计算机控制引言

材料加工计算机控制系统主讲教师：叶春生csye@Tel中科技大学材料学院材料加工计算机控制系统第一章计算机控制系统概述第二章嵌入式ARM处理器及其开发第三章基于ARM的硬件系统设计第四章STM32电路设计第五章Linux操作系统第六章控制系统的C语言程序设计第一章绪论

1）计算机以其运算速度快，可靠性高，价格便宜，被广泛地应用于工业、农业、国防以及日常生活的各个领域。例如，卫星跟踪天线的控制、电气传动装置的控制、数控机床、伺服压力机、工业机器人的运动、力控系统、飞机、大型油轮的自动驾驶仪等等；2）许多常规的控制仪表和调节器已经被计算机所取代，计算机正在控制整个生产过程，对生产中的各种参数，如温度、压力、流量、液位、转速和成分等进行采样；

3）复杂的数据处理：生产工艺过程的统计数字和数据处理，复杂生产工艺过程的数值仿真。内容提要控制基础回顾1.1计算机控制系统的组成1.2典型计算机控制系统1.3现场总线控制系统（FCS）1.4计算机集成制造系统（CIMS）1.5智能控制系统1.6机电一体化控制系统1.7工业控制计算机1.8计算机总线

自动控制系统的组成可以是电气的，机械的，液压的，气动的等等，然而描述这些系统的数学模型却可以是相同的。

通过数学模型来研究自动控制系统，就摆脱了各种类型系统的外部关系而抓住这些系统的共同运动规律；

控制系统的数学模型是通过物理学，化学，生物学等定律来描述的，如机械系统的牛顿定律，电气系统的克希霍夫定律等都是用来描述系统模型的基本定律。自动控制系统几个重要概念的回顾数学模型是描述系统动态特性的数学表达式；

数学模型可以有多种形式。

在经典理论中，常用的数学模型是微（差）分方程，结构图，信号流图等；

在现代控制理论中，采用的是状态空间表达式。

结构图，信号流图，状态图是数学模型的图形表达形式。数学模型数学模型数学模型的建立建立合理的数学模型，对于系统的分析研究是十分重要的。合理包括两条：（1）反映元件及系统的特性要正确；（2）写出的数学式子要简明；控制系统数学模型的要求可采用解析法和实验法。解析法是根据系统和元件所遵循的有关定律来建立数学模型的。用解析法建立数学模型时，对其内部所体现的运动机理和科学规律要十分清楚，要抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，力求所建立的数学模型要合理。实验法是根据实验数据来建立数学模型的，即人为地在系统上加上某种测试信号，用实验所得的输入和输出数据来辨识系统的结构，阶次和参数，这种方法也成为系统辨识。

线性系统最重要的特性是可用叠加原理。对非线性系统当非线性不严重或变量变化范围不大时，可利用小偏差线性化的方法使数学模型线性化。解析法建立运动方程用解析法建立运动方程的步骤

1）分析系统的工作原理和系统中各变量间的关系，确定出待研究元件或系统的输入量和输出量；

2）从输入端入手（闭环系统一般从比较环节入手），依据各元件所遵循的物理，化学，生物等规律，列写各自方程式，但要注意负载效应。所谓负载效应，就是考虑后一级对前一级的影响。

3）将所有方程联解，消去中间变量，得出系统输入输出的标准方程。

所谓标准方程包含三方面的内容：①将与输入量有关的各项放在方程的右边，与输出量有关的各项放在方程的左边；②各导数项按降幂排列；③将方程的系数通过元件或系统的参数化成具有一定物理意义的系数。计算机仿真和辅助设计计算机辅助设计的概念计算机辅助设计（CAD）技术是利用计算机高速而精确的计算能力、大容量存储和处理数据的能力，结合设计者的综合分析、逻辑判断及创造性思维，用以加快设计进程、缩短设计周期、提高设计质量的技术。说明：计算机辅助设计从广义上来讲它包含了计算机仿真的内容，从狭义上说它的主要工作是利用计算机的运算能力来处理设计者手工处理所遇到的不便与繁琐。仿真的定义仿真的基本思想是利用物理的或数学的模型来类比模仿现实过程，以寻求对真实过程的认识。它所遵循的基本原则是相似性原理。计算机仿真的定义：是基于所建立的系统仿真模型，利用计算机对系统进行分析与研究的方法。计算机仿真相似原理uc(t)VRLi1.1计算机控制系统的组成图1-1计算机控制系统基本框图控制器D/A执行机构被控对象测量变送A/D工业控制计算机生产过程给定量输出量＋－在计算机控制系统中，对于给定值和反馈量要先经过A/D转换器将其转换为数字量，根据给定量和反馈量后，按某种控制规律进行运算（如PID运算），计算结果（数字信号）再经过D/A转换器，将数字信号转换成模拟控制信号输出到执行机构，便完成了对系统的控制作用。计算机控制系统组成2、计算机控制系统组成CPU/MEM人－机接口系统支持内部总线模拟量输入通道(AI)模拟量输入通道(AO)数字量输出通道(DO)数字量输入通道(DI)测量变送执行机构电气开关电气开关被控对象工业控制计算机检测及执行机构1.2典型计算机控制系统目前常用的比较典型的计算机控制系统，主要包括：

1）PC总线的板卡与工控机组成的计算机控制系统；

2）数字调节器的计算机控制系统；3）PLC的计算机控制系统；4）嵌入式系统的计算机控制系统；1基于PC总线的板卡的工控机

工业控制计算机（IndustrialControlComputer）是一种加固的增强型个人计算机，是指对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进行测量与控制用的计算机，简称工控机，它可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行。工控机与普通微机相比，有以下特点：（1）工控机总线设计支持各种模块化CPU卡和所有PCI/ISA总线接口板。（2）开放性好，兼容性好，吸收了PC机的全部功能，可直接运行PC机的各种应用软件。（3）机箱采用全刚机架，可防止电磁干扰；具有足够地负载驱动能力。机箱内装有双风扇，正压对流排风，并装有滤尘网用以防尘。典型属应用A/DD/A接口卡D/AA/D位移变速器激光控制器

ISA总线数字量输入数字量输出运动控制卡Y轴伺服控制器Z轴伺服控制器Y轴伺服电机Z轴伺服电机变频器控制开关加热辊电机送纸电机收纸电机X轴伺服控制器X轴伺服电机叠层懒制造案系统（LO霞M）控狱制系波统1）X、Y、Z三轴刘由伺刷服电旅机驱野动。2）加有热辊分、送耻纸、仆收纸示装置戚由异隙步电麦机驱他动。3）位妇移变颠速器宋和激监光器机的控新制主芽要是A/做D和D/反A转换专。2数字挂调节棕器的路计算布机控杂制系愁统数字章调节破器根召据用鸭途和胡性能团的差弃异可属以分谈为以缓下几臣种类廊型：定程神序控殖制器、可编在程调役节器、混合叛控制两器、批量拼控制坟器等。硬件首电路由主尾机电墨路、燥过程佣输入摊通道蔬、过趟程输纱出通雅道、易人机羞接口介电路买以及胁通信从接口剧电路典等部茂分组默成。软件分为延系统恶程序尾和用认户程剪序两利大部醒分。特点是运港算控缘瑞制功区能强贯、通节过软痰件实柄现所录需功揉能、尚带有命自诊惠断功臂能、何带有千数字躬通讯毫功能拴、具删有较劫有好睬的人巨机界誓面，鸣通过逗数字竟调节穷器的采人机父接口犬，操莲作人洋员可笑以方浅便的撒对调糟节器粪进行志操作酷。数字装调节系器的当应用通信协议……计算机数字调节器数字调节器被控对象图1-3数字调节器系统的基本构成控制迅器具柜有手暑、自辆动工蜻作状扎态、PI资D参数夺值、端输入福及输涂出值起等一运系列装信息和，并轰通过衣通信破模块械对控容制器加的控扶制设聋置必蜜要的理信息格，如致工作封状态嘉的变肃更、正参数纪的设父置等汁。3基于祖可编壳程控真制器崖的计浴算机医控制潜系统可编床程控葵制器俘（PL冻C）把永计算参机的由编程霸灵活殊、功章能齐腔全、苏应用舅面广帖等优栏点与扬继电茂器系疯统的戏控制惭简单阻、使貌用方迁便、翻抗干竹扰能剖力强若、价聪格便闯宜等港优点历结合万起来侄，而军其本哭身又世具有甩体积较小、碎重量慕轻、鱼耗电疗省等宇特点绳，因视而在校工业孩生产汁过程艺控制派中得萄到了时广泛东的应要用。PL众C的特吐点是完高可胁靠性别、功临能齐头全、耗应用责灵活枕、系膨统设愧计且丽调试锯周期究短、早操作并维修阳方便师。PL匙C主要五缺点挂是人欲机界情面比协较差煌，数仔据存择储和取管理偏能力严较差美，虽火然一狂些大胆型PL委C在这筹方面疏有了出较大量发展蜜。可编额程控哭制器企的应新用图7-限29机械扰手控制制示结意图机械映手控方制的尺基本考要求按起忘动按计钮后尾，传谎送带A运行刑直到拜光电宜开关PS检测端到物茄体，殿才停浮止，享同时脚机械县手下迈降。讯下降根到位范后机产械手千夹紧亚物体欢，2s后开男始上况升，飞而机抽械手票保持贞夹紧厦。上六升到廉位左购转，稼左转搅到位扬下降垂，下额降到葱位机并械手症松开坊，2s后机毅械手梢上升成。上学升到此位后仅，传毯送带B开始扔运行舞，同秘时机贴械手雀右转崖，右浴转到嘉位，珍传送惨带B停止疯，此振时传火送带A运行谷直到赵光电捏开关PS再次恢检测齿到物李体，活才停溜止……循环为了础保证洞机械共手动撞作准摊确，巾机械础手上侄安装田了限语位开努关SQ孩1、SQ艇2、SQ刮3、SQ祸4，分犹别对键机械楚手进其行下黎降、常上升毙、左裤转、奴右转老等动纳作的拍限位缘瑞，并拒给出谷动作蚊到位追的信叮号。基于汇嵌入宇式系术统的缸计算薄机控益制系开统嵌入唤式系他统所册作的庄概念安可以搭看出源嵌入首式系昼统具荒有以诱下几识个主绍要特圆征是温：专乒用性赴强、辰精简皇设计侦、系罚统内费核小仙、嵌敌入式府软件眉开发粪要想氏走向姑标准效化，哈就必墨须使怎用多殊任务轻的操郊作系歇统，削为了尊提高恭执行贯速度吨和系胜统可恋靠性轰，嵌恋入式殿系统届中的型软件结一般档都固爹化在稼存储连器芯永片或火单片工机本贱身中落，而病不是竭存贮魂于硬盘等载敲体中挨。嵌共入式租系统栗开发挑需要留专门踩的开横发工秘具和炊环境隙。嵌朵入式剥系统她的应矛用领枣域可撇以包添括为费：工众业控系制、崖交通怠管理瞎、信胁息家直电、及家庭绪智能蜜管理揉系统班、PO棵S网络弱及电慰子商更务、续环境调监测得、机露器人党等。基于住嵌入木式系芬统的挪硬件陈平台蔽体系刮结构图2.抚3嵌入救式硬援件平肉台体躬系结预构基于ARM架构的32位微处理器SamsungS3C44B0X1MB线性Flash(BIOS)8MBSDRM(系统内存)16MB非线性Flash(硬盘）USB接口USBN9603两个RS-232串行通信接口JTAG调试端口LCD显示键盘输入TCP/IP协议CANBUS嵌入叛式系产统的LI袭N通讯嵌入爸式LI怪N通讯嵌入惠式系均统的CA传N通讯嵌入育式CA点N通讯嵌入震式系享统的型电机好控制嵌入烛式电笨机控另制1.助3现场群总线右计算医机控费制系彻统现场的总线披是90年代际初期短兴起亡的一牌种先悼进工毕业控扭制技箭术，塌和DC桃S相比老是一沿种全娱数字掠化、居全分暗散式以、全洋开放滨、可缓互操烛作和怕开放眨式互商联网爱络的停新一陵代控浪制系穷统；是计激算机激技术违，通泳信技是术和键控制伍技术库的综师合与骆集成;它将甲通信栽线一翻直延洒伸到油生产枕现场思生产忘设备龟，用彻于过餐程自沙动化把和制捎造自朝动化剂的现裙场设鄙备或唇现场旧仪表蛙互连航的现餐场通现信网认络，泡它将口传统伤的DC押S三层耐网络名结构集变成狠两层旨网络浑结构“工作亡站现满场总摊线智堂能现停场仪枝表”，降李低了昌成本冬，提纷高了隙可靠娇性，杰实现男了控跟制管势理一瞧体化剩的结价构体遭系。目前德各类寇现场蜻总线辞产品蛇有40多种桂。计算罢机控挪制系牙统的年发展书进程现场济总线哨的特唇点通信永线供道电：通信怨线供虾电方街式允鹊许现缠场仪腿表直裕接从筝通信大线上百摄取若能量蜓，这尸种方馆式用喜于本偿质安扇全环棍境的以低功阅耗现浮场仪毫表，钱与其都配套路的还粗有安东全栅抢。全数偶字化折通信假：在现箭场总呈线控款制系办统中粉，从器变法钥器的拆传感欢器到商调节渠阀其址信号烦一直孟保持碧数字制性。架工业四现场侦环境绣的噪嫁声及悦其它悠干扰付信号哨很难版扭曲盐现场粘总线朵控制骆系统孝里的嚼数字比信号发，数筋字信胳号的咽强抗弊干扰闻能力遍使得划过程新控制缝的准叠确性赠和可寸靠性平更高它。开放漂式互置联网德络：现场另总线偏为开浙放式淘互联呀网络等，可币与不印同层旬网络史相连爷。不规同制白造厂吗家的岔产品咱可以居十分稠方便葬地挂婚接在潜现场禁总线捆上而匀具有解可互恒操作围，用愁户可镇以根底据性还能价贿格比卵选用鬼最优忍的，元不必倚保持剖任何壁修改山，就顺可以炒构成拿所需搁的控堤制回艳路，鄙自由赠地集或成开厉放式完控制理系统申。现场尿总线特的应吵用数值量输入模块触摸屏操作操作单元数值量输出模块变频电机控制模块模拟量输入模块模拟量输出模块多轴联动控制模块温度控制和检测模块CAN总线个人计算机图2局域葱网路扮数控讨系统臣框图功能的模块偷结构岸简图姿，每个血子模休块都匪具有平独立盆的编奥程、PL劳C和通北讯功翁能，旱同时卡具有不特殊俩功能父的编茫程，退以满赶足不蹄同的损控制荒要求必，模夺块的叔基本悄结构灵如下笨：CAN收发器功能单元MCUCAN控制器编程接口CAN总线图3功能柏模块辰结构级简图1.底4现代抖集成警制造迟系统现代正集成久制造校系统灭（Co种nt暑em原po宽ra遮ry酱I已nt技eg践ra病te坡d返Ma泪nu运fa哥ct双ur狗in吵g兼Sy沟st救em）是政计算罪机集耗成制致造系翅统新轨的发省展阶续段，千在继旋承计宰算机孕集成绩制造辩系统伴优秀窝成果骨的基抽础上招，它池不断扯吸收刺先进惩制造贸技术茅中的旨相关该思想廊的精坛华，抛从信掀息集谈成、章过程筝集成哑向企鉴业集赌成方符向迅够速发献展，缺在先终进制蓬造技历术中签处于嫩核心青地位串。具体帜地说候，它谷将传妹统的睡制造绒技术诱与现忧代信穗息技些术、屈管理每技术身、自狂动化页技术耻、系沙统工表程技床术进拍行有雀机的滤结合沿，通焦过计馆算机腊技术缸使企组业产诱品在瞎全生妹命周兆期中谷有关本的组纷织、寄经营祖、管招理和晋技术寇有机柴集成校和优腹化运售行，陡在企脊业产陆品全鸟生命钳周期拍中实抵现信检息化污、智回能化码、集厘成优找化，某达到械产品勿上市可快、母服务断好、切质量蜘优、秃成本赢低的寻目的稻，进舍而提止高企镇业的痕柔性叛、健船壮性母和敏川捷性控，使邻企业印在激帝烈的狐市场番竞争苍中立饿于不猪败之懒地。丝式而现脚代集隙成制宫造系外统的脑集成浊概念捷在广虽度和裤深度幕上都量有了识极大烤的扩永展，邪除了芬信息没集成罗外还稼实现宽了企降业产芽品全南生命叛周期产中的晓各种首业务捧过程启的整弯体优盲化，导即过删程集督成，轻并发加展到惰企业辣优势取互补欢的企遍业之旷间的卵集成吗阶段遥。现代肚集成杆制造金系统泥的技利术构成先进早制造痛技术呈（AM锁T－Ad哀va偿nc各ed识M矩an筋uf燃ac变tu钓ri输ng在T希ec妹hn仇ol幸og狮y）作舅为一辆个专才有名填词至茂今还港没有旗一个漏明确偷的、献一致氏公认痛的定姿义。携通过寸对其秩内涵纤和特医征的娃研究巩，目狗前共伯同的尸认识么是：泰先进蠢制造音技术社是传顾统制插造技藏术不拢断吸叛收机柳械、抹电子旦、信印息、础材料御、能再源和家现代富管理规等方秧面的谎成果逗，并愚将其辫综合捉应用蜡于产究品设纪计、危制造绢、检宵测、爱管理控、销臂售、忧使用英、服纽奉务的凉制造轰全过撤程，跳以实馅现优陈质、幻玉高效恨、低蝇耗、疯清洁租、灵宝活的弦生产砖，并屋取得熊理想券技术每经济赞效果耳的制浊造技得术的谊总称。技术唐特点1、并季行工备程（CE－Co桌nc晨ur敢re场nt走E键ng夸in还ee辨ri竭ng）并行毁工程似是集积成地谷、并芒行地侧设计饮产品臂及其娇相关纵过程内（包亡括制黑造过淋程和提支持冬过程默）的厕系统到方法嚼。它默要求礼产品竹开发意人员抵在一哈开始乘就考帽虑产摆品整旦个生我命周窃期中吸从概趴念形认成到夕产品枕报废燃的所汉有因唱素，昼包括咸质量瘦、成旱本、腔进度雁计划舞和用炸户要络求。2、虚羞拟制性造（VM－Vi银rt猜ua族l铁Ma蝴nu时fa项ct分ur志in筒g）虚拟新制造牧利用辟信息黑技术臣、仿垮真技裂术、庭计算闪机技幸术对蹲现实祖制造肯活动渠中的摄人、仰物、柜信息河及制孟造过疮程进细行全恭面的培仿真；3、敏患捷制柔造（AM－Ag乘il恭e箱Ma弯nu登fa柄ct摇ur破in志g）敏捷梁制造仅是以牢竞争度力和树信誉泉度为评基础杰，选庙择合景作者黑组成图虚拟史公司怨，分队工合计作，定为同拖一目阻标共看同努猾力来励增强鬼整体继竞争教能力虫，对苏用户糖需求均作出辅快速咸反应稿，以滴满足恋用户鼓的需钉要。4、绿遍色制宇造（GM－Gr禁ee凝n拼Ma们nu子fa罢ct乱ur层in院g）绿色郊制造冬是一讽个综旋合考柱虑环姻境影短响和妙资源临效率魔的现裙代制绘造模幼式，施其目清标是漏使得跪产品灶从设芹计、下制造闯、包存装、蜜运输滚、使柜用到裤报废胞的整告个产耐品生虚命周甩期中深，对顶环境伐的影唤响（迈负作氏用）换最小衰，资闭源的风使用香效率裙最高帆。1.且5智能追控制个概述1．智协能控爱制与碧传统威控制毛的主坛要区屋别传统披控制浆的主锡要特常征是灵基于奋模型遗的控对制，煮适用直于被和控对蜂象可幕用数差学模枪型描萌述的替线性程定常尽系统躬；而谦智能酸控制召是针观对系翻统的贵复杂镰性、煎非线麦性和坝不确嚷定性车而提盗出来冤的，桐是人鲁工智乒能与盆控制别理论母结合昆的产兰物，圣解决怜问题如的能俊力和缺水平纺明显珍高于拆传统党控制毯。智能坟控制霉与传谊统控赵制的扎区别察主要吊表现投在两亦个方衰面：（1）处透理复敲杂性离、不闯确定棋性问缺题的敏能力传统膜控制银能力革较差江，而领智能伶控制矮系统浪具有抢仿人铺的智爸能，饿处理接复杂俊性、撤不确袖定性盛问题集的能供力较郊高。（2）对荐被控爆对象府模型掠的依哪赖传统膀控制叙是基绩于被杨控对到象精厌确模平型的叉控制黄方式绣，智板能控陡制的浊核心钉是基威于知宪识进盼行智紧能决欺策。智能叶控制傲的特沃点（1）不眉确定壳性的泡模型智能仁控制抵可解庭决模擦型未哗知或趁模型典结构貌和参做数变弊化范泪围大阵的控势制问命题。（2）高债度的秀非线茧性传统猛控制套中，匠非线株性控挥制理削论不骄成熟汽，方忽法也赏较复允杂，葵而用以智能扒控制险可较旁好地林解决借非线娱性系金统的假控制淡。（3）复袄杂的环任务躲要求智能趁控制笑系统许具有廊决策敬能力铁，除赴对被结控物畜理量敬实现伟定值壶控制蛾，还怒可实贿现系盟统自孤动启疤停、惧故障弯自动羞诊断辱、事立故应俊急处音理等雁较复体杂的豪控制培功能藏。智能至控制泼的基腰本特欧点智能共控制颂所研绩究的搭智能佣控制毙器是罪数学根模型动和知寒识系料统相信结合扶的广煌义模蛛型。袍智能仇控制蒸常具绩有以遣下几焰种基吨本特状点：（1）分怎层递栏阶的铜组织丑结构智能夫控制样系统村的组附织结紫构体签现了昏智能黎递增莫精度诵递减上的原典则，害其协难调层黎次越炭高，卡所体栋现的利智能著也越民高。（2）多畅模态冰控制智能制控制义系统钓常采掌用具灰有开奏、闭在环控乐制结酷合，多定性尸决策串与定老量控津制结偏合，趣数学嫂模型往和非撒数学拥广义融模型毅结合磁的多国模态软控制箭。智能臭控制含的基架本特秤点（含续）（3）自订学习糟能力在控骂制过削程中倘，有坝些智喝能控忠制系盯统能碎感知多外界捡环境疑变化行进行后学习杀，并蒜将得丛到的您经验要用于斑进一晋步的侄估计疫、分踢类、华决策距或控纱制，栋从而李使系烟统的炼性能棋得到览改善月。（4）自辱适应字能力控制倦系统彩的自殃适应辣能力位是指要一个恒系统般能改率变自次身的颠性能烛以适拘应环慰境变贱化的采能力隙。（5）自拴组织某能力自组仔织能歌力是勿指智来能控盘制系邪统对华复杂蛋任务牙和分姥散的虏传感身信息惧具有饺自行卸组织午和协箭调功另能。智能讲控制谷的主耳要类顾型1．模迟糊控井制模糊演控制筑是把烂人类锄专家查对特犁定的锐被控蓬对象扮或过燃程的柿控制尽策略蜡总结少成一循系列趁的控犯制规骂则，忌通过路模糊张推理沸得到料控制裁作用桥集，浑作用卵于被滥控对出象或窝过程唱。模糊剩控制肉的主访要特慰点是浊在人拨工控钻制经哈验的于基础看上，唉实现宵对系拾统的松控制傅。模蚂糊控何制无疲需建静立数白学模门型，幻玉被控注对象被参数蠢的变乡丰化对略模糊塔控制霉的影道响不踏明显东，是难解决调不确梦定性粗系统草、非抄线性宰系统欢的有绕效途迎径。2．神净经网往络控痛制神经组网络善控制艺是人划工神葱经网白络与械控制归理论头相结蛛合的鲁产物地。神程经网镰络控椒制系旦统在施许多拜方面羊呈现角出人腐脑的邻智能鼠特点中，不怜依赖伴于精持确的牛数学更模型劳。神经绕网络约控制贤的主巾要特剪点是捕具有恋自学窃习能连力、肿自适给应能而力和汗自组嘉织能诵力。智能混控制社的主奥要类炭型（庸续）3．专派家控莫制系这统专家仰控制摔系统捷把知酷识模桥型与葵数学稳模型枪相结享合，熟知识隐信息摊处理刻技术克与控哥制技境术相睛结合堵，是贫人工糟智能桶与控片制理途论方咸法和恋技术把相结已合的容典型雕产物揭。专家肝系统厅的主僚要特宝点是逆它能采在一南定程迁度上纺模拟疾人的危思维势活动央规律坑，能律进行红自动扯推理毛，善贷于应皆付各棒种变牙化，袜具有悄透明谨性和仪灵活奇性。4．分耐层递筝阶智茂能控筛制分层遮递阶代智能和控制严是在死研究凉学习捕控制东系统欣的基同础上它，从饮工程麦控制耀出发跌，总摇结人截工智刑能与瞧自适冠应控脖制、灯自学亩习控鸽制及凉自组匹织控族制的恒关系凤逐渐饭形成集的。分层读递阶裂智能稍控制棋的特穗点是胜按照事自上沙而下氏精确馋程度春渐增努、智功能程楚度渐坦减的状原则豪进行东功能岭分配舌。智眉能主宴要体坊现在角高层猎次上笼，执都行级氧仍然缴采用享现有油的数详学解盲析控抱制算淘法，患对数络值进呢行操非作和助运算眨。1.天6机电幕一体荣化控傲制系走统1计算矛机过讲程控剃制系侧统用计俗算机偷对温识度、想压力狠、流沃量、你液面班、速唱度等乘过程绘参数昂进行机测量枪与控拿制的推系统惜。为瘦了保喜证燃驾料在妻炉膛速内正丑常燃棒烧，疲必须退保持贫燃料蒜和空摩气的胁比值疑恒定乒；燃料脱和空戒气的谜比值桌控制委过程诉，它它可以稳防止谁空气核太多兄时，萌过剩眼空气锁带走售大量沃热量蹦；也须可防晓止当炭空气葱太少烟时，创由于债燃料禁燃烧初不完法全而怖产生志许多灶一氧弄化碳恶或碳叫黑。降；为了计提高掀炉子肚的热诊效率顷，还祸需对妖炉子偶排出携的废岔气进其行分狸析，柏一般攻是用蛛氧化勒锆传拿感器项测量捧烟气悲中的痕微量贵氧，武通过夸计算呢而得简出其茄热效硬率，拍并用城以指掠导燃眼烧调龟节。图1-听4工业棵炉的任计算晕机控统制电动矩机调起速系丘统由于摊微型唉计算惹机具馆有极疤好的休快速买运算关、信霉息存彻储、在逻辑询判断路和数夹据处春理能毯力，恶电动骨机调瞒速系碰统中肤的许秧多控寇制要孙求很输容易封在计斯算机助中实钟现。四例如桑，变技流装显置的畅非线住性补党偿，圈起动慌和调栽速时找选用甜不同破的控日制方祖式或恨不同奔的控浑制参鞠数，偶四象吐限运黑行时态的逻流辑切愧换，脏在PW夏M型逆最变器摊、交—交变捧频或疼某些词生产坟机械福传动部控制播中要傻求的贤电压头、电驰流基旁准曲努线等坚。由抹于采宣用计耻算机匙控制针，可叼大大抗提高帐系统晴的性旦能。图1-挠5计算洁机控偿制的玩双闭淘环系智统计算垫机数项字程叶序控堂制系踢统采用中计算溜机来渗实现片顺序表控制要和数和字程控序控蓬制是坝计算闷机在乳自动强控制统领域畜中应替用的蔑一个茧重要子方面昌。它矿广泛派地应输用于秒机床谜控制戴、生准产自啦动线硬控制悟、运絮输机羡械控饭制和蛙交通磁管理旗等许梅多工放业自绿动控里制系速统中符。所谓绍顺序建控制锹是使焦生产扯机械赖或生趣产过健程按草预先呢规定闻的时裂序（逮或现纠场输恒入条杆件等甜）而金顺序备动作血的自但动控遍制系安统。江目前懂这类集系统拍中多裹采用道微处桃理器护构成喘的可胶编程炕序控告制器尚（PC或PL昌C）。苏可编百程序秧控制危器使页用方豆便，雕可靠迎性高扒，应遇用广悔泛。图1-摄6简单饲机床冬数字神程序遣控制锋系统顾构成漫框图工业隆机器肉人工业伶机器者人是钉一种萌应用夕计算浴机进纺行控筝制的饿替代怎人进钻行工讽作的验高度荐自动柳化系衬统，惨它主讯要由门控制矮器、彩驱动惑器、脚夹持库器、由手臂搂和各无种传吵感器伏组成猜。工奴业机港器人塔计算临机系戒统能误够对哈力觉堆、触路觉、播视觉阳等外怒部反共馈信宵息进嗽行感拍知、钞理解游、决侍策，科并及朽时按嗽要求取驱动丢运动凝装置哑、语烈音系器统完铃成相励应任逢务图1-翅7智能堵机器嗽人的妹一般鼠结构1.打7工业怜控制凝计算熔机1工业萝控制披计算棋机的标特点泉及要蔽求1、实劈燕时性实时疗性是局指计改算机弦控制触系统止能在隔限定巧的时哀间内吐对外睬来事帮件作罗出反典应的灾能力胃。2、高景可靠重性很多耐生产睡过程坊是日对夜不肚停地冒连续那运转舞，因帜此要责求与送这些循过程摄相连府的工耳业控事制机卡也必汤须无巡寿故障鉴地连欺续运赤行，悉实现穷对生泳产过怒程的棵正确鞠控制轰。1工业烫控制汗计算忍机的瓜特点断及要段求3、硬狸件配挥置的旨可装掩配可途扩充文性工业小控制痰计算孙机的灶使用窜场合搏干差撤万别繁，系矛统性想能、久容量岁要求宅、处枯理速凳度等承都不扎一样膊，特功别是养与现迈场相耗联接鱼的外成围设悔备的薯接口船种类同、数巾量等锤差别犬更大节，因堡此宜途采用俯模块伏化设想计方遇法。4、可消维护赌性工业林控制府计算紧机应岔有很滩好的贪可维戏护性姻，这垒要求嗽系统烘的结术构设咳计合关理，奇便于肆维修浸，系匠统使谜用的火板级明产品叉一致帆性好虽，更卫换模烦板后传，系姿统的块运行乱状态闹和精坊度不剥受影股响；承软件破和硬奶件的缝诊断情功能肃强，薪在系晶统出闹现故帜障时许，能生快速览准确枪地定绕位。冯·诺依到曼体唱系结临构模艳型指令助寄存销器控制枝器数据闹通道输入输出中央捡处理披器存储刮器程序指令0指令1指令2指令3指令4数据数据0数据1数据2哈佛收体系响结构指令引寄存乡丰器控制挺器数据茎通道输入输出中央犹处理醒器程序绍存储咱器指令0指令1指令2数据便存储羊器数据0数据1数据2地址指令地址数据CP贫U主存邪储器中央裕处理陶部件输入施设备输出忍设备键盘鼠标矩器…凑…显示仆器打印束机…河…辅助奸（外直部）存储牙设备磁盘赴机、启磁带吨机、牧光盘粥机等输入输出输入输出控制盘器运算姜器冯·诺依见曼计算袋机的恨硬件奔结构微处离理器变、存趋储器蛛加上I/酱O接口较电路排组成尺微型嗓计算拆机。各部缘瑞分通抱过地寸址总律线（AB）、虽数据室总线滴（DB）和搁控制狂总线球（CB）相镇连。现代跨微型孩计算沿机的县组成1.直观傻描述①图历灵机扶的计墨算装环置：蛮一条牵两端售可无凝限延继长的既带子渔，一庆个读傲写头迅，一政组控寇制指尿令。┄bb10100010bb┄状态q1读写头控制指令读写元头可光以沿薯带子柴方向暖左右仔移动画，并隆可以得在每膨个方损格上舒进行增读写滩。图灵李机1.旨7.勿2单片购微型阶计算第机单片呆微型享计算针机简怎称为犁单片挣机，氧它是帽将CP瞎U、RA饱M、RO性M和I/对O接口压集成笨在一榆块芯捉片上适，同发时还烤具有仔定时/计数溪、通马讯和致中断应等功平能的芹微型浊计算全机。摔自19虑76年In翁te竿l公司论首片位单片缩慧机问兽世以登来，猜随着中集成眯电路搁制造损技术钥的发塞展，处单片蠢机的CP影U依次残出现泪了8位和16位机顿型，烛并使伞运行尘速度逐、存恳储器感容量倍和集喉成度优不断撤提高唱。现咬在比筐较常贯用的乎单片末机一饱般具及有数每十K的闪设存、16位的A/锣D及看迟门狗盏等功分能，劲而各糠种满懂足专维门需维要的笋单片愧机也适可由齿生产朵厂家泼定做狗。MC末S-骨51单片选机图1-袄8醒M备CS慨-5卖1单片牌机的遇系统菌结构形框图1.纷7.盼3数字辣信号洽处理木器DS勤PDS皇P是目好前电陵子工奖业领耐域增怜长最时迅速宽的产冰品之柄一，再据世奴界半友导体姨贸易啄统计桨组织(W谜ST娃S)发布贡的统障计和锻预测帽报告酬显示祸，19途96尘~2济00田5年，礼全球DS俯P市场事将一租直保界持稳签步增庸长，筋其中朋，20粪00年的妙增长阳率为37逢%，20务01年为8%，并界且从20辛01年到20况05年，茄增长治率将寨逐年查递增虫，20蜻05年的期增长朽率将到达34朱%。因饼此，裳全球DS庸P市场席的前策景非讯常广慌阔，DS录P产业辩将成监为21世纪恒最具美发展马潜力达的朝箱阳产泄业。数字气信号加处理悔器DS柏PDS则P是目坏前电贞子工雀业领沈域增泄长最俗迅速泽的产咏品之外一，羡据世赛界半须导体慢贸易副统计榆组织(W祝ST帅S)发布镜的统劣计和伐预测斯报告沃显示远，19带96至~2源00灵5年，括全球DS厦P市场蜂将一航直保声持稳献步增水长，花其中某，20凡00年的娇增长因率为37蒜%，20阳01年为8%，并谎且从20绸01年到20去05年，粮增长搂率将存逐年爸递增溪，20尽05年的鹿增长缘瑞率将宁达34父%。因某此，滤全球DS蹄P市场气的前弃景非况常广配阔，DS痒P产业帐将成纲为21世纪双最具肯发展六潜力纷的朝臭阳产壁业。数字够信号请处理币器DS裂P的应粮用DS漫P是数凡字图摄像处仪理芯离片，14复00万像短素数字射信号刺处理逆器DS阶P的应惧用典型巾电机供控制律系统仔功能品框图1.舞7.宰4嵌入浙式计立算机AR写MAR孟M的Co蒙rt桐ex叉-M烘3处理雀器是倾最新欲一代这的嵌同入式AR知M处理盒器，榨它为帖实现MC敏U的需达要提墙供了逮低成宁本的闻平台天、缩从减的阀管脚械数目口、降给低的妈系统说功耗领，同千时提轨供卓解越的锅计算榨性能傻和先愤进的缴中断皇系统搭响应垒。AR年M的Co愚rt类ex袋-M茂3是32位的RI向SC处理伐器，翼提供佣额外远的代海码效漏率，贷在通霉常8和16位系立统的弃存储搜空间抄上得起到了AR执M核心亿的高致性能数。1.疮2.势4嵌入讯式计匀算机AR贤MAR固M的Co酬rt加ex暗-M愿3处理贞器是羽最新盗一代醒的嵌震入式AR冤M处理纪器，唯它为淡实现MC易U的需系要提业供了搏低成培本的距平台营、缩续减的赢管脚涉数目渗、降世低的烤系统脸功耗柳，同校时提羡供卓耀越的支计算花性能置和先歇进的傍中断朝系统晴响应库。AR栋M的Co肝rt奏ex珠-M侨3是32位的RI瞒SC处理冲器，形提供威额外箭的代蛋码效尾率，脚在通漫常8和16位系预统的牵存储拘空间稼上得贩到了AR跪M核心轿的高恐性能阅。ST民M3铸2F帽10呆x框图AR吧M7务10结构树框图1.闻8计算女机总祝线1.乞8.观1总线于原理腿及三野态门总线：是丹计算适机系丑统各痰部件抚（也笼称模拍块）沟之间底传送恭信息部的公手共通泻道，妙由若神干条码通信际线和塘起驱梨动、魔隔离手作用浪的三瓦态门裳组成掏。总线罚传输济的原香则：同胞一时怎刻只粱允许注传输1个信尊号，岔否则风会出爽现信哭号冲览突（揭即信激号叠职加）要，导球致信皇息传草输错栋误。罪总线暂为所登连接涌的多香个部洋件服抹务的想方法兔是分周时传随输。部件违与总妻线的酱连接：通幅过三仇态门博来控丑制。煎图1-着16是总碍线与球三态付门的淹连接火图。图1-16总线与三态门的连接总线少连接案包括允两个次层次①潮物理丢连接停：机伪械和舰电气粱方面发的连盼接，菜是指就采用错什么寺样的召电缆躬和连文接器修，总稠线的威驱动案能力销和传皇输距镇离，增传输缎线的诸屏蔽疾、接堤地和膜抗干瘦扰技帐术等兵。②猾逻辑六连接粱：主幕要解辉决基阀本信激息的炼缓冲赖与锁企存、世总线吓握手锐和总槐线裁匙决等发问题霉，也撒即总使线时想序和令总线绘使用居权分途配的骑问题朵。1)总线奔的操赤作过际程挂在肃总线总上的逆各模任块是佛通过配总线球进行迁信息诊交换雾，即留数据泳传输多的，黎完成高一次羊数据博传输窃要经相历以检下四贸个阶迎段。1.总线绿请求森和仲唤裁阶妇段当系固统总叙线上幻玉接有星多个考总线产主模膝块时秤，需非要使听用总蝴线的导主模粒块向漂总线苍提出宜申请耍，由顿总线分仲裁看机构浮确定寸后，糖把下甘一个参传输刃周期他的总炸线使祥用权攀交给咽申请跟的主测模块然。2.寻址声阶段获得县总线萝控制赵权的呼主模茂块，邀通过傲地址偶总线酱发出顾本次明打算吊访问蛮的从峰模块瞒的地杆址及队有关牛操作忧命令释，通蠢过译腾码使地被访址问的灵从属僚模块吐被选承中，劈燕从而修开始咱启动尽。3.数据妻传送遇阶段主模寨块和膊从属样模块孟进行稻数据耻交换酷。4.结束拳阶段主、用从模烫块的俩有关资信息母均从俭总线辅上撤券除，永让出疏总线泉，以识便其到它模供块继键续使尽用。2)总线碑的通也信方认式总线投上的巷主、馋从模萍块间嚷进行览数据啊传送查称为搭通信跳。为堡了保音证通漏信的晚可靠天性，扶主、吼从模鸦块间灰至少监应满降足下妹述关揉系：扭发送教模块姻在开遮始发迷送数件据时考，接绍收模睛块应复做好亮接收硬的准焦备。陆在接符收模因块没课有接身收到骄准确快数据层前，呈发送撞模块乞不应汗撤除收发送神信号渐。总线阴上的射主、狂从模粮块通棕常采婆用的推三种龟通信驾方式劲：1．同趣步传北输2．半赶同步伪传输3．异股步传锈输1．同亦步传委输同步绩传输鲁也称尿为同蠢步通陷信方拴式，蒜是指毕总线仍上的受各模来块严赞格地女在时后钟控尸制下合工作择的方旧式，覆如图1-螺17所示滴。图1-17同步传输主模块从模块CLK特点：要毅求主脸模块逼按严赵格的蝇时间垦标准拢发出警地址详信号旁、产肠生指宿令，乎从属券模块叶按严去格的预时间故标准截读出城数据莫或写别入数圾据。2．半罗同步社传输半同帝步传榜输方凡式是誓对同晓步方竭式的乓一种船改进攀，如帖图1-圈18所示朋。它摆保留谋了同液步传剑输的喉基本上特点善。总喷线上皂的各乖模块豪基本届上还谅是在胖时钟浮控制涝下统干一动爪作，参对于消快速秒的从签模块香，采萝用同腐步方睡式；舅但是多对于梅某些跑不能全在规海定时倾间内时完成按操作聚的慢盼速从棋模块度，可亮以请复求延焦长操迷作时宵间。图1-18半同步传输主模块从模块CLKwait/ready3．异垂步传脂输异步逗传输坝方式速也称奥为应塞答方霜式，号如图1-骄19所示庄。图1-19异步传输主模块从模块REQACK进行垒通信冷的主概、从戚模块拍不受塌统一拥的时返钟控纷制，队而是迎采用幕“请碎求”触和“鼠应答踢”信话号来救协调塑传输短过程题。3)总线怜的主鹊要技秤术参宫数1．总闻线带太宽总线活带宽蓝是衡你量总强线传蚊输速乏度的右重要滋指标贴，是堪指单地位时价间内韵总线激上可司传送分的数殃据量包，一剩般用控每秒唯钟传构送的格字节忆数来蛮表示神，单叠位为MB户ps。2．总康线位霜宽总线词位宽静是指猫总线骆能同贴时传迎送的称数据算位数佩，即劈燕总线席宽度林，如16位、32位、64位等例。在赞工作随频率项一定今的条免件下流，总估线的塌带宽半与总摸线的始位宽轮成正矿比。3．总够线的何工作仰频率总线倦的工起作频壁率也帖称为鹿总线平的时吧钟频宫率，屑单位兄为MH型z。工碰作频查率越冒高，想总线乱工作问速度悦越快淘，总思线带笛宽也看越宽1.顷8.悬2总线裕分类鉴及总笼线标霜准图1-20四级总线示意图典型馋总线图1-22PCI总线的连接方式CPUPCI总线控制器ISA总线控制器主存储器AGP显卡磁盘控制器网卡声卡Modem卡CPU总线存储总线AGP总线PCI总线ISA总线1.董8.草3总线抬缓冲份器总线吓作为劈燕计算奖机系某统中夏各部咳件的循公共货信息掌传输码通道惊，当摩系统克运行员时各穴个部意件均砌挂在匀总线初上，绳为了帅保证筒总线袜上传弦送数幸据的固正确婚性，异在同牧一时去刻只铺能允宗许一杠个部丽件向努总线堪发送惯数据牲，但秆允许死一个份部件仰或多洗个部集件同辫时接竭收数交据。虏为了惜达到帅这一宽要求泛，可贷以在后器件殃内部苦设置妖三态斥缓冲巩器。极数据衔通过拿三态川缓冲脚器再浓送入松总线鹿，当警三态蜜缓冲丧器处早于低颠阻状域态，优即输晕出端慕为高忘电平疏或低奏电平兔状态产时，泡器件拼挂在完总线泊上；疯当三遭态缓正冲器堤处于篮高阻研状态家，即秆开路列状态怜或浮洽空状丢态时链，器冶件与消总线妇逻辑州上“泻脱开泼”，膏但物探理上峰仍是丧连接耗在一费起的仓。伺服向压力都机控验制原绩理压力腐机AR阀M控制蜡系统碧原理说图曲柄问压力挨机图1曲柄绵连杆牢滑块卡机构债简图图2曲柄那连杆碍滑块麦机构伞运动韵关系幕计算露简图伺服岗压力控机控使制系略统仿铅真研孙究MS芝M转子滥磁场笛速度倾控制垃原理2嵌入臂式AR专M处理诵器及缸其开笋发主讲较教师粥：叶凯春生cs盼ye吩@m奔ai桥l.妖hu东st晃.e霸du欲.c络nTe汁l:砍02嚼7-战87馒55集83林70华中伴科技飘大学青材料宴学院嵌入背式AR负M处理位器及各其开很发AR结M处理谁器概艘述AR宅M硬件饶体系线结构AR炊M处理膛器内踏部结侦构开发哈工具骡与开忆发流双程介怜绍123480AR注M零Lt谈d成立胀于19夹90年11月前身退为Ac角or馆n计算茎机公录司Ad两va厘nc置e腾RI窝SC吴M争ac吸hi叉ne庆(A肺RM芳)主要坐设计AR料M系列RI怕SC处理聪器内搁核授权AR哭M内核阻给生押产和队销售训半导派体的羡合作禁伙伴AR扛M公司腰不生途产芯夸片IP祝(I唱nt写el冻li诸ge无nc狠e付Pr聚op笼er弹ty狂)另外叼也提案供基砖于AR汁M架构歇的开稳发设容计技单术软件更工具,评估盾板,调试宇工具,应用满软件,总线列架构,外围蛮设备功单元过，等拼等RI程SC轰（r芹ed吴uc僵ed壁i替ns键tr暖uc泉ti迎on棒s伐et萝c淹om沟pu喘te浓r，精简绞指令终集计泼算机挎）AR涉M的业食务模意型AR梳M授权费IPARM创造和设计IPPa商rt慌ne堂r产品，例如：芯片Partner把ARMIP和其他IP集成进产品OE顿MCu扭st仓om迫er版权费单价OEM用来自ARMPartner的芯片设计制造最终用户产品业务拓展/市场格局命名佣的含百义标志含义说明T支持Thumb指令集Thumb指令集版本1：ARMv4TThumb指令集版本2：ARMv5TThumb-2：ARMv6TD片上调试M支持长乘法32位乘32位得到64位，32位的乘加得到64位IEmbeddedICEEDSP指令增加了DSP算法处理器指令：16位乘加指令，饱和的带符号数的加减法，双字数据操作，cache预取指令JJava加速器Jazelle提高java代码的运行速度S可综合提供VHDL或Verilog语言设计文件嵌入杠式AR迫M处理樱器及絮其开赔发AR身M处理医器概咱述AR科M硬件别体系药结构AR竞M处理霉器内恰部结彩构开发厚工具柱与开鞠发流化程介馒绍1234冯·诺依眨曼体科系结假构模惩型指令里寄存撑器控制获器数据耕通道输入输出中央市处理仇器存储败器程序指令0指令1指令2指令3指令4数据数据0数据1数据2哈佛战体系塔结构指令皂寄存却器控制废器数据苏通道输入输出中央独处理张器程序灵存储驰器指令0指令1指令2数据弟存储策器数据0数据1数据2地址指令地址数据CP桶U主存帜储器中央尊处理裂部件输入写设备输出童设备键盘鼠标蛇器…绢…显示郑器打印辉机…凤…辅助毕（外绒部）存储梁设备磁盘诸机、告磁带射机、催光盘帐机等输入输出输入输出控制堆器运算啦器冯·诺依渗曼计算猜机的植硬件百结构微处舞理器尽、存蒜储器吩加上I/厨O接口膏电路固组成右微型袄计算帜机。各部惩分通匙过地哲址总猜线（AB）、签数据经总线冻（DB）和喇控制苏总线森（CB）相刷连。现代苏微型唉计算万机的撞组成1.直观炕描述①图倦灵机撤的计椒算装题置：谜一条众两端偏可无填限延博长的跟带子息，一竞个读待写头佳，一胆组控犹制指普令。┄bb10100010bb┄状态q1读写头控制指令读写听头可葡以沿飞带子易方向劣左右衰移动愤，并考可以费在每止个方电格上馆进行撑读写屡。图灵猫机②带疤子上甚的符捷号为极一个结有穷悲字母律表：{S0,S1,S2,¨腰¨,背Sp}通常赔仅有S0、S1两个扑字符视，其虽中：S0→0，S1→1这可遥加深易对布恭尔值励、二沸进制锯机器肌的理锯解。③机搂器的浇控制舅状态备：{q1,q2,¨秒,qn}图灵签机的疗初始泳状态倒设为q1,结束叨状态颈设为qn图灵户机④五早元组黎指令设集合哗：(qiSjSkR(河LN棍)qn)qi表示村机器悉目前韵所处咸的状乓态；Sj表示白机器颠从方系格中串读入赞的符传号；Sk表示剧机器在用来酷代替Sj写入胞方格外的符挖号；R,揪L,脸N表示身右移后一格,左移向一格,不移躺动；qn表示臭下一读步机庭器的援状态搏。一个种给定泼机器依的程贪序是含机器税内的桐五元御组形谜式的域指令绿集，伤它定改义了风机器阔在特卡定状管态下左读入好一个尼特定邻字符炕时所泥采取泥的动筐作。图灵引机2.工作耳原理机器晌从给辛定带崭子上访的某柿起点柔出发买，其漂动作惊完全宁由其蚕初始廊状态彼值及帜机内耕五元涉组指负令集估来决献定。饥计算茂结果君是从扮机器挣停止黄时带子子上驼的信砌息得槽到。指令挖死循庸环：q1S2S2Rq3q3S3S3Lq1指令躁二义冈性：q3S2S2Rq4q3S2S4Lq6图灵巧机CI凶SC和R