微型计算机控制系统作业18页PPT

生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的 方式称为在线方式或联机方式；
生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制， 而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式 或脱机方式。
②实时：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时 间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的 速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时 机，控制也就失去了意义。
设备 口电路 作台
口电路
多路开关 A/D
D/A
多路开关
数字量输入数字量输出I/O 通道传感器及 变送器工
执行机构
业
对
象
信号检测
及变送
被控对象
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计算机控制系统的组成框图
第一章 绪 论
15
—计算机控制系统—
从本质上看，计算机控制系统的作用如下三个方面： ①实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量
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第一章 绪 论
36
—计算机控制系统—
1-2-5 计算机控制系统的分类
现场总线控制系统 工作站 — 现场智能仪表-智能电磁流量计
结构模式为：“工作 站一现场总线智能仪 表”二层结构，降低 了成本，提高了可靠 性，并且在统一国际 标准下可实现真正的 开放式互连系统结构。
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第一章 绪 论
25
—计算机控制系统—
1-1-2 信号特点（7）
• 零阶保持器恢复信号的示意图
y
采样信号y(kT)
原信号y(t)
恢复信号yh(t)
t
2T 4T
6T
零阶保持器算式 yh(kT+t)=y(kT)
0≤t＜T, k=0, ±1,

STOSW; 数据存储
INC BL ; 更换通道 LOOP ADC MOV AL,00111000B; CE=0，CS, R/C, INH=1, 芯片复位
MOV DX,2C2H
OUT DX,AL RET
AD574A
ENDP
2. 12位D/A转换器接口
端口地址译码器译出Y0地址为基地址BASE，则D/A高8为地址为BASE+1, 低8为地址为BASE+0
DOUT PROC MOV MOV MOV MOV NEXT: MOV OUT INC NEAR DX,300H CX,8 AH,0 BX, OFFSET BUF0 AL,[BX] DX, AL DX OUT DX,AL CALL DELAY INC INC RET DOUT ENDP AH BX DEC DX LOOP NEXT
经过端口地址译码， 得到片选信号CS， 且在执行IN指令时， 产生IOR信号，则 被测的状态信息通 过输入接口送到PC 总线的数据线上， 然后装入AL寄存器。
完成取数的指令： MOV DX, port 地址送DX
IN
AL, DX
从端口读数，送AL
经过端口地址译码，得到 片选信号CS，执行 OUT指令时，产生IOW 信号，利用IOW的后沿 产生的上升沿可以锁存 数据；
利用DAC0832,运算放大器，多路开关CD4051等元器件与 PC/ISA总线工业控制机接口，设计8路模拟量输出系统， 请画出接口电路原理图，并编写8路模拟量输出程序。
DAC0832
D0 D1 D2 D7
DI 0 DI1 DI 2 DI 7
WR1
+12V
CD4051
A B C
I out 1

2.1 计算机系统的组成
• 只读存储器ROM
只能读出而不能写入的存储器 存储的信息不会由于断电而丢失
BIOS芯片
2.1 计算机系统的组成
• 只读存储器ROM可分为：
掩膜MROM（Mask ROM） 可编程只读存储器PROM（Programmable ROM）
可 擦 除 可 编 程 的 只 读 存 储 器 EPROM （ Erasable Programmable ROM） 电可擦除的只读存储器EEPROM 快擦型存储器（闪存，称为Flash Memory EPROM）
1PB=1024TB=210TB=220GB =230MB=240KB=250B
2.1 计算机系统的组成
• 内存储器(主存)
是主机的一部分，由CPU直接访问 按照其性能和特点可分为:
只读存储器（Random Access Memory ，简称ROM） 随机读写存储器（Read Only Memory ，简称RAM）
第2章 微型计算机系统
•2.1计算机系统的组成 •2.2微型计算机的主要性能指标 •2.3微型计算机的组装
2.1 计算机系统的组成
• 一个完整的计算机系统通常是由硬件系统和软件 系统两大部分组成 ，如图所示。
运算器 中央处理器 (CPU) 硬件系统 控制器 只读存储器（ROM） 存储器 随机读写存储器（RAM） 输入设备（键盘、鼠标、扫描仪等） 微机系统 输出设备（显示器、打印机等） 软件系统 系统软件（DOS、Windows、Unix 等） 应用软件（Office、Protel 等）
2.1 计算机系统的组成
• 硬件（Hardware）是指实际的物理设备， 也就是组成计算机的各种电子器件、线路 等看得见、摸得着的物理装置。 • 软件（Software）是指实现算法的程序和 相关文档，是各种各样的指挥计算机工作 的程序或指令的集合。

2）根据系统的性能指标要求以及实现的约束条件构造闭环z传递函数φ(z);
3）依据式（5-3）确定数字控制器的传递函数D(z)；
G(z)
Z H 0 ( s)GC
(s)
1 eTs
Z
s
GC
(s)
;
4）由D(z)确定控制算法并编制程序。
D(z) 1 Φ(z) G(z) 1 Φ(z)
数字控制器的直接设计 步骤
i0
i 1
数字控制器的直接设计步骤 最少拍无差系统的设计 达林控制算法
最少拍无差系统的设计
1、最少拍无差系统定义：
在典型的控制输入信号作用下能在最少几个采样周期内达到稳 态静无差的系统。
其闭环z传递函数具有如下形式：
(z) m1z1 m2 z2 m3 z3 mn zn
上式表明：闭环系统的脉冲响应在n个采样周期后变为零，即系统在 n拍后到达稳态。
要保证输出量在采样点上的稳定,G(Z)所有极点应在单位圆内 要保证控制量u 收敛， G(Z)所有零点应在单位圆内
稳定性要求
所谓稳定性要求，指闭环系统的连续物理过程真正稳定，而不仅仅是在采样点上稳定。前面的最少拍系统设 计，闭环Z传递函数φ(z)的全部节点都在z=0处，因此系统输出值在采样时刻的稳定性可以得到保证。但系统在采 样时刻的输出稳定并不能保证连续物理过程的稳定。如果控制器D(z)设计不当，控制量u就可能是发散的，系统 在采样时刻之间的输出值将以振荡形式发散，实际连续过程将是不稳定的。下面以一实例说明。
3.774 16.1z1 46.96z2 130.985z3
稳定性要求
从零时刻起的输出系列为0，1，1，…，表面上看来可一步到达稳态，但控制系列为3.774，16.1，49.96，-130.985，…，故是发散的。事实上，在采样点之间的输出值也是振荡发散的，所 以实际过程是不稳定的，如图所示。

优点是结构简单，控制灵活和安全。 缺点是要由人工操作，开环结构，控制的实时性差，不能 控制多个对象。
主要用于生产初期实验，过程模型获取
1.2.2 直接数字控制（DDC）系统
计算机通过检测单元对过程参数进行巡回检测，并经过输入 通道将检测数据输入计算机，计算机按照一定的控制规律进行 运算，得到相应的控制信息，并通过输出通道去控制执行机构， 从而使系统的被控参数达到期望的要求
地址
译码
C
DB
数据
P
缓冲
U
CB
控制
电路
数据端口
外
状态端口
控制端口
设
(1)从编程角度看,接口内部主要包括一个或多个CPU可 以进行读/写操作的有地址的寄存器,又称为I/O端口. (2)数据端口:双向的数据端口具有锁存和三态缓冲功能. 状态端口:只读端口,包含三态缓冲器. 控制端口:只写端口,包含锁存器.
接口的必要性： 外设是用来实现人机交互的一些机电设备.外设处理信息的类
型、速度、通信方式与CPU不匹配,不能直接挂在总线上,必须 通过接口和系统相连.
CPU与外设之间交换信息的种类
通常有三类信息：
数据信息
状态信息 控制信息
数字量 模拟量 开关量
数据
CPU
状态
外部 设备
控制
接口的构成
AB
第2章 输入输出接口与过程通道
2.1 IO端口及地址译码技术 2.2 数字量输入输出接口与过程通道 2.3 模拟量输入接口与过程通道 2.4 模拟量输出接口与过程通道 2.5 硬件抗干扰技术
第2章 输入输出接口与过程通道
接口：接口是计算机与外部设备（部件与部件之间）交换信 息的桥梁，它包括输入接口和输出接口。 接口的含义： 狭义上：连接计算机和I/O设备的部件； 广义上：还包括接口电路的管理驱动程序； 接口技术：接口技术是研究计算机与外部设备之间如何交换 信息的技术。

Cache支持 信号（可选）
SBO# SDONE REQ64#
64位扩展信 号
ACK64# PAR64
边界扫描信 号（可选）
电源和地线 保留引脚
TCK TDI TDO TMS TRST# +5V +12V -12V GROUND RESERVED
S/T/S O/D
O
I/O I/O S/T/S S/T/ST
-12V电源
B1,B10,B31
地线
类型 数据总线
信号名称 SD8～SD15
SBHE
地址总线 控制总线
LA17～LA23 IRQ10~12 IRQ14~15 DRQ0 DRQ5～7
电源和地线
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
＋5V GND
ISA总线后36个引脚功能 说明
I/O
引脚
功能说明
I/O
C11～C18
双向数据位8～15位，为处理器、存储器、I/O设备提供高8位
PCIE总线(peripheral component interconnect express)是一种高速串行计算机扩展总线标准，它原 来的名称为“3GIO”，是由英特尔在2001年提出的，旨在替代旧的PCI，PCI-X和AGP总线标准。PCIe属于 高速串行点对点双通道高带宽传输，所连接的设备分配独享通道带宽，不共享总线带宽，主要支持主动电源 管理，错误报告，端对端的可靠性传输，热插拔以及服务质量(QOS)等功能。它的主要优势就是数据传输速 率高，而且还有相当大的发展潜力。
I
A1
向 CPU 提 供 I/O 设 备 或 扩 充 存 储 器 奇 偶 错
I/O通道就绪，若是低速的I/O设备或存
I
A0

这种I/O控制方式是优是劣，不能一概而论，要看具体应用场合。如果I/O处理的实时性要求不那么高， 或者微型计算机的操作任务比较单一，并不很忙。比如在一个系统专门用于控制一个或几个I/O设备的特殊 情况下，CPU除了为外设服务，本身就没有更多的其它工作要做，在这种情况下，程序查询式控制不失为一 种比较理想的控制策略。正因为这样，所以它在实际中还是一种最常用的I/O控制方式。反过来，如果I/O处 理的实时性要求很高，或者CPU的任务很繁忙，则不宜采用这种方式，而最好采用中断驱动式或其它方式来 控制。
除缓冲器和锁存器外，还有一类既有缓冲功能又有锁存功 能的器件，Intel公司8255A可编程并行I/O扩展接口芯片就是 这样的器件。8255A与工业控制计算机（ISA）总线的连接如 图3-5所示。8255A有三个可编程的8位输入输出端口A、B和 C，内部有一个控制寄存器。通过向控制寄存器写入控制字定 义A、B、C端口的数据传输方向（输入或输出）。图中 ATF16V8作译码器用。
数字量输入接ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ原理图
数字量输出接口原理图
输入输出接口设计
输入接口是输入通道与工业控制机总线之间的桥梁，输出接口是输出通道与工业控制机总线之间 的桥梁。下图是由缓冲器和译码器组成的数字量输入接口示例，以及锁存器和译码器组成的数字量输 出接口示例。
数字量输入接口示例
数字量输出接口示例
输入输出接口设计
S1=/A9+/A8+A7+A6+A5+A4+A3+A2 Y0=AEN+S2
输入输出接口与输入输出通道 数据信息的输入输出控制方式 数字量/模拟量输入输出通道的基本组成
基于板卡的输入输出接口与通道的设计
基于计算机通讯接口的输入输出接口与通道的 设计

语音报警
语言报警是利用微机直接发出语音信 息，提供报警对象的具体情况及应采 取的应急措施，使得系统报警更为准 确。
报警方式
语音报警
若在计算机控制系统中配有打印机和 CRT显示器，则可以看到报警信息的 顺序、时间、回路编号、具体内容及 次数等画面，同时还能打印出用以存 档的信息。
报警程序设计
设计方法
报警方式
光报警
白炽灯报警需要较大的驱动电流，常常 采用微型继电器或固态继电器提供电流。
报警方式
发
光报警
光
锁存器
驱动器
二
D0
Q0
R
R
极
D1
Q1
R
管
D2
Q2
R
D3
Q3
报
D4
Q4
R
警
D5
Q5
R
电
D6
Q6
R
R
路
D7
Q7
OE
报警方式
光报警
当系统检测到报警信号后，置锁存器的 OE（ 三态允许控制端）为低电平，输 入D0～D7的某一端置高电平，即可产生 相应的报警信号。
全软件报警程序
硬件申请、软件处理 报警程序
报警程序设计
全软件报警程序设计
锅炉控制系统一般由锅炉本体、测量仪表、 计算机、手自动切换操作、执行机构及电 机等部分组成组成，其中计算机对整个锅 炉的运行进行监测、报警和控制。
报警程序设计
全软件报警程序设计
锅炉控制系统需要对锅炉汽包水位、温度、 锅炉压力等重要参数设置报警装置，以保 证锅炉正常、安全地运行。
程
WENDUG WENDUL
EQU 32H EQU 33H
；温度上限值 ；温度下限值

4004 8008 8080 MC6800 Z-80
1971 1972 1973 1975 1976
第一章 微型计算机基础
第一节 概述
三、微处理器的发展
16位微处理器 Zilog Motorola Intel
Z-8000 MC68000 8086 8088(准16位)
80186\80286
32位微处理器 Intel Motorola
例：X= 45=00101101B X=-45
[X]反= 00101101B [X]反= 11010010B
3、补码 正数的补码与原码相同； 负数的补码为反码加 1 。
例：X= 45=00101101B X=-45
[X]补= 00101101B [X]补= 11010011B
第二节 计算机中的数制和编码
二、有符号数的表示及运算
1、原码 2、反码
பைடு நூலகம்
3、补码
4、符号扩展
在数据处理时，有时需要把8位二进制数扩展成16位 二进制数。对无符号数可直接补0，对有符号数则需要将 符号位扩展。
例： 127的8位二进制补码为01111111B 符号位扩展后16 位二进制补码为0000000001111111B
例： -127的8位二进制补码为10000001B 符号位扩展后16 位二进制补码为1111111110000001B
CPU Central Processing Unit—中央处理单元
第一章 微型计算机基础
第一节 概述
一、电子计算机的发展 二、电子计算机的结构 三、微处理器的发展
CPU，也称为微处理器MP（MicroProcessor）。
4位微处理器 Intel 8位微处理器 Intel

信息与计算机的关系
• 随着人类社会文明的飞速发展，信息处理 的工具也在逐步的改进，计算机也因此应 运而生。
• 从计算机诞生那天到现在，计算机已经成 为信息处理的重要工具 。
•1
20世纪90年代，电脑向“智能”方向发展，与人 脑相似的电脑可以进行思维、学习、记忆、网络通信 等工作。进入21世纪，电脑更是笔记本化、微型化和 专业化，每秒运算速度上亿次，不但操作简单、价格 便宜，而且可以代替人们的部分脑力劳动，甚至在某 些方面扩展了人的智能。于是，今天的微型电子计算 机就被形象：显示器、打印机、音箱等。
•18
输入设备的功能 (用来向计算机输入信息) 输出设备的功能 (用来输出计算机的信息)
输入设备
输入信息
输出信息
输出设备
主机
计算机信息输入输出示意图
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输入设备 将下列设备进行分类
输出设备
•20
输入设备 将下列设备进行分类
输出设备
•21
软件系统
系统软件
软件系统
操作系统：windowsXP
操作系统的补丁程序 及硬件驱动程序
语言编译程序
应用软件
字处理软件、游戏、网络软件、虚拟现实技术等。
•22
计算机 系统
硬件系统
主机
CPU、主板、内存条等
外部设备
显示器、鼠标、键盘
软件系统
系统软件 Windows操作系统 应用软件 游戏、文字、画图
•2
有人说，一台计算机的水平其 实就相当于一个8岁儿童的智力水 平；也有人说，计算机就是高智商 的人，不管是8岁儿童还是高智商 的人，都说明计算机与人之间存在 很多相似点。现在我们就去找出计 算机与人之间有多少相似点。
•3