当前位置：文档之家 › 第20讲：微型计算机控制系统

第20讲：微型计算机控制系统

  • 格式：ppt
  • 大小：257.50 KB
  • 文档页数：25

下载文档原格式

  / 25

合集下载

《计算机自动控制技术》期末考试复习题及参考答案

《计算机自动控制技术》期末考试复习题及参考答案

计算机自动控制技术 复习题（课程代码 252315）一选择题1下面关于微型计算机控制技术的叙述，正确的是（D ）A. 微型计算机控制系统只能用于单片机系统B. 在任何控制系统中都可以运用微型计算机控制系统C. 微型计算机控制技术不能用于自动化仪表D. 微型计算机控制技术可用于计算机控制系统及自动化仪表2计算机监督系统（SCC ）中，SCC 计算机的作用是（B ）A. 接收测量值和管理命令并提供给DDC 计算机B. 按照一定的数学模型计算机给定值并提供给DDC 计算机C. 当DDC 计算机出项故障时，SCC 计算机也无法工作D. SCC 计算机与控制无关3关于现场总线控制系统，下面的说法中，不正确的是（C ）A 省去了DDC 中的控制站和现场仪表环节B 采用纯数字化信息传输C 只有同一家的FCS 产品才能组成系统D FCS 强调“互联”和“互操作性”4闭环控制系统是指（B ）A. 系统中各生产环节首尾相连形成一个环B. 输出量经反馈环节回到输入端，对控制产生影响C. 系统的输出量供显示和打印D. 控制量只与控制算法和给定值相关5下列缩写表示现场可编程逻辑阵列的是（D ）A PLC B. PLD C. GAL D. FPGA6多路开关的作用是（A ）A. 完成模拟量的切换B. 完成数字量的切换C. 完成模拟量与数字量的切换D. 完成模拟量或数字量的切换7采样-保持电路的逻辑端接+5V ，输入端从2.3V 边至2.6V ，输出端为（A ）A 从2.3V 边至2.6V B. 从2.3V 边至2.45V 并维持不变C. 维持在2.3VD. 快速升至2.6V 并保持不变8 CD0541的INH 端接地，C 、B 、A 端依次接101B ，（C ）被选通A IN/OUT 至IN/OUT4共5个通道 B. IN/OUT4通道C. IN/OUT 5通道D. 没有通道9 CD4097的INH 端接+5V ，C ，B ，A 端依次接111B ，（D ）被选通A X 组的IN/OUT7通道 B. Y 组的IN/OUT7通道C. X 组和Y 组的IN/OUT7通道D. 没有通道10 DAC0832的REF V 端接-5V ，OUT1I 接运算放大器异名端，输入为1000000B ，输出为（B ）A +5V B. +2.5V C. -5V D . -2.5V11在第18题的基础上，再接一级预算放大器构成双极性电压输出，输入C0H 时，输出为（A ）A-2.5V B. +2.5V C. -3.75V D . +3.75V12采用ADC0809构成的模拟量输入通道，ADC0809在其中起到（D ）作用A 模拟量到数字量的转换 B. 数字量到模拟量的转换C. 模拟量到数字量的转换和采样-保持器D. 模拟量到数字量的转换和多路开关13 A/D 转换器()REF -V ()REF +V 分别接-5V 和+5V ，说明它（A ）A 输入为双极性，范围是-5V ～+5V B. 输入为双极性，范围是-10V ～+10VD. 输出为双极性，范围是-FF V ～+FFV D. 输入为单极性，范围是0～+5V14关于ADC0809中的EOC 信号的描述，不正确的说法是（C ）A EOC 呈高电平，说明转换结束B EOC 呈高电平，可以向CPU 申请中断C EOC 呈高电平，表明数据输出锁存器已被选通D EOC 呈低电平，处于转换过程中15当D/A 转换器的位数多于处理器的位数时，接口设计中不正确的是（D ）A 数据分批传送 B. 需要两级数据缓存C. 输入的所有数字位必须同时进行转换D. 数据按输入情况分批进行转换16.完整键盘功能处理程序应包括（C ）。

微型计算机控制技术课后习题答案

微型计算机控制技术课后习题答案

第一章计算机控制系统概述习题及参考答案1.计算机控制系统的控制过程是怎样的?计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。

(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。

(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。

2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。

(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。

(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。

3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？由四部分组成。

图1.1微机控制系统组成框图(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。

主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。

(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。

过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。

过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。

过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。

【DOC】第3章机电一体化技术与系统中微型计算机控制系统及接

【DOC】第3章机电一体化技术与系统中微型计算机控制系统及接

第3章：机电一体化技术与系统中微型计算机控制系统及接口设计 3.1 控制系统的一般设计思路3.1.1专用与通用、硬件与软件的权衡与抉择1. 专用与通用的抉择 专用控制系统：适合于大批量生产的而且较成熟的机电一体化产品。

通用控制系统：适合还在不断改进，结构还不十分稳定的产品。

2. 硬件与软件的权衡根据经济性和可靠性的标准权衡决定。

例：分立元件组成硬件------软件 利用LSI 芯片组成电路-----软件3.1.2 控制系统的一般设计思路 设计步骤为：确定系统整体控制方案；确定控制算法；选用微型计算机；系统总体设计；软件设计等。

1、确定系统整体控制方案（1）应了解被控对象的控制要求，构思控制系统的整体方案。

（2）考虑执行元件采用何种方式。

（3）要考虑是否有特殊控制要求。

（4）考虑微机在整个控制系统中的作用，是设定计算、直接控制还是数据处理，微机应承担哪些任务，为完成这些任务，微机应具备哪些功能，需要哪些输入/输出通道、配备哪些外围设备。

（5）应初步估算其成本。

2、确定控制算法建立该系统的数学模型，确定其控制算法。

数学模型：就是系统动态特性的数学表达式。

它反映了系统输入、内部状态和输出之间的数量和逻辑关系。

控制算法：所谓计算机控制，就是按照规定的控制算法进行控制，因此，控制算法的正确与否直接影响控制系统的品质，甚至决定整个系统的成败。

例如：机床控制中常使用的逐点比较法的控制算法和数字积分法的控制算法；直线算法：a a xy yx F -= 或K x y T T ee Y X==∆∆ 圆弧算法：222R Y X F i i i -+= 或yxT T Y X =∆∆ 直接数字控制系统中常用的PID 调节的控制算法；位置数字伺服系统中常用的实现最少拍控制的控制算法；另外，还有各种最优控制的控制算法、随机控制和自适应控制的控制算法。

3、选择微型计算机 （1）较完善的中断系统 （2）足够的存储容量（3）完备的输入／输出通道和实时时钟（4）特殊要求：字长、速度、指令4、系统总体设计设计中主要考虑硬件与软件功能的分配与协调、接口设计、通道设计、操作控制台设计、可靠性设计等问题。

第二章 微型计算机系统

第二章 微型计算机系统

16
外存：永久性存储器 外存：永久性存储器
存储器与存储系统
Copyright© 2008 renxin All rights reserved
存储器是一种具有保存和存取信息（程序、数据） 存储器是一种具有保存和存取信息（程序、数据） 是一种具有保存和存取信息 的设备/器件，是计算机系统不可或缺的资源。 的设备/器件，是计算机系统不可或缺的资源。 现代微型计算机的存储系统结构： 现代微型计算机的存储系统结构： 高速缓存--主存 外存 主存-高速缓存--主存--外存 为什么采用这种结构？ 为什么采用这种结构？ 指令执行速度依赖于内存读写速度 高速CPU需配置高速内存 高速CPU需配置高速内存 大软件需配置大容量内存 高速度 大容量 17
13
Copyright© 2008 renxin All rights reserved
问：内存与外存是一回事吗？
• 能被计算机系统总线直接相连控制的存储器称为内存； 能被计算机系统总线直接相连控制的存储器称为内存； • 通过I/O接口才能被 接口才能被CPU控制的存储器称为外存。 控制的存储器称为外存。 通过 接口才能被 控制的存储器称为外存
第2章 微型计算机系统
硬件和软件系统
Copyright© 2008 renxin All rights reserved
软件 程序及其配套的 数据、文档等
软件
计算机 系统
硬件 “看得见、摸得着 ”的物理载体
硬件
2
Copyright© 2008 renxin All rights reserved
7
Copyright© 2008 renxin All rights reserved
问：主机包含哪些部件？ CPU又是什么意思？ 又是什么意思？ 主机包含哪些部件？ CPU又是什么意思 答：

《微型计算机控制技术》教案

《微型计算机控制技术》教案

《微型计算机控制技术》教案一、教学目标1. 了解微型计算机控制技术的基本概念、原理和应用。

2. 掌握微型计算机控制系统的组成、工作原理和常用接口。

3. 学会使用微型计算机进行控制程序的编写和调试。

4. 能够分析并解决微型计算机控制技术在实际应用中遇到的问题。

二、教学内容1. 微型计算机控制技术的基本概念1.1 控制技术的分类和发展1.2 微型计算机控制系统的特点和优势2. 微型计算机控制系统的组成2.1 硬件组成：微处理器、输入/输出接口、执行器等2.2 软件组成：系统软件、控制算法、应用程序等3. 微型计算机控制原理3.1 采样与保持技术3.2 模拟量-数字量转换3.3 数字量-模拟量转换3.4 控制算法：PID、模糊控制、神经网络等4. 微型计算机控制系统的应用4.1 工业控制领域：生产线自动化、等4.2 嵌入式系统：家居智能化、汽车电子等4.3 生物医学领域：远程医疗、健康监测等5. 常用接口技术5.1 USB接口5.2串口通信接口5.3以太网接口5.4无线通信接口三、教学方法1. 讲授法：讲解基本概念、原理、方法和应用。

2. 案例分析法：分析实际应用案例，加深对控制技术原理的理解。

3. 实验法：进行实际操作，掌握微型计算机控制系统的使用和调试。

4. 小组讨论法：分组讨论问题，培养团队合作能力和解决问题的能力。

四、教学资源1. 教材：《微型计算机控制技术》2. 多媒体课件：讲解微型计算机控制技术的基本概念和原理。

3. 实验设备：微型计算机控制系统实验平台。

4. 在线资源：相关论文、案例、技术文档等。

五、教学评价1. 平时成绩：课堂表现、作业、实验报告等占总评的40%。

2. 期末考试：闭卷考试，占总评的60%。

3. 综合评价：评价学生在课堂学习、实验操作和问题解决等方面的表现。

六、教学安排1. 课时：共计32课时，其中理论讲授20课时，实验操作10课时，小组讨论2课时。

2. 授课方式：课堂讲授与实验操作相结合，小组讨论与个人作业相结合。

微型计算机控制技术课后答案第二潘新民

微型计算机控制技术课后答案第二潘新民

第一章1.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分作用?(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。

主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。

(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。

过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。

过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。

过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。

(3)外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。

其中作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能立即显示所要求的内容；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能.(4)检测与执行机构:a.测量变送单元：在微机控制系统中，为了收集和测量各种参数，采用了各种检测元件及变送器，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量.b.执行机构：要控制生产过程，必须有执行机构，它是微机控制系统中的重要部件，其功能是根据微机输出的控制信号，改变输出的角位移或直线位移，并通过调节机构改变被调介质的流量或能量，使生产过程符合预定的要求。

4、操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何？它们之间有何区别和联系？(1)操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。

计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，计算出各控制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到操作指导的作用(2)直接数字控制系统(DDC系统)：DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。

微型计算机控制技术答案(完整版)

微型计算机控制技术答案(完整版)1. 什么是计算机控制系统？它由哪几部分组成？计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。

它是工业控制机构生产过程的大部分组成，工业控制机是指生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件部分，生产过程包括被控对象，测量变送，执行机构，电气开关等。

2. 计算机控制系统的典型形式有哪些？各有什么优缺点？计算机控制系统的典型形式:(1)操作指导控制系统。

优点：结构简单，控制灵活和安全，缺点是由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。

（2）直接数字控制系统（DDC），实时性好，可靠性高和适应性强。

（3）监督控制系统（SSC），是生产过程始终处于最优工况。

（4）分型控制系统（DCS），分散控制，集中操作，分级管理。

（5）现场总线控制系统（FCS），降低成本，提高可靠性，可实现真正的开放式互连系统结构3. 实时，在线方式和离线方式的含义是什么？实时是指信号的输入，计算和输出都要在一定的时间范围内完成，即计算机对输入信息以足够快的速度进行控制，超出这个时间就失去控制时机，控制也就失去意义。

在线方式：在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式。

离线方式：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作相应操作的方式。

4. 工业控制机有哪几部分组成？工业控制机包括硬件和软件两部分。

硬件包括：主机（CPU、RAM、ROM）板，人--机接口，外部总线和内部总线，系统支持板，磁盘系统通信接口，输入、输出通道。

软件包括系统软件、支持软件和应用软件。

5. 什么是总线，内部总线和外部总线？总线是一组信号线的集合，它定义了各引线的信号、电机、机械特性，使计算机内部各组成部分之间以及不同的计算机之间建立信号联系，进行信息传送和通信。

内部总线：就是计算机内部功能模板之间进行通信的总线，它是构成完整的计算机系统的内部信息枢纽，但按功能仍要分为数据总线DB，地址总线AB，控制总线CB，电源总线PB。

于海生---微型计算机控制技术课后习题答案

第一章计算机控制系统概述习题及参考答案1.计算机控制系统的控制过程是怎样的计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。

(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。

!(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。

2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。

(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。

(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。

3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成各部分的作用是什么—由四部分组成。

图微机控制系统组成框图(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。

主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。

(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。

过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。

过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。

过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。

第1章微型计算机控制系统概述


PIO：并行I/O接口
接口电路
SIO：串行I/O接口 中断控制器
DMA
的
操作设备：由显示器、键盘、指示灯等组成
组
成
系统软件：OS、编译诊断程序、监控程序
软件 应用软件：针对过程编写的控制、管理程序
包括输入、控制、输出及显示打印程序
第一章 微型计算机控制系统概述
1.2 微型计算机控制系统的组成
4、检测元件及执行机构
在微机控制系统中，为了对生产过程进行控制，首先必须对各种数据，如 温度、压力、流量、液位、成分等进行采集。为此，必须通过检测元件，即 传感器，把非电量参数转换成电量。此外，为了控制生产过程，还必须有执 行机构。它们的作用就是控制各参数的流入量。
5、通用外部设备
主要为了扩大主机的功能而设置的，是实现微机和外界交换信息的功能的设备。 常规外部设备可分为输入设备，输出设备和存储设备，并根据控制系统的规 模和要求来配置。
第一章 微型计算机控制系统概述
1.1 微型计算机控制系统的结构原理
给定信号
微型计算机 微处理器
D\A转换器
执行机构
被控参数 被控对象
A\D转换器
1、控制过程 图1.3 计算机控制系统基本框图
从本质上看，微型计算机控制系统的控制过程可以归纳为以下四 点： （1）实时数据采集：对被控参数的瞬时值进行检测，并且将采样 结果输入计算机； （2）实时决策：对输入的实时给定值与被控量的数值进行处理后， 按照预先规定的控制规律进行运算，则称为实时决策，或简称决策；
（3）保护重要数据的后备存贮体
Watchdog和掉电保护功能均要有能保存重要数据的存贮体支持， 后备存贮体容量不大，在系统掉电时数据不会丢失，故常采用 NOVRAM，EEPROM或常有后备电池的SRAM，为了保证可靠、安 全，系统存贮器工作期间，后备存贮体应处于上锁状态。

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。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

系统过渡过程特性
（2） 研究内容
１）输入数据处理 对模拟量来说，一般要进行采样、增益最佳化、A/D转换、规格化、合理性检 查、零偏校正、热电偶冷端补偿、线性化处理、超限制判断、工程量变换、数 字滤波、温度和压力校正、开方处理、上、下限报警等处理，对脉冲序列进行 瞬时值变换及累积计算。 2）输出处理 数字输出可有三种不同的形式： a） 瞬时输出式 信号一消失，触点断开。 b） 延时输出式 信号消失，延时一段时间后触点才断开。 c） 锁定输出式 触点闭合后，待下次信号来时才断开。
1、单片机控制系统的概念
（1） 单片机控制系统的发展概况
电子计算机于1946年在美国诞生。在随后的几十年里飞速发展， 特别是自1972年微机诞生以来，在信息处理、逻辑分析、决策判断、 输入输出管理等方面显示了优异的性能，引起了自动控制领域的兴趣， 并且嵌入到对象体系，如舰船、机车、生产线、车间、大型机床中去， 实现对这些对象的信号采集、实时数据处理、智能化决策、输出驱动 控制等。这些计算机系统嵌入到对象体系中后，便失去了通用计算机 系统的形态和功能，变成了形形色色的自动化系统，也既所谓的嵌入 式系统。可分为系统级、板级和芯片级。系统级为各种类型的工控机， 各种总线方式的工控机或模块组成的工控机；板极有各种类型的带 CPU主板及OEM产品；器件级则以单片机最为典型。而单片机自1974年 问世以来，发展非常迅速。世界上几大计算机公司，如GI公司、 Rockwell公司、Intel公司、Zilog公司、Motorola公司、NEC公司等， 都纷纷推出了自己的单片机系列。目前，8位和16位单片机已普遍使 用，32位超大规模集成电路单片机等检测装置
模拟输 入
A/D
数字量 输入
信号 隔离
单片机 （MCU）
D/A
模拟输出
信号 隔离
数字量输出
控制 对象
人机接口等
控制方法
由单片机构成的微机控制系统结构图（闭环）
一个在线的系统不一定是一个实时系统，但一个实时系统必定是在线系统。
（4） 单片机控制系统的特点
和一般常规模拟系统相比，有如下突出特点： ①技术集成和系统复杂程度高 ②可靠性高和可维修性好 ③抗干扰能力强 ④控制的多功能性 ⑤应用的灵活性 另外，技术更新快、信息综合性强、内涵丰富、操作便利等也都是 单片机控制系统的一些特点。
（3） 单片机控制系统的结构和原理
对于按偏差进行调节的常规模拟闭环负反馈控制系统，如果把控 制器用单片机和转换接口来代替，就构成了单片机控制系统。单片机把 通过测量元件、变送单元和A/D转换接口送来的数字信号直接反馈到输 入端与设定值进行比较。然后，对其偏差按某种控制算法进行计算，所 得数字量输出信号经D/A转换接口直接驱动执行装置，对控制对象进行 调节，使其保持在设定值上。这种控制结构一般称为闭环控制结构。
2、单片机控制系统的分类
五种类型： 计算机操作指导控制系统 直接数字控制系统 监督计算机控制系统 集散型控制系统 现场总线控制系统
①计算机操作指导系统
②直接数字控制系统 (DDC)
③ 监督计算机控制系统（SCC）
④集散型控制系统（DCS）
⑤ 现场总线控制系统（FCS）
3、单片机控制的主要研究内容
６）自诊断功能 系统投运前用离线诊断程序检查各部分工作状态，系统投运中各设备不 断执行在线自诊断程序，一旦发现错误，即切换到备用设备，一面经过通信 网络在CRT上显示出故障代码，等待及时处理。通常故障代码可以定位到插件 板，用户只需更换相应的插卡即可。 ７）冗余技术 单片机控制系统的运行不受故障的影响主要靠冗余应用，冗余有两种方 式：工作冗余和后备冗余，俗称“热备用”和“冷备用”。各冗余方式不同， 有的采用1：1冗余，也有的为N：1冗余，但均采用无中断自动切换方式。单 片机控制系统特别重视供电系统的可靠性，除了220V交流供电外，要有备用 电源，不间断电源UPS以及各种掉电保护措施。单片机控制系统中大多数采用 两套相同通信网络的冗余形式。
3）控制功能 a）连续控制 连续控制算法一般有常规PID、微分先行PID、积分分离、选择性控制、 采样控制、自适应控制、非线性控制、Smith预估控制、多变量解耦控制等 常规及高级控制算法，此外还有模糊控制和PID自整定等智能控制算法。 附加功能为： ①手动方式（MAN：MANUAL） ②自动方式（AUT：AUTO） ③串级方式（CAS） ④计算机方式（COMP） ⑤PV跟踪 ⑥输出值跟踪 手动操作输出值在切换到自动时，由于输出 单元数值 与手动操作输出相等，因而实现无扰动切换。 ⑦预置 ⑧反算 b）逻辑控制 c）顺序控制 d）批量控制
2）稳态指标 稳态指标是衡量微机控制系统精度的指标，用稳态误差来表征。稳态 误差是输出量Y（t）的稳态值Y(∞)与要求值Y0的差值，定义为 ess= Y0 —Y(∞) ess表示了控制精度，越小越好。稳态误差ess与控制系统本身特性有关， 也与作用于系统的输入信号类型有关。
3）动态指标 包括超调量ó ，调节时间ts，峰值时间tp，振荡次数N和衰减比η 。 p
本讲小结：
1、单片机控制系统的的概念： 单片机控制系统的发展情况 单片机控制系统的组成 单片机控制系统的结构原理 单片机控制系统的特点
2、单片机控制系统的分类（5类） 3、微控系统的主要研究内容（技术指标、系统功能模块）
课后习题：

P14： T5（由图求技术指标）
单片机与控制技术
第01章：微机控制系统概述
本讲主要内容： 单片机控制系统的的概念： 单片机控制系统的发展情况 单片机控制系统的组成 单片机控制系统的结构原理 单片机控制系统的特点 单片机控制系统的分类 微控系统的主要研究内容
微型计算机可分为两类：一类是独立使用的微机系统，如个人电 脑、各类办公用微机、工作站等；一类是嵌入式微机系统，它是作为 其它系统的组成部分使用的，物理结构上嵌于其它系统之中。英文叫 法为Embedded Systems。嵌入式系统是将计算机硬件和软件结合起来， 构成一个专门的计算装置，完成特定的功能和任务。单片机最早是以 嵌入式微控制器的面貌出现的，是系统中最重要和应用最多的智能器 件。单片机以其集成度和性价比高、体积小等优点在工业自动化，过 程控制、数字仪器仪表、通信系统以及家用电器产品中有着不可替代 的作用。 单片机,也叫微控制器(英文为Microcontroller), 与控制技术之 间有着不可分割的联系,是自动控制方面必不可少的先备知识。现代控 制技术是以微控制器作为核心部件的技术。由此构成的控制系统作为 当今工业控制的主流系统，已取代常规的模拟检测、调节、显示、记 录等仪器设备和很大部分操作管理的人工职能，并具有较高级复杂的 计算方法和处理方法，使受控对象的动态过程按规定方式和技术要求 运行，以完成各种过程控制、操作管理等任务。特别是近年来随着嵌 入式系统在交通、通信、工业、仪器、医疗等领域的广泛应用而深入 到各行业的诸多领域。 单片机与控制技术是关于单片机与控制系统方面的技术，是单片 机、控制、电子、网络通信等多学科内容的集成。
（ 2）单片机控制系统的组成 单片机控制系统由单片机系 统和工业对象组成。单片机系 统有硬件和软件两部分，硬件 是指单片机本身及外围设备实 体，包括单片机、过程输入输 出通道及接口、人机联系设备 及接口、外部存储器等。软件 是指管理单片机的程序以及过 程控制的应用程序，由系统软 件和应用软件组成。 生产过程 包括被控对象、测量变送、执 行机构和电气开关等装置。
二十多年来的应用事实证明，单片机性能稳定可靠。较好实现 了以软件取代模拟或数字电路硬件并提高系统性能的功效，改变了传 统的控制系统设计思想和设计方法。许多国内外厂家工业控制计算机 系统的各类插版或功能块也较多采用51系列芯片，如美国Honewell公 司TDC-3000系统的过程管理机PM等。 51系列8位单片机既经典又具生命力，其历史可以划分三个发展 阶段。第一个阶段是MCS—51系列迅速推进到80C51系列，满足各种嵌 入式应用要求。第二阶段是FLASH ROM技术推出的AT89CXX系列，目前 国内使用较多。当前推出的C8051F是第三个阶段产品，性价比更具优 势。同时应看到，16位、32位处理器的强大发展势头，特别是32位嵌 入式CPU的丰富功能，如ARM7、ARM9等系列芯片，在工业控制领域不 断占据了高端微控制器市场的较大份额，同时也在逐步向低端控制器 领域扩展。 对普通高等学校的学生而言，国内普及的51系列单片机及其在控 制方面的主要技术有代表性，也比较容易学习和掌握。教学选用这种 机型可以达到举一反三的效果。
（1 ）技术性能指标 系统的稳定性、稳态精度、动态特性、使用特性、先进可靠程度和产品 质量等 1）控制系统的稳定裕量 控制系统在给定输入作用或干扰作用下，输出量必须是稳定的，即 过渡过程只能是振荡衰减或单调衰减，不允许出现发散或等幅振荡的 情况。 在连续系统中为了衡量控制系统的稳定程度，引进稳定裕量的概念， 稳定裕量包括相角裕量和幅值裕量。同样，微机控制系统中，可以引 入连续系统中稳定裕量的概念。因此，也可以用相角裕量和幅值裕量 来衡量微机控制系统的稳定程度。
与此同时，计算机控制理论也与计算机技术同步发展，为计算机控制 系统提供了分析设计的理论基础。香农（Shannon）在1949年完成的采样 定理解决了采样值复现信号的理论问题。1952年被定义的Z变换经改进， 在50年代末成熟并引出脉冲传递函数的概念，提供了分析设计采样系统 的有效数学工具。当时，可用差分方程描述离散系统，用差分方程的特 征根来定义系统稳定性。对于现代工业日趋复杂的问题，1962年庞特里 亚金确定了最优化控制的极大值理论，Kalman建立了控制系统的状态空 间表示法，奠定了现代控制理论发展的基础。由于现代控制理论应用于 现代航天工业取得辉煌的成果，60年代初到70年代末掀起了现代控制理 论向过程控制领域推广应用的热潮。除线性多变量系统和最优控制理论 外，随机控制，自适应控制，大系统控制等理论逐步成熟起来。
４）人--机接口功能