微型计算机控制系统的设计方法与步骤
微机原理及接口技术实验
微机原理及接口技术实验一、实验目的本实验旨在通过学习微机原理和接口技术，了解和掌握微机系统的基本原理和接口技术的应用，培养学生对微机系统的认识和实践操作能力。
二、实验内容1. 微型计算机系统设计与搭建2. 微机输入输出接口技术应用实验3. 微机总线技术应用实验4. 微机存储器技术应用实验5. 微型计算机中断和DMA技术应用实验三、实验原理1. 微型计算机系统设计与搭建微型计算机主要由中央处理器、存储器、输入输出设备和总线组成。
本实验通过选择适当的芯片、电路连接和控制程序设计，实现一个基本的微型计算机系统。
2. 微机输入输出接口技术应用实验输入输出是微型计算机的重要组成部分，通过实验学习各种输入输出接口的原理和使用方法，并进行实际应用。
3. 微机总线技术应用实验总线是微型计算机各个部件之间传送数据和控制信息的公共通信路径。
通过实验学习总线的分类、结构和时序要求，掌握总线的实际应用。
4. 微机存储器技术应用实验存储器是微型计算机中存储数据和程序的重要设备。
通过实验学习不同类型存储器的原理和应用，掌握存储器的选择和使用。
5. 微型计算机中断和DMA技术应用实验中断和直接存储器访问（DMA）是微型计算机连接外部设备的重要技术。
通过实验学习中断和DMA的工作原理，掌握中断和DMA的应用方法。
四、实验步骤1. 根据实验要求，设计并搭建微型计算机系统；2. 连接输入输出设备，并编写控制程序；3. 进行输入输出接口技术应用实验，如串行通信、并行通信等；4. 进行总线技术应用实验，如总线传输数据测试等；5. 进行存储器技术应用实验，如读写存储器数据等；6. 进行中断和DMA技术应用实验，如中断服务程序编写等；7. 完成相关实验报告并进行总结。
五、实验设备和材料1. 微型计算机实验箱、电源适配器；2. 8051单片机、存储器芯片、输入输出芯片，如74HC164等；3. LED数码管、LCD液晶显示器、键盘、计算器等输入输出设备；4. 可编程芯片编程器、逻辑分析仪等实验设备。
微型计算机控制技术课后习题答案
第一章计算机控制系统概述习题及参考答案1.计算机控制系统的控制过程是怎样的?计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。
(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。
(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。
(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。
(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。
3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？由四部分组成。
图1.1微机控制系统组成框图(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。
主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。
(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。
过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。
过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。
过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。
【DOC】第3章机电一体化技术与系统中微型计算机控制系统及接
第3章：机电一体化技术与系统中微型计算机控制系统及接口设计 3.1 控制系统的一般设计思路3.1.1专用与通用、硬件与软件的权衡与抉择1. 专用与通用的抉择 专用控制系统：适合于大批量生产的而且较成熟的机电一体化产品。
通用控制系统：适合还在不断改进，结构还不十分稳定的产品。
2. 硬件与软件的权衡根据经济性和可靠性的标准权衡决定。
例：分立元件组成硬件------软件 利用LSI 芯片组成电路-----软件3.1.2 控制系统的一般设计思路 设计步骤为：确定系统整体控制方案；确定控制算法；选用微型计算机；系统总体设计；软件设计等。
1、确定系统整体控制方案（1）应了解被控对象的控制要求，构思控制系统的整体方案。
（2）考虑执行元件采用何种方式。
（3）要考虑是否有特殊控制要求。
（4）考虑微机在整个控制系统中的作用，是设定计算、直接控制还是数据处理，微机应承担哪些任务，为完成这些任务，微机应具备哪些功能，需要哪些输入/输出通道、配备哪些外围设备。
（5）应初步估算其成本。
2、确定控制算法建立该系统的数学模型，确定其控制算法。
数学模型：就是系统动态特性的数学表达式。
它反映了系统输入、内部状态和输出之间的数量和逻辑关系。
控制算法：所谓计算机控制，就是按照规定的控制算法进行控制，因此，控制算法的正确与否直接影响控制系统的品质，甚至决定整个系统的成败。
例如：机床控制中常使用的逐点比较法的控制算法和数字积分法的控制算法；直线算法：a a xy yx F -= 或K x y T T ee Y X==∆∆ 圆弧算法：222R Y X F i i i -+= 或yxT T Y X =∆∆ 直接数字控制系统中常用的PID 调节的控制算法；位置数字伺服系统中常用的实现最少拍控制的控制算法；另外，还有各种最优控制的控制算法、随机控制和自适应控制的控制算法。
3、选择微型计算机 （1）较完善的中断系统 （2）足够的存储容量（3）完备的输入／输出通道和实时时钟（4）特殊要求：字长、速度、指令4、系统总体设计设计中主要考虑硬件与软件功能的分配与协调、接口设计、通道设计、操作控制台设计、可靠性设计等问题。
微控制器系统的设计与开发
微控制器系统的设计与开发第一章：微控制器系统的基础知识1.1 微控制器的概念和分类微控制器是一种集成了微处理器、存储器、输入/输出接口和时钟系统等功能的单芯片微型计算机系统，常用于嵌入式系统中。
根据微控制器的不同特点和应用领域，可将其分类为通用微控制器和专用微控制器。
1.2 微控制器的基本构成微控制器由CPU、存储器、输入/输出接口以及时钟系统等部分组成，其中CPU是微控制器的中央处理单元，负责指令的执行和数据的运算；存储器用于存储程序代码和数据；输入/输出接口用于与外部设备进行通讯；时钟系统用于提供时钟信号和计时。
1.3 微控制器的工作原理微控制器将存储器中的程序代码和数据导入CPU中进行处理，然后将结果通过输入/输出接口传输给外部设备。
时钟系统负责提供CPU工作时的基本时钟信号，并控制各种定时器、计数器等运行。
第二章：微控制器系统的软件开发2.1 程序设计环境微控制器的程序设计环境包括开发系统、编译器、调试器等工具。
常用的开发系统有Keil、IAR等，编译器为CCS、AVR Studio等，调试器为JTAG、ICE等。
2.2 程序设计流程微控制器程序设计流程包括需求分析、程序编写、调试测试和部署上线等过程，其中需求分析是整个程序设计的重要环节，其目的是确定程序的功能、接口、输入输出及其限制等。
2.3 程序设计语言微控制器程序设计语言具有低级别、高效性、硬件控制能力强等特点。
常用的程序设计语言有C、C++、Assembly等，其中C 语言应用最广泛。
第三章：微控制器系统的硬件设计3.1 硬件设计基础微控制器系统硬件设计基础包括电路原理、逻辑设计、数字电路和模拟电路等方面。
电路设计过程中要注意控制信号的处理、电源滤波和抗干扰等问题。
3.2 微控制器系统的板级设计微控制器板级设计是指针对单片机芯片进行硬件电路设计的过程，包括原理图设计、PCB布局和焊接等环节。
关键技术包括模块化设计、可开发性设计、器件选择和布线规划等。
微型计算机控制系统的设计方法与步骤
否
否
本次越限标志送
5FH
清零 5EH 单元
上限处理
6-6 T0
图 中 断 服 务 程 序 流 程 图
返回本节
THANK YOU VERY MUCH ！
❖本章到此结束， ❖谢谢您的光临！
结束放映
返回本章首页
.
.. .
键盘与显示
过零信号发生器
MC 14528
LM311
~220V
..
.
.
74LS00TI光 耦L117驱 动 器
加热丝
.
变送器
热电偶
图6-2 电阻炉炉温控制系统原理图
1. 检测元件及变送器
检测元件选用镍铬-镍铝热电偶，分度号为 EU，适用于0℃~1000℃的温度测量范围，相应 输出电压为0mV~41.32mV。
返回本节
6.3.3 控制系统程序设计
开始
6-5
1.
设定堆栈指针
开始
主
清标志和暂存单元
图
程 序
T 1 中断程序
清显示缓冲区
主 程
清标志D5H
序
T 0 初始化
流
开CPU中断
程
停止输出
图
扫描键盘 返回
温度显示
T 1 中断服务程序
2. T0中断服务程
T0中断服务程序是此系统的主体程序，用 于启动A/D转换、读入采样数据、数字滤波、 越限温度报警和越限处理、大林算法计算和输 出可控硅的同步触发脉冲等。在T0中断服务程 序中，要用到一系列子程序。如：采样子程序、 数字滤波子程序、越限处理程序、大林算法程 序、标度变换程序和温度显示程序等。T0中断 服务程序流程图如图6-6所示。
基于微控制器的智能控制系统设计与实现
基于微控制器的智能控制系统设计与实现第一章：绪论随着科技的不断发展，现代工业生产中智能化控制系统成为了不可或缺的一部分。
利用微控制器，设计并实现基于智能控制系统，已成为现代制造业加强自动化、提高生产效率、降低人力成本的有效途径。
本文将介绍基于微控制器的智能控制系统设计与实现。
首先阐述智能控制系统的概念、特点和功能，其次介绍涉及到的技术原理，然后详细介绍系统的硬件设计和软件设计，并通过实验验证其可行性和优势。
第二章：智能控制系统概述智能控制系统是指能够对所控制的对象进行感知、判断、决策和控制的一类控制系统。
相较于传统控制系统，智能控制系统能对环境有更强的适应性，具有更高的精度、效率和安全性。
智能控制系统具有以下特点：（1）多传感器融合：智能控制系统采用多传感器融合，综合运用多种传感器对所控对象的各种物理量进行感知，实现系统的多维度掌握。
（2）自主决策：智能控制系统采用专家系统或模糊控制算法，利用所获得的传感器信息自主决策，实现适应性强和优化控制。
（3）可编程控制：智能控制系统可以对所控制的对象进行自由变换的编程控制，适应不同的场景和需求。
智能控制系统的功能不仅限于自动化控制，还可以实现视觉检测、故障诊断、智能化决策等多种应用。
第三章：技术原理基于微控制器的智能控制系统的核心技术是单片机技术、模糊控制技术和通信技术。
（1）单片机技术：单片机是指将计算机中的中央处理器、存储器等集成于一片芯片中的微型计算机系统。
单片机通常具有体积小、功耗低、成本低、可编程性强等特点，可以满足智能控制系统的要求。
（2）模糊控制技术：模糊控制是指不同于传统控制方法的一种控制策略。
其所使用的逻辑关系不是严格的真假二值，而是模糊的概率范围。
模糊控制能有效地处理多变量、非线性的控制问题，在控制精度、适应性等方面有显著优势。
（3）通信技术：智能控制系统的实时性和可控性成为了当今种许多应用领域的重要指标。
通信技术的发展，既丰富了智能控制系统的应用场景，但也对承载通信的硬件、协议、安全保障等方面提出了更高的要求。
《计算机控制技术》课程教学大纲
计算机控制技术课程教学大纲Techno1ogyofMicrocomputercontro1学时数：40其中：实验学时：0课外学时：0学分数：2.5适用专业：电气工程与自动化专业或其它相关专业一、课程的性质、目的和任务本课程是自动化类各专业的“主干专业课程”，属工程技术类课程。
通过本课程的学习，使学生了解和掌握以微型机为核心组成的控制系统的硬件、软件基础知识，以及基本的应用技术。
并具备独立设计计算机控制系统的能力，为今后从事工业自动化方面的工作打下一个基础。
二、课程教学的基本要求（一）熟练掌握计算机控制系统的组成与接口技术；（二）掌握和理解计算机控制系统的常用控制算法；（H）熟练掌握计算机控制系统的设计方法和实现过程；（四）了解计算机控制技术的发展趋势及前沿课题。
三、课程的教学内容、重点和难点第一章微型计算机控制系统概述（4学时）基本内容：计算机控制系统的概念、组成，计算机控制系统的分类以及发展。
基本要求：1、熟悉微机控制系统的组成（硬件结构和软件组成）。
2、了解微机控制技术的发展趋势。
重点：计算机控制系统的发展概况。
难点：计算机控制系统的分类。
第二章计算机控制系统的过程通道接口技术（6学时）基本内容：数字量输入、输出通道的设计，模拟量输入通道的设计，模拟量输出通道的设计。
基本要求：1、掌握模拟量输入、输出通道的设计。
2、掌握数字量输入、输出通道的设计。
3、了解过程通道的结构形式。
能够根据控制系统要求选择输入输出通道中所用到的各种器件，掌握工作原理和使用方法。
能正确地绘制出系统的硬件电路原理图。
重点：采样/保持器、D/A转换器、A/D转换器接口设计难点：采样定理与数据采集第三章人机交互接口技术（4学时）基本内容：人机交互输入接口技术，人机交互输出接口技术。
基本要求：1、掌握常用键盘和常用1ED显示器的工作原理及接口设计方法。
2、能够根据控制系统要求正确的设计出键盘和显示器的接口电路，以及接口程序设计。
微型计算机控制技术
微型计算机控制技术微型计算机控制技术是指利用微型计算机来实现对各种设备、系统或过程进行控制的技术。
随着计算机技术的不断发展和微型计算机体积的减小，微型计算机控制技术得到了广泛的应用，已经成为现代工业自动化控制的重要手段之一微型计算机控制技术主要包括硬件设计与软件开发两个方面。
硬件设计方面，需要根据被控对象的特点和实际需求设计控制回路，采集传感器信号，处理输入输出信号，控制执行机构等。
而软件开发方面，则需要编写相应的程序，实现对被控对象的监控、控制和数据处理等功能。
在微型计算机控制技术中，最关键的是硬件设计。
硬件设计主要包括微型计算机系统设计、输入输出接口设计、传感器与执行机构的控制电路设计等。
微型计算机系统设计是整个控制系统的核心，通常由中央处理器(CPU)、存储器(RAM和ROM)、总线、时钟等组成。
输入输出接口设计是实现与外部设备进行数据交换的关键，常用的接口有并行口、串行口、模拟量输入输出接口、数字量输入输出接口等。
传感器与执行机构的控制电路设计则需要根据具体的被控对象选择合适的传感器和执行机构，并设计相应的控制电路，将物理量转化为电信号，并通过合适的方式与微型计算机进行连接。
在软件开发方面，微型计算机控制技术通常使用高级编程语言进行程序开发，如C语言、C++语言、Python等。
软件开发涉及到系统的功能需求分析、程序结构设计、代码编写和调试等工作。
其中，功能需求分析是根据实际应用需求，确定系统的具体功能和功能流程。
程序结构设计是根据功能需求分析的结果，设计出程序的模块结构和相互之间的关系。
代码编写是将设计好的程序结构根据具体语言的语法规则编写出来，并进行相应的调试和优化，确保程序功能的正确性和高效性。
微型计算机控制技术在工业自动化控制中有着广泛的应用。
它可以实现对生产线的自动化控制，提高生产效率和质量。
例如，在自动化生产线中，通过微型计算机控制技术可以监控并调整生产过程中的温度、湿度、压力等参数，实现对产品质量的控制。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1. 设计的基本要求 （1）系统操作性能要好 （2）通用性好、便于扩充 （3）可靠性要高
①采用双机系统。 ②采用集散控制系统。
返回本章首页
2. 设计特点
在进行微机控制系统设计时，系统设计人 员必须把系统要执行的任务和应具备的功能合 理地分配给硬件和软件来实现，做到合理权衡 硬件、软件的配置，并尽量节省机器时间和内 存空间。硬件设计主要采用大规模集成电路。
3. 温度控制电路如图
双向可控硅和加热丝串接在交流回路，因 此可控硅导通时间决定加热丝的 加热功率。图 6-3给出了可控硅在给定周期T内具有不同导通 时间的情况。过零信号是正弦交流电压过零时 刻的同步脉冲，可使可控硅在交流电压正弦波 过零后触发导通。过零同步脉冲由过零触发电 路产生，如图6-4所示。
1Cz-1(1-C)z-N-1
式 中 ： A=
1 e-T/ KP (1 e-T/1 )
B=Ae -T/
e C= -T/1
因为，D(z)=R(z)/E(z)，得：
[ 1 C -1 (z 1 C ) z -- 1 N ] R ( ( A z B -) 1 ) E z(z
y(n)=A×e(n)-B×e(n-1)+C×y(n-1)+(1C)×y(n-N-1) 式中： y(n)——n时刻的输出值； e(n)——n时刻的偏差值； e(n-1)——n-1时刻的偏差值； y(n-N-1)——n-N-1时刻的输出值。 由系统的飞升特性曲线确定出τ和τ1后，系 数A、B、C则可分别求出。
变送器由毫伏变送器和电流/电压变送器组成： 毫伏变送器用于把热电偶输出的0~41.32mV变换 成0~10mA范围内的电流；电流/电压变送器用于 把毫伏变送器输出的0~10mA电流变换成0~5V范 围内的电压。
表6-1 温度-数字量对照表
2. 接口电路
8031 的 接 口 电 路 有 ADC0809 、 8155 和 2732等。本系统采用ADC0809型A/D转换器， 该 芯 片 为 8 位 逐 次 逼 近 型 A/D 转 换 器 。 ADC0809 为 温 度 测 量 电 路 的 输 入 接 口 ； 8155 用 于 键 盘 和 显 示 接 口 ； 2732 作 为 8031 外部程序(ROM)存储器。
5. 硬件和软件的具体设计
（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 手元件的选购和开始施工设计工作。 （2）软件设计：①实时性。 ②针对性。 ③灵活性和通用性。 ④可靠性如图6-1所示。
6. 系统联调
系统联调是要把已调好的各程序功能 块按照总体设计要求连成一个完整的程序。 程序调试完成后，还要进行在线仿真，然 后进行试运行。经过一段考机和试运行后， 即可投入正式运行。
PSEN T0
T1
P1.3
EA
WR
RD P3.3
.
... .
6.3.1 硬件电路
CE 1/2
74LS 373
A0 A1 A2
2732
A7~ 0 OC D7~ 0
..
.
.
ALE CE IO/M
8155
WR RD A7~ 0
CLK D7~ 0 OE ALE START C IN0 B ACD A 0809 EOC
3. 选择微型计算机和外围设备
（1）较完善的中断系统 （2）足够的存储容量 （3）完备的输入输出通道和实时时钟 （4）字长 （5）速度 （6）指令种类和数量 （7）寻址范围和寻址方式 （8）内部存储器的种类和数量
4. 系统总体设计
（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）操作台的控制
u 12.5% t
u 25% t
u 50% t
u 100% t
图6-3 输出功率与通断时间的关系
. ..
. ..... ...
+5V +5V
+12V
..
A
LM 311
.
MC 1 14528
Q1 Q2
74LS0Байду номын сангаасTIL117 P1.3
...
加热器
~220V
.
..
+5V
图6-4 过零触发电路
返回本节
6.3.2 数字控制器的数学模型
闭环调节系统可近似看成一阶惯性环节加一 个延迟环节。因此，根据第4章第5节的推导， 可以得出：
(1e-T 1z-/)11(e-T )/ D (z)
K P(1e-T1)/1[-e-Tz/-1(-1 e-T)z /-N -1]
经 化 简 后 得 到 ：D(z)
A-B-z1
返回本节
6.2 微机控制系统的设计方法 及步骤
1. 确定系统整体控制方案
第一：要从系统构成上考虑，是采用开环控 制还是闭环控制。 第二：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。 第三：考虑是否有特殊控制要求。
返回本章首页
2. 确定控制算法
（1）确定算法能否满足控制速度、精度和系 统稳定性的要求。 （2）确定某些情况下要进行修改与补充。 （3）确定为设计、调试方便，可将控制算法 作合理的简化，逐步将控制算法完善，直到获 得最好的控制效果。
6-1
图 控 制 系 统 设 计 步 骤 流 程 图
返回本节
6.3 微机控制系统设计举 例
❖ 6.3.1 硬件电路 ❖ 6.3.2 数字控制器的数学模型 ❖ 6.3.3 控制系统程序设计
返回本章首页
..
8031
P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 ALE
P0
红
P1.2
绿 红
P1.1 P1.0
.
.. .
键盘与显示
过零信号发生器
MC 14528
LM311
~220V
..
.
.
74LS00TI光 耦L117驱 动 器
加热丝
.
变送器
热电偶
图6-2 电阻炉炉温控制系统原理图
1. 检测元件及变送器
检测元件选用镍铬-镍铝热电偶，分度号为 EU，适用于0℃~1000℃的温度测量范围，相应 输出电压为0mV~41.32mV。
开始 控制对象的功能和工作过程分析
估算及分配I/O口,存储器 容量及外围设备
画系统工艺流程图 硬件设计
软件设计
I/O口的具体分配
画系统程序框图
系统部件的详细设计
部件芯片老化 筛选和测试
布线及安装
调试硬件 是
硬件错否? 否
系统试运行
否 完成否? 是 结束设计
编制源程序
汇编
形成目标程序 调试和仿真 否 完成否? 是 写入EPROM