesubcircuit菜单命令在弹出的对话框中输入子电路名称statecontrol创建的子电路如图923b所示rc1是来自减法计数器的控制脉冲输入端q电子综合设计实例图923交通灯状态控制器电子综合设计实例2状态译码器设计及仿真调试主支干道上红黄绿信号灯的状态主要取决于状态控制器的输出状态
输入
LT RBI ××
DCBA ××××
0×
××××
10
0000
11 1×
0000 0001
1×
0010
1×
0011
1×
0100
1×
0101
1×
0110
1×
0111
1×
1000
1×
1001
BI/RBO 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
输出 OA OB OC OD OE OF OG 0 0 0 00 0 0 1 1 1 11 1 1 0 0 0 00 0 0 1 1 1 11 1 0 0 1 1 00 0 0 1 1 0 11 0 1 1 1 1 10 0 1 0 1 1 00 1 1 1 0 1 10 1 1 0 0 1 11 1 1 1 1 1 00 0 0 1 1 1 11 1 1 1 1 1 00 1 1
第9章 电子综合设计实例 图9-2 晶体振荡器
第9章 电子综合设计实例
2) 分频器设计 石英晶体振荡器产生的频率很高，要得到秒信号需采用分 频电路。分频器的级数和每级的分频次数要根据晶体振荡器产 生的信号频率来确定。如图9-2所示电路产生的输出信号频率 为1 MHz，需经过6级十分频电路分频后才可得到秒信号。分 频器电路如图9-3所示，电路中十分频电路采用的是十进制计 数器74LS160，从计数器进位端输出的信号频率是时钟频率的 十分之一，将前级的输出接到后级的输入，经过6级十分频后， 就可以得到1 Hz的秒脉冲信号。
输入
LT RBI ××
DCBA ××××
0×
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BI/RBO 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
输出 OA OB OC OD OE OF OG 0 0 0 00 0 0 1 1 1 11 1 1 0 0 0 00 0 0 1 1 1 11 1 0 0 1 1 00 0 0 1 1 0 11 0 1 1 1 1 10 0 1 0 1 1 00 1 1 1 0 1 10 1 1 0 0 1 11 1 1 1 1 1 00 0 0 1 1 1 11 1 1 1 1 1 00 1 1
第9章 电子综合设计实例 图9-2 晶体振荡器
第9章 电子综合设计实例
2) 分频器设计 石英晶体振荡器产生的频率很高，要得到秒信号需采用分 频电路。分频器的级数和每级的分频次数要根据晶体振荡器产 生的信号频率来确定。如图9-2所示电路产生的输出信号频率 为1 MHz，需经过6级十分频电路分频后才可得到秒信号。分 频器电路如图9-3所示，电路中十分频电路采用的是十进制计 数器74LS160，从计数器进位端输出的信号频率是时钟频率的 十分之一，将前级的输出接到后级的输入，经过6级十分频后， 就可以得到1 Hz的秒脉冲信号。
第九章 中断控制器8259A(9.1)
中断类型码:
D7D6D5D4D3 D2D1D0 0 0 0 0 0 1 … 1 1 1
2. 优先级的管理方式
(1)完全嵌套方式
在对8259进行初始化后,没有设置其它优先级方式, 则自动按此方式工作.即这是8259A默认的优先权设置方 式，在全嵌套方式下，8259A所管理的8级中断优先权是 固定不变的，其中IR0的中断优先级最高，IR7的中断优 先级最低。 特点:在全嵌套方式中，中断请求按优先级IR0~IR7级 进行处理，IR0级中断的优先级最高。 当一个中断被响应时，中断类型码被放到数据总线上， ISR中的对应位ISn被置1,然后进入中断服务程序。一般情 况下（除了中断自动结束方式外），在CPU发出中断结束 命令（EOI）前，此对应位一直保持“1”。
4.
结束中断处理的方式（EOI）
（1）中断自动结束方式： 用于系统中只有一片8259A，多个中断不会嵌 套的情形。系统一进入中断处理，就将当前中断服 务寄存器ISR的对应位清除。对8259A来说，好像已 经结束了当前中断。 在命令字ICW4中将AEOI（D1）位置“1”。 （2）一般的中断结束方式： 用在全嵌套的情形。 CPU用OUT指令往8259A偶地址发一个EOI命令， 8259A将使ISR最高非零IS位清0。结束当前正在处理 的中断。
⑦优先权判别器PR：用以比较正在处理的中断和刚刚进 入的中断请求之间的优先级别，以决定是否产生多重中断 或中断嵌套。 ⑧ 控制逻辑电路：对整个芯片内部各部件的工作进行协 调和控制。
9.1.2、8259A芯片的工作方式
8259A有多种工作方式，这些工作方式， 可以通过编程设置或改变。 下面，我们进行分类介绍。
CPU响应中断后， 请求中断的中断源 中，优先级最高的 中断源，在中断服 务寄存器ISR中的相 应位置位，而且把 它的中断矢量送至 系统数据总线，在 此中断源的中断服 务完成之前，与它 同级或优先级低的 中断源的中断请求 被屏蔽只有优先级 比它高的中断源的 中断请求才是有效 的，从而出现中断 嵌套。
第九章中断控制器计时定时控制器及DMA控制器
（3） 优先级自动循环方式
采用这种方式，各中断源优先级是循环变化的，主要用在系统
中各中断源优先级相同的情况下。一个设备的中断服务完成后，其
优先级自动降为最低，而将最高优先级赋给原来比它低一级的中断 请求。
开始时，优先级队列还是IR0，IR1，IR2，IR3，IR4，IR5，IR6，
IR7(IR0最高，IR7最低)；若此时出现了IR0请求，响应IR0并处理完
接高电平，从片的该引脚接低电平。
9.1.2 8259A的工作方式
1.中断优先级管理方式 （1）全嵌套模式
也称固定优先级方式。在这种方式下，由IR端 引入的中断请求具有固定的优先级，IR0最高， IR7最低。8259A的默认方式。
当一个中断请求被响应时，ISR中的对应位ISn 被置1，8259A把中断类型号放到数据总线上，然 后进入中断服务程序。一般情况下(除中断自动 结束方式外)，在CPU发出中断结束命令前，此对 应位一直保持为1，以封锁同级或低级的中断请 求，但并不禁止比本级优先级高的中断请求。
CPU收到中断请求后，若IF=1，则CPU完成当前指 令后响应中断，即执行两个中断响应周期，在 INTA 引脚上发出两个负脉冲。 8259A收到第一个负脉冲后，使IRR锁存功能失效， 不接受IR0～IR7上的中断请求信号；直到第二个负脉 冲结束后，才又使IRR锁存功能有效，并清除IRR的相 应位，使ISR的对应位置1，以便为优先级判别器以后 的判别提供依据。 收到第二个负脉冲后，8259A把当前中断的中断 类型号送到D7～D0，CPU根据此类型号进入相应的中断 服务程序。在中断服务程序结束时向8259A发中断结 束命令，该命令将ISR寄存器的相应位清0，中断处理 结束。
正在处理的中断(即最后一次被响应和处理的中断)，
数控技术第9章分布式数字控制技术
第9章分布式数字控制技术9.1 概述DNC是用一台或多台计算机，对多台数控机床实施综合控制的一种方法，是以数控机床为基础的机械制造系统的一个重要发展。
DNC系统与单机数控机床相比，避免了程序传输繁琐缺陷，增加了控制功能，提高了设备的利用率，改善了管理。
与后一章的FMS相比，DNC系统的自动化程度虽然较低，但它在信息与控制功能的集成方面，与FMS接近，所需的资金和技术投入也较小，更容易为中、小企业接受，能产生较大的效益。
而且，根据企业需求，DNC系统能够很容易成为FMS或CIMS的一个基本组成部分。
由于这些特点，DNC 在国内外得到了较普通的应用和发展。
9.1.1 DNC的产生从20世纪60年代后期出现DNC系统到20世纪70年代初，DNC系统处于发展的初期。
当时的DNC是指直接数字控制（Direct Numerical Control），也有人称它为“群控”。
美国电子工业协会（EIA）对DNC系统定义为：“DNC系统是一个按要求向各台数控机床分配数据，并将一组数控机床与存储零件程序或机床程序的公用存储器连接起来的系统”。
这就是说，在DNC系统中，数控系统中最不可靠的环节（纸带阅读机）不再存在，数控机床通过数据通信线与DNC系统主机相连接。
数控加工程序存储在DNC系统主机的存储器中，并在需要时通过数据通信线送至各数控机床。
DNC系统也包含了收集和处理从机床反馈给计算机的数据。
DNC系统允许数控机床与远程主机相连接，这样，程编人员可以在任何地方编制数控加工程序，并通过网络把程序输入到主机中，而不必在数控机床边上编制零件加工程序。
因此，DNC系统出现以后，在美国的一些企业中很快被采用。
但当时建立这样一个DNC系统的初始投资很大，而且系统的管理和控制都集中在一台主机上，一旦数据通信线或主机发生故障，就会影响整个DNC系统的工作。
因此，早期的DNC系统的实际使用情况并不理想，没有达到预期的效果。
20世纪70年代，随着CNC数控系统的普及，计算机价格大幅度下降和软件技术的发展、完善，机械制造系统中开始产生了分级的DNC系统。
第九章 可编程计数器与定进控制器8253(9.2)
SC1 SC0 RW1 RW0 M2
M1
M0 BCD
1--计数值为BCD码格式 0--计数值为二进制格式 M2 M1 0 0 0 1 1 0 0 M0 0 1 0 1 0 1 模式选择 模式0 模式1 模式2 模式3 模式4 模式5
0 0----对计数器进行锁存
0 / / 1 1
0 0----选计数器0
STT： MOV DX，8253-C MOV AL，10H OUT DX，AL MOV DX，8253-0 MOV AL，64H OUT DX，AL MOV DX，8253-C MOV AL，76H OUT DX，AL MOV DX，8253-1 MOV AX，09C4H OUT DX，AL MOV AL，AH OUT DX，A MOV DX，8253-C MOV AL，0B1H OUT DX，AL
图 8-22
方式0——计数结束产生中断
高
图 8-22
单脉冲触发器
图 8-23
分频器
图 8-23 方波发生器
图 8-23 软件触发的选通信号发生器
图 8-23
硬件触发的选通信号发生器
8-2-3 8253应用举例
8253初始化方法: 控制字 计数初值:
已知:CLK 的频率fc与定时的时间t. 计数初值: n= fc t
习题1分析： 用通道 0 作定时器，初始编程使通道0按方式3工作，每秒产 生18.2次输出信号，该信号送到8259A中断控制器的IRQ0输入端。 每55ms产生一次中断请求，8086对其计数，用来计算时间。通道 1 用作动态RAM刷新定时，每隔5.12us产生一次输出信号，请求动态 刷新。OUT1输出产生DMA请求信号送8237，由8237对动态RAM刷新。 （8253地址为40H~43H） 通道0：地址为40H，控制字为36H，工作方式3，计数初值为0 通道1：地址为41H，控制字为 54H，工作方式2，计数初值为12H
第9章数字控制器案例
9.5前馈—反馈控制技术
按偏差的反馈控制能够产生作用的前提 是，被控量必须偏离设定值。就是说，在 干扰作用下，生产过程的被控量，必然是 先偏离设定值，然后通过对偏差进行控制， 以抵消干扰的影响。如果干扰不断增加， 则系统总是跟在干扰作用之后波动，特别 是系统滞后严重时波动就更为严重。前馈 控制是按扰动量进行控制的，当系统出现 扰动时，前馈控制就按扰动量直接产生校 正作用，以抵消扰动的影响。这是一种开 环控制形式，在控制算法和参数选择合适 的情况下，可以达到很高的精度。
9.4.2数字串级控制算法
根据图9.4.2，D1（s）和D2（s）若由计 算机来实现时，则计算机串级控制系统如 图9-13所示，图中的D1（z）和D2（z）是由 计算机实现的数字控制器，H(s）是零阶保 持器，T为采样周期，D1（z）和D2（z）通 常是PID控制规律。
3．推理机
推理机采用某种模糊推理方法，由采样
时刻的输入和模糊控制规则推导出模糊控 制器的控制输出。模糊控制器的模糊推理 机制的设计主要是选择一种模糊推理算法， 当模糊控制器采用查表法实现时，可离线 设计查询表；当模糊控制器采用软件推理 法实现时，可在线进行模糊推理。当采用 模糊控制芯片构成硬件模糊控制器时，它 推理的速度快、控制精度高，处理速度至 少比软件提高一个数量级。
9．2．5具有纯滞后补偿的PID算法(Simith预估控制)
在生产过程中，大多数工业对象存
在着较大的纯滞后，纯滞后时间的存 在会使系统的稳定性降低，过渡过程 特性变坏。当对象的纯滞后时间与对 象的惯性时间常数TM之比大于等于0.5时,
采用常规的PID控制器难以取得好的难以获 得满意的控制效果。为此史密斯（Smith） 就这个问题提出了一种纯滞后补偿模型 ， 即所谓的Smith预估控制。
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A、B、C这三个参数可独立进行选择，但从 形式上已看不出比例、积分和微分对系统的不同 影响，便于系统调试，在工程上常采用 （9．1．7）式或（9．1．8）式进行计算机编程。 PID计算程序可根据精度要求和计算速度选择定 点计算和浮点计算。定点计算程序简单，运算速 度快但精度受限。浮点计算适应范围宽，精度高， 但程序复杂，运算速度慢。
9.4.2数字串级控制算法
根据图9.4.2，D1（s）和D2（s）若由计 算机来实现时，则计算机串级控制系统如 图9-13所示，图中的D1（z）和D2（z）是由 计算机实现的数字控制器，H(s）是零阶保 持器，T为采样周期，D1（z）和D2（z）通 常是PID控制规律。
在微机控制中，即要考虑控制器的计算精度， 又要考虑系统的实时性、通用性，这里给出一种 较为实用的两字节定点PID计算方法，精度较高， 程序又比较简单。总长为16位。图9-2给出了PID 计算程序框图和内存分配图。图9-3为两字节定点 数格式。为编程方便，设
9．2 PID控制器的几种改进形式
9．2．5具有纯滞后补偿的PID算法(SimFra bibliotekth预估控制)
在生产过程中，大多数工业对象存
在着较大的纯滞后，纯滞后时间的存 在会使系统的稳定性降低，过渡过程 特性变坏。当对象的纯滞后时间与对 象的惯性时间常数TM之比大于等于0.5时,
采用常规的PID控制器难以取得好的难以获 得满意的控制效果。为此史密斯（Smith） 就这个问题提出了一种纯滞后补偿模型 ， 即所谓的Smith预估控制。
工业控制中最常用的数字控制算法是 数字PID控制算法。对大多数控制对象，采 用数字PID控制，均可达到满意的控制效果。 但是对于有特殊要求或具有复杂对象特性 的系统，采用数字PID控制，则很难达到目 的。在这种情况下，需要从控制对象特性 出发，运用系统控制理论来设计相应的控 制算法，或者采用智能控制方法如本章的 模糊控制等。
是进一步与计算机的逻辑判断功能结合起来，使 PID控制更加灵活多样，更能满足生产过程提出 的各式各样的要求。
9．1 PID（比例—积分—微分）模拟控制器及离散化
所谓PID控制就是比例（proportional）、 积分（integral）和微分（differential）控制， 对于实际的物理系统，其被控对象通常都有贮能 元件存在，这就造成系统对输入作用的响应有一 定的惯性。另外，在能量和信息传输过程中，由 于管道和传输等原因会引入一些时间上的滞后， 往往会导致系统的响应变差，甚至不稳定。因此， 为了改善系统的调节品质，通常在系统中引入偏 差的比例调节，以保证系统的快速性。引入偏差 的积分调节以提高控制精度，引入偏差的微分调 节来消除系统惯性的影响，这就形成了按偏差 PID调节的系统，其控制结构如图9-1所示。其控 制规律为：
第9章 数字控制器
微机是数字系统,而工程上多数被控对象是由 模拟(连续量)环节组成,微机控制系统严格地说属 于数字模拟混合系统。系统中不同形式的两部分 可通过A/D、D/A转换器连接起来，其结构如图 1．1．2所示。对于这种混合系统通常采用两种 等效的设计方法：一种等效方法是把虚线外的输 入、输出量与被控对象用数学方法处理为数字量， 各环节视为数字环节，等效后的系统变为数字控 制系统。可利用离散系统（或采样系统）的理论 方法按数字指标要求进行分析和设计，这种方法 称为数字控制器直接解析设计法，在本章6节具体 介绍，读者也可查阅有关书籍。
串极控制系统中，副回路给系统带来了一系 列的优点：串级控制较单回路控制系统有更强的 抑制扰动的能力，通常副回路抑制扰动的能力比 单回路控制高出十几倍乃至上百倍，因此设计此 类系统时应把主要的扰动包含在副回路中；对象 的纯滞后比较大时，若用单回路控制，则过渡过 程时间长，超调量大，参数恢复较慢，控制质量 较差，采用串级控制可以克服对象纯滞后的影响， 改善系统的控制性能；对于具有非线性的对象， 采用单回路控制，在负荷变化时，不相应的地改 变控制器参数，系统的性能很难满足要求，若采 用串级控制，把非线性对象包含在副回路中，由 于副控回路是随动系统，能够适应操作条件和负 荷的变化，自动改变副控调节器的给定值，因而 控制系统有良好的控制性能。
前面介绍三种形式的PID是理想的PID控制器， 其实际控制效果并不理想。为了改善控制质量， 针对不同对象和条件，可以对PID算式进行适当 的改进，这就形成了几种非标准的PID形式。
9．2．1串有低通滤波器的PID算法
由于实际微机控制系统的采样回路都可能存 在高频干扰，因此几乎所有的数字控制回路都串 接低通滤波器（一阶滞后环节或一阶惯性环节） 来限制高频干扰的影响。因为低通滤波器的传递 函数为
另一种等效方法是把虚线内的A/D、D/A和微 机控制器都看作模拟量，现在微机采样速度能够 满足此要求。这样，系统完全等效为一个模拟系 统。然后，利用模拟系统的理论和方法进行分析 和设计，得到模拟控制器。再将模拟控制器进行 离散化（数字化），得到数字控制器。这种间接 得到数字控制器的方法称之为数字控制器间接设 计法。本章前几节主要介绍这种方法，从而使研 究的诸如控制方法选择、系统稳定性、控制器参 数的设置与整定等问题大为简化，最后成为对比 较习惯的模拟系统进行分析计算和处理。这样， 剩下的问题便是离散控制系统的数学描述和模拟 控制器的数字化处理方法以及常用数字控制器 （PID）的设计方法与实现。需要说明，这里研 究的线性离散系统的差分方程都是常系数的。这 对于解决多数工程实际问题已经够用了。
9．2．3积分分离的PID算法
在普通的PID数字控制器中引入积分环 节的目的，主要是为了消除静差，提高控 制精度，但在过程的启动、停车或大幅度 改变给定值时，由于在短时间内产生很大 的偏差，往往会产生严重的积分饱合现象， 以致造成很大的超调和长时间的振荡。这 是在某些生产过程所不允许的。为了克服 这个缺点，可采用积分分离方法，即在被 控制量开始跟踪时，取消积分作用；而当 被控制量接近给定值时，才将积分作用投 入以消除静差。控制算法可改写为
连续系统的设计已经形成了一套系统的、成
熟的、实用的设计法，并在控制领域为人们所熟
知和掌握。因此，在设计计算机控制系统时，仍
然经常使用连续系统的设计方法，首先设计出连 续系统的调节器D(S)，再将D(S)所描述的连续调
节规律，通过某种规则（即数字化方法）变为计 算机能够实现的数字调节规律D(S)，这种方法称 为模拟化设计方法。而数字PID控制算法正是利 用上述方法求得的。不过，用计算机实现PID控 制，不仅仅是简单地把PID控制规律数字化，而