第八章 微型计算机控制系统的设计ppt课件.ppt

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1、第八章微型计算机控制系统设计8.1微型计算机控制系统设计的基本要求和特点8.2微型计算机控制系统设计的一般步骤8.3微型计算机控制系统设计8.4工业控制系统设计实例8.1微型计算机控制系统设计的基本要求和特点1.设计的基本要求1）系统操作性能要好包括使用方便和维修容易两个含义。具体设计时应从硬件和软件分别进行考虑。2）通用性好、便于扩充设计时尽可能采用通用系统总线结构及LSI接口芯片；速度允许的情况下，尽可能将接口硬件部分的操作功能用软件来实现；系统设计时各设计指标要留有一定的余量。3）可靠性要高目

2、前保证可靠性的常用方法（1）采用双机系统用两台计算机或PLC作为控制系统的核心控制器，在该系统中工作方式一般有以下三种：备份工作方式图8-1罗克韦尔自动化公司的PLC热备份系统实例主从工作方式两台控制机同时投入工作，正常时分别执行不同的任务。当主机发生故障时，从机就接管控制任务。双工工作方式两台主机同时运行且在任一时刻都执行同一任务，并把结果送到一个专门的装置进行核对。（2）采用分布式控制系统分布式控制系统是分级分布式的工作方案，它用多台基本控制器分别控制各被控对象。2.系统设计的特点硬件设计主要采

3、用大规模集成电路。软件设计可以借用计算机厂家提供的系统软件，而将重点转移到控制算法和应用程序的设计上来。在设计过程中尽量采用一些高级开发工具（如微型机开发系统MDSMicrocomputerDevelopmentSystem）。以提高开发效率。返回本章首页8.2微型计算机控制系统设计的一般步骤1.确定控制任务及系统整体控制方案对控制对象进行调查、分析，确定系统所完成的任务，写出设计任务说明书，作为整个控制系统设计的依据。在此基础上进一步确定系统整体控制方案。从系统构成上考虑，是采用开环控制还是闭环控

4、制；考虑执行机构采用什么方案，是采用电机驱动、液压驱动还是其他方式驱动，比较各种方案，择优而用；考虑是否有特殊控制要求。2.选择微处理器和外围设备对系统所需硬件作出初步的估计和选择。对外围设备要求一般不高，只要考虑：显示、键盘和串行通信口即可。微处理器是整个控制系统的核心，对它的选择可从以下几个方面进行考虑：字长（16或32位）寻址范围和寻址方式指令种类和数量内部寄存器的种类和数量微处理器的速度中断处理能力由何种因素决定？3.建模和控制算法的确定数学模型（即描述各控制量与各输出量之间动态特性的数学表

5、达式）。选择控制算法时应注意：确定所选算法能否满足控制速度、精度和系统稳定性的要求。针对特定被控对象，确定所选通用控制算法是否需要进行修改与补充。为设计、调试方便，可将控制算法作合理的简化，然后再逐步完善。4.系统总体方案设计（1）估计内存容量、进行内存分配（2）过程通道和中断处理方式的确定（3）系统总线的选择（4）操作台功能的确定1数据采集和传输所需I/O通道数目。2数据传输率和数据流量。3I/O通道是串行操作还是并行操作。4I/O通道是随机选择还是按某种预定顺序工作。5模拟量I/O通道中字长选择

6、多少位。中断处理有硬件和软件两种方式。处理方式和优先级别的选择应根据被控对象的要求和微处理器为其服务的频繁程度来确定。说明：经过上述工作之后，就可画出整个控制系统的概略框图。5.硬件和软件的具体设计在该阶段权衡控制系统中硬件和软件的比例是一个非常重要的问题。一般原则是看所设计的控制系统的生产量。思考：生产量如何决定硬件软件比例？（1）硬件设计：根据系统总体框图，设计出系统电气原理图，再按照电气原理图着手元件的选购并开始施工。（2）软件设计：①实时性②灵活性和通用性③可靠性注：选用标准系统加以改造和扩

7、充往往会取得很好的效果。还要尽量借助一些辅助工具思考：到此步整个设计过程是否完成了？6.系统联调系统联调是把已独立调好的硬件、软件各功能模块按照系统总体设计要求组成一个完整系统，进行统一调试。系统联合调试后，还要经过一段考机和试运行，才可投入正式运行。注：整个设计过程中硬件、软件的设计必须同时进行。图6-1控制系统设计步骤流程图返回本章首页8.3微型计算机控制系统设计1可供选择的配置方案1）购买现成的计算机系统或PLC控制器2）采用标准功能模块构成系统3）定制设计系统下面主要看一下如何采用大规模集成

8、电路芯片构成合理的控制系统。2专用微型计算机系统的设计1）标准系统的设计微型计算机的标准结构如下图：2）专用系统的设计专用系统设计的主要工作包括：硬件设计、软件设计及调试工作。硬件设计根据确定的应用目标，设计标准微型计算机并确定其规模，然后对专用外围电路进行必要的扩充设计以构成专用系统。重点是I/O通道的设计（包括选择恰当的A/D，D/A芯片）确定实时时钟和中断结构，这在实时控制领域中非常重要，设计得当可大大提高系统的吞吐量。系统的线路设计和结构设计：即将各个芯片连接