计算机控制附第1章

1、第第1章章 微型计算机控制系统概述微型计算机控制系统概述 计算机控制技术计算机控制技术21.1 微型计算机控制系统的组成微型计算机控制系统的组成计算机控制技术计算机控制技术31.1 微型计算机控制系统的组成微型计算机控制系统的组成1、微机控制系统硬件结构、微机控制系统硬件结构 主机、主机、I/O接口、通用外部设备、检测元件及接口、通用外部设备、检测元件及执行机构（模拟信号和数字信号）、操作台。执行机构（模拟信号和数字信号）、操作台。计算机控制技术计算机控制技术41.1 微型计算机控制系统的组成微型计算机控制系统的组成2、微机控制系统软件、微机控制系统软件 （1）系统软件：操作系统、诊断系统、开

2、）系统软件：操作系统、诊断系统、开 发系统、信息处理。发系统、信息处理。 （2）应用软件：）应用软件：1）过程监视：巡回检测）过程监视：巡回检测 程序、数据处理程序、报程序、数据处理程序、报 警程序、警程序、 操作面板程序、操作面板程序、 数字滤波和标度变换程序、数字滤波和标度变换程序、 过程分析程序过程分析程序计算机控制技术计算机控制技术51.2 微型计算机控制系统分类微型计算机控制系统分类1、操作指导控制系统、操作指导控制系统 只具有输入采样通道，计算机采集过程参数、只具有输入采样通道，计算机采集过程参数、计算和输出结果，由人工对给定值或阀门等操计算和输出结果，由人工对给定值或阀门等操作作

3、; 适用于实验新的数学模型或调试新的控制程适用于实验新的数学模型或调试新的控制程序。序。 2、直接数字控制系统（、直接数字控制系统（DDC: Direct Digital Control） 具有输入采样通道具有输入采样通道/输出控制通道，计算机输出控制通道，计算机巡回检测，控制算法计算，输出控制执行机构；巡回检测，控制算法计算，输出控制执行机构； 给定值由人工给定。给定值由人工给定。计算机控制技术计算机控制技术61.2 微型计算机控制系统分类微型计算机控制系统分类操作操作人员人员计算机控制技术计算机控制技术71.2 微型计算机控制系统分类微型计算机控制系统分类计算机控制技术计算机控制技术81.

4、2 微型计算机控制系统分类微型计算机控制系统分类3、计算机监督控制系统（、计算机监督控制系统（SCC: Supervisory Computer Control） SCC计算机按照生产过程的数学模型，计计算机按照生产过程的数学模型，计算最佳给定值，使生产过程处于最优工作状态。算最佳给定值，使生产过程处于最优工作状态。 （1）SCC+模拟调节器：特别适用于老设模拟调节器：特别适用于老设备的技术改造；备的技术改造； （2）SCC+DDC：可调整控制规律，具有：可调整控制规律，具有双机控制功能，提高了可靠性。双机控制功能，提高了可靠性。计算机控制技术计算机控制技术91.2 微型计算机控制系统分类微型

5、计算机控制系统分类计算机控制技术计算机控制技术101.2 微型计算机控制系统分类微型计算机控制系统分类4、分布控制系统（、分布控制系统（DCS: Distributed Control System 用计算机对生产过程进行集中监视、操作、用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。管理和分散控制。 （1）分散过程控制级：由工作站点分别完成）分散过程控制级：由工作站点分别完成数据采集、顺序控制或某一被控制量的闭环控数据采集、顺序控制或某一被控制量的闭环控制制(故障分散故障分散)；分散过程控制级收集的数据供监；分散过程控制级收集的数据供监督控制级调用，接受监督控制级发送的信息督控制级调用

6、，接受监督控制级发送的信息。计算机控制技术计算机控制技术111.2 微型计算机控制系统分类微型计算机控制系统分类（2）计算机监督控制级：对生产过程的监视）计算机监督控制级：对生产过程的监视与操作，确定分散过程控制级最优给定量。与操作，确定分散过程控制级最优给定量。（3）生产管理级：根据监督控制级提供的信）生产管理级：根据监督控制级提供的信息和生产任务要求，编制系统工作情况表、息和生产任务要求，编制系统工作情况表、审核控制方案，选择数学模型，制定最优控审核控制方案，选择数学模型，制定最优控制策略，对下一级下达命令。制策略，对下一级下达命令。计算机控制技术计算机控制技术121.2 微型计算机控制系

7、统分类微型计算机控制系统分类计算机控制技术计算机控制技术131.2 微型计算机控制系统分类微型计算机控制系统分类5、计算机集成制造系统（、计算机集成制造系统（CIMS: Computer Integrated Manufacturing System） CIMS是在是在DCS系统之后发展起来的更高级的系统之后发展起来的更高级的控制系统，是对市场信息、生产规划、销售等进控制系统，是对市场信息、生产规划、销售等进行全面统一管理的综合技术，即行全面统一管理的综合技术，即管理加制造管理加制造，它，它包括计算机技术、自动控制技术、制造技术、信包括计算机技术、自动控制技术、制造技术、信息技术、管理技术、网

8、络技术、系统工程等学科。息技术、管理技术、网络技术、系统工程等学科。 CIMS的结构采用多任务分层体系结构，其基的结构采用多任务分层体系结构，其基本控制思想是采用本控制思想是采用递阶控制递阶控制。计算机控制技术计算机控制技术141.2 微型计算机控制系统分类微型计算机控制系统分类 CIMS组成体系组成体系计算机控制技术计算机控制技术151.2 微型计算机控制系统分类微型计算机控制系统分类6、现场总线控制系统（、现场总线控制系统（FCS: Fieldbus Control System） 现场总线控制系统的特点：现场总线控制系统的特点： （1）数字化的信息传送：信息交换全部使）数字化的信息传送：

9、信息交换全部使用数字信号；用数字信号； （2）分散的系统结构：智能节点；）分散的系统结构：智能节点； （3）方便的互操作性：产品的异构和兼容；）方便的互操作性：产品的异构和兼容； （4）开放的互联网络：共享网络资源；）开放的互联网络：共享网络资源；计算机控制技术计算机控制技术161.3 微型计算机控制系统发展概况及趋势微型计算机控制系统发展概况及趋势一、微型计算机的种类一、微型计算机的种类1、单片微型计算机（、单片微型计算机（Single Chip Microcomputer） 单片微型计算机，简称单片机。它是工业控制和智能化单片微型计算机，简称单片机。它是工业控制和智能化系统中应用最多的一种

10、模式。这种模式的最大特点是系统中应用最多的一种模式。这种模式的最大特点是设计者可根据自己的实际需要开发、设计一个单片机设计者可根据自己的实际需要开发、设计一个单片机系统，因而更加方便，更加灵活，并且成本低。其基系统，因而更加方便，更加灵活，并且成本低。其基本方法是在单片机的基础上扩展一些接口，如用于模本方法是在单片机的基础上扩展一些接口，如用于模拟拟/数字转换的数字转换的A/D、D/A转换接口，用于人机对话的转换接口，用于人机对话的键盘处理接口，键盘处理接口，LED和和LCD显示接口，用于输出控显示接口，用于输出控制的电机、步进电机接口等。然后再开发一些应用软制的电机、步进电机接口等。然后再开

11、发一些应用软件，即可组成完整的单片机系统。件，即可组成完整的单片机系统。计算机控制技术计算机控制技术171.3 微型计算机控制系统发展概况及趋势微型计算机控制系统发展概况及趋势 大家熟悉的由大家熟悉的由8088/8086组成的组成的IBM PC/XT微型计微型计算机，其最小模式的基本算机，其最小模式的基本配置主要由配置主要由8088/8086 CPU、时钟发生器、时钟发生器8284、地址锁存器及数据总线收地址锁存器及数据总线收发器组成，如图发器组成，如图1.10所示。所示。计算机控制技术计算机控制技术181.3 微型计算机控制系统发展概况及趋势微型计算机控制系统发展概况及趋势单片机则是把单片机

12、则是把CPU，ROM，RAM，I/O接口，接口，以及定时器以及定时器/计数计数器都集成在一个器都集成在一个芯片上。目前应芯片上。目前应用最多的用最多的MCS-51系列单片机的系列单片机的结构，如图结构，如图1.11所示。所示。计算机控制技术计算机控制技术191.3 微型计算机控制系统发展概况及趋势微型计算机控制系统发展概况及趋势2、数字信号处理器（、数字信号处理器（DSP：digital signal processor, DSP支持单时钟周期的支持单时钟周期的乘乘-加加运算运算 ）计算机控制技术计算机控制技术201.3 微型计算机控制系统发展概况及趋势微型计算机控制系统发展概况及趋势FB D

13、SP USB510 DSP仿真器仿真器： DSP的主要供应商有的主要供应商有TI，ADI，Motorola, Lucent和和Zilog等，其中等，其中TI占有最大的市场份额。占有最大的市场份额。 计算机控制技术计算机控制技术211.3 微型计算机控制系统发展概况及趋势微型计算机控制系统发展概况及趋势TI公司现在主推四大系列公司现在主推四大系列DSP 1）C5000系列（定点、低功耗）：系列（定点、低功耗）：C54X，C54XX，C55X 相比其它系列的主要特点是相比其它系列的主要特点是低耗低耗，所以最适合个人与便携式上网以及无线通信应用，所以最适合个人与便携式上网以及无线通信应用，如手机、如

14、手机、PDA、GPS等应用。处理速度在等应用。处理速度在80-400MIPS之间。之间。C55XX提供了提供了EMIF外部存储器扩外部存储器扩展接口，可直接使用展接口，可直接使用SDRAM，而，而C54XX则不能则不能直接使用。两个系列的数字直接使用。两个系列的数字IO都只有两条。都只有两条。MIPS(Million Instructions Per Second)：每秒处理的百：每秒处理的百万级的机器语言指令数。这是衡量万级的机器语言指令数。这是衡量CPU速度的一个指标。速度的一个指标。计算机控制技术计算机控制技术221.3 微型计算机控制系统发展概况及趋势微型计算机控制系统发展概况及趋势2

15、）C2000系列（定点、控制器）：系列（定点、控制器）：C20X，F20X，F24X，F24XX ，C28x该系列芯片该系列芯片具有大量外设资源，如：具有大量外设资源，如：A/D、定时器、定时器、各种串口（同步和异步），各种串口（同步和异步），WATCHDOG、CAN总线总线/PWM发生器、数字发生器、数字IO脚等。是脚等。是针对针对控制控制应用最佳化的应用最佳化的DSP，在，在TI所有的所有的DSP中，只有中，只有C2000有有FLASH，也只有该，也只有该系列有异步串口可以和系列有异步串口可以和PC的的UART相连。相连。计算机控制技术计算机控制技术231.3 微型计算机控制系统发展概况及

16、趋势微型计算机控制系统发展概况及趋势 3）C6000系列：系列：C62XX，C67XX，C64X该系列以高性能著称，最适合该系列以高性能著称，最适合宽带网络和宽带网络和数字影像数字影像应用。应用。32bit，其中：，其中：C62XX和和C64X是定点系列，是定点系列，C67XX是浮点系列。该是浮点系列。该系列提供系列提供EMIF扩展存储器接口。该系列只扩展存储器接口。该系列只提供提供BGA封装，只能制作多层封装，只能制作多层PCB。且功。且功耗较大。同为浮点系列的耗较大。同为浮点系列的C3X中的中的VC33现现在虽非主流产品，但也仍在广泛使用，但在虽非主流产品，但也仍在广泛使用，但其速度较低，

17、最高在其速度较低，最高在150MIPS。 计算机控制技术计算机控制技术241.3 微型计算机控制系统发展概况及趋势微型计算机控制系统发展概况及趋势DSP芯片具有如下一些主要特点：芯片具有如下一些主要特点：1在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法。在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法。2程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据。程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据。3片内具有快速片内具有快速RAM （随机存取存储器）（随机存取存储器） ，通常可通过，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问。独立的数据总线在两块中同时访问。4具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持。具有低开销或无开销

18、循环及跳转的硬件支持。5快速的中断处理和硬件快速的中断处理和硬件I/O支持。支持。6具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器。具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器。7可以并行执行多个操作。可以并行执行多个操作。8支持流水线操作，取指、译码和执行等可重叠执行。支持流水线操作，取指、译码和执行等可重叠执行。计算机控制技术计算机控制技术251.3 微型计算机控制系统发展概况及趋势微型计算机控制系统发展概况及趋势3、混合信号处理器、混合信号处理器(MSP, Mixed Signal Processor) MSP430系列单片机是美国系列单片机是美国TI公司公司1996年开始年开始推向市场的一种推向市场

19、的一种16位位超低功耗、具有精简指令集超低功耗、具有精简指令集的的的混合信号处理器。称之为混合信号处理器，是由的混合信号处理器。称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电模拟电路路、数字电路数字电路模块和模块和微处理器微处理器集成在一个芯片上，集成在一个芯片上，以提供以提供“单片单片”解决方案。解决方案。计算机控制技术计算机控制技术261.3 微型计算机控制系统发展概况及趋势微型计算机控制系统发展概况及趋势3、混合信号处理器、混合信号处理器(MSP, Mixed Signal Processor) MSP430系列单片机多应用于

20、需要电池供电的系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中。便携式仪器仪表中。计算机控制技术计算机控制技术271.3 微型计算机控制系统发展概况及趋势微型计算机控制系统发展概况及趋势 4、可编程逻辑控制器（、可编程逻辑控制器（PLC: Programmable Logical Control）PLC目前的主要品牌目前的主要品牌美国美国AB，ABB，松下，松下，西门子，汇川，三菱，欧姆龙，西门子，汇川，三菱，欧姆龙，台达，富士，施耐德，信捷等台达，富士，施耐德，信捷等西门子西门子s7 -200计算机控制技术计算机控制技术281.3 微型计算机控制系统发展概况及趋势微型计算机控制系统发展概况及

21、趋势PLC的功能的功能 （1）条件控制。）条件控制。 由于由于PLC具有很强的逻辑控制能力，所以具有很强的逻辑控制能力，所以用它可以代替继电器进行开关量控制。用它可以代替继电器进行开关量控制。 （2）定时控制。）定时控制。 PLC可提供几个定时可提供几个定时/计数器，并设置定时计数器，并设置定时指令，因此可根据用户的要求完成时间长短各异的延时控制。指令，因此可根据用户的要求完成时间长短各异的延时控制。 （3）计数控制。）计数控制。 PLC内部有几个计数器，且计数值可在运内部有几个计数器，且计数值可在运行中进行修改、读出，操作非常灵活方便。行中进行修改、读出，操作非常灵活方便。 （4）顺序控制。

22、）顺序控制。 由于由于PLC有很强的逻辑控制功能及定时功有很强的逻辑控制功能及定时功能，所以它可以根据生产过程，对多任务进行顺序控制。能，所以它可以根据生产过程，对多任务进行顺序控制。 （5）模）模/数（数（A/D）、数）、数/模（模（D/A）转换。）转换。 （6）数据处理。）数据处理。 （7）通信与联网。）通信与联网。计算机控制技术计算机控制技术291.3 微型计算机控制系统发展概况及趋势微型计算机控制系统发展概况及趋势 5、STD总线工业控制机总线工业控制机（1）小板结构模块化设计；（）小板结构模块化设计；（2）标准化及兼容性）标准化及兼容性；（3）面向）面向I/O设计；（设计；（4）高可

23、靠性。）高可靠性。板 号功 能 价 格STD-80318031 CPU板8031CPU， 64KB SRAM，64KB ROM两个RS232通信口，打印口，看门狗 1150.0 STD-7344位总线板位总线STD接口板，可单板直接使用或互联使用，与之相配的BITBUS板有PC-7344板 1300.0STD-78888088CPU 8088 CPU，128KB内存，512KB ROM，RS232口打印口，带DMA、中断接口 1600.0STD-8811V40主板STD-PC系统，V40 CPU，640 KB内存，256KB ROM固化DOS3.3，RS232通信口，打印口，中断接口 2200

24、.0STD-8806V20主板 单板ALL_IN_ONE STD-XT系统，V20 CPU，12M主频，640KB内存，固化DOS3.3，RS232通信口，打印口，软盘接口，键盘口，报警口，中断口2800.0STD-386 CPU主板单板ALL_IN_ONE 386SX CPU系统主板，2M内存，双RS232通信口，FDC软盘口，IDE硬盘口，打印口，键盘口，中断口，有看门狗和电源监示电路 2900.0STD-486CPU主板单板ALL_IN_ONE 486SLC CPU系统主板，2M内存，双RS232通信口，FDC软盘口，IDE硬盘口，打印口，键盘口，中断口，有看门狗和电源监示电路 3800

25、.0计算机控制技术计算机控制技术30STD总线工业控制机总线工业控制机系统组成原理图系统组成原理图计算机控制技术计算机控制技术311.3 微型计算机控制系统发展概况及趋势微型计算机控制系统发展概况及趋势6、工业、工业PC机机 在原来的在原来的PC机基础上改进，使其在系统结构机基础上改进，使其在系统结构和功能模块的划分上更适合工业过程控制的需要。和功能模块的划分上更适合工业过程控制的需要。 继承继承PC机丰富的软件资源，便于开发；结构机丰富的软件资源，便于开发；结构上采用上采用STD总线工业控制机的优点，实现模块化。总线工业控制机的优点，实现模块化。计算机控制技术计算机控制技术321.3 微型计算机控制系统发展概况及趋势微型计算机控制系统发展概况及趋势二、微型计算机控制系统的发展趋势二、微型计算机控制系统的发展趋势 1、推广成熟的先进技术、推广成熟的先进技术 （1）PLC向集成化方向发展：向集成