控制及信号处理部分教学PPT(1).ppt

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1、一、计算机技术概述 计算机系统构成、计算机控制系统的常用类型及性能比较二、单片机控制系统 单片机控制系统概述、单片机控制系统设计步骤、单片机开发系统三、可编程序控制器 可编程序控制器概述、基本结构与工作原理、PLC控制系统的设计步骤,2.4 控制及信号处理部分,图2.4-1 计算机控制系统的基本框图,2.4.1计算机技术概述,1.计算机系统构成,图2.4-2 计算机控制系统的组成,图2.4-3 典型计算机控制系统的组成框图,软件主要是指支持系统运行并对系统进行管理和控制的程序系统。,系统软件 实时软件 系统软件 应用软件 开发软件,2.4.1.1.计算机系统构成,4.4.2 Displays,

2、计算机控制系统的特点主要体现在以下4个方面：1）具有完善的输入输出通道。2）具有实时控制功能。3）可靠性高。4）具有丰富、完善的软件系统。,2.4.1.2 计算机控制系统的特点,2.4.1.3.三种常用工业控制计算机的性能比较,2.4.2 单片机控制系统单片机控制系统概述单片机控制系统设计开发步骤单片机开发系统,“以机为主，以电为用，机电有机结合”,背景介绍 将CPU和计算机外围功能单元集成在一块芯片上,形成芯片级的计算机,国外早期称之为单片微型计算机,我国译为单片机。但准确反映单片机本质的应是微控制器(microcontroller),目前国外已普遍采用,其缩写为MCU(microcontr

3、ollerunit),以与MPU(microprocessorunit)相对应。目前也有人根据其设计和结构特点将之称为嵌入式微处理器(embededmicroprocessor)或嵌入式微控制器(embededmicrocontroller),但国内仍比较普遍地沿用单片机一词。,2.4.2.1 单片机控制系统概述,定义：在一块芯片上，集成了中央处理器、存储器、及各种I/O接口等，即称为单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer），简称单片机。由于它主要是针对工业控制以及与控制有关的数据处理而设计，因而又称为微控制器（Micro-Controller）。,2.4.2.1

4、单片机控制系统概述,单片机控制系统的特点在系统结构上采用哈佛型极强的布尔处理能力具有较齐全的输入/输出接口及实时中断功能配有实时控制的特殊电路,2.4.2.1 单片机控制系统概述,(1)对课题进行全面的分析，明确要控制的对象、控制参数，确定控制算法，制定总体方案。(2)设计并实施以开发系统为核心的硬件系统；（开发系统配置外围电路对实际系统进行模拟）。(3)在开发系统为核心的硬件平台上进行软件设计、调试。(4)将调试好的程序在开发系统上固化到EPROM中。(5)根据调试好的以开发系统为核心器件的硬件系统来设计一个专用硬件系统。(6)在把固化好的程序插入专用硬件系统，投入使用。,2.4.2.2 单

5、片机系统设计过程,是由专用计算机、相应的仿真器和软件包组成，用来对单片机进行调试的工具。它可以对单片机组成的系统进行程序调试、硬件检查和仿真试验。单片机系统的开发和调试无法依靠示波器和万用表等常规仪表的传统调试手段，必须依靠开发系统。,2.4.2.3 单片机开发系统,单片机开发系统的调试步骤(1)硬件检查(2)程序的语法检查(3)静态调试(4)仿真试验(5)程序的固化,汇编语言的指令格式“标号：操作码助记符目的操作数，源操作数；注释”e.g.DELAY:MOV R5,#0FFH;延时子程序,2.4.2.4 单片机控制系统软件,(1)对课题进行全面的分析，明确要控制的对象、控制参数，确定控制算法

6、，制定总体方案。注塑机的工作原理：热固性塑料成型就是将粉状树脂在机筒中首先进行预热塑化（温度在900C左右），使之发生物理变化，成稠胶状。然后用螺杆在12002000（kgf/cm2）的压力下，将此料注入到模腔内（模具温度1700C1800C），经过一定时间的固化即可开模取出制品。,2.4.2.4 单片机控制系统开发举例,(1)对课题进行全面的分析，明确要控制的对象、控制参数，确定控制算法，制定总体方案。注塑机的工作过程：,2.4.2.4 单片机控制系统开发举例,2.4.2.4 单片机控制系统开发举例,2.4.2.4 单片机控制系统开发举例,(1)对课题进行全面的分析，明确要控制的对象、控制参

7、数，确定控制算法，制定总体方案。控制对象：数字量 模拟量,2.4.2.4 单片机控制系统开发举例,(1)对课题进行全面的分析，明确要控制的对象、控制参数，确定控制算法，制定总体方案。(2)设计并实施以开发系统为核心的硬件系统；（开发系统配置外围电路对实际系统进行模拟）。,2.4.2.4 单片机控制系统开发举例,(1)对课题进行全面的分析，明确要控制的对象、控制参数，确定控制算法，制定总体方案。(2)设计并实施以开发系统为核心的硬件系统；（开发系统配置外围电路对实际系统进行模拟）。(3)在开发系统为核心的硬件平台上进行软件设计、调试。,2.4.2.4 单片机控制系统开发举例,(1)对课题进行全面

8、的分析，明确要控制的对象、控制参数，确定控制算法，制定总体方案。(2)设计并实施以开发系统为核心的硬件系统；（开发系统配置外围电路对实际系统进行模拟）。(3)在开发系统为核心的硬件平台上进行软件设计、调试。(4)将调试好的程序在开发系统上固化到EPROM中。(5)根据调试好的以开发系统为核心器件的硬件系统来设计一个专用硬件系统。(6)在把固化好的程序插入专用硬件系统，投入使用。,2.4.2.4 单片机控制系统开发举例,2.4.3 可编程序控制器可编程序控制器概述基本结构与工作原理PLC控制系统的设计开发步骤,“以机为主，以电为用，机电有机结合”,1.可编程序控制器的由来与发展 可编程序逻辑控制

9、器是一种数字运算操作的电子装置，为在工业环境下应用而设计。世界上第一台可编程控制器PDP-14是1969年美国数字设备公司（DEC）为美国通用汽车公司（GE）研制的，开发目的是在不改变继电器接线的情况下改变工艺流程，以便降低生产成本、缩短开发周期。我国从1974开始仿制美国的可编程控制器，1977年制造出第一台具有实用价值的可编程控制器。,2.4.3.1 可编程序控制器概述,2.可编程序控制器的定义 国际电工委员会（IEC）对PLC作了如下的定义：“PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运

10、算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”,3.可编程序控制器的分类（1）按PLC的结构形式分为整体式和组合式（2）按控制规模分为小型机、中型机和大型机小型机:IO点数在128点以下中型机:IO点数在128512点大型机:IO点数在512896点超大型机:IO点数在896点以上,4.可编程序控制器的特点（1）可靠性高（2）环境适应性强（3）灵活通用（4）PLC具有监控功能,5.可编程序控制器的基本性能指标（1）输入输出点数（IO点数）（2）扫描速度（3）内存容量（4）指令

11、条数（5）内部寄存器（6）高功能模块,2.3.4.2 基本结构与工作原理,可编程序逻辑控制器的工作原理（1）输入采样阶段（2）用户程序执行阶段（3）输出刷新阶段,（四）PLC控制系统的设计步骤深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求，2.根据被控对象对PLC控制系统的功能要求和所需要的输入、输出信号的点数等，选择合适类型的PLC。3.根据控制要求所需的用户输入、输出设备，确定PLC的IO点数，并设计IO端子的接线图。4.对较复杂的控制系统，根据生产工艺要求，画出工作循环图表，如有必要再画出详细的状态流程图表，它能清楚地表明动作的顺序和条件。5.根据工作循环图表或动态流程图表设计出梯形图。,6.根据梯形图编制程序指令。7.用PLC的编程器将指令键入PLC的用户程序存储器，并检查键入的指令是否正确。8.调试程序。9.在进行PLC程序设计时，同时可进行控制台（柜）的设计和现场施工。待上述工作完成后，就可进行联机调试，直至满足要求。10.编制技术文件。,