微型计算机控制技术10xin

1、20222022年年4 4月月3030日日西南科技大学制造科学与工程学院西南科技大学制造科学与工程学院计算机工业控制计算机工业控制主主 讲讲: 马有良马有良联系邮箱：联系邮箱：联系电话南科技大学机电专业系列课程西南科技大学机电专业系列课程2计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良2第10章 微型机控制系统设计2第第9 9章章 微型计算机控制系统设计微型计算机控制系统设计设计原则：设计原则： 操作性好操作性好 实施性强实施性强 通用性好通用性好 经济效益高经济效益高 可靠性高可靠性高一般设计步骤：一般设计步骤： 控制系统总体方案的确定控制系统总体方案的确定

2、微型计算机及接口的选择微型计算机及接口的选择 控制算法的选择控制算法的选择 控制系统的硬件设计控制系统的硬件设计 控制系统的软件设计控制系统的软件设计 微型计算机控制系统的调试微型计算机控制系统的调试 10.1 10.1 微型机控制系统的设计方法及步骤微型机控制系统的设计方法及步骤3计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良3第10章 微型机控制系统设计3设计的基本要求设计的基本要求（1 1）系统操作性能要好）系统操作性能要好 （2 2）通用性好、便于扩充）通用性好、便于扩充（3 3）可靠性要高）可靠性要高 采用双机系统。采用双机系统。 采用集散控制系统。采用集散控制系统。4计算机工

3、业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良4第10章 微型机控制系统设计4设计特点设计特点 在进行微机控制系统设计时，系统设计人员在进行微机控制系统设计时，系统设计人员必须把系统要执行的任务和应具备的功能合理地必须把系统要执行的任务和应具备的功能合理地分配给硬件和软件来实现，做到合理权衡硬件、分配给硬件和软件来实现，做到合理权衡硬件、软件的配置，并尽量节省机器时间和内存空间。软件的配置，并尽量节省机器时间和内存空间。硬件设计主要采用大规模集成电路。硬件设计主要采用大规模集成电路。 5计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良5第10章 微型机控制系统设计5一、确定系统总体控制方案一

4、、确定系统总体控制方案 构思系统的整体方案，应从以下几方面入手构思系统的整体方案，应从以下几方面入手 ： 考虑系统结构考虑系统结构 执行机构采用什么方案执行机构采用什么方案 有否特殊控制要求？特殊要求应采取那些措施？有否特殊控制要求？特殊要求应采取那些措施？ 确定计算机在整个控制系统中所起的作用确定计算机在整个控制系统中所起的作用 二、确定控制算法二、确定控制算法（1 1）确定算法能否满足控制速度、精度和系统稳定性的要求。）确定算法能否满足控制速度、精度和系统稳定性的要求。（2 2）确定某些情况下要进行修改与补充。）确定某些情况下要进行修改与补充。（3 3）确定为设计、调试方便，可将控制算法作

5、合理的简化，逐）确定为设计、调试方便，可将控制算法作合理的简化，逐步将控制算法完善，直到获得最好的控制效果。步将控制算法完善，直到获得最好的控制效果。6计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良6第10章 微型机控制系统设计6三、选择计算机三、选择计算机所选计算机应满足以下要求：所选计算机应满足以下要求： 完善的中断系统完善的中断系统 足够的存储容量足够的存储容量 完备的完备的I/OI/O通道和实时时钟通道和实时时钟 字长、速度、指令种类和数量字长、速度、指令种类和数量 寻址范围和寻址方式寻址范围和寻址方式 内部存储器的种类和数量内部存储器的种类和数量 7计算机工业控制西南科技大学制

6、造科学与工程学院 马有良7第10章 微型机控制系统设计7四、系统总体设计四、系统总体设计 硬件软件功能分配与协调硬件软件功能分配与协调 大量使用硬件会增加成本，影响系统可靠性；增加软件，大量使用硬件会增加成本，影响系统可靠性；增加软件，系统速度相应降低系统速度相应降低 。 接口设计接口设计 接口设计内容：接口设计内容： 扩充接口扩充接口 安排接口电路的安排接口电路的I/OI/O信号及交换方式信号及交换方式常用的扩充方法：常用的扩充方法： 选用专门的功能接口板选用专门的功能接口板 选用通用接口电路选用通用接口电路 用集成电路自行设计接口电路用集成电路自行设计接口电路 接口电路接口电路I/OI/O

7、信号的交换方式：信号的交换方式： 中断控制读取中断控制读取I IO O方式方式 直接存储器存取方式直接存储器存取方式 8计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良8第10章 微型机控制系统设计8 通道设计通道设计系统系统I/OI/O通道：通道： 数字量数字量I/OI/O通道通道 开关量开关量I/OI/O通道通道 模拟量模拟量I/OI/O通道通道 脉冲量脉冲量I/OI/O通道通道 总体设计中，应确定本系统应设置什么样的通道、每个总体设计中，应确定本系统应设置什么样的通道、每个通道由几部分组成，各部分选用什么器件等。通道由几部分组成，各部分选用什么器件等。 操作员控制台设计操作员控制台设

8、计 包括：各种转换开关、按钮、键盘、数字显示器、状态包括：各种转换开关、按钮、键盘、数字显示器、状态故障指示灯等。故障指示灯等。 可靠性设计可靠性设计 9计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良9第10章 微型机控制系统设计9五、硬件设计五、硬件设计 任务：任务：根据系统总体框图，设计出系统的电气原理图，再按根据系统总体框图，设计出系统的电气原理图，再按照电气原理图选购元件和进行施工设计。照电气原理图选购元件和进行施工设计。包括：包括： 接口电路和接口电路和I/OI/O通道的扩充通道的扩充 组合逻辑或时序逻辑电路组合逻辑或时序逻辑电路 供电电源供电电源 光电隔离光电隔离 电平转换电

9、平转换 驱动放大电路等驱动放大电路等 硬件设计：根据系统总体框图，设计出系统电气原理图，再硬件设计：根据系统总体框图，设计出系统电气原理图，再按照电气原理图着手元件的选购和开始施工设计工作。按照电气原理图着手元件的选购和开始施工设计工作。10计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良10第10章 微型机控制系统设计10 组织应用软件的内容及步骤：组织应用软件的内容及步骤： 确定具体要求确定具体要求 软件规划软件规划 程序编制程序编制 软件调试软件调试 善后工作善后工作 确定具体要求确定具体要求 管理要求管理要求 输入输出要求输入输出要求 语言加工要求语言加工要求 功能处理要求功能处理

10、要求 六、软件设计六、软件设计 软件软件 系统软件系统软件应用软件应用软件11计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良11第10章 微型机控制系统设计11 软件规划软件规划 模式选择模式选择 语言选择语言选择 汇编语言汇编语言或或高级语言高级语言 确定数据结构确定数据结构 划分程序块划分程序块 确定程序编制顺序确定程序编制顺序 内存安排内存安排 用符号来代替某部分程序的首址用符号来代替某部分程序的首址 粗略估算各部分容量粗略估算各部分容量 根据具体情况对内存作精确安排根据具体情况对内存作精确安排 程序编排和分配程序编排和分配 软件装配和总调软件装配和总调 软件设计的善后工作软件设计

11、的善后工作 12计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良12第10章 微型机控制系统设计12软件软件 系统软件系统软件应用软件应用软件 操作系统操作系统语言加工系统语言加工系统诊断系统诊断系统 控制程序控制程序数据采集及处理程序数据采集及处理程序巡回检测程序巡回检测程序数据管理程序数据管理程序编辑程序编辑程序编译程序编译程序连接、装配程序连接、装配程序调试程序调试程序子程序库子程序库 数据可靠性检查程序数据可靠性检查程序A AD D转换及采样程序转换及采样程序 数字滤波程序数字滤波程序 线性化处理程序线性化处理程序 数据采集程序数据采集程序 越限报警程序越限报警程序 事故预告程序事

12、故预告程序 画面显示程序画面显示程序 软件设计：软件设计：实时性。实时性。 针对性。针对性。 灵活性和通用性。灵活性和通用性。13计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良13第10章 微型机控制系统设计13应用程序的语言选择及设计步骤应用程序的语言选择及设计步骤 1 1、语言选择、语言选择 机器语言机器语言 汇编语言汇编语言 高级语言高级语言 2 2、应用程序的设计步骤和方法、应用程序的设计步骤和方法 应用程序设计的五个步骤：应用程序设计的五个步骤： 问题定义问题定义 程序设计程序设计 编码编码 调试调试 改进和再设计改进和再设计14计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马

13、有良14第10章 微型机控制系统设计14 程序设计通常采用模块程序设计法和结构程序设计法程序设计通常采用模块程序设计法和结构程序设计法结构化程序设计基本思想的三种基本结构表示：结构化程序设计基本思想的三种基本结构表示： 顺序结构顺序结构 选择结构选择结构 循环结构循环结构15计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良15第10章 微型机控制系统设计15 高级语言和汇编语言的混合编程高级语言和汇编语言的混合编程1 1、混合语言编程的基本概念、混合语言编程的基本概念 1 1）程序接口）程序接口 在一种语言程序中调用由其他语言编写的程序模块。在一种语言程序中调用由其他语言编写的程序模块。

14、2 2）命名约定）命名约定 为了解决不同语言对名称标识符的不同处理，对目标文件为了解决不同语言对名称标识符的不同处理，对目标文件名长度的不同限制的约定。名长度的不同限制的约定。 3 3）调用约定）调用约定 在两种程序语言中为实现彼此调用而建立的一种协定，它在两种程序语言中为实现彼此调用而建立的一种协定，它具体对应了一个函数、一个过程或者是一个子程序的调用过程。具体对应了一个函数、一个过程或者是一个子程序的调用过程。 4 4）参数传递约定）参数传递约定 在定义或说明时用形式参数，调用时则替换成实际参数在定义或说明时用形式参数，调用时则替换成实际参数。16计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学

15、院 马有良16第10章 微型机控制系统设计16参数传递方式：参数传递方式： 传值传值 传址传址 传名传名 传结果传结果 2 2、C C语言程序对汇编语言程序的调用语言程序对汇编语言程序的调用 1 1）C C语言程序中的接口处理语言程序中的接口处理 命名约定命名约定 调用约定调用约定 参数传递约定参数传递约定 17计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良17第10章 微型机控制系统设计172 2） 汇编语言中的接口处理汇编语言中的接口处理 在定义和编写汇编语言程序的被调用过程时，应以下在定义和编写汇编语言程序的被调用过程时，应以下划线开头，并用划线开头，并用PUBLICPUBLIC说

16、明说明。 如果如果C C语言程序以巨型、大型、存储模式编译，被语言程序以巨型、大型、存储模式编译，被C C语语言调用的汇编过程应说明成言调用的汇编过程应说明成fafa；小型、紧凑型存储模式编译，；小型、紧凑型存储模式编译，被调用的汇编过程应说明成被调用的汇编过程应说明成NEARNEAR。 考虑调用约定考虑调用约定 在被在被C C语言调用的汇编过程中用指令语言调用的汇编过程中用指令RETRET返回，而在返回，而在BASICBASIC等其他语言中要求用指令等其他语言中要求用指令RETnRETn返回。返回。 根据缺省默认，根据缺省默认，C C语言的参数传递方式是传值，但数语言的参数传递方式是传值，但

17、数组总是采用传址方式。组总是采用传址方式。18计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良18第10章 微型机控制系统设计183 3、汇编语言程序对、汇编语言程序对C C语言程序的调用语言程序的调用 1 1）命名约定）命名约定 2 2）调用约定）调用约定 3 3）参数传递的方式）参数传递的方式4 4、微型计算机控制系统的研制工具、微型计算机控制系统的研制工具利用联机仿真器可以实现以下开发手段：利用联机仿真器可以实现以下开发手段： 1 1）系统实时仿真）系统实时仿真 2 2）资源借调）资源借调 3 3）控制系统综合设计和调试）控制系统综合设计和调试19计算机工业控制西南科技大学制造科学与

18、工程学院 马有良19第10章 微型机控制系统设计19 系统联调是要把已调好的各程序功能块按照总体设系统联调是要把已调好的各程序功能块按照总体设计要求连成一个完整的程序。程序调试完成后，还要进计要求连成一个完整的程序。程序调试完成后，还要进行在线仿真，然后进行试运行。经过一段考机和试运行行在线仿真，然后进行试运行。经过一段考机和试运行后，即可投入正式运行。后，即可投入正式运行。七、系统联调七、系统联调 20计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良20第10章 微型机控制系统设计20第第9 9章章 微型计算机控制系统设计微型计算机控制系统设计控制系统设计步骤流程图控制系统设计步骤流程图

19、控制对象的功能和工作过程分析控制对象的功能和工作过程分析估算及分配估算及分配I/OI/O口口, ,存储器存储器容量及外围设备容量及外围设备画系统工艺流程图画系统工艺流程图I/OI/O口的具体分配口的具体分配画系统程序框图画系统程序框图系统部件的详细设计系统部件的详细设计编制源程序编制源程序部件芯片老化部件芯片老化筛选和测试筛选和测试汇编汇编布线及安装布线及安装形成目标程序形成目标程序系统试运行系统试运行调试硬件调试硬件调试和仿真调试和仿真完成否完成否? ?硬件错否硬件错否? ?完成否完成否? ?写入写入EPROMEPROM结束设计结束设计硬件设计硬件设计软件设计软件设计是是是是是是否否否否否否

20、开开 始始21计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良21第10章 微型机控制系统设计21n 10.2.1 10.2.1 硬件电路硬件电路n 10.2.2 10.2.2 数字控制器的数学模型数字控制器的数学模型n 10.2.3 10.2.3 控制系统程序设计控制系统程序设计10.2 10.2 微机控制系统设计举例一微机控制系统设计举例一电阻炉炉温控制系统设计电阻炉炉温控制系统设计22计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良22第10章 微型机控制系统设计22图图10-2 10-2 电阻炉炉温控制系统原理图电阻炉炉温控制系统原理图变送器变送器键盘与显示键盘与显示T0T1P

21、1.3P1.2P1.1P1.0P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0ALEP0PSENWRRDEAP3.38031803174LS74LS3733732732273281558155CEOC D7 0ALECEIO/MA7 0A7 01/2WRRDA0A1A2红绿红ABCCLKD7 0OEALESTARTIN0EOC.光光耦耦驱驱动动器器MC14528220V220V加热丝加热丝LM31174LS00TIL117.过零信号发生器过零信号发生器ADCADC08090809.热电偶热电偶10.2.1 10.2.1 硬件电路硬件电路23计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良23第10

22、章 微型机控制系统设计231. 1. 检测元件及变送器检测元件及变送器 检测元件选用镍铬检测元件选用镍铬- -镍铝热电偶，分度号为镍铝热电偶，分度号为EUEU，适用于，适用于0100001000的温度测量范围，相应输的温度测量范围，相应输出电压为出电压为0mV41.32mV0mV41.32mV。 变送器由毫伏变送器和电流变送器由毫伏变送器和电流/ /电压变送器组电压变送器组成：毫伏变送器用于把热电偶输出的成：毫伏变送器用于把热电偶输出的041.32mV041.32mV变换成变换成010mA010mA范围内的电流；电流范围内的电流；电流/ /电压变送器电压变送器用于把毫伏变送器输出的用于把毫伏变

23、送器输出的010mA010mA电流变换成电流变换成05V05V范围内的电压。范围内的电压。 10.2.1 10.2.1 硬件电路硬件电路24计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良24第10章 微型机控制系统设计24表表10-1 10-1 温度温度- -数字量对照表数字量对照表10.2.1 10.2.1 硬件电路硬件电路25计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良25第10章 微型机控制系统设计252. 2. 接口电路接口电路 8031 8031的接口电路有的接口电路有ADC0809ADC0809、81558155和和27322732等。等。 本系统采用本系统采用ADC

24、0809ADC0809型型A/DA/D转换器，该芯片为转换器，该芯片为8 8位位逐次逼近型逐次逼近型A/DA/D转换器。转换器。ADC0809ADC0809为温度测量电路的输入接口；为温度测量电路的输入接口；81558155用于键盘和显示接口；用于键盘和显示接口；27322732作为作为80318031外部程序外部程序(ROM)(ROM)存储器。存储器。10.2.1 10.2.1 硬件电路硬件电路26计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良26第10章 微型机控制系统设计263. 3. 温度控制电路如图温度控制电路如图 双向可控硅和加热丝串接在交流回路，因此双向可控硅和加热丝串接在

25、交流回路，因此可控硅导通时间决定加热丝的加热功率。可控硅导通时间决定加热丝的加热功率。 图图10-310-3给出了可控硅在给定周期给出了可控硅在给定周期T T内具有不内具有不同导通时间的情况。同导通时间的情况。 过零信号是正弦交流电压过零时刻的同步脉过零信号是正弦交流电压过零时刻的同步脉冲，可使可控硅在交流电压正弦波过零后触发导冲，可使可控硅在交流电压正弦波过零后触发导通。过零同步脉冲由过零触发电路产生，如图通。过零同步脉冲由过零触发电路产生，如图10-410-4所示。所示。10.2.1 10.2.1 硬件电路硬件电路27计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良27第10章 微型机

26、控制系统设计27图图10-3 10-3 输出功率与通断时间的关系输出功率与通断时间的关系uuuutttt12.5%25%50%100%10.2.1 10.2.1 硬件电路硬件电路28计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良28第10章 微型机控制系统设计28图图10-4 10-4 过零触发电路过零触发电路.LM311MCQ1Q274LS0014528TIL117+5V+5V+12V220V加热器+5VA1P1.310.2.1 10.2.1 硬件电路硬件电路29计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良29第10章 微型机控制系统设计29 闭环调节系统可近似看成一阶惯性环节

27、加一个延迟闭环调节系统可近似看成一阶惯性环节加一个延迟环节。因此，根据第环节。因此，根据第4 4章第章第5 5节的推导，可以得出：节的推导，可以得出：z )e-(1ze-1)e1 (K)e1)(ze1 (D(z)1 -N-T/-1 -T/-T/-P-T/-1-T/11经化简后得到：经化简后得到：1 -N-1 -1z )C-(1Cz1Bz-AD(z)10.2.2 10.2.2 数字控制器的数学模型数字控制器的数学模型30计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良30第10章 微型机控制系统设计30式中：式中：A= )e1 (Ke11T/-P-T/C= 1-T/eB=A -T/e因为，因

28、为，D(z)=R(z)/E(z)D(z)=R(z)/E(z)，得：，得：E(z)BzA(R(z)z )C(1Cz1 -11 -N-110.2.2 10.2.2 数字控制器的数学模型数字控制器的数学模型31计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良31第10章 微型机控制系统设计31y(n)=Ae(n)-Be(n-1)+Cy(n-1)+(1-C)y(n-N-1) 式中：式中：y(n)y(n)n n时刻的输出值；时刻的输出值；e(n)e(n)n n时刻的偏差值；时刻的偏差值；e(n-1)e(n-1)n-1n-1时刻的偏差值；时刻的偏差值；y(n-N-1)y(n-N-1)n-N-1n-N-

29、1时刻的输出值。时刻的输出值。 由系统的飞升特性曲线确定出由系统的飞升特性曲线确定出和和1 1后，系后，系数数A A、B B、C C则可分别求出。则可分别求出。10.2.2 10.2.2 数字控制器的数学模型数字控制器的数学模型32计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良32第10章 微型机控制系统设计32主程序流程图主程序流程图设定堆栈指针清标志和暂存单元清显示缓冲区T0初始化开CPU中断扫描键盘温度显示T1中断程序清标志D5H停止输出T1中断服务程序开 始开 始返 回10.2.3 10.2.3 控制系统程序设计控制系统程序设计1 1、主程序、主程序33计算机工业控制西南科技大学

30、制造科学与工程学院 马有良33第10章 微型机控制系统设计332. T2. T0 0中断服务程序中断服务程序 T T0 0中断服务程序是此系统的主体程序，用于中断服务程序是此系统的主体程序，用于启动启动A/DA/D转换、读入采样数据、数字滤波、越限温转换、读入采样数据、数字滤波、越限温度报警和越限处理、大林算法计算和输出可控硅度报警和越限处理、大林算法计算和输出可控硅的同步触发脉冲等。在的同步触发脉冲等。在T T0 0中断服务程序中，要用中断服务程序中，要用到一系列子程序。如：采样子程序、数字滤波子到一系列子程序。如：采样子程序、数字滤波子程序、越限处理程序、大林算法程序、标度变换程序、越限处

31、理程序、大林算法程序、标度变换程序和温度显示程序等。程序和温度显示程序等。T T0 0中断服务程序流程图中断服务程序流程图如图如图9-69-6所示。所示。10.2.3 10.2.3 控制系统程序设计控制系统程序设计34计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良34第10章 微型机控制系统设计34T T0 0中断服务程序流程图中断服务程序流程图保护现场采样炉温数字滤波U(n)=Ymax否？清上次越限标志U(n)Ymax否？U(n)=Ymin否？温度标度转换初始化T1从P1.3输出求 补计算Y(n)温度显示(D5H)=1否?恢复现场取Ymax值输出下限报警置本次越限标志上次越限否?越限计

32、数器加1越限N次否?清越限标志上限报警本次越限标志送5FH清零5EH单元上限处理是是是是是是否否否否否否返 回开 始35计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良35第10章 微型机控制系统设计35网带式多温区电阻炉微型计算机温度控制系统的设计。网带式多温区电阻炉微型计算机温度控制系统的设计。一、系统总体设计一、系统总体设计1 1、确定系统的控制任务、确定系统的控制任务控制对象：控制对象：六温区网带式连续烧结电阻炉。六温区网带式连续烧结电阻炉。设计要求：设计要求： 每个温区的温度在每个温区的温度在900900 10001000范围内连续可控；范围内连续可控； 各温区的温度以及网带的运

33、行速度可自行设定；各温区的温度以及网带的运行速度可自行设定； 要求系统能够对六个温区的温度及网带运行速度要求系统能够对六个温区的温度及网带运行速度巡回检测、显示和定时打印。巡回检测、显示和定时打印。计算机控制系统应完成的主要任务有：计算机控制系统应完成的主要任务有： 六个温区温度的闭环直接数字控制。六个温区温度的闭环直接数字控制。 网带拖动直流调速系统的速度给定和速度检测。网带拖动直流调速系统的速度给定和速度检测。 六个温区温度及网带运动速度的巡回检测、显示和定时打印。六个温区温度及网带运动速度的巡回检测、显示和定时打印。10.3 10.3 微机控制系统设计举例二微机控制系统设计举例二36计算

34、机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良36第10章 微型机控制系统设计36系统组成：系统组成： 微型计算机微型计算机 输入通道输入通道 输出通道输出通道 37计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良37第10章 微型机控制系统设计372 2、输入输出通道及其接口设计、输入输出通道及其接口设计 1 1）温度检测模拟输入通道设计）温度检测模拟输入通道设计 38计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良38第10章 微型机控制系统设计38传感器传感器信信 号号放大器放大器V/F光光 电电耦合器耦合器CPU小信号小信号VI010Vf 特点：特点：采用了由采用了由V VF

35、 F变换器和定时计数器组成的变换器和定时计数器组成的A AD D转转换器。换器。 V VF F转换输入通道的结构通常为：转换输入通道的结构通常为： 39计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良39第10章 微型机控制系统设计39设设V VF F变换器的额定输出频率为变换器的额定输出频率为F F，计数器对输出脉冲的，计数器对输出脉冲的计数时间为计数时间为T Ts s，A AD D转换结果的分辨率为转换结果的分辨率为i i，则有：，则有： 取取TsTs1s1s，则在，则在V VF F的输出频率范围的输出频率范围0 010kHz10kHz内，可以得到内，可以得到1313位的位的A AD

36、D转换结果。转换结果。sisFT2 40计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良40第10章 微型机控制系统设计40 2) 2) 晶闸管数字触发输出通道设计晶闸管数字触发输出通道设计 晶闸管简介晶闸管简介 晶闸管晶闸管( (可控硅整流器可控硅整流器) ) 功率放大器件。功率放大器件。 晶闸管的工作方式有：晶闸管的工作方式有： 调压方式调压方式 调功方式调功方式调压方式：是通过利用移相触发脉调压方式：是通过利用移相触发脉冲调节晶闸管的导通角，使输入到冲调节晶闸管的导通角，使输入到电加热元件的电压改变，达到调节电加热元件的电压改变，达到调节用电器的输入功率，来实现控制目用电器的输入功率

37、，来实现控制目的的 。IG iA + VAK -R+ US_导导通通角角41计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良41第10章 微型机控制系统设计41调功方式：调功方式：触发电路采用的是过零触发方式，外加正弦电压触发电路采用的是过零触发方式，外加正弦电压过零时控制信号才使晶闸管的触发导通，则负载上得到的电过零时控制信号才使晶闸管的触发导通，则负载上得到的电压是一个正弦波。压是一个正弦波。 调功方式输入电炉的平均功率为：调功方式输入电炉的平均功率为： RUNnP2 P P输入电炉的功率；输入电炉的功率；R R负载有效电阻；负载有效电阻；U U电网电压电网电压 ；n n允许导通的波头

38、数；允许导通的波头数；N N设定的波头数。设定的波头数。 当当 n n0 0时，电炉的输入功率为零；时，电炉的输入功率为零； n nN N，电炉的输入功率为满功率。，电炉的输入功率为满功率。 42计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良42第10章 微型机控制系统设计42 晶闸管数字触发输出通道设计晶闸管数字触发输出通道设计 过零检测同步脉冲电路过零检测同步脉冲电路 ：电网电压电网电压同步脉冲同步脉冲43计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良43第10章 微型机控制系统设计433) 3) 拨码盘给定输入通道拨码盘给定输入通道 拨码盘作为数字量的输入设备，设定和修改码盘

39、值可作拨码盘作为数字量的输入设备，设定和修改码盘值可作为控制系统的给定值。为控制系统的给定值。 输入非数字信息时，需要事先将非数字信息转换为数字输入非数字信息时，需要事先将非数字信息转换为数字代码，再由拨码盘输入。代码，再由拨码盘输入。 4) 4) 数码显示输出通道数码显示输出通道 包括：包括： 数字量输出接口电路数字量输出接口电路 锁存译码驱动电路锁存译码驱动电路 七段数码管显示器七段数码管显示器炉温显示：一位显示温区代号，四位显示炉温显示：一位显示温区代号，四位显示4 4位温度值；位温度值； 网带速度显示：一位显示网带速度代号，四位显示网带速度。网带速度显示：一位显示网带速度代号，四位显示

40、网带速度。 44计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良44第10章 微型机控制系统设计44 5) 5) 打印机输出通道打印机输出通道 系统配置了通用打印机接口电路。系统配置了通用打印机接口电路。 打印内容包括表头、制表、采样数据和采样时间。打印内容包括表头、制表、采样数据和采样时间。 二、微型计算机选择二、微型计算机选择 控制系统选取采用控制系统选取采用STDSTD总线标准的模块式工业控制计算机。总线标准的模块式工业控制计算机。本系统：本系统： 主机板采用主机板采用80988098单片机多功能单片机多功能CPUCPU模板，主频模板，主频9MHz9MHz。 配置了显示及操作面板接口

41、模板配置了显示及操作面板接口模板。 打印机接口模板。打印机接口模板。 非通用数字触发控制模板非通用数字触发控制模板。 反馈通道的反馈通道的V VF F变换及变换及A AD D转换模板转换模板。 45计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良45第10章 微型机控制系统设计45三、控制算法设计三、控制算法设计 整系统属于多变量系统，其数学描述传递矩阵为：整系统属于多变量系统，其数学描述传递矩阵为： )()()()()(6,61 ,66, 11 , 1sgsgsgsgsG 6, 16, 11)()()(,jisTeKsUsysgjisjijijiji 其中：其中：离散后可近似为：离散后可

42、近似为： )()1()(mkBUkAYkY 式中：式中：y(k)y(k) 9 99 9矩阵；矩阵；U U（k k） 9 91 1矩阵；矩阵； A A 9 99 9矩阵；矩阵； B B 9 99 9矩阵。矩阵。 46计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良46第10章 微型机控制系统设计46对于系统的每一个温区，其简化动态结构：对于系统的每一个温区，其简化动态结构： 广义传递函数为：广义传递函数为： sTKesesGDsTsi 11)( 广义脉冲传递函数为：广义脉冲传递函数为： 1/11)1(11)()( zeezKsTKesezsGzzGDDTTTTNDsTs 系统的闭环脉冲传递函

43、数为：系统的闭环脉冲传递函数为：1/1/1)1()( zezezCCTTNTT47计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良47第10章 微型机控制系统设计47数字控制器的脉数字控制器的脉冲传递函数为：冲传递函数为： )1(1)1()1)(1()(1)()()(1/1/1/ NTTTTTTTTTTzezeeKezezzGzzDCCDCD进一步简化为：进一步简化为： 12111101)( NzbzbzaazDCDCDDCDCTTTTTTTTTTTTTTTTebeKeeaebeKea/2/)/()/(/1/1/01;)1(;)1(1 式中：式中： 差分化后得到控制器差分方程：差分化后得到

44、控制器差分方程： )1()()1()1()(1021 kEakEaNkUbkUbkU48计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良48第10章 微型机控制系统设计48四、硬件设计四、硬件设计硬件电路设计有：硬件电路设计有： 前级放大器及多路模拟转换开关。前级放大器及多路模拟转换开关。 A AD D转换模板。转换模板。 数字触发控制模板。数字触发控制模板。49计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良49第10章 微型机控制系统设计49五、软件设计五、软件设计 系统控制程序的任务系统控制程序的任务 系统初始化。系统初始化。 多路模拟转换开关的切换控制。多路模拟转换开关的切换控

45、制。 温度反馈信号采样和数字滤波、线性化处理。温度反馈信号采样和数字滤波、线性化处理。 读给定输入值，且将读给定输入值，且将BCDBCD码转换为二进制码。码转换为二进制码。 完成系统的控制算法和控制输出。完成系统的控制算法和控制输出。 定点或巡回显示温度值和网带速度值。定点或巡回显示温度值和网带速度值。 定时打印时间、温度和网带运行速度。定时打印时间、温度和网带运行速度。50计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良50第10章 微型机控制系统设计50 系统控制程序的模块化系统控制程序的模块化按控制功能将程序分成三个程序模块：按控制功能将程序分成三个程序模块： 系统初始化程序模块系统初始化程序模块系统初始化包括：系统初始化包括： 设置堆栈设置堆栈 清除动态数据缓冲区清除动态数据缓冲区 初始化打印缓冲区初始化打印缓冲区 设置设置82538253计数器的控制字和计数初始计数器的控制字和计数初始值值 设置时钟系统的初始值设置时钟系统的初始值 设置控制算法程序的初始值设置控制算法程序的初始值 系统中断控制初始化等系统中断控制初始化等 51计算机工业控制西南科技大学制造科学与工程学院 马有良51第10章 微型机控制系统设计51 外部中断服务程序模