第四章微机控制系统的选择及接口设计.ppt
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第四章第四章微机控制系统的选择及接口设计微机控制系统的选择及接口设计第一节第一节专用与通用、硬件与软件的抉择和权衡专用与通用、硬件与软件的抉择和权衡专用控制系统专用控制系统适合于适合于大批量生产大批量生产的机电一体化产品。
的机电一体化产品。
对于对于多品种、中小批量生产多品种、中小批量生产的机电一体化产品,由于还在不断改进,的机电一体化产品,由于还在不断改进,结构还不十分稳定,特别是对现有设备进行改造时,采用结构还不十分稳定,特别是对现有设备进行改造时,采用通用控制系统通用控制系统比较合理。
比较合理。
控制系统中控制系统中硬件和软件的合理组成硬件和软件的合理组成,通常要根据,通常要根据经济性和可靠性经济性和可靠性的的标准权衡决定。
标准权衡决定。
第二节第二节微机控制系统的设计思路微机控制系统的设计思路11、确定系统整体控制方案、确定系统整体控制方案先从先从系统构成系统构成上考虑是采用上考虑是采用开环控制开环控制还是还是闭环控制闭环控制其次考虑其次考虑执行元件执行元件采用采用何种方式何种方式第三要考虑是否有第三要考虑是否有特殊控制特殊控制要求要求第四是考虑第四是考虑微机微机在整个控制系统中的作用在整个控制系统中的作用最后应初步最后应初步估算其成本估算其成本22、确定控制算法、确定控制算法建立该系统的建立该系统的数学模型数学模型,确定其,确定其控制算法控制算法第二节第二节微机控制系统的设计思路微机控制系统的设计思路33、选择微型计算机、选择微型计算机对于给定的任务,对于给定的任务,选择微机的方案不是唯一选择微机的方案不是唯一的,从控制的角度出发,的,从控制的角度出发,微机应能满足具有较完善的微机应能满足具有较完善的中断系统中断系统、足够的、足够的存储容量存储容量、完善的、完善的输入输入/输输出通道出通道和和实时时钟实时时钟等要求。
等要求。
第二节第二节微机控制系统的设计思路微机控制系统的设计思路选择微型计算机除应满足上述几点要求外,从不同的被控制对象角选择微型计算机除应满足上述几点要求外,从不同的被控制对象角度而言,还应考虑度而言,还应考虑字长字长、速度速度、指令指令等几个特殊要求。
等几个特殊要求。
选择微机时,还应考虑选择微机时,还应考虑成本高低、程序编制难易以及扩充输入成本高低、程序编制难易以及扩充输入/输出输出接口接口是否方便等因素,从而确定是选用是否方便等因素,从而确定是选用单片机单片机、单板机单板机,还是选用,还是选用微型微型计算机计算机系统。
系统。
第二节第二节微机控制系统的设计思路微机控制系统的设计思路44、系统总体设计、系统总体设计系统总体设计主要是对系统总体设计主要是对系统控制方案进行具体实施步骤的设计系统控制方案进行具体实施步骤的设计,其主,其主要依据是整体方案的框图、设计要求及所选用的微机类型要依据是整体方案的框图、设计要求及所选用的微机类型第二节第二节微机控制系统的设计思路微机控制系统的设计思路(11)接口设计)接口设计通常选用的微型计算机都已配备有相当数量的可编程序的输入输出通常选用的微型计算机都已配备有相当数量的可编程序的输入输出通用接口电路通用接口电路。
在进行接口设计时,首先要合理地使用这些接口,当通。
在进行接口设计时,首先要合理地使用这些接口,当通用接口不够时,应进行接口的扩展。
扩展接口的方案较多、耍根据控制用接口不够时,应进行接口的扩展。
扩展接口的方案较多、耍根据控制要求及能够得到何种元件和扩展接口的方便程度来确定,通常有下述三要求及能够得到何种元件和扩展接口的方便程度来确定,通常有下述三种方法可供选用。
种方法可供选用。
第二节第二节微机控制系统的设计思路微机控制系统的设计思路1)1)选用功能接口板选用功能接口板2)2)选用通用接口电路选用通用接口电路3)3)用集成电路自行设计接口电路用集成电路自行设计接口电路第二节第二节微机控制系统的设计思路微机控制系统的设计思路
(2)
(2)通道设计通道设计输入输入/输出通道是计算机与被控对象相互交换信息的部件输出通道是计算机与被控对象相互交换信息的部件。
每个控制系。
每个控制系统都要有输入统都要有输入/输出通道。
一个系统中可能要有输出通道。
一个系统中可能要有开关量开关量的输入的输入/输出通道、输出通道、数字量数字量的输入的输入/输出通道或输出通道或模拟量模拟量的输入的输入/输出通道。
在总体设计中就应确输出通道。
在总体设计中就应确定本系统应设置什么通道,每个通道由几部分组成,各部分选用什么样元定本系统应设置什么通道,每个通道由几部分组成,各部分选用什么样元器件等。
器件等。
(3)(3)操作控制台设计操作控制台设计第二节第二节微机控制系统的设计思路微机控制系统的设计思路55软件设计软件设计微机控制系统的软件主要分两大类,即微机控制系统的软件主要分两大类,即系统软件系统软件和和应用软件应用软件。
系统软件包括系统软件包括操作系统操作系统、诊断系统诊断系统、开发系统开发系统和和信息处理系统信息处理系统。
通常通常这些软件一般不需要用户设计这些软件一般不需要用户设计,对用户来说,基本上只须了解其大致原理,对用户来说,基本上只须了解其大致原理和使用方法就行了。
而和使用方法就行了。
而应用软件都要由用户自行编写应用软件都要由用户自行编写,所以软件设计主要,所以软件设计主要是应用软件设计。
是应用软件设计。
模块化程序设计法模块化程序设计法结构化程序设计法结构化程序设计法第二节第二节微机控制系统的设计思路微机控制系统的设计思路66系统调试系统调试微机控制系统设计完成以后,要对整个系统进行调试。
调试步骤为微机控制系统设计完成以后,要对整个系统进行调试。
调试步骤为硬件调试硬件调试-软件调试软件调试-系统调试系统调试。
第二节第二节微机控制系统的设计思路微机控制系统的设计思路第三节第三节微型计机的系统构成及种类微型计机的系统构成及种类11、微型计算机的系统构成、微型计算机的系统构成CPUCPU、MCMC与与MCSMCS的关系的关系微机的基本构成微机的基本构成第三节第三节微型计机的系统构成及种类微型计机的系统构成及种类22微型计算机的种类微型计算机的种类
(1)
(1)按组装形式分类按组装形式分类第三节第三节微型计机的系统构成及种类微型计机的系统构成及种类第三节第三节微型计机的系统构成及种类微型计机的系统构成及种类微型计算机系统微型计算机系统第三节第三节微型计机的系统构成及种类微型计机的系统构成及种类
(2)
(2)按微处理机位数分类按微处理机位数分类按微处理机位数可将微型计算机分为按微处理机位数可将微型计算机分为位片位片、4位位、8位位、16位位、32位位和和64位位等机种。
等机种。
所谓位数所谓位数是指微处理机并行处理的数据位数,是指微处理机并行处理的数据位数,即可同时传送数据的总线宽度。
即可同时传送数据的总线宽度。
4位机目前多做成单片机位机目前多做成单片机。
即把微处理机、。
即把微处理机、1-2KB的的ROM、64-128KB的的RAM、I/O接口做在一个芯片上,主要用于单机控制、仪器接口做在一个芯片上,主要用于单机控制、仪器仪表、家用电器、游戏机等中。
仪表、家用电器、游戏机等中。
8位机有单片和多片之分位机有单片和多片之分,主要用于控制和计算。
,主要用于控制和计算。
16位机功能更强、性能更好,用于比较复杂的控制系统,位机功能更强、性能更好,用于比较复杂的控制系统,可以可以使小型机微型化。
使小型机微型化。
32位和位和64位机是比小型机更有竞争力的产品。
人们把这些产品位机是比小型机更有竞争力的产品。
人们把这些产品称为超级微机。
它具有称为超级微机。
它具有面向高级语言的系统结构,有支持高级调度、面向高级语言的系统结构,有支持高级调度、调试以及开发系统用的专用指令调试以及开发系统用的专用指令,大大提高了软件的生产效率。
,大大提高了软件的生产效率。
第三节第三节微型计机的系统构成及种类微型计机的系统构成及种类(3)(3)按用途分类按用途分类按用途分类可以将按用途分类可以将微型计算机微型计算机分为分为控制用控制用和和数据处理数据处理用微型计算机。
对用微型计算机。
对单片机单片机来说:
可分为来说:
可分为通用型通用型和和专用型专用型。
通用型单片机,即通常所说的各种系列的单片机通用型单片机,即通常所说的各种系列的单片机。
它可把开发的资源。
它可把开发的资源(如如ROMROM、I/OI/O接口等接口等)全部提供给用户,用户可根据自己应用上的需要来设计接口全部提供给用户,用户可根据自己应用上的需要来设计接口和编制程序,因此通用型单片机可作为系统或产品的微控制器,适用于各种应和编制程序,因此通用型单片机可作为系统或产品的微控制器,适用于各种应用领域。
用领域。
专用单片机或称专用微控制器,是专门为某一应用领域或某一特定产品专用单片机或称专用微控制器,是专门为某一应用领域或某一特定产品而开发的一类单片机。
而开发的一类单片机。
为满足某一领域应用的特殊要求而开发的单片机,其为满足某一领域应用的特殊要求而开发的单片机,其内部系统结构或指令系统都是特殊设计内部系统结构或指令系统都是特殊设计(甚至内部已固化好程序甚至内部已固化好程序)。
第三节第三节微型计机的系统构成及种类微型计机的系统构成及种类第四节第四节微机软件与程序设计语言微机软件与程序设计语言软件是比程序意义更广的一个概念,内含极其丰富。
软件是比程序意义更广的一个概念,内含极其丰富。
1)1)程序设计语言程序设计语言程序设计语言是编写计算机程序所使用的语言,是人机对话的工具。
目程序设计语言是编写计算机程序所使用的语言,是人机对话的工具。
目前使用的程序设计语言大致有三大类,即前使用的程序设计语言大致有三大类,即“机器语言机器语言”(MachineLanguage)MachineLanguage)、“汇编语言汇编语言”(AssemblyLanguage)AssemblyLanguage)、“高级语言高级语言”(HighLevelLanguage)HighLevelLanguage)。
2)2)操作系统操作系统所谓操作系统所谓操作系统(OS-OperatingSystem)OS-OperatingSystem),就是计算机系统的管理程序库。
就是计算机系统的管理程序库。
它是用于提高计算机利用率、方便用户使用计算机及提高计算机响应速度而它是用于提高计算机利用率、方便用户使用计算机及提高计算机响应速度而配备的一种软件配备的一种软件。
操作系统可以看成是用户与计算机的接口,用户通过它。
操作系统可以看成是用户与计算机的接口,用户通过它而使用计算机。
它属于在数据处理监控程序控制之下工作的一组基本程序,而使用计算机。
它属于在数据处理监控程序控制之下工作的一组基本程序,或者是用于计算机管理程序操作及处理操作的一组服务程序集合。
或者是用于计算机管理程序操作及处理操作的一组服务程序集合。
3)3)程序库程序库计算机的可用程序和子程序的集合就是程序库计算机的可用程序和子程序的集合就是程序库(或软件包或软件包)。
目前,微型。
目前,微型计算机积累的程序非常丰富,而且可以通用。
而在机械控制领域,由于被控计算机积累的程序非常丰富,而且可以通用。
而在机械控制领域,由于被控对象对象(产品产品)的特殊性较强,其程序库的形成较难。
但是,随着微型计算机的的特殊性较强,其程序库的形成较难。
但是,随着微型计算机的普及与应用,其应用程序将不断丰富,也将会形成各式各样的程序库。
普及与应用,其应用程序将不断丰富,也将会形成各式各样的程序库。
第五节第五节微机的应用领域及选用要点微机的应用领域及选用要点微型计算机的基本特点是小型化、超小型化,具有一般计算机的信息处理、微型计算机的基本特点是小型化、超小型化,具有一般计算机的信息处理、计测、控制和记忆功能,价格低廉,且可靠性高、耗电少,故用微机构成机电计测、控制和记忆功能,价格低廉,且可靠性高、耗电少,故用微机构成机电一体化系统一体化系统(或产品或产品)具有以下效果:
具有以下效果:
小型化小
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