微机控制技术(课件).

微机控制系统的类型

现场总线控制系统（FCS）: 现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制 室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数 据总线，它能在工业现场环境下运行，可靠性高、实时性 强、互换性好等。 以现场总线为基础的全数字控制系统称为现场总线控制 系统。是一种高级分布式控制系统。 以往在企业生产过程中，基层的许多传统测控自动化系统 都处于“信息孤岛”状态，难以实现设备之间以及系统与 外界之间的信息交换。现场总线就是为克服此出现的代表 了今后工业控制体系结构发展的一种方向。

微机控制系统的类型

监督计算机控制系统（SCC）：见图1.9 分布式控制系统（DCS）（集散控制系统）: 是随着计算机技术的发展、工业生产过程规模 的扩大、综合控制与管理要求的提高而发展起 来的以多台DDC计算机为基础的系统。 采用分散控制、集中操作、分级管理和综合协 调的设计原则、具有网络化的控制结构（主要 是多层结构）。如图1.10所示。
微机控制系统的组成

由主机、总线与I/O接口、通用外部设备、输 入输出过程通道、操作台、通信网络、软件几 部分构成。采用总线结构形式，各部分通过总 线连接，构成一个完整的系统。在实际应用中 可以根据需要取舍、根据规模与要求配置，如 图1.6所示。
微机控制系统的类型
微机控制系统与所控制的生产过程密切相关，不同的被控对象和不 同的控制要求，应具有不同的控制方案，构成不同的控制系统类型。现 从应用特点、控制方式特点、控制目的出发，介绍几种典型应用类型： 操作指导控制系统（数据采集系统）： 计算机只对系统过程参数进行收集（巡回检测）、加工处理与统计、 存贮（记录）、实时分析，然后输出数据（显示、打印），但输出 的数据不直接用来控制生产对象，操作人员根据这些数据进行必要 的操作。 作用： 1） 代替大量的常规显示与记录仪表，对整个生产过程进行 集中监视。 2） 对大量的数据进行集中、加工处理、分析，以有利于 指导生产过程控制的方式表示出来，起指导作用。 3） 能得到大量 数据，利于建立理想的数学模型。 为开环系统、非实时控制（人工操作）。 用于数据采集、电力调度等。 如图1.7所示。
微机控制系统的类型
直接数字控制系统（DDC）： 微机对一个或多个被控参数进行巡回检测，检测结 果与给定值比较，再按一定的控制规律对偏差进行运 算，然后将结果直接输出到执行机构，对被控对象进 行控制。在这里微机系统代替了模拟控制器与比较 器，称为数字控制器，各种控制规律（控制方法）如 PID控制、串级控制等可以用不同的控制算法描述，进 而编制出相应的程序，计算机执行不同的程序可以实 现不同的控制规律与方法，灵活性大。 是闭环控制、实时控制、微机直接承担控制任务。 用于化工、机械等过程控制。 如图1.8所示。

接口的数据传输方式


在CPU与外设或通道之间经接口传递数据要有二个条件： 1）在时间上保持同步（二者步调一致，遵循同一个同步信号）。 2）允许二者能相互等待（之间要有协调的方法）。 按这样二个条件的要求，就有以下几种传输方式： 1）直接传输方式: 无需协调，CPU利用读写指令直接对I/O口进行 操作，I/O口应一直处于就绪状态（外设总是准备好的）。 2）程序查询方式：利用握手信号（状态信号）进行协调。在数据 传输前，先查询状态，在外设或通道就绪情况下才进行数据传输 （外设并不总是准备好的） 。必要时，数据传输后，再进行握手联 络。见图2.3 3）中断方式：利用中断实现协调。通过硬件将外设或通道的状态 信号作为中断请求信号，一旦就绪则向CPU发中断请求，CPU响应中 断进行数据传输。见图2.4 4）DMA方式：当外设需要与内存进行大量数据传送时，向DMA控制 器发DMA请求，DMA控制器向CPU发BUS请求，CPU响应，同时释放总线。 外设与内存开始进行数据传送，且CPU不介入。见图2.5
第二章 输入输出接口技术
概述 接口的编址方式 接口的数据传输方式
接口的扩展
接口应用举例
概 述




接口是CPU与外部设备及过程通道等之间的连接。 有通用、非通用、可编程（多功能）、不可编程、串行、并行 等。 外设、通道经接口与总线相连，CPU、内存则直接与总线相连 （称之为将接口与内存、CPU挂在总线上），为总线结构。 接口的功能： 1）地址译码和设备选择（CPU利用其编址功能对外部设备进行 选择） 2）提供数据的寄存和缓冲，以实现CPU与外设之间的速度匹配， 适应双方的读写时间的需要。 3）进行定时和协调，实现不同的数据传输方式。 4）实现中断控制逻辑，完成中断传输。 5）实现DMA控制逻辑，完成DMA传输。 6）进行数据格式转换（如串—并），进行信号类型转换（如 电平、D—A）。
接口的编址方式
CPU通过地址线输出相应的地址信号，经译码后产生选通信号去选通 相应的接口以选中该接口，这种接口选择称为接口的编址。 CPU与外设或通道交换信息前，首先应先选择接口。 有二种编址方式：（采用哪种取决于CPU类型） 1）统一编址方式：接口的地址与内存单元的地址统一安排，将每一接 口看作是一个内存单元，访问接口（称为I/O操作或输入/输出操作）使 用的指令与访问内存（称为读/写操作）使用的指令一样，扩展接口与扩 展内存使用的控制信号也相同。见图2.1 2）独立编址方式：接口地址与内存地址相互独立，访问I/O口使用的 指令与访问内存使用的指令不同，扩展内存与扩展I/O口使用的控制信号 也不完全相同。见图2.2 在接口中一般有多个寄存器或特定的电路，CPU对接口的访问实际上 是直接对这些寄存器或特定电路的存取。根据按地址访问的原则，每一 接口一般应有多个地址对应于这些寄存器或特定电路，它们称为端口。
微机控制技术
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Hale Waihona Puke 目录微机控制系统概述 输入输出接口技术 输入输出过程通道 顺序控制系统与数字程序控制系统 过程控制与数字PID控制器设计
微机控制系统设计
第一章 微机控制系统概述
微机控制的概念 微机控制系统的组成
微机控制系统的类型
微机控制的概念




自动控制就是利用控制装置自动地使机器设备或生 产过程的某一物理量按预期的规律运行，实现该控 制目的所需装置构成了一个自动控制系统。 一个自动控制系统例子：电热恒温箱自动控制系统。 见图1.1。其结构框图如图1.2所示。 若将上系统中的控制器与比较器用微机的软硬件代 替，则成为一个微机控制系统。见图1.2。 电热恒温箱微机控制系统的具体结构见图1.3、图 1.4、图1.5。