第2章计算机控制系统的硬件和软件ppt课件.ppt

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1、第2章计算机控制系统的硬件和软件2.1计算机控制系统的硬件构成2.2计算机控制系统的输入和输出接口2.3专用硬件实现的数字控制器2.4计算机控制系统的软件2.1计算机控制系统的硬件构成计算机控制系统硬件一般包括：主机--CPU＋RAM＋ROM＋系统总线常规外部设备--输入/输出设备、外存储器等过程输入输出通道—AI、AO、DI、DO操作台—CRT、LED、LCD等通信设备—交换机、modem、集线器等图2.1所示硬件组成框图图2.1计算机控制系统硬件组成框图图2.2分散控制多处理器计算机控制系统

2、框图(a)具有中央计算机的系统(b)分布系统2.2计算机控制系统的输入和输出接口计算机控制系统要求用传感器采集被控系统输出信号，并将此信号传送到位于被控系统输入端的执行机构。实际工作中遇到的传感器和执行机构均为模拟装置，因此，需要使用A/D和D/A转换器。下面图a所示的数据采集器，能够同时获得多个信号的采样，传感器输出的多路信号被多个分开的采样保持器和多个分开作用的A/D转换器同时处理。微处理器用一系列的数字码来控制多路数字开关的选通地址，再将A/D转换结果的数字码一个接一个地读入CPU中。(a

3、)用多个A/D同时采样下面图b所示，采样一个单独共享的A/D转换器，多个采样保持器同时从传感器采集信号，并将它们保存起来。接着用一个模拟多路开关，按照选择的地址，依次顺序地扫描各采样保持器的输出，并由同一个A/D转换器分别依次对它们进行A/D转换。(b)用单一A/D同时采样下面图c所示，这里采样保持器和A/D转换器均只有一个，因此十分简单，但多路信号的采集不能同时进行，采样结果也不再看成是同一时刻发生的结果。(c)不同时的采样几种多路数据输出器的工作方式如下图所示。图a表明了从微处理器取出的二进

4、制数据被依次写到多个数字式数据锁存器中，然后分别由其各自的D/A转换器转换成模拟信号，最后在同一时刻由CPU发出命令经多个采样保持器同时将它们输出至执行机构。(a)用多个D/A的同时输出图b，多个执行机构信号共用一个D/A转换器，再由一个模拟多路开关将顺序进行D/A转换的结果，分别利用各通道的采样保持器保存起来，为了使输出到执行机构的多路信号同时动作，每个通道又均设置了另一个采样保持器，这样，由于各通道设置的第二个采样保持器是由同一个同步命令控制的，因此，其多路输出是同时实现的。(b)用单个D/

5、A同时输出图c，这里仅用一个D/A转换器，每个输出通道只用一个采样保持器。在这种方式下各通道输出信号不是同时发生，因此，在推导连续时间被控系统的离散时间模型时应当注意。(c)不同时输出2.3专用硬件实现的数字控制器专用数字硬件设备主要应用在要求高速操作和大批量生产的场合。专用硬件设备中最值得注意的是那些专门用于某种信号处理的芯片，以及那些专门用于函数操作的芯片（如乘法器）。下图是一个使用乘法器－累加器芯片的二阶控制器的硬件框图。ROM地址时序由时钟和计数器产生，ROM地址所对应的内容作为数字多路

6、开关的地址，用来控制把几个数字信号中的哪一个作用到M/A的一个端口，施加的系数被放在M/A的另一个端口。ROM另外还提供累加器清零的复位信号和移位寄存器的时钟信号。其操作过程如下：（1）累加器复位，二进制码表达的参考输入r(k)被单位1相乘，并加到累加器中。（2）数字多路开关选择1，用1/2相乘，加到累加器中。（3）数字多路开关选择2，用－3/5相乘，再加到累加器中。M/A现在输出的是u的新值，通过D/A转换器将其值送到被控系统的控制输入。（4）累加器清零，数字多路开关选择r，乘数设为1，其

7、乘积加到累加器中。（5）数字多路开关选择1，乘数设为－5/6，加到累加器中。（3）数字多路开关选择2，乘数设为－1/6，其乘积加到累加器中，使累加结果形成新的2（k+1)。移位寄存器在时钟控制下工作，2的新值存储在左边的寄存器中，而新的1，即旧的2被移到右边的寄存器中。如此产生的输出和状态更新就可实现重复。图2.7给出了上述控制器的另一种专用硬件方案。2.4计算机控制系统的软件硬件仅为计算机控制系统的躯体。要使计算机正确地运行解决各种问题，必须为它编制软件。所谓软件是指完成各种功能的

8、计算机程序的总和，它是计算机控制系统的神经中枢，整个系统的动作都是在软件程序指挥下协调工作的。软件通常分为系统软件和应用软件两大类；系统软件一般由计算机厂家提供，专门用来使用和管理计算机本身的程序；应用软件是用户针对生产过程要求而编制的各种应用程序。图中给出了一个简单的数字控制器程序。子程序中断是使外部设备迅速且容易地得到CPU处理的一种方法。当CPU接受到中断请求时，它在执行完当前指令后，就将待执行的下一条指令的地址保存在内存的堆栈中，然后将程序流程跳入中断服务子程序。在中断服务子程序中，应保