微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

第六章微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一節(jié)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟第二節(jié)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件第三節(jié)常用應(yīng)用程序設(shè)計(jì)第四節(jié)設(shè)計(jì)舉例一——微型計(jì)算機(jī)控制直流伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)第五節(jié)設(shè)計(jì)舉例二———微型計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1整理ppt第一節(jié)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟

微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般可分為以下幾個(gè)步驟：系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計(jì)；微型計(jì)算機(jī)選擇；控制算法設(shè)計(jì)；硬件設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)；系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。

這一步?jīng)Q定了系統(tǒng)整體控制方案，即設(shè)計(jì)方案應(yīng)滿足性能指標(biāo)先進(jìn)、方案合理、可行、可靠性高、性能/價(jià)格比好的要求，并且盡可能做到具有一定的通用性、可移植性和便于擴(kuò)充等。一、系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計(jì)〔一〕確定控制任務(wù)〔二〕硬件軟件功能分配與協(xié)調(diào)

微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是由硬件和軟件共同組成的，對(duì)于某些既可用硬件2整理ppt

擴(kuò)充接口的方案很多，要根據(jù)控制要求，能夠得到何種元件和擴(kuò)充接口的方便程度來(lái)確定，通常有下述三種方法可供選用：〔三〕接口設(shè)計(jì)〔1〕選用專門(mén)的功能接口板〔2〕選用通用接口電路〔3〕用集成電路自行設(shè)計(jì)接口電路

接口設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，一是擴(kuò)充接口，二是安排通過(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。軟件與硬件功能分配要根據(jù)各自的特點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用的具體情況來(lái)決定。1〕

實(shí)現(xiàn)，又可用軟件實(shí)現(xiàn)的功能，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮硬件和軟件的特點(diǎn)，合理地進(jìn)行功能分配與協(xié)調(diào)。3整理ppt〔四〕通道設(shè)計(jì)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。

輸入輸出通道有數(shù)字量的輸入輸出通道、開(kāi)關(guān)量的輸入輸出通道、模擬量的輸入輸出通道以及脈沖量的輸入輸出通道?！参濉巢僮鲉T控制臺(tái)設(shè)計(jì)控制臺(tái)一般有以下功能：1〕有一組或幾組數(shù)據(jù)輸入鍵，用于輸入或更新給定值，修改控制器參數(shù)或其他必要的數(shù)據(jù)。2〕有一組或幾組功能鍵或轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，用于轉(zhuǎn)換工作方式，起動(dòng)、停止系統(tǒng)運(yùn)行或完成某種特定的系統(tǒng)操作功能。3〕有一個(gè)顯示裝置或顯示屏，用于顯示狀態(tài)、參數(shù)及故障指示等。4整理ppt4〕有一個(gè)“緊急停止〞接鈕“，用于在緊急事故時(shí)停止系統(tǒng)運(yùn)行，轉(zhuǎn)入故障處理。二、微型計(jì)算機(jī)選擇

微型計(jì)算機(jī)選擇包括微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成方案選擇和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)功能以及性能指標(biāo)選擇?！惨弧澄⑿陀?jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成方案選擇1.組裝方案缺點(diǎn)是要求設(shè)計(jì)者知識(shí)的深度和廣度都比較高，設(shè)計(jì)工作復(fù)雜，工作量大，要編寫(xiě)全部軟件，研制周期長(zhǎng)。所以，這種方式?jīng)Q不是優(yōu)先考慮的方案，特別在需要量不大的情況下，就更應(yīng)當(dāng)防止采用這種方案。5整理ppt選用單板機(jī)方案的優(yōu)點(diǎn)是工作量大大減少，本錢低，對(duì)設(shè)計(jì)工作者的知識(shí)要求也比較低。因此在微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用的初期用得較多。3.通用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方案采用這種方案的優(yōu)點(diǎn)是控制功能強(qiáng)、設(shè)計(jì)工作量小、研制周期短。但其缺點(diǎn)也比較明顯。4.通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方案它是當(dāng)前乃至今后微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)選方案之一?！捕澄⑿陀?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)性能指標(biāo)選擇從應(yīng)用于生產(chǎn)機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)控制的角度出發(fā)，微型計(jì)算機(jī)應(yīng)能滿足下述根本要求：1.完善的中斷系統(tǒng)；2.單板機(jī)或單片機(jī)方案6整理ppt3.完備的輸入輸出通道和實(shí)時(shí)時(shí)鐘；4.微處理器有足夠的數(shù)據(jù)處理能力。首先是字長(zhǎng)；其次是指令的執(zhí)行速度；第三是指令系統(tǒng)。2.足夠的存儲(chǔ)容量；三、控制算法設(shè)計(jì)控制算法設(shè)計(jì)必須以系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為根底，數(shù)學(xué)模型是系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)，它反映了系統(tǒng)輸入、輸出以及內(nèi)部狀態(tài)變量之間的邏輯和數(shù)量關(guān)系。控制算法就是可程序化設(shè)計(jì)的系統(tǒng)控制規(guī)律。

控制算法設(shè)計(jì)要根據(jù)具體控制對(duì)象、控制性能指標(biāo)要求以及所選用的微7整理ppt型計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力來(lái)進(jìn)行。在設(shè)計(jì)中要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

第一，控制算法對(duì)系統(tǒng)的性能指標(biāo)有直接的影響，因此，選定的控制算法必須滿足控制速度、控制精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。

第二，各種控制算法提供了一套通用的計(jì)算公式，是對(duì)一般性的問(wèn)題而言的，但具體到一個(gè)特定的控制對(duì)象上，必須有分析地選用，在某些情況下可能還要進(jìn)行必要的修改和補(bǔ)充。第三，當(dāng)控制系統(tǒng)比較復(fù)雜時(shí)，滿足控制性能指標(biāo)的控制規(guī)律也比較復(fù)雜，相應(yīng)的控制算法的實(shí)現(xiàn)就比較困難?？刂扑惴ㄔO(shè)計(jì)要充分考慮其可實(shí)現(xiàn)性。四、硬件設(shè)計(jì)硬件是系統(tǒng)可靠性的根底，無(wú)視硬件設(shè)計(jì)不可能得到高質(zhì)量的控制系統(tǒng)。8整理ppt

從電路工作原理的設(shè)計(jì)、硬件元件的選定、篩選，刀印刷電路板的設(shè)計(jì)制作和焊接調(diào)試，每一環(huán)節(jié)都必須認(rèn)真做好，才能保證硬件的質(zhì)量。五、軟件設(shè)計(jì)六、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)調(diào)通常分兩步進(jìn)行：

第一步在實(shí)驗(yàn)室模擬裝置上進(jìn)行，要盡量創(chuàng)造條件使模擬裝置接近于實(shí)際控制系統(tǒng)，在調(diào)試時(shí)應(yīng)采取一些必要的測(cè)量監(jiān)視和保護(hù)措施。第二步是在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，在工業(yè)試驗(yàn)中，還要考慮平安、抗干擾等問(wèn)題。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程是一個(gè)不斷完善的過(guò)程。9整理ppt第二節(jié)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件一、軟件的分類微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大局部。〔一〕系統(tǒng)軟件1.操作系統(tǒng)2.語(yǔ)言加工系統(tǒng)語(yǔ)言加工系統(tǒng)主要由系列程序組成：（1）編輯程序（2）編譯程序（3）連接、裝配程序（4）調(diào)試程序（5）子程序庫(kù)3.診斷系統(tǒng)10整理ppt〔二〕應(yīng)用軟件應(yīng)用程序的功能1.控制程序

控制程序主要實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制，它根據(jù)各種各樣的控制算法和千差萬(wàn)別的被控對(duì)象的具體情況來(lái)編寫(xiě)，控制程序的主要目標(biāo)是滿足系統(tǒng)的性能指標(biāo)。2.數(shù)據(jù)采集及處理程序

它主要包括數(shù)據(jù)可靠性檢查程序，用來(lái)檢查是可靠輸入數(shù)據(jù)還是故障數(shù)據(jù)；A/D轉(zhuǎn)換及采樣程序；數(shù)字濾波程序，用來(lái)濾除干擾造成的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)或不宜使用的數(shù)據(jù)；線性化處理程序，對(duì)檢測(cè)元件或變送器的非線性特性用軟件進(jìn)行補(bǔ)償。3.巡回檢測(cè)程序11整理ppt除包括數(shù)據(jù)采集程序之外，還包括越限報(bào)警程序，用于在生產(chǎn)中某些量超過(guò)限定值時(shí)報(bào)警；事故預(yù)告程序，生產(chǎn)中某些量不允許超過(guò)限定值，從這些量的變化趨勢(shì)來(lái)看假設(shè)有可能超過(guò)限定值，那么發(fā)出事故預(yù)告信號(hào)；畫(huà)面顯示程序，用圖、表在CRT上形象地反映生產(chǎn)狀況。4.數(shù)據(jù)管理程序這局部程序用于生產(chǎn)管理局部，主要包括統(tǒng)計(jì)報(bào)表程序，按生產(chǎn)管理部門(mén)要求的格式打印各種報(bào)表；產(chǎn)品銷售、生產(chǎn)調(diào)度及庫(kù)存管理程序；產(chǎn)值利潤(rùn)預(yù)測(cè)程序等。二、應(yīng)用程序的語(yǔ)言選擇及設(shè)計(jì)步驟〔一〕語(yǔ)言選擇1.機(jī)器語(yǔ)言12整理ppt2.匯編語(yǔ)言3.高級(jí)語(yǔ)言〔二〕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)通常分以下五個(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)。

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。程序設(shè)計(jì)是利用程序?qū)θ蝿?wù)作出描述，即編寫(xiě)源程序。編程是指把源程序轉(zhuǎn)換成微型計(jì)算機(jī)能執(zhí)行的指令代碼。調(diào)試是利用諸如斷點(diǎn)、單步跟蹤以及模擬運(yùn)行等手段檢查程序的正確性。改進(jìn)和再設(shè)計(jì)是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況對(duì)原設(shè)計(jì)作修改，或者為了擴(kuò)充功能13整理ppt對(duì)程序進(jìn)行改進(jìn)和補(bǔ)充。程序設(shè)計(jì)通常采用模塊程序設(shè)計(jì)法和結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)法。模塊程序設(shè)計(jì)法就是把整個(gè)程序分成假設(shè)干子任務(wù)或模塊，各個(gè)模塊分別設(shè)計(jì)、調(diào)試成功之后再安裝配在一起，成為一個(gè)完整的程序。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的根本思想是：任何程序都可用三種根本結(jié)構(gòu)表示，即順序結(jié)構(gòu)，選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)，如下圖：14整理ppt三、高級(jí)語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的混合編程〔一〕混合語(yǔ)言編程的根本概念1.程序接口2.命名約定3.調(diào)用約定4.參數(shù)傳遞約定（1）傳值（2）傳址（3）傳名（4）傳結(jié)果〔二〕C語(yǔ)言程序?qū)R編語(yǔ)言程序的調(diào)用1.C語(yǔ)言程序中的接口處理（1）命名約定（2）調(diào)用約定（3）參數(shù)傳遞約定2.匯編語(yǔ)言中的接口處理1〕為了與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15整理ppt

過(guò)程時(shí)應(yīng)以下劃線開(kāi)頭，并用PUBLIC說(shuō)明，過(guò)程名最好不要超過(guò)8個(gè)字符。2〕如果C語(yǔ)言程序以巨型，大型、或者中型存儲(chǔ)模式翻譯，被C語(yǔ)言調(diào)用的匯編過(guò)程應(yīng)說(shuō)明成far。3〕考慮調(diào)用約定，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C語(yǔ)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語(yǔ)言的堆棧結(jié)構(gòu)圖：16整理ppt4〕在被C語(yǔ)言調(diào)用的匯編過(guò)程中用指令RET返回，而在BASIC等其他語(yǔ)言中要求用指令RETn返回。5〕根據(jù)缺省默認(rèn)，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。綜上所述，用C語(yǔ)言調(diào)用匯編程序的步驟為：1〕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、PUBLIC和BP的使用。2〕按約定編寫(xiě)C語(yǔ)言程序，編譯后得到目標(biāo)文件，注意extern和參數(shù)的類型的使用。3〕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。4〕運(yùn)行該執(zhí)行文件。17整理ppt〔三〕匯編語(yǔ)言程序?qū)語(yǔ)言程序的調(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。〔四〕C語(yǔ)言程序調(diào)用匯編程序舉例四、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)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。

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，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：1.系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真2.資源借調(diào)3.控制系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)和調(diào)試18整理ppt第三節(jié)常用應(yīng)用程序設(shè)計(jì)定義通用存放器如右：一、數(shù)字濾波與模擬濾波器相比有以下優(yōu)點(diǎn)：1〕數(shù)字濾波用程序來(lái)完成，可以多個(gè)輸入通道“共用〞一個(gè)濾波程序。2〕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。3〕數(shù)字濾波可以對(duì)頻率很低的信號(hào)濾波4〕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。19整理ppt〔一〕算術(shù)平均值濾波

算術(shù)平均值濾波是尋找這樣一個(gè)Y，它與各采樣值Xk之間誤差的平方和和E為最小，即，其中N

為采樣次數(shù)。根據(jù)極值原理得該方法是把n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。其程序流程圖如下圖：20整理ppt〔二〕中值濾波中值濾波程序的流程圖如下圖：21整理ppt〔三〕一階滯后濾波一階滯后濾波方法，其表達(dá)式為：流程圖如以下圖所示：〔四〕程序判斷濾波程序判斷濾波分為限幅濾波和限速濾波兩種。1.限幅濾波如以下圖所示：22整理ppt2.限速濾波二、線性化處理1.線性插值原理流程圖如右圖所示：設(shè)某傳感器的輸入輸出特性曲線如右圖所示：23整理ppt設(shè)在區(qū)間內(nèi)，則其對(duì)應(yīng)的逼近值為或2.線性插值的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)步驟三、數(shù)碼顯示數(shù)碼顯示用得最多的是LED數(shù)碼管，LED數(shù)碼管顯示器件的特點(diǎn)是：體積小，功耗低，響應(yīng)速度快，易于匹配，壽命長(zhǎng)，可靠性高。用數(shù)碼管顯示數(shù)字和字符的根本形式有軟件查表顯示和硬件譯碼顯示兩種。24整理ppt如下圖為顯示兩位十進(jìn)制數(shù)碼的程序流程圖：25整理ppt四、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)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)警及上下限報(bào)警。報(bào)警程序流程圖如圖所示：26整理ppt五、PID控制算法程序

數(shù)字PID控制算法，在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中已被廣泛應(yīng)用，是微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的常用程序之一。〔一〕位置式PID控制算法程序位置式PID控制算法的表達(dá)式為：控制算法的流程圖如下圖：27整理ppt〔二〕增量型PID控制算法程序增量型PID控制算法的表達(dá)式為：流程圖如右圖所示：28整理ppt第四節(jié)設(shè)計(jì)舉例一——微型計(jì)算機(jī)控制直流伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)

直流傳動(dòng)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是控制特性優(yōu)良，能在很寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)速，調(diào)速比大，起制動(dòng)性能好，定位精度高。一、總體控制方案設(shè)計(jì)〔一〕確定系統(tǒng)的控制任務(wù)系統(tǒng)中直流電動(dòng)機(jī)的主要數(shù)據(jù)如下：額定功率；額定電壓；

額定電流；電樞回路總電阻；電磁時(shí)間常數(shù)；機(jī)電時(shí)間常數(shù)；電動(dòng)勢(shì)系數(shù)。電流調(diào)節(jié)器的控制輸出值作為計(jì)數(shù)值直接送到計(jì)數(shù)器生成PWM信號(hào)，29整理ppt那么PWM信號(hào)發(fā)生器和PWM功率放大器形成的數(shù)字控制量到模擬電壓輸出量之間的增益為：經(jīng)上述考慮，本系統(tǒng)組成的粗框圖如下圖：30整理ppt〔二〕輸入輸出通道及其接口設(shè)計(jì)1.電流反響通道電流反響通道由霍爾元件、兩級(jí)運(yùn)算放大器和A/D轉(zhuǎn)換器組成。2.轉(zhuǎn)速反響通道轉(zhuǎn)速反響通道由光速電脈沖發(fā)生器，光電隔離器PC900、可編程門(mén)陣列GAL16V8和計(jì)數(shù)器、定時(shí)器等組成。3.位置反響通道位置反響通道由光電脈沖發(fā)生器、光電隔離器PC900、可編程門(mén)陣列GAL16V8以及計(jì)數(shù)器T1和計(jì)數(shù)器T2組成。電動(dòng)機(jī)在一個(gè)位置環(huán)采用周期內(nèi)位置偏移量為31整理ppt4.控制輸出通道

控制輸出通道由8254計(jì)數(shù)器的兩個(gè)計(jì)數(shù)通道#0計(jì)數(shù)器和#1計(jì)數(shù)器構(gòu)成。5.伺服系統(tǒng)給定輸入通道伺服系統(tǒng)給定輸入方式比較簡(jiǎn)單的有撥碼開(kāi)關(guān)、模擬旋鈕和脈沖發(fā)生器等。給定輸入通道由上位微型計(jì)算機(jī)、電平轉(zhuǎn)換電路MC1488、MC1489和串行通信接口電路組成。32整理ppt二、微型計(jì)算機(jī)選擇Intel8086微處理器構(gòu)成全數(shù)字式三環(huán)直流伺服系統(tǒng)的控制方案，其原理框圖如下圖：33整理ppt我們選用8097單片機(jī)，它是MCS-96系列的一種型號(hào)，根據(jù)8097單片機(jī)德特點(diǎn)，可設(shè)計(jì)原理框圖如以下圖隨時(shí)的全數(shù)字式三環(huán)直流伺服系統(tǒng)控制方案。34整理ppt〔一〕變T法速度檢測(cè)高速脈沖輸入單元〔HIS〕是MCS-96系列單片機(jī)中很有特點(diǎn)的內(nèi)部硬件資源。HIS單元的結(jié)構(gòu)如下圖：35整理pptHIS可以產(chǎn)生三種中斷形式：①保持寄存器裝入數(shù)據(jù)；②FIFO有六個(gè)事件數(shù)據(jù)信息；③HSI0。〔二〕硬件與軟件的功能分配系統(tǒng)軟件的主要任務(wù)有：1)系統(tǒng)初始化，系統(tǒng)初始化包括設(shè)定堆棧指針，給主程序標(biāo)志存放器送初始狀態(tài)值，對(duì)電流調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器、位置調(diào)節(jié)器設(shè)定初始狀態(tài)值和參數(shù)，給A／D轉(zhuǎn)換器、HSI、SIO、8254等硬件送控制字，確定它們的工作方式和初始工作參數(shù)。2)對(duì)電流反響、速度反響、位置反響采樣，包括讀A／D的轉(zhuǎn)換結(jié)果，讀HSI事件的時(shí)間值和狀態(tài)值，并按堆棧方式存儲(chǔ)，讀計(jì)數(shù)器T2、8254的#236整理ppt計(jì)數(shù)通道的計(jì)數(shù)值，為下一采樣周期的循環(huán)工作重新預(yù)置。3)對(duì)電流反響、速度反響、位置反響的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得相應(yīng)的數(shù)字式反響標(biāo)定量。4)完成電流、速度、位置的控制規(guī)律運(yùn)算，并對(duì)輸出分別作限幅處理。5)讀串行口的數(shù)據(jù)，且按先進(jìn)先出(FIFO)方式存儲(chǔ)。6)接收上位微型計(jì)算機(jī)發(fā)送來(lái)的指令，并解釋、分解和執(zhí)行指令7)按指令要求，采集系統(tǒng)運(yùn)行的有關(guān)信息和系統(tǒng)參數(shù)，并通過(guò)串行通信反響到上位微型計(jì)算機(jī)中進(jìn)行顯示和信息存儲(chǔ)?！踩诚到y(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)以及分時(shí)控制的時(shí)序安排

為了便于程序的編寫(xiě)、閱讀、調(diào)試和修改，將系統(tǒng)控制程序的任務(wù)按功能分類，歸結(jié)為十一個(gè)更能程序模塊，并對(duì)各功能模塊的工作方式作了一個(gè)安排。37整理ppt三、控制算法設(shè)計(jì)數(shù)字控制器可以用直接數(shù)字的設(shè)計(jì)方法，也可以用模擬調(diào)節(jié)規(guī)律數(shù)字化的設(shè)計(jì)方法。由于直流傳動(dòng)系統(tǒng)的模擬調(diào)節(jié)規(guī)律設(shè)計(jì)方法比較成熟，應(yīng)用方便，在這里我們有后一種方法來(lái)設(shè)計(jì)電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)的數(shù)字控制器。〔一〕電流環(huán)控制器設(shè)計(jì)

將電流環(huán)按典型I型系統(tǒng)校正，電流調(diào)節(jié)器應(yīng)為PI調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：電流環(huán)的簡(jiǎn)化動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖所示：38整理ppt〔二〕速度環(huán)控制器設(shè)計(jì)將轉(zhuǎn)速環(huán)校正成典型Ⅱ型系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器也是PI調(diào)節(jié)器，設(shè)其傳遞函數(shù)為那么速度環(huán)的簡(jiǎn)化動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖：當(dāng)速度環(huán)截止頻率時(shí)，電流環(huán)的等效傳遞函數(shù)近似為39整理ppt

速度環(huán)的開(kāi)環(huán)截止角頻率，選取速度角頻率，得速度環(huán)采樣周期；

位置環(huán)的開(kāi)環(huán)截止頻率，選取位置環(huán)的采樣角頻率，得位置環(huán)的采樣周期?！踩澄恢铆h(huán)控制器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如下圖：

系統(tǒng)電流環(huán)的開(kāi)環(huán)截止角頻率，選取電流環(huán)的采樣角頻率，得電流環(huán)采樣期；40整理ppt〔五〕控制算式和運(yùn)算流程圖在用匯編語(yǔ)言編制控制算法程序時(shí)，需要特別注意如下幾個(gè)問(wèn)題：1.小數(shù)運(yùn)算2.符號(hào)運(yùn)算3.溢出4.積分丟失四、硬件設(shè)計(jì)構(gòu)本錢系統(tǒng)的硬件電路可以在單片機(jī)開(kāi)發(fā)裝置應(yīng)用板的根底上擴(kuò)充，也可以自行設(shè)計(jì)一塊印刷電路板。硬件系統(tǒng)能夠運(yùn)行的根底，硬件設(shè)計(jì)不合理，可靠性差，系統(tǒng)將無(wú)法運(yùn)行。五、軟件設(shè)計(jì)（一）系統(tǒng)初始化程序模塊（二）主程序模塊（三）位置采樣及數(shù)據(jù)處理程序模塊41整理ppt如下圖是位置采樣及數(shù)據(jù)處理程序模塊的流程圖：六、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)42整理ppt第五節(jié)設(shè)計(jì)舉例二————微型計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)〔一〕確定系統(tǒng)的控制任務(wù)綜上所述，微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)完成的主要任務(wù)有：1〕六個(gè)溫區(qū)溫度的閉環(huán)直接數(shù)字控制。2〕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)。3〕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。系統(tǒng)構(gòu)成粗框圖如下圖：43整理ppt〔二〕輸入輸出通道及其接口設(shè)計(jì)1.溫度檢測(cè)模擬輸入通道設(shè)計(jì)如下圖溫度檢測(cè)模擬輸入通道由檢測(cè)元件熱電偶、前級(jí)放大器、多路模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換和輸入接口電路組成。44整理ppt2.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)壓方式，另一種是調(diào)功方式。調(diào)功方式輸入電爐的平均功率為：如下圖為過(guò)零檢測(cè)同步脈沖電路，其作用是在電網(wǎng)電壓的每個(gè)過(guò)零點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)同步脈沖。45整理ppt3.撥碼盤(pán)給定輸入通道

撥碼盤(pán)作為數(shù)字輸入，操作簡(jiǎn)單，直觀明了，碼盤(pán)值以硬件方式保存，計(jì)算機(jī)可以隨時(shí)通過(guò)碼盤(pán)輸入口讀入碼盤(pán)值，這有利于存放在RAM中的給定值保護(hù)，同時(shí)操作人員也可以很方便地修改碼盤(pán)值。4.數(shù)碼顯示輸出通道

數(shù)碼顯示器輸出通道包括：數(shù)字量輸出接口電路、鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)電路，七段數(shù)碼管顯示器。5.打印機(jī)輸出通道

打印機(jī)的打印內(nèi)容包括表頭、制表、采樣數(shù)據(jù)和采樣時(shí)間。根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄的特點(diǎn)編寫(xiě)控打程序及特殊字符庫(kù)，確定一個(gè)易于查詢和閱讀的打印格式。46整理ppt二、微型計(jì)算機(jī)選擇選擇微型計(jì)算機(jī)首先要考慮能滿足系統(tǒng)的控制要求，到達(dá)預(yù)期的性能指標(biāo)，其次要綜合考慮系統(tǒng)的可靠性、可利用率和可維護(hù)性，還要考慮成本和實(shí)施是否快速、方便等因素。三、控制算法設(shè)計(jì)

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)。其數(shù)學(xué)描述傳遞矩陣為：式中47整理ppt離散后可近似為：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)如下圖：

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48整理ppt