微机控制技术

微机控制原理与接口技术随着科技的不断发展，微机控制系统已经广泛应用于各个领域，成为现代工业自动化的重要组成部分。

微机控制原理与接口技术是实现微机控制系统的关键，本文将对微机控制原理与接口技术进行详细介绍。

一、微机控制原理微机控制原理是微机控制系统的基础，它通过对输入信号进行处理，产生控制信号，从而实现对被控对象的控制。

微机控制原理主要包括采样、量化、编码和控制算法等几个方面。

1. 采样：采样是将连续信号转换为离散信号的过程。

在微机控制系统中，采样通常通过模数转换器（ADC）来实现。

ADC将模拟信号按照一定的时间间隔进行采样，将采样值转换为数字量。

2. 量化：量化是将模拟信号的幅度转换为数字量的过程。

在微机控制系统中，量化通常通过ADC来实现。

ADC将采样值按照一定的量化精度进行量化，将模拟信号的幅度转换为一系列离散的数字值。

3. 编码：编码是将数字量表示的信号转换为计算机能够识别和处理的形式。

在微机控制系统中，编码通常包括二进制编码和格雷码等形式，用于表示不同的控制信号。

4. 控制算法：控制算法是微机控制原理的核心部分，它根据输入信号和被控对象的状态，计算出控制信号，实现对被控对象的控制。

常见的控制算法包括比例控制、积分控制和微分控制等。

二、接口技术接口技术是微机控制系统与外部设备进行数据交换的重要手段，通过接口技术，微机控制系统可以与各种传感器、执行器和外部设备进行连接和通信。

1. 数字接口：数字接口通常通过并行接口和串行接口来实现。

并行接口可以同时传输多个比特的数据，适用于高速数据传输；串行接口通过逐位传输数据，适用于远距离传输。

2. 模拟接口：模拟接口通常通过模数转换器（DAC）来实现。

DAC 将数字量转换为模拟信号，用于控制模拟设备或传感器。

3. 通信接口：通信接口通常通过通信协议来实现。

常见的通信协议包括RS232、RS485、CAN和Ethernet等，它们可以实现微机控制系统与其他设备之间的数据交换和远程控制。

一、填空：（每空１分，共３０分）１、计算机基本的五个组成部分是、、、和。

２、工业控制计算机的各类有工业控制机、工业控制机和。

３、计算机内，数的表示方法有数、数和数三种。

４、单片机可以分为单片机和单片机两种机型。

５、单片机在开发系统时，可以使用语言、语言和语言。

６、ＭＣＳ－５１系列单片机中共有七种寻址方式，分别是寻址、寻址、寻址、寻址、寻址、寻址、寻址。

７、在汇编语言中，分支语句是通过语句来实现的。

８、循环语句是指按某种规律重复执行的程序语句。

９、在执行完子程序，返回继续执行生程序前恢复其原有内容，这称为。

１０、一个完整的中断处理有中断、中断、中断和中断。

二、选择：（每题２分，共２０分）１、一个完整的计算机系统是由和软件两部分组成的。

Ａ主机Ｂ硬件Ｃ程序Ｄ外设２、计算机内部一律采用进制数存储数据。

Ａ十Ｂ八Ｃ二Ｄ十六３、伪指令是程序员发给汇编程序的指令，也称命令。

Ａ二进制Ｂ汇编Ｃ高级Ｄ人工命令４、顺序控制就是依次执行、无分支、无循环和调用。

Ａ从上到下Ｂ从下到上Ｃ从里到外Ｄ从外到里５、有条件跳转语句可以分为语句和多分支语句。

Ａ跳转语句Ｂ单分支语句Ｃ顺序语句Ｄ转移语句６、ＣＰＵ和外部通信有通信和串行通信。

Ａ并行Ｂ异步Ｃ同步Ｄ位传送７、总线按功能和规范分为总线、内总线和外总线。

Ａ数据Ｂ地址Ｃ片Ｄ控制８、地址总线的宽度为位。

Ａ８Ｂ４Ｃ３２Ｄ１６９、５１系列单片机内部４个双向的并行Ｉ/Ｏ端口，共根引脚。

Ａ３２Ｂ１６Ｃ８Ｄ６４１０、两个字长的二进制位数是。

Ａ８Ｂ１６Ｃ３２Ｄ６４三、名词解释：（每题４分，共２０分）１、微处理器：２、工业控制计算机（ＩＰＣ）：３、实时；４、堆栈：５、指令系统：四、简答题；（每题６分，共３０分）１、什么是计算机控制系统，它的工作原理是怎样的？２、微机控制系统总体方案设计包括几个内容？３、ＭＣＳ－５１中断系统初始化步骤应包括哪些？４、子程序的主要特点和调用时要注意哪些？５、循环程序一般由哪四部分组成？答案：一、１、运算器，控制器，存储器，输入设备和输出设备２、加固型，面板型，工业工作站３、无符号数，有符号数，负数４、通用，专用５、机器，汇编，高级６、寄存器，直接，寄存器间接，变址，立即，位，相对７、有条件跳转８、控制９、现场恢复１０、请求，响应，处理，返回二、Ｂ,Ｃ,Ｂ,Ａ,Ｂ,Ａ,Ｃ,Ｄ,Ａ,Ｂ三、１、凡由集成电路构成的中央处理器（ＣＰＵ）就称微处理器２、把适合于工业环境使用的微型计算机，统称为工业控制计算机（ＩＰＣ）３、指信号的输入、输出都要在一定的时间内完成称为实时４、是一种数据结构，只允许在其一端进行数据插入、删除操作的线性表叫堆栈５、一台计算机所能执行的所有指令的集合叫指令系统四、１、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。

微机控制技术的发展概况及趋势微机控制技术是以微型计算机作为机电一体化的控制器,结合微型计算机的工作原理和接口设计,相应的控制硬件和软件以及它们的配合,实现对控制对象的控制的一门技术。

它的发展离不开自动控制理论和计算机技术的发展,随着科学技术的发展,人们越来越多地用计算机来实现控制系统。

本文从计算机控制系统的发展历史,我国工业控制机及系统的发展应用,计算机控制系统的发展趋势,这几个方面来阐述微机控制技术的发展概况及相关趋势。

计算机控制系统在60年代引入控制领域当时计算机是控制调节器的设定点, 具体的控制则由电子调节器来执行, 这种系统称为计算机监控系统。

在60 年代末期出现了用一台计算机直接控制一个机组或一个车间的控制系统,简称集中控制系统。

这种控制系统即常说的直接数字控制(DDC)系统。

计算机DDC 控制的基本思想是使用一台计算机代替若干个调节控制回路功能。

这个控制系统由于只有一台计算机而且没有分层,所以非常有利于集中控制盒运算的集中处理,并且能得到很好的反映,并且,各个控制规律都可以直接实现。

但是,如果生产过程复杂,则该系统的可靠性就很难保证了。

系统的危险性过于集中, 一旦计算机发生故障, 整个系统就会停顿。

[7]70 年代随着电子技术的飞速发展,随着大规模集成电路的出现和发展, 集散控制系统(DCS)出现,之后在此基础上,随着生产发展的需要而产生了一种更新一代的控制系统,即分布式控制系统。

典型的集散控制系统具有两层网络结构下层负责完成各种现场级的控制任务,上层负责完成各种管理、决策和协调任务。

90年代以来,随着各个学科的发展和交叉融合,随着现代大型工业生产自动化的不断兴起, 利用计算机网络作为控制工具的综合性控制系统,计算机集成系统(CIPS)应运而生。

它紧密依赖于最新发展的计算机技术、网络通信技术和控制技术,并且终将成为未来控制系统的发展趋势。

我国工业控制发展的道路是比较曲折的,20世纪80年代末到90年代初,我国市场上大都是首先引进了成套设备,在引进成套设备的同时相继引进了各种工控系统,来填充国内在这方面的不足,90年代后,在我国一批科学家的带领下,我国逐渐有了自己设计的控制系统和装置,建立自己的实验室,生产出属于自己版权的产品,然后在原有技术的基础上进行二次开发和应用,从1997年开始,大陆本土的IPC厂商开始进入该市场,IPC也随之发展成了中国第二代主流工控机技术。

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。

锅炉微机控制技术是现代锅炉控制系统中的重要组成部分，它运用微机技术对锅炉的各项参数进行监测和控制，实现智能化、自动化的运行。

锅炉微机控制技术从20世纪80年代开始发展，应用于各种类型的锅炉中，如燃煤锅炉、燃气锅炉、生物质锅炉等。

它的出现对于提高锅炉的运行效率、优化锅炉的燃烧过程、确保锅炉的安全运行等方面都起到了积极的作用。

锅炉微机控制技术主要包括以下几个方面的内容：控制系统的硬件部分、控制系统的软件开发、触摸屏人机界面、数据采集和处理系统等。

在控制系统的硬件部分中，主要包括各种传感器、执行器、运算单元等组成的硬件装置。

传感器可以实时监测锅炉的温度、压力、流量等参数，将监测到的数据传输到运算单元进行处理。

执行器则根据运算单元的指令来控制锅炉的燃烧过程、给水过程等。

锅炉微机控制系统通常采用模拟量传输和数字量传输的方式，通过模拟量传输可以实现对锅炉各项参数的精确测量和控制，而数字量传输则可以实现信号的快速传输和处理。

控制系统的软件开发是锅炉微机控制技术中的关键环节之一。

软件开发包括对锅炉运行过程的建模和仿真、编写控制算法和逻辑、编写控制程序等。

在建模和仿真过程中，可以通过计算机模拟锅炉的运行过程，分析不同参数对锅炉性能的影响，进而优化控制策略。

在编写控制程序过程中，需要根据不同类型的锅炉和运行要求来实现不同的控制策略，如PID控制、模糊控制、遗传算法等。

触摸屏人机界面是锅炉微机控制技术中的重要组成部分，它通过触摸屏实现人机交互，方便操作人员对锅炉进行监测和控制。

触摸屏人机界面通常包括图形界面、报警信息显示、参数调节等功能，操作人员可以通过触摸屏直观地了解锅炉的运行状况，调整相关参数，及时处理异常情况。

数据采集和处理系统是锅炉微机控制技术中的关键环节之一。

数据采集系统可以实时采集锅炉的各项参数，如温度、压力、流量等。

采集到的数据经过预处理后，送入运算单元进行处理。

数据处理系统通常采用现代控制理论和算法，对采集到的数据进行实时分析和处理，从而实现对锅炉的智能化控制。

微机控制技术复习一、基本概念：1、什么是计算机控制系统？它由哪几个部分组成？备部分的主要作用是什么？在计算机控制系统屮，计算机的作用主要有三个方面：1、对于复杂控制系统的控制规律的计算T作量很大，采用模拟解算装置难以实现，因而需要采用计算机进行处理。

2.用计算机的软件程序实现对控制系统的校正以保证控制系统具有所要求的动态特性。

3.由于计算机具有快速完成复杂工程计算的能力，因而可以实现对系统的最优控制、白适应控制等高级控制功能及多功能计算调节。

主机、接口电路、过程输入/输出通道、外部设备、操作台2、计算机DDC控制系统由哪儿部分组成？各部分的作用是什么？3、计算机控制系统的典型形式有哪些？各有什么优缺点？计算机操作指导控制系统直接数字控制系统(DDC)监督计算机控制系统(SCC)计算机分级控制系统集散控制系统(DCS)现场总线控制系统(FCS)计算机集成制造系统(CIMS)4、DDC与模拟控制系统相比有何优点？DDC系统屮得计算机参与闭环控制过程，它不仅能完全取代模拟控制器，实现多冋路的控制，而且不需改变%更件，只通过改变稈序就能有效的实现较复杂的控制，如前馈控制，非线性控制，白适应控制，© 优控制等。

5、SCC与DDC相比有何区别？在DDC中，对生产过程产生真接影响的被控参数的给定值是预先设定的，并且存入计算机的内存屮，该给定值不能依据过稈条件和生产工艺信息的变化及时修改。

而在SCC屮计算机根据原始工艺信息和其他参数按照生产过稈模型白动的改变模拟控制器或以DDC计算机的给定值，从而使生产过稈处于最优状态。

6、何为I/O接口？接口一般具备哪些功能？其作用是什么？主机和外设Z间交换信息的连接部件，使主机和外设能够协调工作，有效的完成信息交换。

解决主机CPU与慢速外设通信速度和时序；解决CPU和外设Z问的数据转换和匹配问题，解决CPU负载能力与外设端口选择问题7、何为I/O通道？模拟量输入通道由哪几部分组成？A/D转换器接口电路一般应完成哪些任务？计算机与控制对象Z间信息传递和变换的连接通道主要组成：信号处理装置、采样单元、采样保持器、数据放大器、A/D转换器控制电路8、微机控制系统输出通道若为电压输出，有儿种输出形式？一般过程控制采用那种输出形式？为什么？单极性电压输出方式双极性电压输出方式9、计算机与外围设备交换信息有哪几种控制方式？它们备有什么优缺点？并行通信把一个字符的各数位用几条线同时进行传输串行通信数据按位进行传送的其屮串行通信又分为全双工方式，半双工方式同步通信异步通信全双工方式数据信息能沿相反两个方向传送。