最新微机控制系统及接口设计

3、 选择微型计算机
字长
字长直接影响数据的精度、寻址的能力、指令的数目和执行操 作的时间。
速度
速度的选择与字长的选择可—并考虑。
指令
通常8位微处理器都具有足够的指令种类和数量，一般能满足 控制要求。
成本、编程、扩展因素
3、 选择微型计算机
（1）单片机
价低、体积小，应用广 缺点是需要专用开发系统
（2）单板机
通道设计
开关量I/O
输入解决电平转换、去抖及抗干扰问题。 输出解决功率驱动问题。 简单。
数字量I/O
简单。
模拟量I/O
比较复杂。 模拟量输入通道主要由信号处理装置(标度变换、滤波、隔离 、电平转换、线性化处理等)、采样单元、采样保持器和放大 器、A／D变换器等组成。 模拟量输出通道主要由D/A转换、放大器等组成。
3、 选择微型计算机
较完善的中断系统。 系统正常运行时的实时控制能力； 在发生故障时紧急处理的能力。
足够的存储容量。 内存（RAM，ROM），外存
完备的输入／输出通道和实时时钟 外部过程和主机交换信息的通道。 信息包括开关量；模拟量。 外部设备和内存之间快速、批量交换倍息，还应有直接数据通道。 实时时钟在过程控制中给出时间参数，记下某事件发生的时刻，同时 使系统能按规定的时间顺序完成各种操作。
设计方法
程序模块化设计方法。 程序结构化设计方法。
二、控制系统的一般设计思路
就采用微机的控制系统而言，其一般设计步骤为：
确定系统整体控制方案； 确定控制算法； 选用微型计算机； 系统总体设计； 软件设计等。
1、确定系统整体控制方案
了解被控对象 的控制要求
比较选择控制方式 开环控制 闭环控制 传感元件
比较选择驱动方式 电动 气动 液动
考虑特殊控制要求 提出采取的措施 高可靠性 高精度 快速性
有一组或几组功能键或转换开关，用于转换工作方式，起动 、停止或完成某种指定的功能。
有一个数字显示装置或显示屏，用于显示各状态参数及故障 指示等。
控制板上应有一个“急停”按钮，用于在出现事故时停止系 统运行，转入故障处理。
5、软件设计
软件设计主要是应用软件设计。应用软件的要求是实时性、针对 性、灵活性和通用性。
价低、体积小 缺点内存小、接口电路少，机器语言编程。
（3）微型计算机
软件丰富，调试方便，内存大； 成本高、小系统资源浪费，抗扰差。
4、 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。 主要依据是整体方案例框图、设计要求及所选用的微机类型。 通过设计要画出系统的具体构成框图。 在总体设计时，要综合考虑硬件和软件措施，解决微型机、被控 制对象和操作者三者之间可靠的、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
①选用功能接口板。
优点是硬件工作量小，可靠性高，但功能插板价格较贵，一般只 用来组成较大的系统；
②选用通用接口电路
较小的控制系统时用。通用接口电路是标准化的，只要了解其外 部特性与CPU的连接方法、编程控制方法就可进行任意扩展；
③用集成电路自行设计接口电路
采用其它中小规模集成电路扩充接口更方便、价廉。
软件
基本原则： 通常要根据经济性和可靠性的标 准权衡决定； 在必须用分立元件组成硬件的情 况下，不如采用软件；（无需焊 接，调整方便） 如果能用通用的LSI芯片来组成 所需的电路，则最好采用硬件。 （价廉、可靠、速度快）
特别注意
控制系统比起机械装置来，环境适应能力较差，存在 电噪声干扰问题，例如在一般车间现场条件下使用就 容易出障； 电子装置的维修需要专门的技术工具பைடு நூலகம்一般机械操作 人员不易掌握； 提高可靠性，必须特别注意采取必要的措施。
各专业人 员通力协 作详细设 计
1． 专用与通用的抉择
大批量 生产
新产品 要求紧凑
专用控制系统
多品种、中 小批量生产
现有设备进 行改造
通用控制系统
选用适当的 通用IC芯片
设计制作专 用集成电路
选主机 设计接口 应用软件 专用化
2、 硬件与软件的权衡
有利程度定性比较 分立元件 软件 LSI
LSI
分立 元件
微机任务与功能 计算？控制？数
据处理？ I／O通道 外围设备
整体方案 成本综合
整体方案框图 与说明
2、 确定控制算法
物理模型 ----〉数学模型 ---〉控制算法 由于控制系统种类繁多，控制算法也是很多的．随着控制理论和 计算 机控制技术的不断发展，控制算法更是越来越多。 例如：
机床控制中常使用的逐点比较法的控制算法和数字积分法的控制算法； 直接数字控制系统中常用的PID调节的控制算法； 位置数字伺服系统中常用于实现最少拍控制的控制算法； 还有各种最优控制的控制算法、随机控制与自适应控制的控制算法。
操作控制台设计
控制台一般都不能用微机所带的键盘代替，因为现场操 作人员不了解计算机的硬件和软件，假若操作失误可能 发生事故。所以，一般要单独设计一个操作员控制台。
操作员控制台一般应有下列一些功能。
有一组或几组数据输入键(数字键或拔码开关等)，用于输入或 更新给定值、修改控制器参数或其它必要的数据。
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。
接口设计
微型计算机都已配备有相当数量的可编程序的输入／输出通用 接口电路。
首先要合理地使用微机接口，当通用接口不够时，应进行接口 的扩展。
扩展方案较多，要根据控制要求及能够得到何种元件和扩展接 口的方便程度来确定。通常有下述三种方法可供选用。
微机控制系统及接口设计
4.1 概述
一、专用与通用、硬件与软件的权衡与抉择
产品需要 控制功能 控制形式 动作控制方式
需要知识1 微机控制理论 数字电路 软件设计
设计人员 分析 综合
总体设计要求
选用微机 设计接口 选用控制形式 动作控制方式
需要知识2 生活 生产工艺
两个问题 专用与通用抉择 硬件与软件权衡
接口设计
接口设计包括两个方面的内容
一是扩展接口； 二是安排通过各接口电路输入／输出端的输入／输出信 号，选定各信号输入／输出时采用何种控制方式。
例如：如果要采用程序中断方式，就要考虑中断申请输入、中 断优先级排队等问题。若要采用直接存储器存取方式， 则要增加直接存储器存取(DMA)控制器作为辅助电路加 到接口上。