微型计算机原理及应用第三版电子教案第14章

下面几节将介绍几个具体的例子，以使初学者有一个 较完整的计算机应用概貌。但是系统的存在是有其实际需要而存在 的，有时不一定可以列入任何一类中去。
14.2 典型微型计算机控制系统的组成
以微型计算机为核心组成的控制系统，如图14.1 所示。图中间是微处理器 (CPU)，以及组成内 存的 ROM和RAM，这是微型计算机的主要内 部设备。左边为计算机的外部设备，其中包括 打印机(PR)、显示屏(CRT)、键盘(KB)以及外 存储磁带(CS)或软盘硬盘。它们各自都得通过 相应的接口才能与计算机的内部总线相连。右 边被控制的对象，总称为用户。它们只有4种 形式。
2. 数据处理型
这是指输入数据量比较多(数十，数百，甚至成千上万的 数据)，而且需要经过一定规律进行分类、排列(列表)、 折算(如线性化)、换算(如求均值、方差等)，然后送入 有关的数学模型进行繁杂运算的计算机系统。这种类 型为了取得人机对话的方便，必须设有电视屏显示器 (或称阴极射线管 CRT)和完整的键盘输入器(要有数字 键及文字键)。为了便于多处使用而常可增设若干个带 有电传打字机的终端机。
总而言之，“使用”是对计算机本身的硬件毫无增减，在 软件上也是只在对计算机配备好的软件略加增减。“应 用”则既可以是对计算机的硬件作相当大的增加(如检测 通道、执行通道及相应的接口)或者是在原有软件(操作 系统，监控程序)的支持下设计出完全满足用户需要的 应用软件。这就是，“应用”必须是有硬件和/或软件的 增减，以满足用户的需要。
系统中的应用由于大规模集成电路的飞速发展，计算 机的微型化很快，其性能价格比也大为提高，因而 微型计算机的应用越来越广泛。计算机在各个领域 中的应用，已有大量的报道，从中可知计算机的应 用已取得显著的经济效益和社会效益。微型计算机 不但在工农业生产方面的应用，在科研设备中也有 很普遍的应用，而且在办公自动化及家庭生活中也 已逐渐得到推广和应用。
执行机构如果是开关式的，则计算机只要输出开关量 (如继电器)即可。如执行机构是连续式的，则计算 (D/A convertor)才能产生连 续控制量(如电压或电流量)。
这里要指出的是：A/D和D/A转换器是计算机控制系 统的必备的重要器件。其他的“手脚”和“耳目”之类 的器件都是一般控制检测装置上通用的，只要作适 当的选配，即可以使用于计算机控制系统。
图14.1是把各种输入/输出的可能性都集中在一起，因 而看起来比较复杂。这种情况是会产生的，但不会 是经常遇得到的。常见的倒是这样：右边只有一个 模拟量输入和一个开关量输出，左边则有一个键盘 (作为程序及数据输入)，一个显示器(监视过程)以 及一个打印机(用以收集数据和控制的结果)。以一 个单板计算机为例，左边这几种外部设备都可以装 到和计算机内部设备在一起的一块板上。图14.2就 是这样一个简单系统的示意图。
第14章 微型计算机在自动控制系统中的应用
14.1 微型计算机应用的意义 14.2 典型微型计算机控制系统的组成 14.3 微型计算机在开环控制系统中的应用 14.4 以微型计算机为基础的闭环控制系统 14.5 微型计算机在多对象检测及控制系统中的应用 14.6 微型计算机在多变量寻优系统中的应用431 14.7 微型计算机在过程控制系统中的应用 14.8 单片机在称重装置中的应用 习题
微型计算机的应用一般可分成3种类型：
1. 检测控制型
这种类型用于对控制对象作某些判断然后再去控制其 执行机构。它不需要作复杂的数学模型的计算工作， 但它必须有检测控制对象的某些现象的传感器件， 并且还得将由此而得到的模拟量(连续的电压或电 流量)转变成数字量(变为量化的脉冲量)。这就
(A/D convertor)。作为一 个计算机控制系统，如果把计算机比作人的“头 脑”(电脑)的话，则传感器就相当于“耳目”，执行机 构则为行动的“手脚”。而A/D转换器是起到使“耳目” 和“头脑”之间的匹配作用，或者说，起到将现象翻 译成数字的作用，以适应计算机的工作特点。
图14.1
(1) 模拟量： 如电流、电压，它们来自某些量测装置的 传感器，模拟量就是连续的量。
(2) 数字量： 如数字式电压表或某些传感器所产生的数 字量。
(3) 开关量： 如行程开关或限位接点接通时产生的突变 电压。
(4) 脉冲量： 如脉冲发生器产生的脉冲系列(一般为电 压脉冲)。
图14.1右边的8路通道中，上面4路是输入通道，下面4 路是输出通道。输入通道配有4种传感器，就是模拟 量传感器、数字量传感器、开关量传感器和脉冲量 传感器。输出通道则可以产生相应的控制量：模拟 量输出、数字量输出、开关量输出和脉冲量输出。
本章将就微型计算机在自动控制系统中的应用方面举 些实例，说明微型计算机在整个系统中处于什么位 置，起到什么作用，能在多大程度上代替人的脑力 和体力劳动，使生产过程自动化的程度和产品质量 得到什么样的改善或提高。
14.1 微型计算机应用的意义
这里所说的“应用” (application) 将区别于“使用”(use) 这 样的术语。所谓计算机的“使用”指的是在计算机本身 带有的软硬件的支持下，按照说明书进行操作，以计 算某些题目。而“应用”的含义将更为广泛，它除具有 上述的“使用”的意义之外，还可以在用户选配的外围 设备或器件 (硬件)的支持下对机器、仪表、装置以及 整个过程进行检测控制。在用户自编应用程序的支持 下，一方面既可以利用计算机来积累资料，总结经验 以达到“自学”实践中的规律，从而作为改进今后控制 方法的依据。另一方面，更可利用计算机进行实时控 制，随时总结经验，随时“指导”下一步的控制规律。
这类系统，多为键盘输入数据，而在显示器上显示结果， 这就是所谓离线处理。如果数据直接由各个数据输入 端随时输入，然后机器连续运算，并随时或定时给出 计算结果，则称为在线处理。当然后者在系统形成上 要比前者复杂得多。
3. 混合型
即以上二者的复合型式。一方面既有很多数据输入， 并进行相应的处理，另一方面又要根据处理的结果 去控制相应的装置，以达到整个系统的预期目的。