微型计算机控制系统设计gxs

1、1第六章第六章 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： 系统总体控制方案设计系统总体控制方案设计 微型计算机选择微型计算机选择 控制算法设计控制算法设计 硬件设计硬件设计 软件设计软件设计 系统联调系统联调 6.1 控制系统设计的一般步骤控制系统设计的一般步骤2一、系统总体控制方案设计一、系统总体控制方案设计（一）确定控制任务（一）确定控制任务:了解对象、明确要求，确定方案了解对象、明确要求，确定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

2、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？特殊要求应采取哪些措施。有否特殊控制要求？特殊要求应采取哪些措施。 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）（二） 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 。（三）（三） 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/O信号及交换方式。信号及交换方

3、式。3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/O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IO方式方式 直接存储器存取方式直接存储器存取方式 （四）（四） 通道设计通道设计:A/D、D/A、I/O等等系统系统I/O通道：通道： 数字量数字量I/O通道通道 开关量开关量I/O通道通道 模拟量模拟量I/O通道通道 脉冲量脉冲量I/O通道通道 在总体设计中，应确定本系统应设置什么样的通道、每个在总体设计中，应确定本系统应设置什么样的通道、每个

4、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。4（五）（五） 操作员控制台设计操作员控制台设计: 供现场工作人员使用供现场工作人员使用 包括：各种转换开关、按钮、键盘、数字显示器、状态故包括：各种转换开关、按钮、键盘、数字显示器、状态故障指示灯等。障指示灯等。 1）一组或几组数据输入键，输入或更新给定值，修改控制）一组或几组数据输入键，输入或更新给定值，修改控制器参数或其它必要得数据。器参数或其它必要得数据。 2）功能键或转换开关，转换工作方式，启动、停止系统运）功能键或转换开关，转换工作方式，启动、停止系统运行或完成某种特定得系统操作功能。行或完成某种特定得

5、系统操作功能。 3）显示装置或显示屏，用于显示状态、参数及故障指示等。）显示装置或显示屏，用于显示状态、参数及故障指示等。 4）紧急停止按钮，在紧急事故时停止系统运行，转入故障）紧急停止按钮，在紧急事故时停止系统运行，转入故障处理。处理。5二、微型计算机选择二、微型计算机选择, 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 :实时控制：正常运行实时控制发实时控制：正常运行实时控制发生故障时紧急处理。生故障时紧急处理。 足够的存储容量足够的存储容量 完备的完备的I/O通道和实时时钟通道和实时时钟:定时定时/计算功能计算功能 其它综合指标：其它综合指标：字长、

6、速度、指令、性能价格比、字长、速度、指令、性能价格比、体积、功耗体积、功耗三、控制算法设计三、控制算法设计 根据具体控制对象、控制性能指标要求以及所选用得根据具体控制对象、控制性能指标要求以及所选用得微型计算机对数据得处理能力来进行。微型计算机对数据得处理能力来进行。 必须满足控制速度、控制精度和系统稳定性得要求必须满足控制速度、控制精度和系统稳定性得要求:对象不同，指标不同，选择不同的算法对象不同，指标不同，选择不同的算法 根据具体情况进行必要得修改和补充根据具体情况进行必要得修改和补充:如：如：PID：积：积分分离分分离PID等等 6 控制算法的设计要充分考虑可实现性控制算法的设计要充分考

7、虑可实现性: 对复杂的控制算法对复杂的控制算法进行合理简化，忽略某些因素的影响，（如非线性、小延时、进行合理简化，忽略某些因素的影响，（如非线性、小延时、小惯性）在取得初步成果后，再将控制算法完善。小惯性）在取得初步成果后，再将控制算法完善。四、硬件设计四、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。 画电气原理图，选购元件，局部电路实验，设计印刷电画电气原理图，选购元件，局部电路实验，设计印刷电路板，焊接。路板，焊接。包括：包括： 接口电路和接口电路和

8、I/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 电平转换电平转换 驱动放大电路等驱动放大电路等 7五、软件设计五、软件设计 软件软件 系统软件系统软件应用软件应用软件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要求 8 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 高级语言高级语言 确定

9、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 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的善后工作 六、系统联调六、系统联调 （1）在实验室模拟装置上进行，尽可能接近实际控制系统；）在实验室模拟装置上进行，尽可能接近实际控制系统； （2）在工业生产现场进行工作试验）在工业生产现场进行工作试验96.2 微型计算机控制系统的软件微型计算机控制系统的软件 一、软件的分类一、软件的分类软件软件 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

10、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AD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 事故预告程序事故预告程序 画面显示程序画面显示程序 10二、应用程序的语言选择及设计步骤二、应用程序的语言选择及设计步骤 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、应用程序的设计步骤和方法应用程序的设计步骤和方法

11、 应用程序设计应用程序设计的的五个步骤：五个步骤： 问题定义问题定义 程序设计：编写源程序程序设计：编写源程序 编码：把源程序转换成微型计算机能执行的指令代码编码：把源程序转换成微型计算机能执行的指令代码 调试：利用断点、单步跟踪及模拟运行等检查正确性调试：利用断点、单步跟踪及模拟运行等检查正确性 改进和再设计：根据运行情况对原设计作修改，或对程改进和再设计：根据运行情况对原设计作修改，或对程序进行改进和补充。序进行改进和补充。11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

12、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12三、高级语言和汇编语言的混合编程三、高级语言和汇编语言的混合编程1、 混合语言编程的基本概念混合语言编程的基本概念 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。 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，对目标文件名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。长度的不同限制的约定。 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，它具在两种程序语言中为实现彼此调用而建立的一种协定

13、，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。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）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.13参数传递方式：参数传递方式： 传值：实参的值传递给相应的形参传值：实参的值传递给相应的形参 传址：把实参的地址传递给相应的形参传址：把实参的地址传递给相应的形参 传名：用实参的原文替换对应的形参，实参传名：用实参的原文替换对应的形参，实参处理成一个子程序。处理成一个子程序。 传结果：将实参的值进行间接计算传结果：将实参的值进行间接计算 2、 C语言程

14、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）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 142） 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，应以下划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，并用线开头，并用PUBLIC说明说明. 如果如果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fa；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

15、说明成NEAR。 考虑调用约定考虑调用约定 在被在被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RET返回，而在返回，而在BASIC等其他语言中要求用指令等其他语言中要求用指令RETn返回。返回。 根据缺省默认，根据缺省默认，C语言的参数传递方式是传值，但数组总语言的参数传递方式是传值，但数组总是采用传址方式。是采用传址方式。153、汇编语言程序对、汇编语言程序对C语言程序的调用语言程序的调用 1）命名约定）命名约定 2）调用约定）调用约定 3）参数传递的方式）参数传递的方式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

16、器可以实现以下开发手段： 1）系统实时仿真）系统实时仿真 2）资源借调）资源借调 3）控制系统综合设计和调试）控制系统综合设计和调试16数字滤波数字滤波6.3 常用应用程序设计常用应用程序设计 定义：通过一定的计算程序对信号作数字化的处理，定义：通过一定的计算程序对信号作数字化的处理，以减少干扰在信号中的比重。以减少干扰在信号中的比重。 特点：特点：1）数字滤波用程序来完成，可以多个输入通道）数字滤波用程序来完成，可以多个输入通道“共用共用”一个滤波程序。一个滤波程序。 2）不需要硬件设备，可靠性高、稳定性好，各回路）不需要硬件设备，可靠性高、稳定性好，各回路之间不存在阻抗匹配等问题。之间不存

17、在阻抗匹配等问题。 3）可以对频率很低的信号滤波。）可以对频率很低的信号滤波。 4）改变数字滤波程序可以实现不同的滤波方法或调）改变数字滤波程序可以实现不同的滤波方法或调整滤波参数，灵活、方便。整滤波参数，灵活、方便。171、 算术平均值滤波算术平均值滤波NkkXNY11 把把N次采样值进行相加，然后次采样值进行相加，然后取其算术平均值为本次采样值。取其算术平均值为本次采样值。 算术平均值滤波程序流程图算术平均值滤波程序流程图 原理：寻找一个原理：寻找一个Y值，它与值，它与各采样值各采样值Xk之间误差的平方和之间误差的平方和E最小。最小。 182、中值滤波中值滤波 对某一个被测参数对某一个被测

18、参数连续采样连续采样N次（一般次（一般取奇数），然后从小取奇数），然后从小到大排队，取中间值到大排队，取中间值为本次采样值。为本次采样值。中值滤波程序流程图中值滤波程序流程图193、一阶滞后滤波一阶滞后滤波1)1 (kkkayxay xk为第为第k次采样值，次采样值，yk为第为第k次采样后滤波结果输出值，次采样后滤波结果输出值，为滤波平滑系数为滤波平滑系数一阶滞后滤波程序流程图：一阶滞后滤波程序流程图：204、 程序判断滤波程序判断滤波 原理：将两次采样数据进行比较，原理：将两次采样数据进行比较，求出差值，若大于最大允许偏差，求出差值，若大于最大允许偏差，则该数据为干扰所致，应该舍去，则该数据为干扰所致，应该舍去，反之则本次数据有效。反之则本次数据有效。(1) 限幅滤波限幅滤波 规定两次采样值偏差的绝对值规定两次采样值偏差的绝对值不超过某一各数值不超过某一各数值限幅滤波程序流程图：限幅滤波程序流程图：为真实信号，有效为真实信号，有