微机计算机控制技术课件
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微型计算机控制技术PPT学习教案
第28页/共55页
Vout2
2R R
U
out1
2R 2R
U
REF
2Uout1 U REF
设VREF = +5V，可得出： 当Vout1 = 0V时，Vout2 = -5V； 当Vout1 = -2.5V时，Vout2 = 0V； 当Vout1 = -5V时，Vout2 = +5V。
CS
ILE：数据锁存允许信号，高电平有效。
：片选信号，低有效。
WR1
WR2
：写控制信号1，低电平有效。 ：写控制信号2，低电平有效。
XFER
： 数据传送控制信号，低电平有效， 用于控制DAC寄存器。
第22页/共55页
Iout1： 电流输出端1，当DAC 寄存器数据全为“1” 时，输出电流Iout1最大，当 DAC 寄存器中全为 “0”时，输出电流为0。
D0
D1
D2
LSB
I I3 I2 I1 I0
D3 MSB
U REF R
D3
U REF 2R
D2
U REF 22 R
D1
U REF 23 R
D0
U REF（23 23 R
D3
22
D2
21
D1
20
D0）
设反馈电阻Rf＝R/2，则电路输出电压为：
UO IRf U2R4EF（23 D3 22 D2 21 D1 20 D0）
第13页/共55页
3．转换时间
也称建立时间，是指将一个数字量转换为 稳定模拟信号所需的时间，即从D/A转换器 输入的数字量发生变化开始，到其输出模 拟量达到相应的稳定值所需要的时间称为 转换时间。D/A中常用转换时间来描述其速 度。一般地，电流输出D/A转换时间较短， 电压输出D/A转换时间较长。
《计算机控制技术》课件
《计算机控制技术》ppt课件
contents
目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。
contents
目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。
课程《微型计算机控制技术》电子教案课件(全)
精品课程《微型计算机控制技术》电子教案PPT课件（全）第一章：微型计算机控制技术概述1.1 课程介绍了解《微型计算机控制技术》的课程目标和意义。
掌握课程的主要内容和教学方法。
1.2 微型计算机控制技术基本概念解释微型计算机控制技术的定义。
探讨微型计算机控制技术的发展历程和应用领域。
1.3 微型计算机控制系统组成分析微型计算机控制系统的硬件和软件组成。
了解输入/输出设备、控制器、执行器等主要组成部分的功能。
1.4 微型计算机控制技术的关键技术探讨微型计算机控制技术中的关键技术和算法。
了解数字信号处理、模拟/数字转换、PID控制等核心技术。
第二章：微型计算机控制系统的硬件设计2.1 控制器硬件设计基础分析控制器硬件设计的基本要求和原则。
掌握控制器硬件设计的步骤和注意事项。
2.2 控制器硬件选型了解常用控制器硬件的选择标准。
掌握控制器硬件选型的方法和依据。
2.3 控制器硬件电路设计实例分析具体的控制器硬件电路设计实例。
学习如何设计控制器硬件电路，并进行仿真和测试。
2.4 控制器硬件调试与优化探讨控制器硬件调试和优化的方法和技巧。
学习如何解决控制器硬件设计和实施过程中出现的问题。
第三章：微型计算机控制系统的软件设计3.1 控制器软件设计基础分析控制器软件设计的基本要求和原则。
掌握控制器软件设计的步骤和注意事项。
3.2 控制器软件选型了解常用控制器软件的选择标准。
掌握控制器软件选型的方法和依据。
3.3 控制器软件编程语言介绍常用的控制器软件编程语言。
学习如何选择合适的编程语言进行控制器软件开发。
3.4 控制器软件开发实例分析具体的控制器软件开发实例。
学习如何进行控制器软件开发，并进行调试和优化。
第四章：PID控制算法及其实现4.1 PID控制算法概述解释PID控制算法的定义和原理。
探讨PID控制算法的优点和局限性。
4.2 PID控制算法的数学模型分析PID控制算法的数学模型。
学习如何建立和求解PID控制算法的数学模型。
微机计算机控制技术课件
1 0 1 0 1 输出低4位数字
0 XXXX
无操作
X 1 XXX
无操作
•转换进行：STS为高电平 •转换结束：STS从高电平转为低电平 •转换时序： 启动
•转换时序：读
2.2.2 A/D转换接口技术
ADC0809与8255A接口 －8255A的A口工作方式0。 A口为数据输入端 －C口上半部分为输入，下半部分为输出。 PC0-PC2 － 通道地址ABC PC3 － ALE和START，启动转换 PC7 － OE和EOC，检测转换结束 －8255A系统地址2C0H~2C3H。
NOSC: NOEOC:
ADC0809
OUT DX,AL DEC DX IN AL, DX; 检测转换结束信号 TEST AL,80H JNZ NOSC; EOC=1, 则等待，检测EOC下降沿 IN AL, DX; TEST AL,80H JZ NOSC; EOC=0, 则等待，检测EOC上升沿，转换结束 MOV DX,02C0H; 读转换结果 IN AL,DX STOS DATABUF; 保存结果 INC BL; 修改模拟通道地址 LOOP NEXTA；CX-1; RET ENDP
AD574与8255A接口 AD574的12/8接＋5V，A0接地，工作方式0，数
据输入端C口上半部分为输入，下半部分 为输出。
PC0-PC2 － R/C，CS，CE PC7 － STS，检测转换结束 8255A系统地址2C0H~2C3H。
POLLING: 换结束）
2.2.1 A/D转换器 •8位A/D转换器ADC0809
－带8通道模拟开关的8位逐次逼近A/D转换器 －转换时间100us, 误差±1/2LSB
• 8通道模拟开关及通道选择 －地址锁存信号ALE
微型计算机控制技术_第1章 [兼容模式]
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《计算机控制技术》
1.2 计算机控制系统的典型形式
1.2.1 操作指导控制系统
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。
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《计算机控制技术》
1.2.2 直接数字控制（DDC）系统
闭环结构，控制的实时性好，可以控制多个回路或对象。
《计算机控制技术》
1.1.2 计算机控制系统的组成
计算机控制系统由计算机(工业控制机)和生产过程两大部分 组成。
1.工业控制机 （1）硬件组成： （2）软件组成: 系统软件；应用软件。 2.生产过程
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《计算机控制技术》
1.1.3 常用的计算机控制系统主机 1. 2. 3. 4. 5. 可编程序控制器（PLC） 工控机（IPC） 单片机 DSP 智能调节器
《计算机控制技术》
RS-232C信号状态 状态 逻辑状态 信号条件 功能 -15V＜V1＜-5V 1 传号（MARK） OFF +5V＜V1＜+15V 0 空号（SPACE） ON
RS-232C电平转换及接口电路
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《计算机控制技术》
2）USB串行通信总线
（1）具有热插拔功能 （2）USB采用“级联”方式连接各个外部设备 （3）适用于低速外设连接
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《计算机控制技术》
3）PCI总线信号定义
主控设备49条，目标设备 47条，可选引脚 51条（主要 用于64位扩展、中断请求、高 速缓存支持等），总引脚数 120条（包含电源、地、保留 引脚等）。
4）Compact PCI总线
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《计算机控制技术》
2 外部总线
1）RS-232串行通信总线
微型计算机控制技术PPT课件
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。
微型计算机控制技术6ppt课件
在z平面单位圆外和圆上的极点，即
包含有
的因子，其中，ai为 非重极点个数。
在z平面单位圆外或圆上的非重极点；V为
而
，所以，上一式中q+v个待定系数
可由下列q+v个方程所确定，
6.2 最少拍无差系统的设计
显然，准确性条件决定了前q个方程，另外由于
是
的极点，由稳定性条件得到了后v个方程。
应当指出，当 中有z=1的极点时，稳定性条件与准确性条件取得一致，
。
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传递函数
。
3）依据上式确定数字控制器的传递函数
。
4）由确定控制算法并编制程序。
6.2 最少拍无差系统的设计
最少拍无差系统，是指在典型的控制输入信号作用下能在最少几个采样 周期内达到稳态无静差的系统。其闭环z传递函数具有如下形式：
对最少拍控制系统设计的具体要求如下： 1．准确性要求 对典型的参考输入信号，在到达稳态后，系统在采样点的输出值能准确 跟踪输入信号，不存在静差。 2．快速性要求 在各种使系统在有限拍内到达稳态的设计中，系统准确跟踪输入信 号所需的采样周期数应为最少。
的零极点抵消，则
6.2 最少拍无差系统的设计
1)当
有单位圆上或圆外的零点时，在
表达式中应把这些零点。
作为其零点而保留。
2)当G（z）有单位圆上的极点时，在Φe（z）表达式中应把这些极点作为 零点而保留。
6.2.3 最少拍快速有波纹系统设计的一般方法 设广义对象的脉冲传递函数为
式中， 为对象的S传递函数，当 中有延滞环节时，一般m>l。
（3）控制作用易超出限定范围 因为当采样周期很小时，往往对系统的控制作用的要求超出限定范围，而控
计算机控制技术课件第1讲绪论
3
可靠性
数字控制系统具有较高的可靠性和稳定性。
监督计算机控制系统
监督功能
对被控对象和控制器进行监督，确保系统正常运 行。
故障诊断
能够检测和诊断系统故障，提高系统可维护性。
优化控制
根据系统性能指标进行优化控制，提高系统性能。
分级计算机控制系统
分级结构
采用多级计算机控制，实现不同级别的控制功能。
分布式控制
软硬件协同设计方法的应用，提 高了控制系统的整体性能和效率。
面临的挑战与机遇
安全性挑战
实时性挑战
随着计算机控制技术的广泛应用，安全性 问题日益突出，如何保障控制系统的安全 性成为重要挑战。
对于许多应用场景，控制系统的实时性至 关重要，如何提高控制系统的实时性能是 另一重要挑战。
人才短缺挑战
创新发展机遇
控制算法的种类
计算机控制系统中常用的控制算法包括PID控制算法、模糊控 制算法、神经网络控制算法等，每种算法都有其适用的场景 和优缺点。
控制算法的实现步骤
实现控制算法需要首先确定被控对象的数学模型，然后选择 合适的控制算法并确定算法参数，最后编写控制程序并加载 到控制器中执行。在实现过程中需要注意算法的实时性、稳 定性和精度等方面的要求。
02
随着数字计算机的出现，控制技术开始应用于工业领域，如过
程控制和运动控制等。
计算机控制技术的飞速发展
03
随着微处理器、传感器和执行器等技术的飞速发展，计算机控
制技术不断取得新的突破，应用领域也不断扩展。
计算机控制技术的定义与特点
定义
计算机控制技术是一种利用计算机对 生产过程或运动过程进行自动检测、 数据处理和自动控制的技术。
微型计算机控制技术课件 (5)
MCS-51的串行接口
MCS-51单片机具有一个全双工的串 行通信接口,可以同时发送、接收 数据,也可以作为同步移位寄存器 使用。
MCS-51的串行接口
串行口数据寄存器SBUF
CPU对发送寄存器SBUF只能写，不能读
MOV A，SBUF
CPU对接收寄存器SBUF只能读，不能写
MOV SBUF，A
MCS-51的串行接口
串行接口的工作方式
串行口相当于一个并入串出或串入并出的移位寄 工 存器 作 方 发送时将发送寄存器SBUF中的内容串行地移入 式 到外部移位寄存器中，低位在前，高位在后 0
接收时将外部移位寄存器的内容移入到内部移位 寄存器中，再写入接收寄存器SBUF中
MCS-51的串行接口
串行通信
串行通信
单工 传送方式
发送器 A机
接收器 B机
串行通信
串行通信
传送方式
单工 半双工
两个通信设备中都有一个 发送器和一个接收器，能 交替地进行双向数据传送， 同一时刻只能进行一个方 向的数据传送
串行通信
串行通信
单工
传送方式
半双工
发送器 接收器
A机
发送器 接收器
B机
串行通信
串行通信
单工
传送方式
3
MCS-51的串行接口
串行接口的初始化
串行口的 波特率
方式0
fosc/12
MCS-51的串行接口
串行接口的初始化
方式0 fosc/12
串行口的 波特率
方式2
2SMOD×fosc/64
MCS-51的串行接口
串行接口的初始化
方式0 fosc/12
串行口的 波特率
微型计算机控制技术第二章3 共65页PPT资料
START CLK
IN7 IN6 IN5 IN4 IN3 IN2 IN1 IN0
A B C ALE
控制逻辑
8选1 模拟 多路 开关
Ui 比
UO
较 器
逐次 逼近 寄存器
三态 输出 锁存器
地址 锁存器 译码器
开关数组 电阻分压器
EOC
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 OE Vcc GND
电压UO(V)
UiUO比 较
该位 去留
(1) 1 0 0 0 (2) 1 1 0 0 (3) 1 0 1 0 (4) 1 0 1 1 结果 1 0 1 1
2.5
Ui>UO 保留
3.75
Ui<UO 去掉
3.125
Ui>UO 保留
3.4375
Ui>UO 保留
误差：3.5V－ 3.4375V=0.0625V
量化单位：q5V5V0.312V5
24 16
当最高位为“1”时，Uo=？
Uo=0.3125V×23=2.5V， Ui> Uo，最高位保留。 依次类推，给定输入3.5V电压时对应的逐次比较过 程如下：
UO=0.3125V×D* Ui=3.5V
步骤
8
UOS=A0R.内31容25V×D*
421
转U换i=后3.5V
2.6.1 逐次逼近式A/D转换原理
• 转换原理：
模拟量输入Ui
+
• 逐位设定 SAR 寄存器
-
Uo
中的数字量，该数字量 经过D/A转换后得到电 数字输出
D/A转换器
参考 电压
压Uo，将Uo与待转换的 输入模拟电压Ui进行比 较。根据比较结果，修
微型计算机控制技术优秀课件
微型计算机控制技术优秀课件
2
微型计算机控制技术
2.3.1信号的采样
• 把时间连续的信号转换为一连串时间不连 续的脉冲信号，这个过程称为“采样”， 又称为“抽样”、“取样”。对连续信号 的采样过程，可用图2-4来描述。
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3
微型计算机控制技术
（a）模拟信号数字化处理过程
图2-4 连续信号的采样过程
• 前两级组成具有对称结构的差动放大电路，其作用是阻抗 变换（高输入阻抗）和增益调整；后一级为功率输出级， 它将A1、A2的差动输入双端输出信号转换为单端输出信 号，且提高共模抑制比。RG用来调节放大器的增益.
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16
微型计算机控制技术
由图可知，第一级：
ua ui1
u b u i2
（b）串联扩展电路
0 0 0 0算机控制技术
• 选用多路模拟开关应注意的问题：
• （1）对于要求传输精度高而信号变化慢的场合，可选用 机械触点式开关。
• （2）尽可能选取单片模拟开关集成电路；在使用多片组 合时，也宜选用同一型号的芯片以尽可能使每个通道的特 性一致。
采样周期：T 采样时间：τ 采样时刻：0T、1T、2T、3T……
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4
微型计算机控制技术
图2-4 （b）采样过程的模拟
• 图2-4（b）是用乘法器来描述的采样过程。 • f （t）为连续函数，s（t）为开关函数，fs（t）
为采样函数，即f（t）离散后之值。
fs(t)f(t)s(t)
• 应当指出，香农采样定理仅给出了采样信 号能恢复模拟信号的理论依据。
• 实际工程中，采样周期的选择要考虑诸多 因素。工程上，采样频率一般取f ≥（4~10） fmax 。
微型计算机控制技术教学课件ppt作者黄勤第3章__微型计算机控制系统的..
第3章微型计算机控制系统的常用控制算法3.1 数字滤波与数据处理3.2 数字控制器的设计方法3.3 数字PID控制器的设计3.4 最少拍控制算法3.5 大林控制算法3.6 模糊控制3.1 数字滤波与数据处理3.1.1 数字滤波数字滤波能够克服模拟滤波器的不足，它与模拟滤波器相比有以下优点：z数字滤波不需要硬件设备，可靠性高，稳定性好，各回路之间不存在阻抗匹配等问题。
z数字滤波用程序实现，多个输入通道可以“共用”同一个滤波程序，不需要增加硬件设备，降低了成本。
z对于不同的干扰，通过修改数字滤波程序或改变其中的参数，可以实现不同的滤波方法，与模拟滤波器只能改变硬件相比更加灵活和方便。
z数字滤波能对频率很低(如0.0lHz)的干扰进行处理，克服了模拟滤波器受电容容量的限制，频率不能太低的缺陷。
1．算术平均值滤波对某一被测参数在第k个采样时刻连续采样n次得到n个采样数据 ，计算这n个数据的算术平均值作为本次滤波器的输出 。
即：（3-1）式中 — 第k次滤波器的输出；— 第i个采样值；n — 采样次数。
2．加权算术平均值滤波在算术平均值滤波中，n次采样所得的数据在滤波结果中所占比重是均等的，加权因子均是1/n。
但有时为了突出最近几次采样值在平均值中的比重，往往对不同时刻的采样值赋以不同的加权因子。
即：其中，为加权系数，满足且。
体现了各次采样值在平均值中所占的比例。
通过合理地选择加权系数，可以获得更好的滤波效果。
（3-2）3．滑动平均值滤波滑动平均值滤波方法是先在RAM中建立一片数据缓冲区，按顺序存放n个采样数据，把n个采样数据看成一个队列，队列的长度固定为n，每进行一次新的采样，把采样结果放入队尾，而扔掉原来队首的一个数据，这样在队列中始终有n 个“最新”的数据。
只需把队列中的n个数据进行平均，可得到新的滤波值。
这样，每进行一次采样，就可以计算输出一个新的有效采样值，从而加快数据处理的速度。
滑动平均值滤波有2种，一种是滑动算术平均值滤波，另一种是滑动加权平均值滤波。
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一 计算机控制系统概论
1.计算机控制系统及其组成
图示计算机控制系统就是利用计算机(通常称为工业控 制计算机,简称工控机)来实现生产过程自动控制的系统。
偏差 控制量
给定量 +
e
u
控制器
D/A
r-
A/D 工控机
执行机构
被控对象
测量变送 生产过程
被控量 y
• 所谓自动控制，就是在没有人直接参
与的情况下，通过控制器使生产过程自动 地按照预定的规律运行。
DDC系统属于计算机闭环控制系统。计算机 首先通过模拟量输入通道（AI）和开关量输入通 道（DI）实时采集数据，然后按照一定的控制规 律进行计算，最后发出控制信息，并通过模拟量 输出通道（AO）和开关量输出通道（DO）直接 控制生产过程。
• （3）监督控制（Supervisory Computer Control)系统
P
生
C
输出
பைடு நூலகம்输出
产
总
锁存
驱动
过
线
器
器
程
地址译码器
2、输出驱动电路
•小功率直流驱动电路
•
PCI总线：在CPU和外设间插入协调数据传输的 管理层，提供一致的总线接口，形成了开放的 局部总线标准，而不依赖于CPU芯片。工作频率 33MHz，PCI总线的数据宽度为32位和64两种， 数据传输率分别为133Mbps和266Mbps，PCI Express数据传输率可以达到8Gbps。
•
3. 基于PC总线的工业控制机常见类型 ISA 总线工控机
P
C
输入
总
缓冲
线
器
地址译码器
生
输入
产
调理
过
电路
程
•输入调理电路 －把现场信号经转换、保护、滤波、隔离转换成 计算机能够接收的逻辑信号。 •小功率输入调理电路 －开关去抖电路
A1
A
O
O
A
积分电路
O
RS触发器 去抖
RS触发器
“ 1” 负脉冲
“ 0” 高电平
•大功率输入调理电路 －采用光电隔离
2.1.3 数字量输出通道 1、数字量输出通道结构
第2章 输入输出接口与过程通道
接口：计算机与外部设备交换信息的桥梁，包括 输入和输出接口。 接口技术：研究计算机与外部设备交换信息的技 术。 过程通道：计算机和生产过程之间设置的信息传 送和转换的连接通道。（AI、AO、DI、DO）
2.1 数字量输入输出通道（DI、DO） 数字量－开关量：用“0”和“1” 两个量进行描述。
•
二.工业控制机的组成结构及特点
1.工业控制机
PC总线工控机（ X86 CPU ）
• STD总线工控机（X86 CPU) • VME总线工控机（Motorola CPU） • 多总线（MULTIBUS)工控机（X86 CPU)
2. PC总线标准
• XT线（书上的PC总线）：62线，16位，数据传 输率2.38Mbps
PCI 总线工控机
PC104 总线工控机：总线与ISA兼容的基础 上缩小模板尺寸，降低功耗，满足嵌入式系 统的要求。有104条信号线，模板尺寸为3.6 in×3.8 in (90mm×96mm)，可以层叠。
CompactPCI工控机：PCI总线＋欧式插卡结 构。
三 计算机控制系统的发展概述
1 推广应用成熟的先进技术 （1）普及应用可编程序控制器(PLC) （2）广泛使用调节器 （3）采用新型的DCS和FCS 2 大力研究和发展智能控制系统 （1）分级递阶智能控制系统 （2）模糊控制系统 （3）专家系统 （4）学习控制系统 （5）神经网络控制系统
2.1.1 数字量输入输出接口 • 数字量输入接口
三态门缓冲器74LS244
MOV DX, port IN AL,DX
•数字量输出接口 锁存器74LS273
利用IOW上 升沿锁存 MOV AL,DATA MOV DX, port OUT DX,DL
2.1.2 数字量输入通道 •数字量输入通道结构
• FCS是新一代分布式控制结构。20世纪 80年代发展起来的DCS，其结构模式为 “操作站－控制站－现场仪表”三层结构， 系统成本较高，而且各厂商的DCS又各自的 标准，不能互连。FCS于DCS不同，它的结 构模式为“工作站－现场总线仪表”二层结 构，完成了DCS三层结构的功能，降低了成 本，提高了可靠性，国际标准统一后，可实 现真正的开放式互连系统结构。
• ISA (AT) 总线：对XT总线的扩充，98线， 16位， 寻址空间16MB，数据传输率16Mbps
• EISA 总线：对ISA总线的扩充， 32位，98+98线， 数据传输率32Mbps
• VESA总线：局部总线标准，是ISA总线的扩展， 适应多媒体技术，数据交换由CPU总线直接进行， 运行速度为66MHz或更高，最大数据传输率为 132Mbps。
• 计算机控制系统的典型形式 （5种）
• （1）操作指导控制系统
•
该系统属于开环控制结构。计算机根
据一定的控制算法，依赖测量元件测得的
信号数据，计算出供操作人员选择的最优
操作条件及操作方案。操作人员根据计算
机输出的信息去改变调节器的给定值或直
接操作执行机构。
• （2）直接数字控制（Direct Digital Control）系 统
• 2 计算机控制系统的工作原理
• （1）实时数据采集：对来自测量变送装 置的被控量的瞬时值进行检测和输入；
• （2）实时控制决策：对采集到的被控量 进行分析和处理，并按已定的控制规律， 决定将要采取的控制行为。
• （3）实时控制输出：根据控制决策，适 时地对执行机构发出控制信号，完成控 制任务。
• 监督控制中，计算机根据原始工艺信息 和其他的参数，按照描述生产过程的数学模 型或其他方法，自动地改变模拟调节器或以 直接数字控制方式工作的微型机中的给定值， 从而使生产过程始终处于最优工况（如保持 高质量、高效率、低消耗、低成本等等）。 从这个角度上说，它的作用始改变设定值， 又称为设定值控制SPC(Set Point Control).
• （4）分散型控制系统
• （Distributed Control System-DCS)
• DCS采用分散控制，集中操作，分级 管理，分而自治和综合协调的设计原则， 把系统从上到下分为分散过程控制级、 集中操作监控级、综合信息管理级，形 成分级分布式控制。
• （5）现场总线控制系统
• （Fieldbus Control System-FCS)
1.计算机控制系统及其组成
图示计算机控制系统就是利用计算机(通常称为工业控 制计算机,简称工控机)来实现生产过程自动控制的系统。
偏差 控制量
给定量 +
e
u
控制器
D/A
r-
A/D 工控机
执行机构
被控对象
测量变送 生产过程
被控量 y
• 所谓自动控制，就是在没有人直接参
与的情况下，通过控制器使生产过程自动 地按照预定的规律运行。
DDC系统属于计算机闭环控制系统。计算机 首先通过模拟量输入通道（AI）和开关量输入通 道（DI）实时采集数据，然后按照一定的控制规 律进行计算，最后发出控制信息，并通过模拟量 输出通道（AO）和开关量输出通道（DO）直接 控制生产过程。
• （3）监督控制（Supervisory Computer Control)系统
P
生
C
输出
பைடு நூலகம்输出
产
总
锁存
驱动
过
线
器
器
程
地址译码器
2、输出驱动电路
•小功率直流驱动电路
•
PCI总线：在CPU和外设间插入协调数据传输的 管理层，提供一致的总线接口，形成了开放的 局部总线标准，而不依赖于CPU芯片。工作频率 33MHz，PCI总线的数据宽度为32位和64两种， 数据传输率分别为133Mbps和266Mbps，PCI Express数据传输率可以达到8Gbps。
•
3. 基于PC总线的工业控制机常见类型 ISA 总线工控机
P
C
输入
总
缓冲
线
器
地址译码器
生
输入
产
调理
过
电路
程
•输入调理电路 －把现场信号经转换、保护、滤波、隔离转换成 计算机能够接收的逻辑信号。 •小功率输入调理电路 －开关去抖电路
A1
A
O
O
A
积分电路
O
RS触发器 去抖
RS触发器
“ 1” 负脉冲
“ 0” 高电平
•大功率输入调理电路 －采用光电隔离
2.1.3 数字量输出通道 1、数字量输出通道结构
第2章 输入输出接口与过程通道
接口：计算机与外部设备交换信息的桥梁，包括 输入和输出接口。 接口技术：研究计算机与外部设备交换信息的技 术。 过程通道：计算机和生产过程之间设置的信息传 送和转换的连接通道。（AI、AO、DI、DO）
2.1 数字量输入输出通道（DI、DO） 数字量－开关量：用“0”和“1” 两个量进行描述。
•
二.工业控制机的组成结构及特点
1.工业控制机
PC总线工控机（ X86 CPU ）
• STD总线工控机（X86 CPU) • VME总线工控机（Motorola CPU） • 多总线（MULTIBUS)工控机（X86 CPU)
2. PC总线标准
• XT线（书上的PC总线）：62线，16位，数据传 输率2.38Mbps
PCI 总线工控机
PC104 总线工控机：总线与ISA兼容的基础 上缩小模板尺寸，降低功耗，满足嵌入式系 统的要求。有104条信号线，模板尺寸为3.6 in×3.8 in (90mm×96mm)，可以层叠。
CompactPCI工控机：PCI总线＋欧式插卡结 构。
三 计算机控制系统的发展概述
1 推广应用成熟的先进技术 （1）普及应用可编程序控制器(PLC) （2）广泛使用调节器 （3）采用新型的DCS和FCS 2 大力研究和发展智能控制系统 （1）分级递阶智能控制系统 （2）模糊控制系统 （3）专家系统 （4）学习控制系统 （5）神经网络控制系统
2.1.1 数字量输入输出接口 • 数字量输入接口
三态门缓冲器74LS244
MOV DX, port IN AL,DX
•数字量输出接口 锁存器74LS273
利用IOW上 升沿锁存 MOV AL,DATA MOV DX, port OUT DX,DL
2.1.2 数字量输入通道 •数字量输入通道结构
• FCS是新一代分布式控制结构。20世纪 80年代发展起来的DCS，其结构模式为 “操作站－控制站－现场仪表”三层结构， 系统成本较高，而且各厂商的DCS又各自的 标准，不能互连。FCS于DCS不同，它的结 构模式为“工作站－现场总线仪表”二层结 构，完成了DCS三层结构的功能，降低了成 本，提高了可靠性，国际标准统一后，可实 现真正的开放式互连系统结构。
• ISA (AT) 总线：对XT总线的扩充，98线， 16位， 寻址空间16MB，数据传输率16Mbps
• EISA 总线：对ISA总线的扩充， 32位，98+98线， 数据传输率32Mbps
• VESA总线：局部总线标准，是ISA总线的扩展， 适应多媒体技术，数据交换由CPU总线直接进行， 运行速度为66MHz或更高，最大数据传输率为 132Mbps。
• 计算机控制系统的典型形式 （5种）
• （1）操作指导控制系统
•
该系统属于开环控制结构。计算机根
据一定的控制算法，依赖测量元件测得的
信号数据，计算出供操作人员选择的最优
操作条件及操作方案。操作人员根据计算
机输出的信息去改变调节器的给定值或直
接操作执行机构。
• （2）直接数字控制（Direct Digital Control）系 统
• 2 计算机控制系统的工作原理
• （1）实时数据采集：对来自测量变送装 置的被控量的瞬时值进行检测和输入；
• （2）实时控制决策：对采集到的被控量 进行分析和处理，并按已定的控制规律， 决定将要采取的控制行为。
• （3）实时控制输出：根据控制决策，适 时地对执行机构发出控制信号，完成控 制任务。
• 监督控制中，计算机根据原始工艺信息 和其他的参数，按照描述生产过程的数学模 型或其他方法，自动地改变模拟调节器或以 直接数字控制方式工作的微型机中的给定值， 从而使生产过程始终处于最优工况（如保持 高质量、高效率、低消耗、低成本等等）。 从这个角度上说，它的作用始改变设定值， 又称为设定值控制SPC(Set Point Control).
• （4）分散型控制系统
• （Distributed Control System-DCS)
• DCS采用分散控制，集中操作，分级 管理，分而自治和综合协调的设计原则， 把系统从上到下分为分散过程控制级、 集中操作监控级、综合信息管理级，形 成分级分布式控制。
• （5）现场总线控制系统
• （Fieldbus Control System-FCS)