第六章 微型計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計1

第六章微型機算機控制系統(tǒng)設(shè)計本章主要內(nèi)容：從設(shè)計一般的微型計算機控制系統(tǒng)出發(fā)，介紹系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟以及每一步具體設(shè)計的任務(wù)。第一節(jié)控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟1系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計2微型計算機選擇3控制算法設(shè)計4硬件設(shè)計5軟件設(shè)計6系統(tǒng)聯(lián)調(diào)系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計1確定控制任務(wù),即干什么？確定目標(biāo)，了解其意義。2軟硬件功能分配3接口電路設(shè)計4通道設(shè)計5控制臺設(shè)計微型計算機選擇構(gòu)成方案選擇性能指標(biāo)選擇組裝方案單板機或單片機方案通用微型機系統(tǒng)方案通用工控機系統(tǒng)方案完善的中斷系統(tǒng)足夠的存儲容量完備的I/O通道和實時時鐘足夠的數(shù)據(jù)處理能力控制算法設(shè)計控制算法必須滿足系統(tǒng)對控制速度、控制精度、和穩(wěn)定性的要求。對具體的系統(tǒng)，可能需要對通用的計算公式進行修改和補充。要充分考慮控制算法的物理上的可實現(xiàn)性。第二節(jié)微機控制系統(tǒng)的軟件操作系統(tǒng)語言加工系統(tǒng)編輯程序編譯程序連接、裝配程序調(diào)試程序子程序庫診斷系統(tǒng)系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件控制程序數(shù)據(jù)采集及處理程序巡回檢測程序數(shù)據(jù)管理程序軟件應(yīng)用程序的語言選擇及設(shè)計步驟一、語言的選擇機器語言匯編語言高級語言二、應(yīng)用程序設(shè)計步驟和方法步驟：問題定義；程序設(shè)計；編碼；調(diào)試、改進和再設(shè)計。方法：繪制流程圖；采用模塊程序設(shè)計法和結(jié)構(gòu)程序設(shè)計法；第三節(jié)常用應(yīng)用程序設(shè)計一、常用的應(yīng)用程序數(shù)字濾波；線性化處理；PID數(shù)字控制；數(shù)字顯示；超限報警；鍵盤掃描；串口通訊等1、數(shù)字濾波優(yōu)點：用程序?qū)崿F(xiàn)，可以多個通道公用一個濾波程序；可靠性高，穩(wěn)定性好，各回路不存在阻抗匹配問題；可以對頻率很低的信號濾波；改變程序就可以實現(xiàn)不同的濾波方法或調(diào)整濾波參數(shù)，靈活，方便。1）算術(shù)平均值濾波把N次采樣值進行相加，取其平均值作為本次采樣值。應(yīng)用：主要對壓力、流量等周期脈動的采樣值進行平滑加工，但對脈沖性干擾的平滑不理想，不適用脈沖干擾比較嚴(yán)重的場合。

常用應(yīng)用程序設(shè)計2）中值濾波把N次采樣值從小到達排序，取中間值作為本次采樣值。應(yīng)用：對去掉脈動性的干擾比較有效，但對快速變化過程的參數(shù)則不宜采用。N值不宜太大，一般取N＝3～5。3）一階滯后濾波（動態(tài)濾波法）

為濾波環(huán)節(jié)的慣性滯后時間常數(shù)為平滑系數(shù)4）程序判斷濾波將兩次采樣值比較，如果其差大于最大允許偏差，則認(rèn)為本次采樣值為干擾信號，舍去。反之為有用信號。限幅濾波若以本次采樣值x2為真實信號，否則以上一采樣值作為真實信號。常用應(yīng)用程序設(shè)計限速濾波設(shè)相鄰的采樣時刻t1、t2、t3的采樣值為x1、x2、x3，則限速濾波的規(guī)則為：若則x2作為濾波輸出值，否則保留x2，再取x3，若則x3作為濾波輸出，否則（x3+x2）/2作為濾波輸出。例：微型計算機溫度控制系統(tǒng)設(shè)計以典型工業(yè)爐窯——網(wǎng)帶式多溫區(qū)電阻爐為對象，介紹微型計算機溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計實例。一、系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計控制任務(wù)設(shè)計對象是六溫區(qū)網(wǎng)帶式連續(xù)燒結(jié)電阻爐，溫區(qū)溫度在600~1000℃

范圍內(nèi)均連續(xù)可控。各溫區(qū)溫度以及網(wǎng)帶的運行速度既可以自動設(shè)定，也可人工設(shè)定。要求系統(tǒng)能夠?qū)α鶄€溫區(qū)的溫度以及網(wǎng)帶運行速巡回檢測、顯示和定時打印。網(wǎng)帶由直流電機拖動，其運行速度由調(diào)速系統(tǒng)控制。主要任務(wù)：1）六個溫區(qū)溫度的閉環(huán)直接數(shù)字控制；2）網(wǎng)帶拖動直流調(diào)速系統(tǒng)的速度給定和速度檢測；3）六個溫區(qū)溫度及網(wǎng)帶運動速度的巡回檢測、顯示和定時打??；4）系統(tǒng)升溫、保溫狀態(tài)指示、超溫、斷偶報警等功能。1、確定控制任務(wù)系統(tǒng)構(gòu)成框圖I/O通道溫度檢測模擬輸入通道由熱電偶、前級放大器、多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換和輸入接口電路組成。從熱點偶得到的是毫伏級電壓信號，經(jīng)前級放大器放大至0~10V，然后通過多路模擬開關(guān)到達A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。多路模擬開關(guān)的切換由微型計算機控制，通過光耦合器驅(qū)動，逐一選通六路溫度檢測電壓信號。采用V/F變換器和定時計數(shù)器組成A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器這種A/D轉(zhuǎn)換器價格便宜、容易隔離、抗干擾能力強、便于檢測信號傳送；但是轉(zhuǎn)換時間長。本設(shè)計中，溫度變化屬于慢速，所以可以采用。2.1溫度檢測模擬輸入通道設(shè)計2、I/O通道和接口電路設(shè)計2、I/O通道和接口電路設(shè)計2.1溫度檢測模擬輸入通道設(shè)計82532.2晶閘管數(shù)字觸發(fā)輸出通道設(shè)計晶閘管晶閘管是一種大功率的半導(dǎo)體器件，它具有體積小、重量輕、耐壓高、容量大、功率高、維護簡單、控制靈敏等優(yōu)點。同時它的功率放大倍數(shù)很高，可以用微小的信號功率（幾十到一、二百毫安的電流，二、三伏的電壓）對大功率（電流為幾百安、電壓為數(shù)千伏）的電源進行控制和變換。3、撥碼盤給定輸入通道使用22片4位BCD碼輸入的撥碼盤片，作為六個溫區(qū)的溫度給定和電動機的速度給定。4、數(shù)碼顯示輸出通道包括：數(shù)字量輸出接口電路、所存譯碼驅(qū)動電路，七段數(shù)碼管顯示器。5、打印機輸出通道二、微型計算機選擇1、STD總線標(biāo)準(zhǔn)2、8098單片機三、控制算