计算机控制技术1-2章ppt课件(全).ppt
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1、计算机控制技术,目 录,第1章 计算机控制系统概述,1.1.1 计算机控制系统的硬件,主机(CPU) 主机(CPU)向系统的各个部分发出命令,对被测参数进行巡回检测、数据处理、控制计算、报警处理及逻辑判断等。接口及I/O通道 常用接口包括:并行接口、串行接口、定时器计数器接口、模数转换接口、数模转换接口等。I/O通道包括:模拟量输入通道A/D、模拟量输出通道D/A、数字量输入/输出通道等。外部设备 外部设备用以扩大主机的功能,包括输入设备、输出设备、存储设备等。检测元件及执行机构 检测元件把非电量变成电量(传感器),如热电偶、节流装置、压力变送器。变送器把传感器的输出信号变成 CPU 所能接收
2、的电压信号。执行机构接收 CPU 输出的控制量并加以动作,以对生产参数进行控制,如阀、开关、电机等。 操作台和实时时钟 操作台是人机对话的联系纽带。包括作用开关,功能键、显示用LED或CRT显示器件、数字键。,第1章 计算机控制系统概述,1.2 计算机控制系统的分类,1.2.1 操作指导控制系统,操作指导控制系统:计算机的输出是对系统过程参数进行收集、加工和处理,由操作人员根据输出数据进行控制操作。属于开环控制结构。操作指导控制系统适用于尚未摸清控制规律的系统。用来摸索新系统的数学模型和控制规律。突出特点是简单可靠,缺点是需要人工操作,速度不能太快,而且不能同时控制多个回路。,图1-2 操作指
3、导控制系统,第1章 计算机控制系统概述,1.2.3 计算机监督系统(SCC),计算机监督系统(SCC)是由计算机按照描述生产过程的数学模型,计算出最佳给定值送给模拟调节器或者DDC计算机,再由模拟调节器或者DDC计算机控制生产过程,从而使生产过程处于最优工作状况。,图1-5 SCC+模拟调节器控制,SCC+模拟调节器 SCC监督计算机的作用是收集检测信号及管理命令,按照描述生产过程的数学模型计算后,输出给定值到模拟调节器,与检测值进行比较,其偏差值经模拟调节器计算后输出到执行机构,以达到调节生产过程的目的。,第1章 计算机控制系统概述,3. SCC+DDC 控制系统 SCC+DDC控制系统是一
4、个两级计算机控制系统:一级为监督级SCC,用于计算最佳给定值。二级为直接数字控制器(DDC)用于把给定值与测量值进行比较,偏差由DDC计算机按照一定的控制规律计算,再经D/A转换器和反多路开关分别控制各个执行机构进行调节。,1.2.3 计算机监督系统(SCC),图1-6 SCC+DDC控制系统,第1章 计算机控制系统概述,1.2.4 嵌入式系统,嵌入式系统一般指非PC系统,有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。包括硬件和软件两部分。嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。硬件:包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等。软件:操作系统软件(要求实时和多任务操作)和应用程序
5、。嵌入式计算机分为: 嵌入式微处理器: 例如STD-BUS、PC104等。 嵌入式微控制器: 例如8051、MCS-96/196 嵌入式DSP处理器:例如TI的TMS320C2000/C5000等 嵌入式片上系统: 例如C8051F系列单片机,第1章 计算机控制系统概述,1.2.4 嵌入式系统,第1章 计算机控制系统概述,PC/104是一种工业计算机总线标准,PC104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线。,(4)嵌入式片上系统: 例如C8051F系列单片机,(1)嵌入式微处理器: 例如PC104,(2)嵌入式微控制器: 例如8051,(3)嵌入式DSP处理器: 例如TI的TMS320C
6、2000/C5000等,1.2.5 现场总线控制系统(FCS ),1. 现场总线控制系统网络通信与管理的概念联系起来,是数字通信。现场总线控制系统是分布式控制系统DCS的换代产品。,特点: (1)数字化信息传递 (2)分散的系统结构 (3)方便的互操作性 (4)开放的互联网络 (5)传输媒介和拓朴结构,图1-7 现场总线控制系统结构,第1章 计算机控制系统概述,1.3 计算机控制系统的发展趋势,智能控制系统(ICS) 应用自动控制理论和智能控制技术来实现先进的计算机控制系统,将极大地推动科学技术的进步和提高工业自动化系统的水平 。集散控制系统(DCS) 以微型计算机为基础的分散型控制系统,采用
7、分散控制,集中管理的基本设计思想。以及分层、分级和合作自治的结构形式,适应现代的工业生产和管理要求计算机集成制造系统(CIMS) 在自动化技术、信息技术及制造技术基础上,通过计算机及其软件,将制造工厂全部生产环节有机地集成起来,实现多品种、中小批量生产的总体高效益、高柔性的智能控制系统。可编程序控制器(PLC) PLC几乎全都采用微处理器作为主控制器,而采用大规模集成电路作为存储器及I/O接口,因而使其可靠性、功能、价格、体积都达到了比较成熟和完美的境界,第1章 计算机控制系统概述,2.1 存储器及I/O接口的编址方式,第2章 计算机控制系统的接口技术,2.1.1 编址方法,线选法指将某一位地
8、址线连到扩展电路的片选端,作为该芯片的片选信号,通常是低电平有效。扩展RAM或I/O的地址确定法:连片选信号的地址线为低电平0,RAM 区或I/O口地址由CPU寻址确定,其他没用到的地址线为高电平1。线选法的优点是节省译码电路,连线简单,但扩展的存储器芯片地址不连续,地址空间没有充分利用,适宜于不太复杂的场合。,2.1.1 编址方法,第2章 计算机控制系统的接口技术,例2-1 用线选法扩展三片6264RAM的电路,写出各芯片的地址空间以及分析过程。,1.线选法,2.1.1 编址方法,(1)部分译码法 74LS139译码器 逻辑功能表,第2章 计算机控制系统的接口技术,2地址译码法:用低位地址线
9、做扩展电路的片内寻址线,对剩余的高位地址线经过译码器译码作为片选控制,称为地址译码法。根据选用的高位地址线(通常是扩展电路占用后余下的高位地址线)全部或几位经过译码作为片选控制,又分为部分译码和全译码。,2.1.1 编址方法,第2章 计算机控制系统的接口技术,例2-2 用部分译码法扩展三片6264RAM,写出各芯片的地址空间以及分析过程。,图23 部分译码法扩展三片6264RAM电路,第2章 计算机控制系统的接口技术,编址 方法,部分译码法,74LS138译码器,2.1.1 编址方法,1.全译码时存储器芯片地址连续,地址空间得到了 充分利用,没有地址重叠,部分译码有地址重叠问题。2.线选法用于
10、扩展多片程序存储器时,不能形成0000H为起始地址的程序存贮空间,因此对8051和8751的端必须接高电平,使用片内0000H0FFFH的地址空间,而对8031由于复位后从0000H 地址开始执行程序,并且中断入口地址都分布在该区域内,必须保留该空间,就需要选用全译码,不能使用线选译码,或者选用单片EPROM,使其脚接地,使其地址空间安排在程序存储器区即可。3.线选法还有地址重叠及空间不连续问题。,第2章 计算机控制系统的接口技术,编址方法小结,2.1.2 程序存储器的扩展,常用程序存储器芯片有:2716,2732,2764,27128,27256,27512等,另外还有电可擦除电可编程的EE
11、PROM,如2817A,2864A也可作为程序存储器。对于8031扩展多片外部程序存储器时,可用全译码法进行编址。一方面可形成0000H为起始地址的EPROM空间,保证程序执行和中断入口地址;另一方面地址连续,节约空间。通常情况下,使用单片程序存储器即可满足要求。,第2章 计算机控制系统的接口技术,2.1.3 数据存储器的扩展,MCS51系列单片机片内有128个字节的RAM区(8032、8052有256个字节),可用作工作寄存器区、堆栈区、数据缓冲区等,对于要求大容量RAM区的系统如数据采集系统,就要扩展数据存储器。常用的数据存储器芯片有:6116,6264,62256等。MCS51对外部数据
12、存储器的操作指令有四条: 1MOVX A,Ri ;(P2)(Ri)A i=0,1 读 2MOVX Ri,A ;(A)(P2)(Ri) i=0,1 写 3MOVX A,DPTR ;(DPTR)A 读 4MOVX DPTR,A ;(A)(DPTR) 写其中1-2条指令是以R0或R1作指针对外部数据存储器页面寻址,页号由当前P2口锁存器内容决定,这两条指令适宜于寻址容量较小的外部数据存储器。3-4指令是以16位的DPTR作指针的,可对64K字节的外部数据存储器寻址。,第2章 计算机控制系统的接口技术,2.2.2 8255A的操作方式,图2-8 8255A的方式控制字格式,图2-9 8255A的C口按
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