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第1章绪论1第1章绪论1.1单片机及其发展所谓单片机是指由一个芯片组成的微机系统。它包含了CPU,程序存储器,数据存储器,定时器/计数器及各种I/O接口。单片机又称微机控制器,主要用于现代智能产品的设计,由20世纪初至今,单片机已有了30多年的发展历史了,随着产品智能化的需要和微电子技术的不断进步,目前已有上百家厂商生产几千种型号的单片机。单片机正在向着高速低功耗,低成本的,多档次,使用方便及外围接口丰富等方面发展1.2单片机的应用领域单片机具有极为广阔的应用前景,主要应用领域为1.2.1自动控制单片机在工业过程控制,机床控制,机器人控制,汽车控制,飞行器制导系统等方面得到广泛的应用,由于单片机建立了串行口,很容易建立双机或多机之间的通讯联系。从而为建立分布式控制系统制造了十分有利的条件,目前已有多种分布式控制系统用于工业控制之中。1.2.2智能仪器仪表由于单元片机具有超微型化的特点,并且具有无可比拟的高性能价格比,从而为仪器仪表的智能化提供了可能。大量的智能化仪器仪表应运而生。如智能化示波器、智能化数字仪表待。1.2.3数字采集系统由于单片机可以提供多路A/D输入通道,因此很适应于模拟量(温度、压力及流量等)输入采样系统。1.2.4计算机外部设备的控制器计算机的外部设备五花八门,随着单片机的发展,很多外部设备都使用单片机作为控制器,使这些外部设备智能化。智能化键盘、智能化显示器、智能化打印机、智能化软盘和硬盘、智能化驱动器、智能化磁带驱动器、智能化绘图仪等均可用单片机作为控制器。燕山大学工学学士学位论文21.2.5家用电器家用电器是单片机生产厂家竞争非常激烈的应用领域。这个领域的特点是量大、面广、并且要求价格低廉。电饭锅、电子游戏机、电视机、录音机、组合音响、录像机等都使用单片机进行控制。总之,单片机由于体积小,价格低,性能优越,可靠性高,已广泛地渗透到社会、生产、服务等领域。其广阔的前景是无限光明的。所以工程技术人员有必要很好地掌握单片机的工作原理及系统设计技术。1.3单片机的工业过程控制所谓单片机的工业过程控制系统就是由单片微型计算机代替原来的中小型计算机,对工业生产实施自动控制。它的基本组成与中小型计算机控制系统相同,也可分为三部分。其中第一部分是现场信息或数据采集及输入通道。第二部分是单片机系统。第三部分是控制信息输出通道的执行机构。第一部分用来对现场参数进行测量,并把模拟量信号转换成二进制数字量。然后输入给单片机。单片机根据输入的生产过程参数,按照人们预先建立的数学模型及人们根据需要随机输入的控制要求进行分析、计算、判断并做出决策。然后由输出通道发出各种控制信号,控制执行机构对受控对象进行实际控制。在单片机组成的工业自动控制系统中,也可根据生产过程的复杂程度和对精度的要求采用不同的控制方式,常用的控制方式由数字程序控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统与分级控制系统等。其中数字程序控制系统方式是将控制对象所要进行的一系列操作按照其执行的先后顺序编写程序,这些程序通常存在外部存储器中,例如磁带、磁盘等。对于单片机控制系统,通常存在EPROM存储器中。使用时将计算机EPROM存储器插入相应的插座上,这样中央处理器仅作简单的运算就能按其要求对执行机构进行控制。这种控制系统控制规律简单,专用性强,速度不高,常用在程序控制、顺序控制和数值控制等场合,例如数字程序控制线切割机、数控机床、电脑绣花机、自动定时控制装置等。直接数字控制系统是一台计算机或单片机对多个被控参数进行巡回检测,检测结果与给定值比较,再按一定的调节规律(例如PID调节)进行控制计算,然后发出控制信号,由执行机构对生产过程进行调节。监督控制系统是由计算机或单片第1章绪论3机按照描述生产过程的数学模型计算出最佳给定值,送给模拟调节器或直接数字控制系统,最后由模拟调节器或直接数字控制系统控制生产过程,使生产过程处于最佳状态。分级控制系统也称为分布控制系统。在一些生产过程比较复杂或者被控制的设备台数较多的情况下,往往采用分级控制。它是将一个较大的复杂的集中控制系统分解为若干个较小的独立系统,分别由微型计算机或单片机控制,或者将单台或多台设备由一台微型计算机或单片机控制,这一级称为前级控制。前级控制一般多采用数字程序控制、直接数字控制方式,或者进行巡回检测。然后再在前级控制的上面设置一级监督控制系统,用为进行全部生产过程的最佳控制和自适应控制计算。在较大的多级控制系统中,还可以监督控制的上面再增设一级生产管理级,一方面对生产过程进行调节和管理,另一方面根据控制要求指挥监督控制级工作。在以上的控制方式中,计算机承担了全部的计算、分析、判断和决策工作,使生产过程按照人们预定的要求进行。近年来,随着微型计算机的发展,尤其是单片机的产生与应用,使自动控制向前迈进了一大步。由于单片机机构简单,体积小,抗干扰能力强,可靠性高,易于采取屏蔽措施,可在恶劣环境下工作,因此已成为自动控制系统中主要的组成部分。但是,由于与中型机、大中型机比较,功能毕竟有限。因此单片机主要用于数字程序控制、直接数字控制、监督控制、分级控制中的前级控制及工业现场的巡回检测。随着半导体微电子技术的发展,单片机的功能还在不断的增强,因此应用范围还将继续扩大。1.4本设计的出发点与目的在工业生产中,电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如在冶金工业、化学生产、电力工程、机械制造、和食品加工等许多领域中,人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中温度进行监督和控制。采用单片机来对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等特点,而且可以大幅度提高被控温度的技术指标,从而能够大大提高产品的质量和数量。因此单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。现在对它进行设计,这不仅可以让我所学过的知识得以升华,而且还能得到举一反三和触类旁通的燕山大学工学学士学位论文4效果。1.5小结本章介绍了单片机的发展和应用领域,并主要介绍了它在工业控制方面的所发挥的作用和它在工业控制中的控制方式。温度是工业控制中经常被用到的模拟量,对它进行设计是具有典型性和必要性的。
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