第一章微机接口技术与数字控制(概述)

微机接口技术与数字控制上海大学机电自动化学院微机接口技术与数字控制第一章：微机系统与工业控制概述第二章：单片机系统设计基础第三章：单片机系统应用程序设计（C51）第四章：单片机特殊部件与系统扩展技术第五章：通道配置与接口技术第六章：单片机应用系统设计第七章：ARM嵌入式系统概述第八章：ARM嵌入式系统应用技术第九章：过程与数字控制及驱动第十章：人机界面与组态软件微机接口技术与数字控制主要参考书：微机控制系统及其应用薛钧义武自芳主编西安交通大学出版社单片机原理与接口技术牛昱光主编电子工业出版社单片机应用系统设计（系统配置与接口技术）何立民编著北京航空航天大学出版社ARM9嵌入式系统设计——基于S3C2410与linux徐英慧等编著北京航空航天大学出版社第一章：微机系统与工业控制概述1.1自动控制系统的基本概念典型反馈控制系统结构第一章：微机系统与工业控制概述1.1自动控制系统的基本概念闭环系统的控制特性第一章：微机系统与工业控制概述1.1自动控制系统的基本概念衡量系统控制性能的指标max()%100%()CCC超调量上升时间tr调节时间ts振荡次数N稳（稳定性）、准（准确度）、快（快速性）第一章：微机系统与工业控制概述1.1自动控制系统的基本概念工业控制系统的控制任务大型的工业控制系统中不仅仅是生产过程的控制，而且还融入了生产的管理。控制系统的任务可分解为以下几个方面：1、开关量逻辑控制2、计数控制3、定时控制4、过程顺序控制5、位置控制第一章：微机系统与工业控制概述1.1自动控制系统的基本概念工业控制系统的控制任务6、步序控制7、各种物理量的采集与控制8、数据处理9、运行状态监视10、通讯与联网第一章：微机系统与工业控制概述1.2计算机控制系统的组成此框图是计算机控制系统的硬件，计算机控制系统应该还包括软件，其中包括系统软件和应用软件，应用软件可以用高级语言如VC、VB编制，目前比较方便的可以用组态软件开发，组态软件是一种图形化编程软件，国产的有KINGVIEW，国外的有wonderware公司的Intouch、Siemens公司的Wincc第一章：微机系统与工业控制概述1.3计算机控制系统的分类按信号传送的道路结构形式分类第一章：微机系统与工业控制概述1.3计算机控制系统的分类按信号传送的道路结构形式分类第一章：微机系统与工业控制概述1.3计算机控制系统的分类按信号传送的道路结构形式分类第一章：微机系统与工业控制概述1.3计算机控制系统的分类按计算机参与控制的方法、特点分类直接数字控制系统（DDCDirectDigitalControl）第一章：微机系统与工业控制概述1.3计算机控制系统的分类按计算机参与控制的方法、特点分类监督控制系统（SCCSupervisoryComputerControl)第一章：微机系统与工业控制概述1.3计算机控制系统的分类按计算机参与控制的方法、特点分类集散型控制系统DCS（DistributedControlSystem）主-从多机控制系统（Master-Slave）ManagementInformationSystem环形网络多机控制系统第一章：微机系统与工业控制概述1.3计算机控制系统的分类按计算机参与控制的方法、特点分类现场总线控制技术第一章：微机系统与工业控制概述在工业控制中，系统主控器可根据不同的控制对象有以下主控设备组成一个控制系统：1、MCU—微控制器控制系统(嵌入式计算机控制系统)2、PLC—可编程控制器控制系统3、IPC—工业控制计算机控制系统4、上下位机控制系统5、现场总线控制系统•1.3计算机控制系统的分类按参与控制的主控制器种类分第一章：微机系统与工业控制概述1.3计算机控制系统的分类按参与控制的主控制器种类分控制特点比较MUCPLCIPCPC+PLC现场总线系统单片机DSP主要应用对象单任务系统；测量仪器仪表复杂单任务系统；测量仪器仪表；实现复杂控制算法工业加工单机设备、过程控制、顺序控制工业加工单机设备、过程控制、顺序控制、数据管理多任务系统；多台设备集中控制；数据管理大型生产线控制；建立单机控制设备、智能终端网络、实现集中控制与综合管理适应性可靠性最好好开发周期长长短较长较长长开发成本最小大大较大较大最大第一章：微机系统与工业控制概述1.3计算机控制系统的分类按参与控制的主控制器种类分嵌入式计算机系统嵌入式计算机系统或简称嵌入式系统式指以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可剪裁，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。它主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用软件等部分组成。主流嵌入式微处理器是ARM系列CPU，包括Intel公司的StrongARM和XScale第一章：微机系统与工业控制概述1.4控制系统发展趋势控制系统通过各种接口及外围设备对生产过程进行监视与控制，其中可实现的功能有：1）微机系统可以实现复杂的控制规律（PID调节规律、多变量解耦控制、滞后偏差补偿等）。2）有效的克服随机扰动（根据在线检测数据，自动校正算法估计动态过程，自动调整控制信号，保证在随机扰动出现时仍能达到要求的控制效果）。3）灵活的重组编程适应新的控制要求（提高系统设备柔性化性能）第一章：微机系统与工业控制概述1.4控制系统发展趋势4）实现生产过程的防错、纠错、安全保护功能（防止操作失误、）5）实现控制与管理结合（采集生产现场数据，进行生产调度，合理调配设备运能，提高生产效率）。第一章：微机系统与工业控制概述1.4控制系统发展趋势1、控制功能模块化（对于各种物理量的控制、测量、执行器件驱动）；2、控制网络化（终端智能设备连接、远程编程、远程维护）；3、高可靠性和兼容性（冗余设计、双机备份、对于各种智能系统、可以兼容不同的厂家与品牌）4、编程语言高级化—从最初的机器代码（01）---汇编语言---PLC的梯形图、指令集、语句表---功能图、流程图----文字语言（VB、VC等高级语言）、图形语言（G代码数字控制系统）---语音（语音系统）第一章：微机系统与工业控制概述作业：单片机应用系统设计的技术报告要求：完成自拟的单片计算机应用系统设计和相关的实验验证工作单片机应用系统设计例子：《基于半导体温度传感器的数字温度计设计》第一章：微机系统与工业控制概述《基于半导体温度传感器的数字温度计设计》1.1设计任务1.2设计目的1.3设计要求1.4设计方案与技术分析1.4.1AD590温度传感器简介1.4.2测温电路设计1.4.3温度信号采集和温度值显示电路设计1.4.4单片机实现温度数据采集和显示程序设计1.5实验验证与结论1.5.1数字温度计硬件电路搭建和调试1.5.2数字温度计软件调试1.5.3实验结论第一章：微机系统与工业控制概述1.1设计任务利用温度传感器和单片机技术设计、制作一个显示室温的数字温度计。测量分辨率为0.5C°，误差为±1C°三位LED数码管显示1.2设计目的（1）进一步了解有关温度传感器的工作原理、加工工艺等相关的知识（2）综合运用已有的理论和技术，制定设计方案，确定温度传感器的型号等参数，掌握温度的检测方法。（3）掌握模拟信号获取、传输、处理及检测的一般方法。（4）学会应用温度传感器组建一个实际测量系统，提高设计者的应用能力（5）通过计算、分析、绘图，能运用标准、规范、手册并学会查阅有关资料，培养仪器仪表设计的基本技能，为毕业设计等奠定基础第一章：微机系统与工业控制概述1.3设计要求参考利用半导体温度传感器AD590和单片机应用技术设计、研制显示室温的数字温度计，设计内容包括：（1）详细了解所选用的温度传感器的工作原理和工作特性。（2）设计合理的信号调理电路（3）用单片机和AD数模转换器进行信号的采样处理，利用单片机的接口技术和LED的显示技术实现温度值的显示电路，单片机的指令系统开发相关的应用程序，并对程序作详细的分析和解释。用Protel画出硬件电路图。（4）列出制作该装置的元器件，搭建试验电路，并进行试验验证调试。（5）撰写详细的设计技术报告MCU—微控制器组成系统CPU(单片机系统或嵌入式系统)模拟量输入开关量输入多路AD转换器IO扩展接口模拟量DA输出存储器扩展系统电源通讯接口执行设备功率驱动状态显示PLC—可编程控制器组成的系统可编程控制器IO指令器件PLCCPU单元温度控制模块ON/OFF执行器件温度感测模拟量模块变频调速伺服控制模拟量感测器件运动控制模块IO模块操作界面IPC—工业控制计算机组成的系统操作键盘工业计算机PCI总线编码器、脉冲发生器I/O输入输出模拟量输入输出智能终端设备显示器各类功能扩展卡各类运动驱动单元上下位机控制系统上位PC机下位机PLC操作界面功能扩展模块显示器键盘模拟量感测器件ON/OFF执行器件各类运动驱动单元编码器、脉冲发生器通讯串口现场总线控制系统监控系统PC机PLC1号站PLCN号站PLC2号站外部设备外部设备外部设备可编程终端可编程终端可编程终端管理系统PC机开放式网络控制器智能终端Ethernet现场总线