第十章微型計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計ppt課件

1、第十章 微型計算機控制系統(tǒng)的 設(shè)計實踐o1 微機控制系統(tǒng)設(shè)計的基本要求和特點o2 微機控制系統(tǒng)的設(shè)計方法及步驟o3 微機控制系統(tǒng)設(shè)計舉例 1 微機控制系統(tǒng)設(shè)計的基本要求和特點1）. 設(shè)計的基本要求（1系統(tǒng)操作性能要好 （2通用性好、便于擴充（3可靠性要高 采用雙機系統(tǒng)。 采用集散控制系統(tǒng)。2）. 設(shè)計特點 在進行微機控制系統(tǒng)設(shè)計時，系統(tǒng)設(shè)計人員必須把系統(tǒng)要執(zhí)行的任務(wù)和應(yīng)具備的功能合理地分配給硬件和軟件來實現(xiàn)，做到合理權(quán)衡硬件、軟件的配置，并盡量節(jié)省機器時間和內(nèi)存空間。硬件設(shè)計主要采用大規(guī)模集成電路。 2 微機控制系統(tǒng)的設(shè)計方法及步驟1）. 確定系統(tǒng)整體控制方案第一：要從系統(tǒng)構(gòu)成上考慮，是采用開

2、環(huán)控制還是閉環(huán)控制。第二：考慮執(zhí)行機構(gòu)采用什么方案，是采用電機驅(qū)動、液壓驅(qū)動還是其他方式驅(qū)動，比較各種方案，擇優(yōu)而用。第三：考慮是否有特殊控制要求。 2）. 確定控制算法（1確定算法能否滿足控制速度、精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。（2確定某些情況下要進行修改與補充。（3確定為設(shè)計、調(diào)試方便，可將控制算法作合理的簡化，逐步將控制算法完善，直到獲得最好的控制效果。3）. 選擇微型計算機和外圍設(shè)備（1較完善的中斷系統(tǒng) （2足夠的存儲容量（3完備的輸入輸出通道和實時時鐘（4字長（5速度（6指令種類和數(shù)量（7尋址范圍和尋址方式 （8內(nèi)部存儲器的種類和數(shù)量 4）. 系統(tǒng)總體設(shè)計（1估計內(nèi)存容量、進行內(nèi)存分配（2

3、過程通道和中斷處理方式的確定（3系統(tǒng)總線的選擇 （4操作臺的控制5）. 硬件和軟件的具體設(shè)計（1硬件設(shè)計：根據(jù)系統(tǒng)總體框圖，設(shè)計硬件設(shè)計：根據(jù)系統(tǒng)總體框圖，設(shè)計出系統(tǒng)電氣原理圖，再按照電氣原理圖著出系統(tǒng)電氣原理圖，再按照電氣原理圖著手元件的選購和開始施工設(shè)計工作。手元件的選購和開始施工設(shè)計工作。 （2軟件設(shè)計：軟件設(shè)計：實時性實時性 針對性針對性 靈靈活性和通用性活性和通用性 可靠性?？煽啃浴?）. 系統(tǒng)聯(lián)調(diào) 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)是要把已調(diào)好的各程序功能塊按照總體設(shè)計要求連成一個完整的程序。程序調(diào)試完成后，還要進行在線仿真，然后進行試運行。經(jīng)過一段考機和試運行后，即可投入正式運行。圖6-1 控制系統(tǒng)設(shè)計步

4、驟流程圖控制對象的功能和工作過程分析估算及分配I/O口,存儲器容量及外圍設(shè)備畫系統(tǒng)工藝流程圖I/O口的具體分配畫系統(tǒng)程序框圖系統(tǒng)部件的詳細設(shè)計編制源程序部件芯片老化篩選和測試匯編布線及安裝形成目標(biāo)程序系統(tǒng)試運行調(diào)試硬件調(diào)試和仿真完成否?硬件錯否?完成否?寫入EPROM結(jié)束設(shè)計硬件設(shè)計軟件設(shè)計是是是否否否開 始3 微機控制系統(tǒng)設(shè)計舉例 o1 ） 硬件電路硬件電路o2 ） 數(shù)字控制器的數(shù)學(xué)模型數(shù)字控制器的數(shù)學(xué)模型o3） 控制系統(tǒng)程序設(shè)計控制系統(tǒng)程序設(shè)計 電阻爐爐溫控制系統(tǒng)原理圖電阻爐爐溫控制系統(tǒng)原理圖 1） 硬件電路變送器鍵盤與顯示T0T1P1.3P1.2P1.1P1.0P2.4P2.3P2.2P

5、2.1P2.0ALEP0PSENWRRDEAP3.3803174LS37327328155CEOCD7 0ALECEIO/ MA7 0A7 01/2WRRDA0A1A2紅綠紅ABCCLKD7 0OEALESTARTIN0EOC.光耦驅(qū)動器MC14528220V加熱絲LM31174LS00TIL117.過零信號發(fā)生器ACD0809.熱電偶1. 檢測元件及變送器 檢測元件選用鎳鉻-鎳鋁熱電偶，分度號為EU，適用于01000的溫度測量范圍，相應(yīng)輸出電壓為0mV41.32mV。 變送器由毫伏變送器和電流/電壓變送器組成：毫伏變送器用于把熱電偶輸出的041.32mV變換成010mA范圍內(nèi)的電流；電流/電

6、壓變送器用于把毫伏變送器輸出的010mA電流變換成05V范圍內(nèi)的電壓。 表 溫度-數(shù)字量對照表2. 接口電路 8031的接口電路有ADC0809、8155和2732等。本系統(tǒng)采用ADC0809型A/D轉(zhuǎn)換器，該芯片為8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。ADC0809為溫度測量電路的輸入接口；8155用于鍵盤和顯示接口；2732作為8031外部程序(ROM)存儲器。3. 溫度控制電路如圖 雙向可控硅和加熱絲串接在交流回路，因此可控硅導(dǎo)通時間決定加熱絲的 加熱功率。圖6-3給出了可控硅在給定周期T內(nèi)具有不同導(dǎo)通時間的情況。過零信號是正弦交流電壓過零時刻的同步脈沖，可使可控硅在交流電壓正弦波過零后觸發(fā)導(dǎo)通。

7、過零同步脈沖由過零觸發(fā)電路產(chǎn)生，如下圖。 輸出功率與通斷時間的關(guān)系輸出功率與通斷時間的關(guān)系uuuutttt12.5%25%50%100%過零觸發(fā)電路過零觸發(fā)電路. . . .LM311MCQ1Q274LS0014528TIL117+5V+5V+12V220V加熱器+5VA1P1.32） 數(shù)字控制器的數(shù)學(xué)模型 閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可近似看成一階慣性環(huán)節(jié)加一個延遲環(huán)節(jié)。因而，根據(jù)推導(dǎo)，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經(jīng)化簡后得到：1 -N-1 -1z )C-(1Cz1Bz-AD(z)式中： A= )e1 (Ke

8、11T/-P-T/B=A C= 1-T/e-T/e因為，D(z)=R(z)/E(z)，得：E(z)BzA(R(z)z )C(1Cz1 -11 -N-1y(n)=Ae(n)-Be(n-1)+Cy(n-1)+(1-C)y(n-N-1) 式中：y(n)n時刻的輸出值；e(n)n時刻的偏差值；e(n-1)n-1時刻的偏差值；y(n-N-1)n-N-1時刻的輸出值。由系統(tǒng)特性曲線確定出和1后，系數(shù)A、B、C則可分別求出。返回本節(jié) 3） 控制系統(tǒng)程序設(shè)計控制系統(tǒng)程序設(shè)計圖 主程序流程圖1）. 主程序主程序設(shè)定堆棧指針清標(biāo)志和暫存單元清顯示緩沖區(qū)T0初始化開CPU中斷掃描鍵盤溫度顯示T1中斷程序清標(biāo)志D5H停止輸出T1中斷服務(wù)程序開 始開 始返 回2）. T0中斷服務(wù)程 T0中斷服務(wù)程序是此系統(tǒng)的主體程序，用于啟動A/D轉(zhuǎn)換、讀入采樣數(shù)據(jù)、數(shù)字濾波、越限溫度報警和越限處理、大林算法計算和輸出可控硅的同步觸發(fā)脈沖等。在T0中斷服務(wù)程序中，要用到一系列子程序。如：采樣子程序、數(shù)字濾波子程序、越限處理程序、大林算法程序、標(biāo)度變換程序和溫度顯示程序等。T0中斷服務(wù)程序流程圖。圖 T0中斷服務(wù)程序流程圖保護現(xiàn)場采樣爐溫數(shù)字濾波U(n)=Ymax否？清上次越限標(biāo)志U(n)Ymax否？U(n)