4 微机控制系统设计

4 微机控制系统设计

4.3 微机控制系统的构成与种类4.4 微机控制系统的软件与程序设计语言4.1 专用与通用的抉择、硬件与软件的权衡4.2 微机控制系统的设计思路4.5 微机应用领域及其选用要点4.6 8086/8088CPU的硬件结构特点4.7 Z80CPU的硬件结构特点、存储器及输入／输出扩展接口4.9 数字显示器及键盘的接口电路4.10 微机应用系统的输入／输出控制的可靠性设计4.8 单片机的硬件结构特点及其最小应用系统4 11 可编程逻辑控制器的构成及应用举例

4.3 微型计算机的系统构成及种类

微型计算机的基本硬件构成

由数据总线、地址总线和控制总线相连；主存储器：通常ROM存储固定程序和数据，而输入／输出数据和作业领域的数据由RAM存储； 输入／输出装置：主要执行数据和程序的输入／输出，以及用于控制时输入检测传感元件的信息和输出控制执行元件的信息；辅助存储装置：作为存储器使用，操作面板或键盘也属于输入装置。

二．微型计算机的分类

（1）按组装形式分类1）单片机在一块集成电路芯片（LSI）上装有CPU、ROM、RAM以及I／O端口电路，该芯片就称为单片微型计算机，简称单片机。不但是一种高效能的过程控制机，同时也理；是有效的数据处机 随着单片机性能提高和功能增强，其不再只用于简单的小系统。2）。单片板将微型计算机的CPU、ROM和RAM、I/O接口电路以及一些辅助电路分别做成LSI芯片，并将它们配置在一块印制电路板上，用电缆线和外部设备直接连接起来，这样的计算机叫做单板微型计算机，简称单板机。

3）。微型计算机系统将微型计算机、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、显示器、打印机、硬盘和光盘驱动器等多种外围设备和软件,就构成一个完整的微机系统。

（2）按微处理机位数分类

位数：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。

（3）按用途分类通用型单片机专用单片机

4.4 微机软件与程序设计语言

1）程序设计语言程序设计语言是编写计算机程序所使用的语言，是人机对话的工具，目前使用的程序设计语言大致有三大类：“机器语言”、“汇编语言”、“高级语言”。

2）操作系统操作系统是计算机系统的管理程序库，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。

3）程序库计算机的可用程序和子程序的集合就是程序库(或软件包)，但在机械控制领域，由于被控对象(产品)的特殊性较强，其程序库的形成较难。

4.1 专用与通用的抉择、硬件与软件的权衡

采用微机作为机电一体化系统或产品的控制器，其控制系统的设计就是选用微机、设计接口、控制形式和动作控制方式的问题。

4.2 微机控制系统的设计思路

一．确定系统整体控制方案

1•开环—闭环（检测传感器、检测精度）；2•执行元件（电动、气动、液动），择优而选；3•考虑特殊控制要求（高可靠性、高精度、快速性）；4•微机的作用（设定计算、直接控制、数据处理），I/O，外围设备；5•初步估算其成本；6.画出系统组成的初步框图附以说明。

二．确定控制算法

数学模型是系统动态特性的数学表达式，反映了系统输入内部状态和输出之间的数量和逻辑关系；这些关系式为计算机进行运算处理提供了依据，即由数学模型推出控制算法。

三．选择微型计算机图是上面的

三种常用微机的比较及选择

四．控制系统总体设计

系统总体设计主要是对系统控制方案进行具体实施步骤的设计，要画出系统的具体构成框图。图上！

在总体设计时，要综合考虑硬件和软件措施，解决三者之间可靠的、适时进行信息交换的通路和分时控制的时序安排问题，保证系统能正常地运行。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。

4.5 微机的应用领域及选用要点

应用领域

（1）工业控制和机电产品的机电一体化•机床自动化、数控与数显、PLC、纺织机械、电动机、机器人、智能传感器等（2）交通与能源设备的机电一体化•汽车变速器控制、ABS、交通灯控系统、炉温控制等（3）家用电器的机电一体化•洗衣机、电冰箱、空调、微波炉、数码相机、电放锅、电视机、立体音响等（4）商用产品机电一体化•电子称、自动售货机、电子收款机、ATM等（5）仪器、仪表机电一体化•三坐标测量仪、医疗设备、测速仪等（6）办公自动化设备的机电一体化•打印机、扫描仪、传真机、一体机、绘图仪等（7）信息处理自动化设备•语音合成设备、语音识别、图像识别、气象资料分析、地震波分析等（8）导航与控制•导弹控制、航空航天系统、智能武器等

4.9 数字显示器及键盘的接口电路

单片机应用系统中，常使用LED(发光二极管)、CRT显示器和LCD(液晶显示器)等作为显示器件。其中LED和LCD成本低、配置灵活、与单片机接口方便，故应用广泛。数码显示器是单片机应用产品中常用的廉价输出设备，它是由若干个发光二极管组成的。控制不同组合的二极管导通，就能显示出各种字符。常用七段显示器的结构如下图所示。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极显示器。

1. 静态显示

当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定地导通或截止。这种显示方式每一位都需要一个8位输出口控制，三位显示器的接口逻辑如下图所示。

2. 动态显示

动态显示就是一位一位地轮流点亮各位显示器(扫描)，显示器的亮度既与导通电流有关，也和点亮时间与间隔时间的比例有关。控制显示器公共极电位只需一个8位并行口(称为扫描口)，控制各位显示器所显示的字形也需一个共用的8位口(称为段数据口)

二、键盘、显示器的接口电路

8279芯片为专用的键盘显示控制芯片，应用广泛！

1. 键盘工作原理

键盘中有无按键按下是由列线送入全扫描字、行线读入行线状态来判断的。其方法是：给列线的所有I/O

线均置成低电平，然后将行线电平状态读入累加器A中，如果有键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平，从而使行输入不全为l。键值：将行列按二进制顺序排列，当某一键按下时，键盘扫描程序执行到给该列置0电平，读出各行状态为非全1状态，这时的行列数据组合成键值。左图键值：77 7B 7D 7E；B7 BB BD BE；D7 DB DD DE；E7 EB ED EE