第3章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì)(精簡(jiǎn)).

1、第第3 3章章 微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì)第一節(jié)第一節(jié) 專用與通用的抉擇、硬件與軟件的權(quán)衡專用與通用的抉擇、硬件與軟件的權(quán)衡第二節(jié)第二節(jié) 微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路第三節(jié)第三節(jié) 微機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成與種類微機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成與種類 第四節(jié)第四節(jié) 微機(jī)控制系統(tǒng)的軟件與程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言微機(jī)控制系統(tǒng)的軟件與程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 第五節(jié)第五節(jié) 微機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域及其選用要點(diǎn)微機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域及其選用要點(diǎn)第六節(jié)第六節(jié) 8086/8088 8086/8088CPUCPU的硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 第七節(jié)第七節(jié) Z80CPUZ80CPU的硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、存儲(chǔ)器及輸入輸出擴(kuò)展接口的硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、存儲(chǔ)器及輸入輸出擴(kuò)展接

2、口 第八節(jié)第八節(jié) 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其最小應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其最小應(yīng)用系統(tǒng) 第九節(jié)第九節(jié) 數(shù)字顯示器及鍵盤(pán)的接口電路數(shù)字顯示器及鍵盤(pán)的接口電路 第十節(jié)第十節(jié) 微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的輸入輸出控制的可靠性設(shè)計(jì)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的輸入輸出控制的可靠性設(shè)計(jì) 第十一節(jié)第十一節(jié) 可編程邏輯控制器可編程邏輯控制器( (PLC)PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例的構(gòu)成及應(yīng)用舉例 第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口 由于采用微機(jī)作為機(jī)電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品的控制器，因此，其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是選用微機(jī)、設(shè)計(jì)接口、控制形式和動(dòng)作控制方式的問(wèn)題。這不僅需要微機(jī)控

3、制理論、數(shù)字電路、軟件設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)，也需要一定的生活和生產(chǎn)工藝知識(shí)。通常由機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員首先提出總的設(shè)計(jì)要求，然后由各專業(yè)人員通力協(xié)作。第一節(jié)第一節(jié) 專用與通用的抉擇、硬件與軟件的權(quán)衡專用與通用的抉擇、硬件與軟件的權(quán)衡 專用控制系統(tǒng)適合于大批量生產(chǎn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品。在開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，如果要求具有機(jī)械與電子有機(jī)結(jié)合的緊湊結(jié)構(gòu)，也只有專用控制系統(tǒng)才能做到。專用控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題，實(shí)際上就是選用適當(dāng)?shù)耐ㄓ肐C芯片來(lái)組成控制系統(tǒng)，以便與執(zhí)行元件和檢測(cè)傳感器相匹配，或重新設(shè)計(jì)制作專用集成電路，把整個(gè)控制系統(tǒng)集成在一塊或幾塊芯片上。 對(duì)于多品種、中小批量生產(chǎn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，由于還在不斷改進(jìn)

4、，結(jié)構(gòu)還不十分穩(wěn)定，特別是對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造時(shí)，采用通用控制系統(tǒng)比較合理。通用控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是合理選擇主控制微機(jī)機(jī)型，設(shè)計(jì)與其執(zhí)行元件和檢測(cè)傳感器之間的接口，并在此基礎(chǔ)上編制應(yīng)用軟件的問(wèn)題。這實(shí)質(zhì)上就是通過(guò)接口設(shè)計(jì)和軟件編制來(lái)使通用微機(jī)專用化的問(wèn)題。1. 專用與通用的抉擇 無(wú)論是采用通用控制系統(tǒng)還是專用控制系統(tǒng)，都存在硬件和軟件的權(quán)衡問(wèn)題。有些功能，例如運(yùn)算與判斷處理等，卻適宜用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。而在其余大多數(shù)情況下，對(duì)于某種功能來(lái)說(shuō)，既可用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，又可用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，控制系統(tǒng)中硬件和軟件的合理組成，通常要根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和可靠性的標(biāo)準(zhǔn)權(quán)衡決定。 在用分立元件組成硬件的情況下，就可以考慮是否

5、采用軟件，能采用通用的LSI芯片來(lái)組成所需的電路的情況下，則最好采用硬件。這是因?yàn)榕c采用分立元件組成的電路相比，采用軟件不需要焊接，并且易于修改，所以采用軟件更為可靠。而在利用LSI芯片組成電路時(shí)，不僅價(jià)廉，而且可靠性高，處理速度快，因而采用硬件更為有利。2. 硬件與軟件的權(quán)衡 第二節(jié)第二節(jié) 微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路 首先應(yīng)了解被控對(duì)象的控制要求，構(gòu)思微機(jī)控制系統(tǒng)的整體方案。通常，先從系統(tǒng)構(gòu)成上考慮是采用開(kāi)環(huán)控制還是閉環(huán)控制先從系統(tǒng)構(gòu)成上考慮是采用開(kāi)環(huán)控制還是閉環(huán)控制，當(dāng)采用閉環(huán)控制時(shí)，應(yīng)考慮采用何種檢測(cè)傳感元件，檢測(cè)精度要求如何。其次其次考慮執(zhí)行元件采用何種方式考慮執(zhí)行元

6、件采用何種方式，是電動(dòng)、氣動(dòng)還是液動(dòng)，比較其方案的優(yōu)缺點(diǎn)，擇優(yōu)而選。第三要考慮是否有特殊控制要求第三要考慮是否有特殊控制要求，對(duì)于具有高可靠性、高精度和快速性要求的系統(tǒng)應(yīng)采取哪些措施。第四第四是考慮微是考慮微機(jī)在整個(gè)控制系統(tǒng)中的作用機(jī)在整個(gè)控制系統(tǒng)中的作用，是設(shè)定計(jì)算、直接控制還是數(shù)據(jù)處理，微機(jī)應(yīng)承擔(dān)哪些任務(wù)，為完成這些任務(wù)，微機(jī)應(yīng)具備哪些功能，需要哪些輸入輸出通道、配備哪些外圍設(shè)備。最后應(yīng)初步估算其成本最后應(yīng)初步估算其成本。通過(guò)整體方案考慮，最后畫(huà)出系統(tǒng)組成的初步框圖，附以說(shuō)明，以此作為下一步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和依據(jù)。1確定系統(tǒng)整體控制方案 2確定控制算法 對(duì)任何一個(gè)具體微機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析、綜合或

7、設(shè)計(jì)，首先應(yīng)建立該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，確定其控制算法。所謂數(shù)學(xué)模型就是系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性所謂數(shù)學(xué)模型就是系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式。的數(shù)學(xué)表達(dá)式。它反映了系統(tǒng)輸入內(nèi)部狀態(tài)和輸出之間的數(shù)量和邏輯關(guān)系。這些關(guān)系式為計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理提供了依據(jù)，即由數(shù)學(xué)模型推出這些關(guān)系式為計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理提供了依據(jù)，即由數(shù)學(xué)模型推出控制算法控制算法。所謂計(jì)算機(jī)控制，就是按照規(guī)定的控制算法進(jìn)行控制，因此，控制算法的正確與否直接影響控制系統(tǒng)的品質(zhì)，甚至決定整個(gè)系統(tǒng)的成敗。 當(dāng)控制系統(tǒng)比較復(fù)雜時(shí)，控制算法也比較復(fù)雜，整個(gè)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)就比較困難，為設(shè)計(jì)、調(diào)試方便，可將控制算法作某些合理的簡(jiǎn)化，忽略某些因素的影響(如非線性、小延時(shí)、

8、小慣性等)，在取得初步控制成果后，再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(jì)算機(jī) 對(duì)于給定的任務(wù)，選擇微機(jī)的方案不是唯一的。從控制的角度出發(fā)，微機(jī)應(yīng)能滿足：（1）具有較完善的中斷系統(tǒng)、（2）足夠的存儲(chǔ)容量、（3）完善的I/O通道和實(shí)時(shí)時(shí)鐘等要求。 選擇微機(jī)時(shí)，還應(yīng)考慮成本高低、程序編制難易以及擴(kuò)充輸入輸出接口是否方便等因素，從而確定是選用單片機(jī)、單板機(jī)，還是選用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 單片機(jī):價(jià)格低、體積小,但需要開(kāi)發(fā)系統(tǒng)對(duì)其軟硬件進(jìn)行開(kāi)發(fā)。 單板機(jī):價(jià)格較低、體積較小，但內(nèi)存容量較小，接口電路少 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng):微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有豐富的系統(tǒng)軟件，可用 高級(jí)語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言編程，程序編制

9、和調(diào)試都很方便。 但成本較高，當(dāng)用來(lái)控制一個(gè)小系統(tǒng)時(shí)，往往不能充 分利用系統(tǒng)機(jī)的全部功能，抗干擾能力差。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)主要是對(duì)系統(tǒng)控制方案進(jìn)行具體實(shí)施步驟的設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)主要是對(duì)系統(tǒng)控制方案進(jìn)行具體實(shí)施步驟的設(shè)計(jì)，其主要依據(jù)是上述的整體方案初框圖、設(shè)計(jì)要求及所選用的微機(jī)類型。通過(guò)設(shè)計(jì)要畫(huà)出系統(tǒng)的具體構(gòu)成框圖。 一個(gè)正在運(yùn)行的完整的微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，需要在微機(jī)、被控制一個(gè)正在運(yùn)行的完整的微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，需要在微機(jī)、被控制對(duì)象和操作者之間適時(shí)地、不斷地交換數(shù)據(jù)信息和控制信息。在總體設(shè)對(duì)象和操作者之間適時(shí)地、不斷地交換數(shù)據(jù)信息和控制信息。在總體設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮硬件和軟件措施，解決三者之間可

10、靠的、適時(shí)進(jìn)行信計(jì)時(shí)，要綜合考慮硬件和軟件措施，解決三者之間可靠的、適時(shí)進(jìn)行信息交換的通路和分時(shí)控制的時(shí)序安排問(wèn)題，保證系統(tǒng)能正常地運(yùn)行。息交換的通路和分時(shí)控制的時(shí)序安排問(wèn)題，保證系統(tǒng)能正常地運(yùn)行。設(shè)計(jì)中主要考慮硬件與軟件功能的分配與協(xié)調(diào)、接口設(shè)計(jì)、通道設(shè)計(jì)、操作控制臺(tái)設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)等問(wèn)題。其中硬件與軟件功能的分配與協(xié)調(diào)要根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和可靠性標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行權(quán)衡，可靠性問(wèn)題主要是制定可靠性設(shè)計(jì)方案，采取可行的可靠性措施。4. 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)（1） 接口設(shè)計(jì) 接口設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面的內(nèi)容： * 擴(kuò)展接口； * 確定通過(guò)各接口電路輸入輸出端的輸入輸出信號(hào)，選定各信號(hào)輸入輸出時(shí)采用何種控制方式。（2） 通道設(shè)計(jì)

11、：輸入輸出通道是計(jì)算機(jī)與被控對(duì)象相互交換信息的部件。每個(gè)控制系統(tǒng)都要有輸入輸出通道。一個(gè)系統(tǒng)中可能要有開(kāi)關(guān)量的輸入輸出通道、數(shù)字量的輸入輸出通道或模擬量的輸入輸出通道。在總體設(shè)計(jì)中就應(yīng)確定本系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置什么通道，每個(gè)通道由幾部分組成，各部分選用什么樣元器件等。 開(kāi)關(guān)量、數(shù)字量的輸入輸出比較簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)量、數(shù)字量的輸入輸出比較簡(jiǎn)單。開(kāi)關(guān)量輸入要解決電平轉(zhuǎn)換、去抖動(dòng)及抗干擾等問(wèn)題。開(kāi)關(guān)量輸出要解決功率驅(qū)動(dòng)問(wèn)題等。開(kāi)關(guān)量和數(shù)字量的輸入輸出都要通過(guò)前面設(shè)計(jì)的接口電路。 模擬量輸入輸出通道比較復(fù)雜模擬量輸入輸出通道比較復(fù)雜。模擬量輸入通道主要由信號(hào)處理裝置(標(biāo)度變換、濾波、隔離、電平轉(zhuǎn)換、線性化處理等)、采樣

12、單元、采樣保持器和放大器、AD轉(zhuǎn)換器等組成。模擬量輸出通道主要由DA轉(zhuǎn)換器、放大器等組成。（3） 操作控制臺(tái)設(shè)計(jì) 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)必須便于人機(jī)聯(lián)系。通常都要設(shè)計(jì)一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)操作人員使用的控制臺(tái)，這個(gè)控制臺(tái)一般都不能用微機(jī)所帶的鍵盤(pán)代替，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)操作人員不了解計(jì)算機(jī)的硬件和軟件，假若操作失誤可能發(fā)生事故，所以一般要單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)操作員控制臺(tái)。 微機(jī)控制系統(tǒng)的軟件主要分兩大類，即系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)，通常這些軟件一般不需用戶設(shè)計(jì)，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，基本上只須了解其大致原理和使用方法就行了。而應(yīng)用軟件都要由用戶自行編寫(xiě)，所以軟件設(shè)計(jì)主要是

13、應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)。（4） 軟件設(shè)計(jì)第十節(jié)第十節(jié) 微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的輸入輸出微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的輸入輸出控制的可靠性設(shè)計(jì)控制的可靠性設(shè)計(jì) 微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的輸入輸出是通過(guò)硬件電路和軟件共同完成的。對(duì)其硬件電路的要求是： 能夠可靠地傳遞控制信息能夠可靠地傳遞控制信息，并能夠輸入有關(guān)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)信息； 能夠進(jìn)行相應(yīng)的信息轉(zhuǎn)換能夠進(jìn)行相應(yīng)的信息轉(zhuǎn)換，以滿足微機(jī)對(duì)輸入輸出信息的轉(zhuǎn)換要求，如D/A、A/D轉(zhuǎn)換，并行數(shù)字量轉(zhuǎn)換成串行電脈沖、電平的轉(zhuǎn)換與匹配，電量與非電量之間的轉(zhuǎn)換，弱電與強(qiáng)電的轉(zhuǎn)換以及功率的匹配等；應(yīng)具有較應(yīng)具有較強(qiáng)的阻斷干擾信號(hào)進(jìn)入微機(jī)控制系統(tǒng)的能力強(qiáng)的阻斷干擾信號(hào)進(jìn)入微機(jī)控制系統(tǒng)的能力，以提高系統(tǒng)的可靠

14、性。 1.光電隔離電路 為了防止強(qiáng)電干擾以及其他干擾信號(hào)通過(guò)I/O控制電路進(jìn)入計(jì)算機(jī)，影響其工作，通常的辦法是首先采用濾波吸收，抑制干擾信號(hào)的產(chǎn)生，然后采用光電隔離的辦法，使微機(jī)與強(qiáng)電部件不共地，阻斷干擾信號(hào)的傳導(dǎo)。光電隔離電路主要由光電耦合器的光電轉(zhuǎn)換元件組成，如下圖所示.一、光電隔離電路設(shè)計(jì)光電隔離電路的作用主要有以下幾個(gè)方面：光電隔離電路的作用主要有以下幾個(gè)方面： （1）可將輸入與輸出端兩部分電路的地線分開(kāi)，各自使用一可將輸入與輸出端兩部分電路的地線分開(kāi)，各自使用一套電源供電套電源供電。這樣信息通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，單向傳遞，又由于光電耦合又由于光電耦合器輸入與輸出端之間絕緣電阻非常大器輸入與輸

15、出端之間絕緣電阻非常大(一般為一般為10111013)，寄生電寄生電容很小容很小(一般為一般為0.52pF)，因此，干擾信號(hào)很難從輸出端反饋到輸入端，從而起到隔離作用。 （2）可以進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換可以進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。如上圖a所示電路，通過(guò)光電耦合器可以很方便地把微機(jī)的輸出信號(hào)變?yōu)?2V。 （3）提高驅(qū)動(dòng)能力提高驅(qū)動(dòng)能力。隔離驅(qū)動(dòng)用光電耦合器件，如達(dá)林頓晶體管輸出和晶閘管輸出型光電耦合器件，不但具有隔離功能，而且還具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力。微機(jī)輸出信號(hào)通過(guò)這種光電耦合器件后，就能直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。圖a為普通型信號(hào)隔離用光電耦合器件。圖b為高速型光電耦合器件的結(jié)構(gòu)形式。圖c為達(dá)林頓管輸出光電耦合器件。圖d為晶

16、閘管輸出型光電耦合器件。通常使用的光電耦合器 2. 光電耦合隔離電路應(yīng)用 采用光電耦合器可以將微機(jī)與前向、后向通道以及其他相關(guān)部分切斷與電路的聯(lián)系，從而有效地防止干擾信號(hào)進(jìn)入微機(jī)，其基本配置如下圖所示。 8155、8255輸出口的放出及吸入電流均較大，故可直接用高電平來(lái)推動(dòng)晶體管驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管。由于 8155、8255在上電復(fù)位時(shí)，端口初置為輸入狀態(tài)，即高阻抗?fàn)顟B(tài)，為不使開(kāi)機(jī)輸出額外的信息，晶體管基極應(yīng)拉成低電平，如下圖a 所示。如要輸出較大電流以驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備，如繼電器、電磁離合器等，則應(yīng)接成達(dá)林頓型，如圖b 所示。為了進(jìn)一步提高普通型光耦合器的光耦合速度，可采用下圖c電路。在較惡劣環(huán)境中的前

17、向通道，為了減少通道及電源的干擾，V/F轉(zhuǎn)換器 (LM331)的頻率輸出可采用光耦合器隔離方法，使V/F轉(zhuǎn)換器與微機(jī)無(wú)電路聯(lián)系，如右下圖a 、b 所示。VT 1.弱電轉(zhuǎn)強(qiáng)電電路 微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的微機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)一般要經(jīng)過(guò)功率放大后，才能驅(qū)動(dòng)各類執(zhí)行元件，如下圖所示的幾種電路。圖a表示微機(jī)輸出的開(kāi)關(guān)量信號(hào)通過(guò)功率放大后，能夠驅(qū)動(dòng)有關(guān)小功率的直流電磁鐵YA，如果是交流電磁鐵，或大功率的直流電磁鐵，就需使用繼電器K作進(jìn)一步的功率放大，如圖b所示。利用繼電器K也可以驅(qū)動(dòng)小功率的交流電動(dòng)機(jī)，如圖c所示。對(duì)于大功率的交流電動(dòng)機(jī)，還需增加交流接觸器KM才能驅(qū)動(dòng)，如圖d所示。二、信息轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 2. 數(shù)字

18、脈沖轉(zhuǎn)換 在控制系統(tǒng)中，應(yīng)用微機(jī)很容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字脈沖的轉(zhuǎn)換工作。事實(shí)上，只要CPU定時(shí)地向某個(gè)I/O端口的某一二進(jìn)制位輸出高低電平相間的邏輯信號(hào)，就可產(chǎn)生一個(gè)脈沖序列。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制經(jīng)常用到數(shù)字脈沖轉(zhuǎn)換，例如下圖所示的三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)接口電路。該電路中電動(dòng)機(jī)的每相驅(qū)動(dòng)電路都單獨(dú)有光隔離和放大電路，并連接到微機(jī)并行輸出端口的一個(gè)二進(jìn)制位上。脈沖信號(hào)經(jīng)光隔離電路耦合、各相放大電路放大后，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按照一定方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 3. 數(shù)模(D/A)、模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換 微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)I/O控制回路中，還常用到D/A、A/D轉(zhuǎn)換。例如下圖所示的采用直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制回路中，就增加了D/A轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。控制輸出時(shí)

19、，微機(jī)每次都將運(yùn)算后得到的以數(shù)字形式的控制參數(shù)輸出到數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的模擬電壓信號(hào)仍為弱電信號(hào)，還需經(jīng)過(guò)線性功率放大電路放大，然后控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。機(jī)械系統(tǒng)的位置反饋信號(hào)可以是數(shù)字量信號(hào)，也可能是模擬量信號(hào)，視測(cè)量傳感元件不同而異.若位置反饋量是模擬量,則在位置反饋回路中應(yīng)設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置。在位置信號(hào)進(jìn)入微機(jī)前，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換工作。 4. 電量轉(zhuǎn)非電量 I/O控制回路中還有一種電量到非電量的轉(zhuǎn)換。例如，開(kāi)關(guān)量的電液轉(zhuǎn)換元件是電磁閥， 在電液伺服控制電路中，需要數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)，而且，也要經(jīng)過(guò)適當(dāng)放大后，才能驅(qū)動(dòng)電液伺服閥中的電磁元件。這種控制的流程框圖如下圖所示。第十一

20、節(jié)第十一節(jié) 可編可編程序邏輯控制器程序邏輯控制器( (PLCPLC) )構(gòu)構(gòu)成及應(yīng)用舉例成及應(yīng)用舉例一、一、 PLCPLC的構(gòu)成及工作原理的構(gòu)成及工作原理 可編程序控制器(PLC)是在工業(yè)環(huán)境中使用的數(shù)字操作的電子系統(tǒng)。它使用可編程存儲(chǔ)器儲(chǔ)存用戶設(shè)計(jì)的程序指令，這些指令用來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序操作、定時(shí)、計(jì)數(shù)及算術(shù)運(yùn)算和通過(guò)數(shù)字或模擬輸入輸出來(lái)控制各種機(jī)電一體化系統(tǒng)。由于它具有程序可變、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、功能強(qiáng)、體積小、耗電低，特別是易于編程、使用操作方便、便于維修、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。 PLC實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)面向用戶的專用數(shù)字控制計(jì)算機(jī)。下圖為PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖，PLC通過(guò)

21、輸入輸出接口與被控對(duì)象工作機(jī)相連接?？刂葡到y(tǒng)的具體要求，通過(guò)編程器預(yù)先把程序?qū)懭氲酱鎯?chǔ)器中，然后執(zhí)行此程序，完成控制任務(wù)。當(dāng)系統(tǒng)或被控對(duì)象改變時(shí)，只需相應(yīng)變化輸入輸出接口與被控對(duì)象的連線，重新編程，即可形成一個(gè)新的控制系統(tǒng)。 PLC的設(shè)計(jì)者向用戶提供了簡(jiǎn)單明了、易學(xué)、易記的匯編語(yǔ)言，幾乎所有的PLC都把用邏輯梯形圖進(jìn)行編程的簡(jiǎn)易助記符作為第一語(yǔ)言。這種語(yǔ)言由一組含義明確、功能強(qiáng)、為數(shù)不多的指令組成，每條指令由助記符表示。 PLC主要是利用邏輯運(yùn)算以實(shí)現(xiàn)各種開(kāi)關(guān)量的控制。首先掃描輸入量(如繼電器觸點(diǎn)、限位開(kāi)關(guān)、按鈕等)，然后把這些輸入量與程序規(guī)定的條件相比較，從而使輸出接通或斷開(kāi)。實(shí)際上，PLC

22、的執(zhí)行過(guò)程就是順序程序的執(zhí)行過(guò)程，也就是按照一定的順序從梯形圖的第一張執(zhí)行到最后一張，然后再次從第一張開(kāi)始執(zhí)行(見(jiàn)右圖)。 某工廠有一零件加工自動(dòng)線，其中某一工位的頭道工序是鉆孔，工序的動(dòng)作過(guò)程如下： 起動(dòng)后，夾緊裝置動(dòng)作，延時(shí)10s后，控制冷卻油的電磁閥吸合。與此同時(shí)，鉆頭快進(jìn)，當(dāng)接近工件時(shí)，限位開(kāi)關(guān)S1動(dòng)作，鉆頭開(kāi)始工進(jìn)，鉆削到預(yù)定深度時(shí)，限位開(kāi)關(guān)S2閉合，鉆頭快速退回?；氐皆粫r(shí)S3動(dòng)作，鉆頭停止移動(dòng)，鉆削工序結(jié)束。 可采用PLC控制上述鉆削工序的鉆削過(guò)程。分以下幾個(gè)步驟進(jìn)行分析：二、 PLC的應(yīng)用舉例（1）輸入信號(hào)輸入信號(hào)：起動(dòng)、停止信號(hào)：限位開(kāi)關(guān)S1、S2、S3信號(hào)。輸出信輸出信號(hào)號(hào)

23、：夾緊裝置夾緊信號(hào)、控制冷卻油信號(hào)、快進(jìn)信號(hào)、工進(jìn)信號(hào)、快退信號(hào)、停止結(jié)束信號(hào)。（2）按實(shí)際加工工藝要求繪制加工過(guò)程流程圖，如右圖所示。 （3）根據(jù)流程圖畫(huà)出邏輯控制電路。這里用有觸點(diǎn)繼電器邏輯控制圖是為了對(duì)準(zhǔn)備采用PLC取代繼電器邏輯控制裝置的人員提供一個(gè)分析實(shí)例。 （4）對(duì)應(yīng)于上述邏輯控制圖繪制PLC梯形圖。首先將外部輸入信號(hào)連接到 PLC的輸入口的接線端，即與PLC的輸入繼電器線圈連接，通常將這些輸入信號(hào)源畫(huà)在梯形圖的左邊。再將PLC的輸出信號(hào)與外部執(zhí)行元件相連，并將其畫(huà)在梯形圖的右邊。然后根據(jù)加工工藝流程和圖有觸點(diǎn)繼電器邏輯控制電路應(yīng)用PLC的內(nèi)部繼電器、定時(shí)器計(jì)數(shù)器等單元繪制梯形圖，

24、如右圖所示。 （5）用PLC所提供的有關(guān)指令根據(jù)梯形圖編寫(xiě)程序。其程序清單如右表所示。（6）程序的輸入、調(diào)試、運(yùn)行、驗(yàn)證考核，直到滿足使用要求為止。第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口一、一、 檢測(cè)傳感器的分類與基本要求檢測(cè)傳感器的分類與基本要求 代碼型傳感器又稱編碼器，其工作原理如上圖a-2所示；它輸出的信號(hào)是數(shù)字代碼，每一代碼相當(dāng)于一個(gè)一定的輸入量的值，例如圖中輸入量的值為1(1時(shí)，輸出代碼為1010，而輸入量的值為K2時(shí)，輸出代碼為1011。代碼的“1”為高電平，“0”為低電平。高、低電平可用光電元件或機(jī)械接觸式元件輸出。

25、通常用來(lái)檢測(cè)執(zhí)行元件的位置或速度，例如絕對(duì)值型光電編碼器、接觸式編碼板等。 機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)傳感器的基本要求：體積小、重量輕、對(duì)整機(jī)的適應(yīng)性好；精度和靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、信噪比高；安全可靠、壽命長(zhǎng)；便于與計(jì)算機(jī)連接；不易受被測(cè)對(duì)象(如電阻、磁導(dǎo)率)的影響，也不影響外部環(huán)境；對(duì)環(huán)境條件適應(yīng)能力強(qiáng)；現(xiàn)場(chǎng)處理簡(jiǎn)單、操作性能好；價(jià)格低廉。二、各類傳感器的主要性能及優(yōu)缺點(diǎn)二、各類傳感器的主要性能及優(yōu)缺點(diǎn)1） 位移、位置傳感器的測(cè)量方法多為電測(cè)法：常用位移傳感器的類型有 電阻式、電感式、電容式、電磁式、光電式、編碼式等。2） 速度、加速度傳感器: 速度傳感器有線速度、角速度、轉(zhuǎn)速等傳感器； 加

26、速度傳感器有慣性加速度和振動(dòng)沖擊加速度傳感器。3） 力、壓力和扭矩傳感器。4） 溫度、濕度、氣敏傳感器：溫度代表物質(zhì)的冷熱程度,是物質(zhì)內(nèi)部分子 運(yùn)動(dòng)劇烈程度的標(biāo)志.測(cè)量溫度的方法有接觸式和非接觸式兩類，因此, 溫度傳感器也被分為接觸式和非接觸式。5） 物位傳感器。6） 流量傳感器。7） 視覺(jué)、觸覺(jué)傳感器。 各種傳感器的主要性能及其優(yōu)缺點(diǎn)參看教材表4.214.31。三、傳感器的選用原則及注意事項(xiàng)三、傳感器的選用原則及注意事項(xiàng) 選用傳感器時(shí)，首先要根據(jù)使用要求在眾多傳感器中選擇適合自己所需要的。有些傳感器的輸入/輸出特性，理論上的分析較復(fù)雜，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)并非如此，因?yàn)閭鞲衅魃a(chǎn)廠家所生產(chǎn)的系列產(chǎn)品已為用戶做了那些較復(fù)雜的工作，用戶只需根據(jù)使用要求按其主要性能參數(shù)，如測(cè)量范圍、精度、分辨力、靈敏度等選用即可。傳感器性能參數(shù)指標(biāo)包含的面很寬，對(duì)于具體的某種傳感器，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的需要和可能，在確保其主要性能指標(biāo)的情況下，適當(dāng)放寬對(duì)次要性能指標(biāo)的要求，切忌盲目追求各種特性參數(shù)均高指標(biāo)，以形成較高的性能價(jià)格比。 需要說(shuō)明的是，用戶在