第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課件

1、第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第五章第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 5.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟5.2 5.2 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件5.3 5.3 常用應(yīng)用程序設(shè)計(jì)常用應(yīng)用程序設(shè)計(jì)5.4 5.4 微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)知識(shí)回顧知識(shí)回顧執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器被控對(duì)象被控對(duì)象被控參數(shù)被控參數(shù)控制器控制器計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)給定值給定值計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟控制系統(tǒng)

2、設(shè)計(jì)的一般步驟5.1.1 舉例舉例5.1.2 微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及步驟微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及步驟返回本章第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1.1 舉例舉例控制對(duì)象控制對(duì)象：六溫區(qū)網(wǎng)帶式連續(xù)燒結(jié)電阻爐。：六溫區(qū)網(wǎng)帶式連續(xù)燒結(jié)電阻爐。要求：要求：l 每個(gè)溫區(qū)的溫度在每個(gè)溫區(qū)的溫度在600-1000600-1000范圍內(nèi)連續(xù)可控；范圍內(nèi)連續(xù)可控；l 各溫區(qū)的溫度以及網(wǎng)帶的運(yùn)行速度既可自動(dòng)設(shè)定；各溫區(qū)的溫度以及網(wǎng)帶的運(yùn)行速度既可自動(dòng)設(shè)定；l 系統(tǒng)能夠?qū)α鶄€(gè)溫區(qū)的溫度及網(wǎng)帶運(yùn)行速度巡回檢測(cè)、顯示系統(tǒng)能夠?qū)α鶄€(gè)溫區(qū)的溫度及網(wǎng)帶運(yùn)行速度巡回檢測(cè)、顯示 和定時(shí)打印。和定時(shí)打印。第一步：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)完

3、成的主要任務(wù)有：第一步：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)完成的主要任務(wù)有：l 六個(gè)溫區(qū)溫度的閉環(huán)直接數(shù)字控制；六個(gè)溫區(qū)溫度的閉環(huán)直接數(shù)字控制；l 網(wǎng)帶拖動(dòng)直流調(diào)速系統(tǒng)的速度給定和速度檢測(cè)；網(wǎng)帶拖動(dòng)直流調(diào)速系統(tǒng)的速度給定和速度檢測(cè)；l 六個(gè)溫區(qū)溫度及網(wǎng)帶運(yùn)動(dòng)速度的巡回檢測(cè)、顯示和定時(shí)打印。六個(gè)溫區(qū)溫度及網(wǎng)帶運(yùn)動(dòng)速度的巡回檢測(cè)、顯示和定時(shí)打印。一臺(tái)計(jì)算機(jī)分時(shí)控制；一臺(tái)計(jì)算機(jī)分時(shí)控制；模擬量的輸入通道；模擬量的輸入通道；接口電路；接口電路；溫度控制輸出通道。溫度控制輸出通道。第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)組成框圖簡(jiǎn)圖如下：系統(tǒng)組成框圖簡(jiǎn)圖如下：第二步：控制第二步：控制系統(tǒng)選用系統(tǒng)選用STD總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的?？偩€(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的

4、模塊式工業(yè)控制塊式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)。第三步：確定控制算法。第三步：確定控制算法。第四步：硬件電路設(shè)計(jì)：第四步：硬件電路設(shè)計(jì)：l 前級(jí)放大器及多路模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)；前級(jí)放大器及多路模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)；l A/D轉(zhuǎn)換模板；轉(zhuǎn)換模板；l 數(shù)字觸發(fā)控制模板。數(shù)字觸發(fā)控制模板。最后，進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。最后，進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。返回本節(jié)第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1.2 微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及步驟微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及步驟1） 確定系統(tǒng)整體控制方案確定系統(tǒng)整體控制方案l 要從系統(tǒng)構(gòu)成上考慮，是采用開(kāi)環(huán)控制還是閉環(huán)控制；要從系統(tǒng)構(gòu)成上考慮，是采用開(kāi)環(huán)控制還是閉環(huán)控制；l 考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用什么方案，是

5、采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)還考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用什么方案，是采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)還是其他方式驅(qū)動(dòng)，比較各種方案，擇優(yōu)而用；是其他方式驅(qū)動(dòng)，比較各種方案，擇優(yōu)而用；l 考慮是否有特殊控制要求?？紤]是否有特殊控制要求。 2） 確定控制算法確定控制算法l 確定算法能否滿(mǎn)足控制速度、精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求；確定算法能否滿(mǎn)足控制速度、精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求；l 確定某些情況下要進(jìn)行修改與補(bǔ)充；確定某些情況下要進(jìn)行修改與補(bǔ)充；l 確定為設(shè)計(jì)、調(diào)試方便，可將控制算法作合理的簡(jiǎn)化，逐確定為設(shè)計(jì)、調(diào)試方便，可將控制算法作合理的簡(jiǎn)化，逐步將控制算法完善，直到獲得最好的控制效果。步將控制算法完善，直到獲得最好的控制效果。

6、第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3）選擇微型計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備）選擇微型計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備l 較完善的中斷系統(tǒng)；較完善的中斷系統(tǒng)；l 足夠的存儲(chǔ)容量；足夠的存儲(chǔ)容量；l 完備的輸入輸出通道和實(shí)時(shí)時(shí)鐘；完備的輸入輸出通道和實(shí)時(shí)時(shí)鐘；l 微處理器有足夠的數(shù)據(jù)處理能力：微處理器有足夠的數(shù)據(jù)處理能力： 主要包括：字長(zhǎng)、指令的執(zhí)行速度、指令系統(tǒng)。主要包括：字長(zhǎng)、指令的執(zhí)行速度、指令系統(tǒng)。4）硬件設(shè)計(jì)）硬件設(shè)計(jì)l 根據(jù)系統(tǒng)總體框圖，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)電氣原理圖；根據(jù)系統(tǒng)總體框圖，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)電氣原理圖；l 按照電氣原理圖著手元件的選購(gòu)和線(xiàn)路設(shè)計(jì)工作。按照電氣原理圖著手元件的選購(gòu)和線(xiàn)路設(shè)計(jì)工作。5）軟件設(shè)計(jì)）軟件設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)性

7、、針對(duì)性、靈活性和通用性、可靠性。實(shí)時(shí)性、針對(duì)性、靈活性和通用性、可靠性。6）系統(tǒng)聯(lián)調(diào)）系統(tǒng)聯(lián)調(diào)l 第一步實(shí)驗(yàn)室模擬裝置上進(jìn)行；第一步實(shí)驗(yàn)室模擬裝置上進(jìn)行；l 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖圖5-1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟流程圖控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟流程圖返回本節(jié)控制對(duì)象的功能和工作過(guò)程分析估算及分配I/O口,存儲(chǔ)器容量及外圍設(shè)備畫(huà)系統(tǒng)工藝流程圖I/O口的具體分配畫(huà)系統(tǒng)程序框圖系統(tǒng)部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)編制源程序部件芯片老化篩選和測(cè)試匯編布線(xiàn)及安裝形成目標(biāo)程序系統(tǒng)試運(yùn)行調(diào)試硬件調(diào)試和仿真完成否?硬件錯(cuò)否?完成否?寫(xiě)入EPROM結(jié)束設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是是是否否否開(kāi) 始第

8、五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.2 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件5.2.1 軟件的分類(lèi)軟件的分類(lèi)5.2.2 應(yīng)用程序的語(yǔ)言選擇及設(shè)計(jì)步驟應(yīng)用程序的語(yǔ)言選擇及設(shè)計(jì)步驟5.2.3 高級(jí)語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的混合編程高級(jí)語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的混合編程5.2.4 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的研制工具微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的研制工具返回本章第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.2.1 軟件的分類(lèi)軟件的分類(lèi)返回本節(jié)第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.2.2 應(yīng)用程序的語(yǔ)言選擇及設(shè)計(jì)步驟應(yīng)用程序的語(yǔ)言選擇及設(shè)計(jì)步驟1）語(yǔ)言選擇）語(yǔ)言選擇l 機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言l 匯編語(yǔ)言匯編語(yǔ)言l 高級(jí)語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言2）應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)步驟

9、和方法）應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)步驟和方法應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)通常分下列五個(gè)步驟：?jiǎn)栴}定義、程序設(shè)計(jì)、應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)通常分下列五個(gè)步驟：?jiǎn)栴}定義、程序設(shè)計(jì)、編碼、調(diào)試、改進(jìn)和再設(shè)計(jì)。編碼、調(diào)試、改進(jìn)和再設(shè)計(jì)。問(wèn)題定義階段是要明確微型計(jì)算機(jī)完成哪些任務(wù)及執(zhí)行什么程序，決定問(wèn)題定義階段是要明確微型計(jì)算機(jī)完成哪些任務(wù)及執(zhí)行什么程序，決定輸入輸入/ /輸出的形式，決定與接口硬件電路的連接配合以及出錯(cuò)處理方法。輸出的形式，決定與接口硬件電路的連接配合以及出錯(cuò)處理方法。l模塊程序設(shè)計(jì)法模塊程序設(shè)計(jì)法l結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)法結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)法（順序、選擇和循環(huán)）（順序、選擇和循環(huán)）返回本節(jié)第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.2.3 高級(jí)

10、語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的混合編程高級(jí)語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的混合編程混合語(yǔ)言不是一種新出現(xiàn)的自成系統(tǒng)的新型語(yǔ)言，只是一種程混合語(yǔ)言不是一種新出現(xiàn)的自成系統(tǒng)的新型語(yǔ)言，只是一種程序接口技術(shù)。序接口技術(shù)。1）混合語(yǔ)言編程的基本概念）混合語(yǔ)言編程的基本概念l 程序接口程序接口l 命名約定命名約定l 調(diào)用約定調(diào)用約定l 參數(shù)傳遞約定參數(shù)傳遞約定傳值、傳址、傳名和傳結(jié)果傳值、傳址、傳名和傳結(jié)果2）C語(yǔ)言程序調(diào)用匯編程序語(yǔ)言程序調(diào)用匯編程序C C語(yǔ)言程序中的接口處理語(yǔ)言程序中的接口處理命名約定命名約定調(diào)用約定調(diào)用約定參數(shù)傳遞約定參數(shù)傳遞約定第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)匯編語(yǔ)言中的接口處理匯編語(yǔ)言中的接口處理為了與為了與

11、C C語(yǔ)言命名約定相符，在定義和編寫(xiě)匯編語(yǔ)言程序的被調(diào)用過(guò)程時(shí)應(yīng)語(yǔ)言命名約定相符，在定義和編寫(xiě)匯編語(yǔ)言程序的被調(diào)用過(guò)程時(shí)應(yīng)以下劃線(xiàn)開(kāi)頭，并用以下劃線(xiàn)開(kāi)頭，并用 PUBLICPUBLIC說(shuō)明，過(guò)程名最好不要超過(guò)說(shuō)明，過(guò)程名最好不要超過(guò)8 8個(gè)字符。個(gè)字符。如果如果C C語(yǔ)言程序以巨型，大型、或者中型存儲(chǔ)模式翻譯，被語(yǔ)言程序以巨型，大型、或者中型存儲(chǔ)模式翻譯，被C C語(yǔ)言調(diào)用的匯語(yǔ)言調(diào)用的匯編過(guò)程應(yīng)說(shuō)明成編過(guò)程應(yīng)說(shuō)明成 farfar?？紤]調(diào)用約定，考慮調(diào)用約定，C C語(yǔ)言程序向匯編過(guò)程傳送參數(shù)是通過(guò)堆棧進(jìn)行的，而語(yǔ)言程序向匯編過(guò)程傳送參數(shù)是通過(guò)堆棧進(jìn)行的，而C C語(yǔ)語(yǔ)言參數(shù)壓棧的順序與參數(shù)在調(diào)用時(shí)

12、參數(shù)表中出現(xiàn)的順序相反。言參數(shù)壓棧的順序與參數(shù)在調(diào)用時(shí)參數(shù)表中出現(xiàn)的順序相反。C C語(yǔ)言的堆棧結(jié)構(gòu)圖：語(yǔ)言的堆棧結(jié)構(gòu)圖：在被在被C C語(yǔ)言調(diào)用的匯編過(guò)程中用指令語(yǔ)言調(diào)用的匯編過(guò)程中用指令RETRET返回，而在返回，而在BASIC BASIC 等其他語(yǔ)言中要等其他語(yǔ)言中要求用指令求用指令 RET n RET n 返回。返回。第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)返回本節(jié)匯編語(yǔ)言中的接口處理匯編語(yǔ)言中的接口處理根據(jù)缺省默認(rèn)，根據(jù)缺省默認(rèn)，C C語(yǔ)言的參數(shù)傳遞方式是傳值，但數(shù)組總是采用傳址方式。語(yǔ)言的參數(shù)傳遞方式是傳值，但數(shù)組總是采用傳址方式。綜上所述，用綜上所述，用C C語(yǔ)言調(diào)用匯編程序的步驟為：語(yǔ)言調(diào)用

13、匯編程序的步驟為：按各種約定編寫(xiě)并匯編語(yǔ)言源程序，得到可重新定位的目標(biāo)文件，注意下劃按各種約定編寫(xiě)并匯編語(yǔ)言源程序，得到可重新定位的目標(biāo)文件，注意下劃線(xiàn)、線(xiàn)、PUBLIC PUBLIC 和和BP BP 的使用。的使用。按約定編寫(xiě)按約定編寫(xiě)C C語(yǔ)言程序，編譯后得到目標(biāo)文件，注意語(yǔ)言程序，編譯后得到目標(biāo)文件，注意 extern extern 和參數(shù)的類(lèi)型和參數(shù)的類(lèi)型的使用。的使用。將兩種語(yǔ)言程序的目標(biāo)文件連接成一個(gè)可執(zhí)行的文件。將兩種語(yǔ)言程序的目標(biāo)文件連接成一個(gè)可執(zhí)行的文件。運(yùn)行該執(zhí)行文件。運(yùn)行該執(zhí)行文件。3 3）匯編語(yǔ)言程序?qū)Γ﹨R編語(yǔ)言程序?qū) C語(yǔ)言程序的調(diào)用語(yǔ)言程序的調(diào)用首先是命名約定；其

14、次是調(diào)用約定；第三，參數(shù)傳遞的方式是保證正常調(diào)用首先是命名約定；其次是調(diào)用約定；第三，參數(shù)傳遞的方式是保證正常調(diào)用的關(guān)鍵。的關(guān)鍵。4 4）C C語(yǔ)言程序調(diào)用匯編程序舉例（略）語(yǔ)言程序調(diào)用匯編程序舉例（略）第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.2.4 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的研制工具微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的研制工具 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的研制工具主要有：微型計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的研制工具主要有：微型計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、聯(lián)機(jī)仿真器以及單板機(jī)、交叉匯編程序、模擬仿真程序系統(tǒng)、聯(lián)機(jī)仿真器以及單板機(jī)、交叉匯編程序、模擬仿真程序等。等。返回本節(jié) 聯(lián)機(jī)仿真器是微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的有力工具，聯(lián)機(jī)仿真器是微型計(jì)

15、算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的有力工具，利用聯(lián)機(jī)仿真器可以很方便地實(shí)現(xiàn)以下開(kāi)發(fā)手段：利用聯(lián)機(jī)仿真器可以很方便地實(shí)現(xiàn)以下開(kāi)發(fā)手段：l 系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真；系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真；l 資源借調(diào)；資源借調(diào)；l 控制系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)和調(diào)試?？刂葡到y(tǒng)綜合設(shè)計(jì)和調(diào)試。第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.3 常用應(yīng)用程序設(shè)計(jì)常用應(yīng)用程序設(shè)計(jì)5.3.1 數(shù)字濾波數(shù)字濾波5.3.2 線(xiàn)性化處理線(xiàn)性化處理5.3.3 越限報(bào)警處理程序越限報(bào)警處理程序返回本章第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.3.1 數(shù)字濾波數(shù)字濾波與模擬濾波器相比有以下優(yōu)點(diǎn)：與模擬濾波器相比有以下優(yōu)點(diǎn)：l 數(shù)字濾波用程序來(lái)完成，可以多個(gè)輸入通道數(shù)字濾波用程序來(lái)完成，可以多個(gè)輸

16、入通道“共用共用”一個(gè)濾波一個(gè)濾波程序。程序。l 數(shù)字濾波不需要硬件設(shè)備，因而可靠性高、穩(wěn)定性好，各回路數(shù)字濾波不需要硬件設(shè)備，因而可靠性高、穩(wěn)定性好，各回路之間不存在阻抗匹配等問(wèn)題。之間不存在阻抗匹配等問(wèn)題。l 數(shù)字濾波可以對(duì)頻率很低的信號(hào)濾波。數(shù)字濾波可以對(duì)頻率很低的信號(hào)濾波。l 通過(guò)改變數(shù)字濾波程序就可以實(shí)現(xiàn)不同的濾波方法或調(diào)整濾波通過(guò)改變數(shù)字濾波程序就可以實(shí)現(xiàn)不同的濾波方法或調(diào)整濾波參數(shù)，比修改模擬濾波器的硬件靈活、方便。參數(shù)，比修改模擬濾波器的硬件靈活、方便。數(shù)字濾波的算法常用的有：算術(shù)平均值濾波、中值濾波、一數(shù)字濾波的算法常用的有：算術(shù)平均值濾波、中值濾波、一階滯后濾波、程序判斷濾

17、波等。階滯后濾波、程序判斷濾波等。第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)算術(shù)平均值濾波算術(shù)平均值濾波 算術(shù)平均值濾波是尋找這樣一個(gè)算術(shù)平均值濾波是尋找這樣一個(gè)Y Y，它，它與各采樣值與各采樣值X Xk k之間誤差的平方和和之間誤差的平方和和E E為最小，為最小，即，即，其中其中 N N 為采樣次數(shù)。根據(jù)極值原理得為采樣次數(shù)。根據(jù)極值原理得該方法是把該方法是把 n n 次采樣值進(jìn)行相加，然后取次采樣值進(jìn)行相加，然后取其算術(shù)平均值為本次采樣值。其程序流程其算術(shù)平均值為本次采樣值。其程序流程圖如圖所示：圖如圖所示：第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)例：某壓力儀表采樣數(shù)據(jù)如下：例：某壓力儀表采樣數(shù)據(jù)如下：1 12

18、 23 34 45 56 67 78 89 910102424252520202727242460602424252526262323序序 號(hào)號(hào)采樣值采樣值采樣數(shù)據(jù)明顯存在被干擾現(xiàn)象（彩色數(shù)據(jù)）。采樣數(shù)據(jù)明顯存在被干擾現(xiàn)象（彩色數(shù)據(jù)）。采用算術(shù)平均值濾波后，其采樣值為：采用算術(shù)平均值濾波后，其采樣值為：Y=(24+25+20+27+24+60+24+25+26+23)/10=Y=(24+25+20+27+24+60+24+25+26+23)/10=2828干擾被平均到采樣值中去了干擾被平均到采樣值中去了 第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中值濾波中值濾波 中值濾波是對(duì)某一個(gè)被測(cè)參數(shù)連續(xù)中值濾波是對(duì)

19、某一個(gè)被測(cè)參數(shù)連續(xù)采樣采樣N N次，然后把次，然后把N N次的采樣值按照由小次的采樣值按照由小到大（或由大到小）進(jìn)行排隊(duì)，再取中到大（或由大到小）進(jìn)行排隊(duì)，再取中間值為本次采樣值。間值為本次采樣值。其程序流程圖如圖所示：其程序流程圖如圖所示：第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 12 23 34 45 56 67 78 89 9242425252020272724246060242425252626例：某壓力儀表采樣數(shù)據(jù)如下：例：某壓力儀表采樣數(shù)據(jù)如下：序序 號(hào)號(hào)采樣值采樣值采樣數(shù)據(jù)明顯存在被干擾現(xiàn)象（彩色數(shù)據(jù)）。采樣數(shù)據(jù)明顯存在被干擾現(xiàn)象（彩色數(shù)據(jù)）。采用去脈沖干擾平均值濾波后，其采樣值為：采用

20、去脈沖干擾平均值濾波后，其采樣值為：2525對(duì)對(duì)1 1、2 2、3 3次采樣中值濾波后值：次采樣中值濾波后值：2424對(duì)對(duì)4 4、5 5、6 6次采樣中值濾波后值：次采樣中值濾波后值：2727對(duì)對(duì)7 7、8 8、9 9次采樣中值濾波后值：次采樣中值濾波后值：2525第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序判斷濾波程序判斷濾波 程序判斷濾波方法是根據(jù)對(duì)生產(chǎn)工藝機(jī)理分析，或者根據(jù)現(xiàn)程序判斷濾波方法是根據(jù)對(duì)生產(chǎn)工藝機(jī)理分析，或者根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)確定兩次采樣輸入信號(hào)之間可能出現(xiàn)的最大偏差場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)確定兩次采樣輸入信號(hào)之間可能出現(xiàn)的最大偏差Y Y，若，若超過(guò)超過(guò)Y Y，就表明該輸入信號(hào)是干擾應(yīng)該去掉，反之，該信號(hào)可，

21、就表明該輸入信號(hào)是干擾應(yīng)該去掉，反之，該信號(hào)可用作本次采樣值。用作本次采樣值。程序判斷濾波可分為限幅濾波和限速濾波兩種。程序判斷濾波可分為限幅濾波和限速濾波兩種。返回本節(jié)第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.3.2 線(xiàn)性化處理線(xiàn)性化處理線(xiàn)性插值原理線(xiàn)性插值原理設(shè)某傳感器的輸入輸出特性曲線(xiàn)如圖所示。設(shè)某傳感器的輸入輸出特性曲線(xiàn)如圖所示?；蚧蚓€(xiàn)性插值的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)步驟（略）。線(xiàn)性插值的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)步驟（略）。設(shè)設(shè) 在在 區(qū)間內(nèi)，則其對(duì)應(yīng)的逼近值為區(qū)間內(nèi)，則其對(duì)應(yīng)的逼近值為返回本節(jié)第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.3.3 越限報(bào)警處理程序越限報(bào)警處理程序越限報(bào)警是工業(yè)控制過(guò)程常見(jiàn)越限報(bào)警是工業(yè)控制過(guò)程常見(jiàn)而

22、又實(shí)用的一種報(bào)警形式，它而又實(shí)用的一種報(bào)警形式，它分為上限報(bào)警、下限報(bào)警及上分為上限報(bào)警、下限報(bào)警及上下限報(bào)警。下限報(bào)警。返回本節(jié)第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.4 微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 5.4.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)5.4.2 微型計(jì)算機(jī)選擇微型計(jì)算機(jī)選擇5.4.3 控制算法設(shè)計(jì)控制算法設(shè)計(jì)5.4.4 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)5.4.5 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)返回本章第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.4.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)控制對(duì)象控制對(duì)象：六溫區(qū)網(wǎng)帶式連續(xù)燒結(jié)電阻爐。：六溫區(qū)網(wǎng)帶式連續(xù)燒結(jié)電阻爐。要求：要求：l 每個(gè)溫區(qū)的溫度在每個(gè)溫區(qū)的溫度在600-1000600-

23、1000范圍內(nèi)連續(xù)可控；范圍內(nèi)連續(xù)可控；l 各溫區(qū)的溫度以及網(wǎng)帶的運(yùn)行速度既可自動(dòng)設(shè)定；各溫區(qū)的溫度以及網(wǎng)帶的運(yùn)行速度既可自動(dòng)設(shè)定；l 系統(tǒng)能夠?qū)α鶄€(gè)溫區(qū)的溫度及網(wǎng)帶運(yùn)行速度巡回檢測(cè)、顯示系統(tǒng)能夠?qū)α鶄€(gè)溫區(qū)的溫度及網(wǎng)帶運(yùn)行速度巡回檢測(cè)、顯示 和定時(shí)打印。和定時(shí)打印。第一步：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)完成的主要任務(wù)有：第一步：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)完成的主要任務(wù)有：l 六個(gè)溫區(qū)溫度的閉環(huán)直接數(shù)字控制；六個(gè)溫區(qū)溫度的閉環(huán)直接數(shù)字控制；l 網(wǎng)帶拖動(dòng)直流調(diào)速系統(tǒng)的速度給定和速度檢測(cè)；網(wǎng)帶拖動(dòng)直流調(diào)速系統(tǒng)的速度給定和速度檢測(cè)；l 六個(gè)溫區(qū)溫度及網(wǎng)帶運(yùn)動(dòng)速度的巡回檢測(cè)、顯示和定時(shí)打印。六個(gè)溫區(qū)溫度及網(wǎng)帶運(yùn)動(dòng)速度的巡回檢測(cè)

24、、顯示和定時(shí)打印。一臺(tái)計(jì)算機(jī)分時(shí)控制；一臺(tái)計(jì)算機(jī)分時(shí)控制；模擬量的輸入通道；模擬量的輸入通道；接口電路；接口電路；溫度控制輸出通道。溫度控制輸出通道。第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)組成框圖簡(jiǎn)圖如下：系統(tǒng)組成框圖簡(jiǎn)圖如下：第二步：控制第二步：控制系統(tǒng)選用系統(tǒng)選用STD總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的模總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的模塊式工業(yè)控制塊式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)第三步：確定控制算法。第三步：確定控制算法。第四步：硬件電路設(shè)計(jì)：第四步：硬件電路設(shè)計(jì)：l 前級(jí)放大器及多路模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)；前級(jí)放大器及多路模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)；l A/D轉(zhuǎn)換模板；轉(zhuǎn)換模板；l 數(shù)字觸發(fā)控制模板。數(shù)字觸發(fā)控制模板。最后，進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。最后，進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)

25、計(jì)。返回本節(jié)第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.4.2 微型計(jì)算機(jī)選擇微型計(jì)算機(jī)選擇控制系統(tǒng)選取采用控制系統(tǒng)選取采用STDSTD總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的模塊式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)?？偩€(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的模塊式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。l主機(jī)板采用主機(jī)板采用80988098單片機(jī)多功能單片機(jī)多功能CPUCPU模板，主頻模板，主頻6MHz6MHz；l配置了顯示及操作面板接口模板；配置了顯示及操作面板接口模板；l打印機(jī)接口模板；打印機(jī)接口模板；l非通用數(shù)字觸發(fā)控制模板；非通用數(shù)字觸發(fā)控制模板；l反饋通道的反饋通道的V VF F變換及變換及A AD D轉(zhuǎn)換模板。轉(zhuǎn)換模板。返回本節(jié)第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.4.3 控制算法設(shè)計(jì)控制算法設(shè)計(jì)

26、 在整個(gè)爐體中，要求六個(gè)溫區(qū)的溫度能夠獨(dú)立控制，而各在整個(gè)爐體中，要求六個(gè)溫區(qū)的溫度能夠獨(dú)立控制，而各溫區(qū)之間存在不同程度的耦合，整個(gè)系統(tǒng)屬于多變量系統(tǒng)。其溫區(qū)之間存在不同程度的耦合，整個(gè)系統(tǒng)屬于多變量系統(tǒng)。其數(shù)學(xué)描述傳遞矩陣為：數(shù)學(xué)描述傳遞矩陣為： )() 1()(mkGUkFYkY式中式中離散后可近似為：離散后可近似為：第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜。其簡(jiǎn)化動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖所示：被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜。其簡(jiǎn)化動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖所示：對(duì)于每一個(gè)溫區(qū)，被控對(duì)象加上零階保持器的廣義傳遞函數(shù)為對(duì)于每一個(gè)溫區(qū)，被控對(duì)象加上零階保持器的廣義傳遞函數(shù)為式中式中T TD D為電阻爐的慣

27、性時(shí)間常數(shù)；為電阻爐的慣性時(shí)間常數(shù)；為純滯后時(shí)間常數(shù)；為純滯后時(shí)間常數(shù)；T T為系為系統(tǒng)的采樣周期，且設(shè)統(tǒng)的采樣周期，且設(shè)=NTNT，N N為正常數(shù)?？汕蟪銎鋸V義脈沖傳為正常數(shù)。可求出其廣義脈沖傳送函數(shù)為送函數(shù)為第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)大林算法直接設(shè)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)字控制器，令整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)脈根據(jù)大林算法直接設(shè)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)字控制器，令整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為沖傳遞函數(shù)為則數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)為則數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)為式（式（4 4）中即為系統(tǒng)按大林算法得出的數(shù)字控制器的數(shù)學(xué)模型。）中即為系統(tǒng)按大林算法得出的數(shù)字控制器的數(shù)學(xué)模型。為了比較方便地用微型計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，我們把式（為了比較

28、方便地用微型計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，我們把式（4 4）再進(jìn)一步）再進(jìn)一步簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)化為第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)由系統(tǒng)的飛升特性曲線(xiàn)確定出當(dāng)由系統(tǒng)的飛升特性曲線(xiàn)確定出 后，系數(shù)后，系數(shù) 則可分別求出。則可分別求出。將式（將式（5 5）所示的數(shù)字控制器用差分方程表示，則）所示的數(shù)字控制器用差分方程表示，則返回本節(jié)第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.4.4 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用了系統(tǒng)采用了STDSTD工業(yè)控制機(jī)，并選用了三塊通用模板，硬件設(shè)計(jì)工業(yè)控制機(jī)，并選用了三塊通用模板，硬件設(shè)計(jì)的工作量大大減少，只剩下三個(gè)部分需要進(jìn)行具體的硬件電路設(shè)的工作量大大減少，只剩下三個(gè)部分需要進(jìn)行具體的硬件電路設(shè)計(jì)。計(jì)。

29、 l 前級(jí)放大器及多路模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。前級(jí)放大器及多路模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。l A/D A/D轉(zhuǎn)換模板。轉(zhuǎn)換模板。l 數(shù)字觸發(fā)控制模板。數(shù)字觸發(fā)控制模板。第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)l溫度檢測(cè)模擬輸入通道設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)模擬輸入通道設(shè)計(jì)如圖所示溫度檢測(cè)模擬如圖所示溫度檢測(cè)模擬輸入通道由檢測(cè)元件熱輸入通道由檢測(cè)元件熱電偶、前級(jí)放大器、多電偶、前級(jí)放大器、多路模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、路模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、A/DA/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換和輸入接口電路組成。換和輸入接口電路組成。V VF F轉(zhuǎn)換輸入通道的轉(zhuǎn)換輸入通道的結(jié)構(gòu)通常為：結(jié)構(gòu)通常為： sisFT2第五章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)l晶閘管數(shù)字觸發(fā)輸出通道設(shè)計(jì)晶閘管數(shù)字觸發(fā)輸出通道設(shè)計(jì) 晶閘管作為溫度控制的功率元件有兩種工作方式，一種是調(diào)晶閘管作為溫度控制的功率元件有兩種工作方式，一種是調(diào)壓方式，另一種是調(diào)功方式。壓方式，另一種是調(diào)功方式。調(diào)功方式輸入