第8章 微型计算机控制系统的设计,8.1 微型计算机控制系统设计的原则、步骤和方法 8.2 微型计算机控制系统的抗干扰技术,8.1 微型计算机控制系统设计的原则、步骤和方法,8.1.1 微型计算机控制系统设计的原则 1可靠性高 2操作维护方便 3实时性强 4灵活通用性好，便于扩展 5经济效益高,8.1.2 微型计算机控制系统的设计步骤,1计算机控制系统总体方案的确定 2微型计算机控制系统硬件和软件的细化设计 3离线仿真和调试 4在线调试和运行,8.1.3 微型计算机控制系统的设计方法,1 . 控制系统总体方案的确定 (1)选择检测元件 (2)选择执行机构 1）电动执行机构 2）气动薄膜调节阀 3) 步进电动机 (3)选择输入/输出通道及外围设备 (4) 画出系统原理图,2.微型计算机及接口的选择,(1) 微型机系统 (2 ) 工业控制机 （3) 单片机系统 3. 控制算法的选择 (1)直接数字控制 (2) 数字化PID算法 4. 控制系统的硬件设计 (1) 存储器扩展 (2)模拟量输入通道的扩展 (3) 模拟量输出通道的扩展 (4) 开关量I/O接口的设计 (5)操作面板 (6)系统速度匹配,5.控制系统的软件设计,1.软件、硬件的折衷问题 2.系统资源的分配 3.软件开发过程 （1）划分功能模块及安排程序结构 （2）画出各功能模块详细的程序流程图。 （3）选择合适的语言 （4）将各个模块连接成一个完整的程序。,8.2 微型计算机控制系统的抗干扰术 8.2.1干扰的种类、传播途径及抑制的基本原则,1干扰的种类 （1）按干扰的来源分类 可以将干扰划分为内部干扰和外部干扰。 内部干扰：内部干扰是由系统自身结构和制造工艺等内部因素 造成的。 外部干扰：外部干扰与系统结构无关，是由与微机测控系统本 身不相干的外部环境和现场条件产生的。 （2）按干扰作用的方式分类 可以将干扰划分为常态干扰和共态干扰。 常态干扰：常态干扰是叠加在被测信号上的干扰。常态干扰可 能是信号源的一部分，也可能是由长线引人的。由于它和信 号所处地位相同，因此又称为串模干扰，也叫正态干扰 共模干扰：共模干扰是测控系统模拟量输入通道的A/D转换器 的两个输入端上共有的干扰电压。由于计算机和被测信号相距 较远，被测信号的参考地 (模拟地)和计算机输入信号的参考地 (模拟地)之间往往存在一定的电位差，这个电位差就是A/D转 换器的两个输入端共有的干扰电压。,2干扰的传播途径及方式,干扰的传播路径：指干扰从干扰源传播到敏感器件的通 路或媒介。如图8-3所示。,图8-3 干扰的传播路径,3抑制干扰的基本原则 （1）消除干扰源 （2）远离干扰源 （3）防止干扰窜入,4 硬件抗干扰技术,1.电源系统抗干扰技术 2.I/O通道的抗干扰措施 3.接地系统抗干扰措施。 4.其他抗干扰措施,2 指令冗余技术,CPU受到干扰后，程序产生“跑飞”，往往将一些操作数当作指令来执行，引起程序混乱。当程序弹飞到某一单字节指令上时，便自动纳入正轨。当程序弹飞到某双字节指令上时，可能继续出错。当程序弹飞到三字节指令上时，出错的机会更大。在一些关键的地方人为地插入一些单字节空操作指令（NOP），这就是指令冗余技术。当程序“跑飞”到某条NOP指令上时，就不会发生将操作数作为指令码执行的错误，而是在连续执行几个空操作后，继续执行后面的程序，使程序恢复正常运行。指令冗余会降低系统的效率，但在绝大多数情况下，CPU还不致于忙到不能多执行几条指令的程度，故这种方法还是被广泛采用。,8.2.2软件抗干扰技术 1.开关量的软件抗干扰技术,3 软件陷阱技术,采用“指令冗余”使“跑飞”的程序恢复正常运行是有条件的，首先“跑飞”的程序必须落到程序区，其次必须执行所设置的冗余指令。如果“跑飞”的程序落到非程序区（如EPROM中未使用的空间或某些数据表格等），则冗余指令就无能为力了。更完善的方法是设置“软件陷阱”。所谓“软件陷阱”就是一条引导指令，强行将捕获的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。 假设该出错处理程序的入口地址为ERR，则软件陷阱即为一条无条件转移指令，为了加强其捕捉效果，一般还在其前面加两条NOP指令，因此真正的软件陷阱由3条指令构成： NOP NOP JMP ERR,一般软件陷阱安排在以下四种位置：,（1）未使用的中断量区。 （2）未使用的大片ROM空间。 （3）数据表格。 （4）程序区（关键部位）。,8.2.3 微型计算机控制系统的调试,1 硬件调 试 2 软件调试 3硬件、软件联合调试,小 结,微型计算机控制系统的设计既是一个理论问题，又是一个工程实际问题。它包括自动控制理论、计算技术、计算方法，也包括自动检测技术与数字电路，是一种多学科的综合应用。它即要求具备计算机硬件、软件的知识与硬件、软件的设计能力，还要求掌握生产过程的工艺性能及被测参数的测量方法，以及被控对象动态、静态特性，有时甚至要求出被控对象的数学模型。设计中虽然需要理论的指导，但更主要的是要通过实际控制系统的设计来积累经验 。 本章主要介绍微型计算机控制系统设计的原则、方法和步骤，然后介绍微型计算机控制系统的可靠性设计和微型计算机控制系统的调试方法。在微型计算机控制系统的可靠性设计中主要介绍了一些常用的抗干扰技术，但干扰千奇百怪，几乎没有任何两个系统的干扰是完全相同的。因此，抗干扰设计必须根据具体系统所受到的具体干扰情况提出相应的措施。,