微型计算机控制系统设计之

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1、第11章计算机控制系统的设计与工程实现1计算机控制系统设计的原则与步骤2计算机控制系统抗干扰技术3计算机控制系统设计实例本章主要内容7/21/2021111.1计算机控制系统设计的原则与步骤1系统设计的原则安全可靠实时性强操作维护方便通用性好、便于扩充系统具有开放性经济效益高7/21/202122系统设计的步骤计算机控制系统的设计分为开发设计和应用设计。开发设计的任务是生产出满足用户所需的硬件和软件。首先要进行充分地市场调查，了解用户的需求；然后进行系统设计，落实具体的技术指标；最后进行制造调试，检验合格，市场销售。开发设计应遵循标准化、模板化、模块化和系列化的原则。

2、开发设计7/21/20213应用设计应用设计的任务是选择和开发满足控制对象所需的硬件和软件，设计控制方案，并根据系统性能指标要求设计系统硬件和软件，以实现系统功能。应用设计或工程设计按顺序可分为5个阶段。可行性研究系统总体方案设计硬件和软件的细化设计系统调试现场安装、投运7/21/20214图11－1控制系统设计示意图7/21/2021511．2计算机控制系统抗干扰技术1干扰的来源与种类外部干扰是指那些与系统结构无关，由使用条件和外界环境因素所决定的干扰。它主要来自自然界以及周围的电气设备。外部干扰内部干扰内部干扰是指计算机控制系统内部的各种元器件引起的各种干扰7/2

3、1/202162硬件抗干扰技术①电源系统抗干扰方法采用低通滤波器图11－2双π型滤波器采用低通滤波器抑制电网侵入的外部高频干扰是常用的一种方案。低通滤波器可让50HZ的工频几乎无衰减地通过，而滤去高于50Hz的高次谐波。7/21/20217采用隔离变压器图11－3三相隔离变压器抑制电源干扰变压器的一次侧按三角形接法联结。二次侧按星型接法联结。有利于抑制工频3次以上谐波对控制系统的干扰。7/21/20218采用能抑制交流电源干扰的计算机系统电源图11－5计算机系统电源抑制交流电源线上引入的高频干扰抑制进入交流电源线上的瞬时干扰原、副边之间加有静电屏蔽层7/21/2021

4、9电源分组供电图11－6电源分组供电将输入通道电源和其他设备电源分开，以防止设备间的干扰。7/21/202110直流电源的抗干扰措施直流电源一般带有各种频率的信号。为消除这种干扰，每块集成芯片的电源与地线引入端应接一片的无感瓷片电容。若一个装置中有多块逻辑印刷线路板时，一般应在每块板的电源和地线的引入处并接一个10～100的电解电容和一个的无感瓷片电容，以防止板间的相互干扰。最好是每块印刷电路板都装一片或几片“稳压块”（如7815、LM317、7805）形成独立的供电系统，这样能较好防止板间的相互干扰。逻辑电路板上的直流电源线与地线的布线也要注意合理布线，不要使电源形

5、成环路。7/21/202111②过程通道抗干扰方法串模干扰及其抑制方法被测信号指有用的直流信号或缓慢变化的交变信号干扰噪声指无用的变化较快的杂乱交变信号串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声。图11－7串模干扰示意图（a）干扰情况(b)干扰的一种形式(c)干扰的另一种形式7/21/202112串模干扰的抑制a.如果串模干扰频率比被测信号频率高，采用输入低通滤波器；如果串模干扰频率比被测信号频率低，则采用高通滤波器；如果串模干扰频率落在被测信号频谱的两侧，则采用带通滤波器。图11－8二级阻容滤波网络采用二级阻容滤波网络可使50Hz的串模干扰信号衰减600倍左右。7/21

6、/202113b.当尖峰型串模干扰成为主要干扰源时，用双积分式A／D转换器可以削弱串模干扰的影响。c.对于串模干扰主要来自电磁感应的情况下，对被测信号应尽可能早地进行前置放大，或者尽可能早的完成模/数转换或采取隔离和屏蔽等措施。d.对于主要由元器件内部的热扰动产生的随机噪声所形成的串模干扰，或在数字信号的传送过程中夹带的低噪声或窄脉冲干扰时，可采用高抗扰度逻辑器件；e.采用双绞线作信号引线减少电磁感应，并且使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。7/21/202114共模干扰及其抑制方法共模干扰是指模／数转换器两个输入端上公有的干扰电压。。图11－9共模干扰示意图这种干

7、扰可能是直流电压，也可能是交流电压，其幅值可达几伏甚至更高，取决于现场产生干扰的环境条件和计算机等设备的接地情况。7/21/202115在计算机控制系统中，被测信号有单端对地输入和双端不对地输入两种输入方式，如图。对于存在共模干扰的场合，不能采用单端对地输入方式，必须采用双端不对地输入方式。图11－10被测信号的输入方式(a)单端对地（b）双端不对地7/21/202116共模干扰的抑制a.变压器隔离利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔离开来，以使共模干扰电压不成回路，从而抑制共模干扰。图11－11变压器隔离7/21/202117b.光电隔离发光二