微型计算机控制技术 于海生 清华社 第1章

1、国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术微型计算机控制技术微型计算机控制技术李晨光李晨光1509774952915097749529国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术1.1.教材教材 1.1 1.1 国家级精品课程配套教材国家级精品课程配套教材 于海生于海生 等编著，微型计算机控制技术（第等编著，微型计算机控制技术（第2 2版），清华大学版），清华大学 出版社，出版社，200920092. 2. 参考书参考书 2.1 2.1 谢剑英，微型计算机控制技术，国防工业出版社谢剑英，微型计算机控制技术，国防工业出版社 2.2 2.2 何克忠，计算机控制系统，清华大学出版社

2、何克忠，计算机控制系统，清华大学出版社 2.3 2.3 王锦标，计算机控制系统，清华大学出版社王锦标，计算机控制系统，清华大学出版社课程要求与说明课程要求与说明国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术 计算机控制技术计算机控制技术自动化专业的主自动化专业的主干专业课。干专业课。4.4.前续基础课程前续基础课程3.3.课程的性质课程的性质程序设计技术（汇编、程序设计技术（汇编、C/C+/VCC/C+/VC、VBVB）自动控制理论（经典自动控制理论（经典/ /现代）现代）检测技术与自动化仪表检测技术与自动化仪表微机原理（单片机）与接口技术微机原理（单片机）与接口技术国家精品课程国家精品

3、课程计算机控制技术计算机控制技术5.5.指定课后阅览的参考期刊杂志指定课后阅览的参考期刊杂志 电气自动化电气自动化 自动化仪表自动化仪表 电气传动电气传动 控制工程控制工程 自动化博览自动化博览 工业控制机工业控制机 测控技术测控技术 工业仪表与自动化装置工业仪表与自动化装置 化工自动化及仪表化工自动化及仪表国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术6.6.主要教学内容主要教学内容 本课程以主流机型本课程以主流机型ISA/PCIISA/PCI总线工业控制机为控制工具，总线工业控制机为控制工具，系统地阐述了计算机控制系统的设计和工程实现方法。系统地阐述了计算机控制系统的设计和工程实现方

4、法。 内容共分内容共分9 9章，内容包括：计算机控制系统及其组成，章，内容包括：计算机控制系统及其组成，计算机控制系统的典型型式、工业控制机的组成结构及特计算机控制系统的典型型式、工业控制机的组成结构及特点、计算机控制系统的发展概况和趋势；计算机控制系统点、计算机控制系统的发展概况和趋势；计算机控制系统的输入输出接口与过程通道；数字控制技术；常规及复杂的输入输出接口与过程通道；数字控制技术；常规及复杂控制技术；现代控制技术；应用程序设计与实现技术；控制技术；现代控制技术；应用程序设计与实现技术；HMI/SCADAHMI/SCADA技术与监控组态软件；分布式测控网络技术；计技术与监控组态软件；分

5、布式测控网络技术；计算机控制系统设计与实现。算机控制系统设计与实现。 本课程以理论课和实验课相结合的形式进行教学。本课程以理论课和实验课相结合的形式进行教学。国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术第第1 1章章 绪论绪论 1.1 1.1 计算机控制系统概述计算机控制系统概述1.2 1.2 计算机控制系统的典型型式计算机控制系统的典型型式1.3 1.3 计算机控制系统的发展概况和趋势计算机控制系统的发展概况和趋势国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术1.1 1.1 计算机控制系统概述计算机控制系统概述 自动控制：就是在没有人直接参与的情况下，通过控自动控制：就是在没有

6、人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。 典型的工业生产过程：典型的工业生产过程： 连续过程（连续过程（Continuous ProcessContinuous Process） 离散过程（离散过程（Discrete ProcessDiscrete Process） 批量过程（批量过程（Batch ProcessBatch Process） 自动控制系统原理框图：自动控制系统原理框图：国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术1.1.1 1.1.1 计算机控制系统计算机控制系统 计算机控制系统：就是利用计算机计算机控制

7、系统：就是利用计算机( (通常称为工业控制计算机，简通常称为工业控制计算机，简称工业控制机称工业控制机) )来实现生产过程自动控制的系统。来实现生产过程自动控制的系统。 国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术1. 1. 计算机控制系统的工作原理计算机控制系统的工作原理 计算机控制系统的工作原理：计算机控制系统的工作原理： 实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入。时值进行检测和输入。 实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行

8、为。并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。 实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行机构实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。发出控制信号，完成控制任务。 国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术2. 2. 在线方式和离线方式在线方式和离线方式 在线方式（在线方式（on-lineon-line）: : 生产过程和计算机直接连接，并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。受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式。 离线方式离线方式(off-line):(off-line): 生产过程不和计算机相连，且不生产过程不和

9、计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。线方式或脱机方式。国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术1.1.2 1.1.2 计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成 计算机控制系统由计算机计算机控制系统由计算机( (工业控制机工业控制机) )和生产过程两大部分和生产过程两大部分组成。组成。 国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术 1.1.3 1.1.3 常用的计算机控制系统主机常用的计算机控制系统主机 1. 1. 可编程序控制器（可编程序控制器（PCPC）2. 2. 工

10、控机（工控机（IPCIPC）3.3.嵌入式系统（控制、监视或者辅助装置、机器和设备运嵌入式系统（控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的设备）行的设备）4. 4. 智能调节器智能调节器国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术1.2 1.2 计算机控制系统的典型形式计算机控制系统的典型形式1.2.1 1.2.1 操作指导控制系统操作指导控制系统 优点是结构简单，控制灵活和安全。优点是结构简单，控制灵活和安全。缺点是要由人工操作，开环结构，控制的实时性差，不能缺点是要由人工操作，开环结构，控制的实时性差，不能控制多个对象。控制多个对象。国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技

11、术1.2.2 1.2.2 直接数字控制（直接数字控制（DDCDDC）系统）系统闭环结构，控制的实时性好，可以控制多个回路或对象。闭环结构，控制的实时性好，可以控制多个回路或对象。国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术1.2.3 1.2.3 监督控制（监督控制（SCCSCC）系统）系统 a a） SCC+SCC+模拟调节器的控制系统模拟调节器的控制系统 b b） SCC+DDCSCC+DDC的分级控制系统的分级控制系统国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术1.2.4 1.2.4 集散控制系统（集散控制系统（DCSDCS） 亦称分布式控制系统亦称分布式控制系统 国家精品

12、课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术 国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术1.2.6 1.2.6 综合自动化系统综合自动化系统 综合自动化系统的整体解决方案综合自动化系统的整体解决方案： 企业资源信息管理系统企业资源信息管理系统ERPERP （Enterprise Resources PlanningEnterprise Resources Planning）； 生产执行系统生产执行系统MESMES （Manufacturing Execution SystemManufacturing Execution System）； 生产过程控制系统生产过程控制系统PCSPCS

13、 （Process Control SystemProcess Control System）。 计算机集成过程系统（计算机集成过程系统（CIPS-Computer Integrated CIPS-Computer Integrated Process SystemProcess System）国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术1.3工业控制机的组成结构及特点工业控制机的组成结构及特点l1.3.1工业控制机的组成工业控制机的组成 工业控制机包括硬件和软件两部分。硬件包括主机(CPU、RAM、ROM)板、内部总线和外部总线、人机接口、系统支持板、磁盘系统、通信接口、输入输出通道

14、。软件包括系统软件、支持软件和应用软件。国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术 1. 工业控制机的硬件组成主机板人机接口系统支持磁盘系统通信接口模拟量输入通道(AI)模拟量输出通道(AO)数字量输入通道(DI)数字量输出通道(DO)外部总线内部总线图1-10 工业控制机的硬件组成结构国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术2.工业控制机的软件组成工业控制机的软件组成l(1)系统软件l(2)支持软件l(3)应用软件国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术1.3.2工业控制机的总线结构工业控制机的总线结构l1.内部总线l(1)ISA总线及其信号线定义总线及其信

15、号线定义l16位的ISA总线规范要求与8位PC向下兼容。总线插槽由两部分组成：8位基本插槽和16位扩充插槽 lISA共有98根信号线，数据线宽度为16位，地址线宽度为24位，总线时钟为8MHz,中断源为边沿触发。 国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术l(2) PCI/Compact PCI(2) PCI/Compact PCI总线简介总线简介lPCI(Peripheral Component Interconnect)PCI(Peripheral Component Interconnect)是美国是美国SIG(Special Interest Group of Associa

16、tion for SIG(Special Interest Group of Association for Computer Machinery)Computer Machinery)集团推出的集团推出的6464位总线。该总线的最位总线。该总线的最高总线频率为高总线频率为33MHz33MHz，数据传输率为，数据传输率为80Mb/s(80Mb/s(峰值传输率为峰值传输率为133Mb/s)133Mb/s)。 1 1）PCIPCI总线的主要性能总线的主要性能 2 2）其它性能）其它性能国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术3 3）PCIPCI总线信号定义总线信号定义 主控设备主控设备

17、4949条，目标设备条，目标设备4747条，可选引脚条，可选引脚 5151条（主要条（主要用于用于6464位扩展、中断请求、高位扩展、中断请求、高速缓存支持等），总引脚数速缓存支持等），总引脚数 120120条（包含电源、地、保留条（包含电源、地、保留引脚等）。引脚等）。国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术2 2 外部总线外部总线1 1）RS-232RS-232串行通信总线串行通信总线引脚号功能引脚号功能1保护地14（辅信道）发送数据2发送数据15发送信号无定时（DCE为源）3接收数据16（辅信道）接收数据4请求发送（RTS）17接收信号无定时（DCE为源）5允许发送（CTS，

18、或清除发送）18未定义6数传机（DCE）准备好19（辅信道）请求发送（RTS）7信号地（公共回线）20数据终端准备好8接收线信号检测21信号质量检测9（保留供数传机测试）22振铃指示10（保留供数传机测试）23数据信号速率选择（DTE/DCE为源）11未定义24发送信号无定时（DTE为源）12（辅信道）接收线信号检测25未定义13（辅信道）允许发送（CTS）国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术RS-232C信号状态状态-15VV1-5V+5VV1+15V逻辑状态10信号条件传号（MARK）空号（SPACE）功能OFFONRS-232C电平转换及接口电路电平转换及接口电路国家精品

19、课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术2 2）USBUSB串行通信总线串行通信总线 （1 1）具有热插拔功能）具有热插拔功能 （2 2）USBUSB采用采用“级联级联”方式连接各个外部设备方式连接各个外部设备 （3 3）适用于低速外设连接）适用于低速外设连接国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术1.3.3 工业控制机的特点l(1)(1)可靠性高和可维修性好。可靠性高和可维修性好。l(2)(2)环境适应性强。环境适应性强。 l(3)(3)控制的实时性。控制的实时性。 l(4)(4)完善的输入输出通道。完善的输入输出通道。 l(5)(5)丰富的软件。丰富的软件。 l(6)(6)

20、适当的计算机精度和运算速度。适当的计算机精度和运算速度。国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术 1.4.1 1.4.1 计算机控制系统的发展概况计算机控制系统的发展概况 1.1.计算机技术的发展过程计算机技术的发展过程 （1 1）开创时期（）开创时期（1955195519621962年）年） （2 2）直接数字控制时期（）直接数字控制时期（1962196219671967年）年） （3 3）小型计算机时期（）小型计算机时期（1967196719721972年）年） （4 4）微型计算机时期（）微型计算机时期（19721972年至今）年至今）1.4 1.4 计算机控制系统的发展概况和趋势计算机控制系统的发展概况和趋势国家精品课程国家精品课程计算机控制技术计算机控制技术 2. 2.计算机控制理论的发展过程计算机控制理论的发展过程 （1 1）采样定理）采样定理 （2 2）差分方程）差分方程 （3 3）Z Z变换法变换法 （4 4）状态空间理论）状态空间