计算机控制1.doc

计算机控制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（自动控制就是没人直接参与的情况下通过控制器使生产过程自动的按照预定规律运行）。2、 计算机控制系统的典型型式：操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统，综合自动化系统。3、 （1）在线方式：在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式。（2）离线方式：生产过程不合计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。（3）实时：是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，即计算机对输入的信息，以足够快的速度进行控制，超出这个时间就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。实时的概念不能脱离具体过程，一个在线的系统不一定就是一个实时系统，但一个实时系统一定是一个在线系统。4、 常用计算机控制系统主机：可编程控制器，工控机（IPC）、单片机、DSP、智能调节器。5、（1）不平衡传输方式：用单线传输信号，以地线作为信号的回路，接收器是用单线输入信号。信号线上所感应到的干扰和地线上的干扰将迭加后影响到接收信号。（2）平衡传输方式：用双绞线传输信号，信号在双绞线中自成回路不通过地线，接收器是用双端差动方式输入信号。双绞线上所感应的干扰相互抵消，地线上的干扰又不影响接收端。6、 USB：称通用串行总线，其主要性能特点有；具有热插拔功能，USB采用“级联”方式连接各个外部设备，适用于低速外设连接。7、 （1）端口（硬件）的概念：能被CPU直接访问的寄存器统称为端口。数据端口：用以存放外设送往CPU的数据以及CPU输出到外设去的数据。主要起数据缓冲作用。（2）状态端口：主要用来指示当前状态。每种状态用一个二进制位表示，每个外设可以有几个状态位，他们可被CPU读取，一测试或检查外设的状态，决定程序的流程。常见状态：准备就绪位、外设忙位、错位、（3）命令端口(亦称控制端口)：用于存放CPU向接口发出的各种命令和控制字，以便控制接口或设备的动作。8、(1)端口地址译码：把CPU送出的地址转变为芯片选择和端口区分的依据。 (2)三种译码方式：线选法（高位地址线不经过译码，直接或经反相器分别接各存储器芯片或者端口的片选端口的来区别各芯片或端口的地址。缺点：会造成地址重叠，且各芯片地址不连续，因此在软件上必须保证这些片选线每次寻址时只能有一个部件有效。） 全译码法：最终目标是唯一确定一个端口或寄存器的地址，需要所有地址线都参加译码。优点：每个芯片的地址范围都是唯一确定，且各片之间连续。缺点：译码电路较复杂。 部分译码：用片内寻址外的高位地址的一部分产生片选信号。部分译码较全译码简单，但存在地址重叠。9、I/O端口的译码：a、固定地址译码，目前PC系统板卡译码常用方法，根据确定的地址字段来设计译码电路。缺点：可能会与将来加系统的同类板卡地址译码冲突。b、开关选择译码，采用数据比较器（常用74LS688）和一组逻辑开关来实现ISA板卡高位地址的设定。10、数字量输入通道组成：输入缓冲器、输入调理电路、输入口地址译码电路等。 功能：接收外部装置或生产过程的状态信号。数字量输出通道组成：输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等。11、模拟量的输入通道任务：把从系统中检测的模拟信号变成二进制数字信号，经接口送往计算机。 组成： 信号调理或I/V变换、多路转换器、采样保持器、A/D转 换 器、接口及控制逻辑等。12、采样过程：按一定的时间间隔，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号转变成在时刻0、T、2T、KT的一连串脉冲输出信号的过程。 采样信号：采样后的脉冲序列。是一个离散的模拟信号。 香农采样定理：如果模拟信号包括噪声干扰频谱的最高频率为f,只要按照采样频率=2f进行采样，那么采样信号就能唯一的复观原信号。13、量化：就是采用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。将采样信号转换为数字信号的过程称为量化过程（实际上是用q去度量幅值高低的小数归整过程）。执行量化动作的装置是A/D转换器。量化误差为（1/2q）。14、孔径时间:在模拟量输入通道中,A/D转换器将模拟信号转换成数字量，完成一次的时间。 孔径误差：每一个 采样时刻的最大转换误差。15、采样保持器 在A/D转换期间，若输入信号变化较大会引起转换误差，股采样信号一般不直接送至A/D转换器转换，需加保持器作信号保持。基本组成电路： 由输入输出缓存器A1、A2、采样开关S、保持电容CH等组成。采样时，S闭合，Vin通过A1对CH快速充电，Vout跟随Vin；保持期间，S断开，由于A2的输入阻抗很高，理想情况下Vout=Vc保持不变，采样保持一旦进入保持期，便应立即启动A/D转换器，保证A/D转换期间输入恒定.16、三线制接法：P3617、A/D转换的类型（逐次比较、积分式、并行式）：D0-D7 数字量输入输出引脚。IN0IN7模拟量输入引脚。START 上升沿急停，下降沿启动。 8位A/D转换器ADC0809。带有8 通道模拟开关的8 位逐次逼近式A/D转换器，转换时间为100us左右，线性误差为（1/2）LSB，采用28引脚双立直插式封装。由8通道模拟开关、通道选择逻辑（地址锁存与译码）、8位A/D转换器及三态输出锁存缓冲器组成。 12位A/D转换器AD574A/1674。一种高性能的12 位逐次逼近式A/D转换器，转换时间约为25us/10us，AD1674自带采样保持器，线性误差为（1/2）LSB，内部有时钟脉冲源和基准电压源，单通道单极性或双极性电压输入，采用28 脚双立直插式封装。由12位A/D转换器、控制逻辑、三态输出锁存缓冲区、10V参考电压源4部分构成。18、串模干扰 指叠加在被测信号上的干扰噪声。串模干扰也称常态干扰。抑制：1、若串模干扰频率比被测信号高，则采用输入低通滤波器来抑制高频率串模干扰；若串模干扰频率比被测信号低，则采用高通滤波器来抑制低频串模干扰；若串模干扰频率落在被测信号频谱的两侧，则应用带通滤波器。一般串模干扰均比被测信号变化快，故常用二级阻容低通滤波网络作为模/数转换器的输入滤波器。 2、当尖峰型串模干扰成为主要干扰源时，用双积分式A/D转换器可削弱串模干扰的影响。积分周期等于主要串模干扰或为整数倍时，通过积分比较后抑制效果更好。 3、串模干扰主要来自电磁感应时，对被测信号应尽可能早的进行前置放大，从而达到提高回路中的信号噪声比的目的；或尽早完成模/数转换或采用隔离和屏蔽等措施。 4、主要由于所选元器件内部的热扰动产生的随机噪声形成串模干扰，或在数字信号的传输过程中夹带低噪声或窄脉冲干扰时，从选择逻辑器件入手，利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰。a、用高抗扰度逻辑器件，通过高阈值电平抑制低噪声的干扰。b、用低速逻辑器件来抑制高频干扰。c、人为地通过附加电容器以降低某个逻辑电路的工作速度来抑制高频干扰。5、采用双绞线做信号引线，以减少电磁感应，且使个个小环路的感应电动势相互呈反向抵消。选用带屏蔽的双绞线或同轴电缆做信号线，且有良好接地，并对测量仪表进行电磁屏蔽。19、共模干扰 指模/数转换器两个输入端公有的干扰电压，也称共态干扰。共模抑制比 衡量一个输入电路抑制共模干扰的能力。 CMRR=20LgUcm/Un（dB） Ucm共模干扰电压。Un 由Ucm转化成的串模干扰电压。 单短对地输入时，Un=Ucm，CMRR=0,无共模抑制能力，此时的共模干扰电压将全 部成为串模干扰电压，存在共模干扰时不能采用。抑制 变压器隔离，光电隔离，浮地屏蔽长线传输干扰 采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可消除长线传输中的波反 射或者把它抑制到最低限度。20、 接地技术 接线原则，高频电路多点就近接地，低频一点接地21、地的分类：模拟地 作为传感器、变送器、放大器、A/D和D/A转换器中模拟 电路的零电位。 数字地 计算机中各种数字电路的零电位，应与模拟地分开以避免模拟信号受数字脉冲的干扰。 安全地 其目的是使设备机壳与大地等电位，以避免机壳带电而影响人身及设备安全。 系统地 上述地的最终回流点，直接与大地相连，以大地电位作为基准点位，即零电位。 交流地 计算机交流供电电源地，即动力线地，其电压极不稳定。交流地易带来各种干扰，决不允许分别与上述地相连。 电路2电路2电路1 低频接地技术 ：一点接地方式 信号地线的接地方式 电路2电路1电路3 电路1电路1串联接地（亦称共同接地） 并联接地（亦称分别接地）从防止噪声的角度看，串联接地最不适用 最适用于低频，因各电路的地电位只与地电阻相互串联，各电路间相互干扰 ，很不合理 本电路的地电流和地线电阻有关，不会