【正文】 ③ 總線的 引腳分配及功能 IEEE488 采用 24 芯 D 型插頭座，它們的引線分配如表 。 “聽者”方式：聽者是從總線上接收消息的設(shè)備。 ① IEEE488 總線的約定及特點 ?總線電纜為無源電纜線，包括 16 條信號線和 9 條地線； ? 系統(tǒng)中通過總線互連的設(shè)備不得超 過 15 臺； ? 總線電纜長度不超過 20 米，或儀器設(shè)備數(shù)乘分段電纜長度總和不超過 20 米； ? 信號傳輸速率一般為 500kbps，最大傳輸速率為 1Mbps； ? 地址容量為：“聽”地址 31 個，“講”地址 31 個，最多地址容量可擴展到 961 個； ? 總線上傳輸?shù)南樨撨壿?，低電平（?+）為邏輯“ 1”，高電平（≥ ）為邏輯“ 0”； ? 采用按位并行，字節(jié)串行、三線握手、雙向異步的傳輸方式。 ? RS232C 的電氣特性：見表 ，采用負邏輯。 所謂外部總線，就是計算機與計算機之間或計算機與其它智能設(shè)備之間進行通訊的總線，常用的外部總線有 IEEE488 并行總線與 RS232C 串行總線。 工業(yè)控制機的總線結(jié)構(gòu) 總線的定義 : 總線就是一組信號線的集合，它定義了各引線的信號、電氣、機械特性，使計算機內(nèi)部各組成部分之間建立信號聯(lián)系，進行信息的傳遞和通信。如 Intel的 iRMX8 DOS、 Windows。 （ 6）通信接口 工業(yè)控制機與智能外設(shè)通信的接口。 ? 后備存儲器體：保護重要數(shù)據(jù)，容量不大，采用后備電池的 SRAM、 EEPROM。 外部總線：工業(yè)控制機與其它計算機和智能設(shè)備進行信息傳遞的公共通道。 ?定義 新一代分布式控制系統(tǒng)，采用“工作站 現(xiàn)場總線智能儀表”二層結(jié)構(gòu)，國際標準統(tǒng)一后，可實現(xiàn)真正的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 （ DDC) ?定義 計算機首先通過模擬量輸入通道、開關(guān)量輸入通道實時采集數(shù)據(jù)，然后按照一定的控制規(guī)律進計算機控制技術(shù)課程輔導(dǎo)教案 3 行計算，最后發(fā)出控制信息，并通過模擬量輸出通道、開關(guān)量輸出通道直接控制生產(chǎn)過程。 （ 3）實時的含義 所謂實時，是指信號的輸入、計算和輸出都要在一定的時間范圍內(nèi)完成。 ?實時決策控制： 對采集到的被控量進行分析處理， 并按已定的控制規(guī)律，決定控制行為。計算機控制技術(shù)課程輔導(dǎo)教案 1 計算機控制技術(shù)課程輔導(dǎo)教案 主要內(nèi)容 ： 計算機控制系統(tǒng)的組成及特點 輸入輸出接口與過程通道 數(shù)字程序控制技術(shù) 常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù) 應(yīng)用程序設(shè)計與實現(xiàn)技術(shù) 分散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 計算機控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 課程安排： 總 48 學時， 每周 一次課， 三學時。 ?實時控制輸出： 根據(jù)控制決策，適時地對控制機構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。 計算機控制系統(tǒng)的典型形式 ?定義 計算機根據(jù)一定的控制算法，依賴測量元件測得的信號數(shù)據(jù)，計算出供操作人員選擇的最優(yōu)操作條件及操作方案。 SCC (1) SCC 加上模擬調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng) ?定義 微機對各物理量進行巡回檢測，并按一定的數(shù)學模型對生產(chǎn)工況進行分析、計算后得出控制對象各參數(shù)最優(yōu)給定值送給調(diào)節(jié)器，使工況保持在最優(yōu)狀態(tài)。 工業(yè)控制機的組成結(jié)構(gòu)及特點 工業(yè)控制機的組成 件組成 （ 1）主機板 CPU、 RAM、 ROM等。 （ 3）人 —機接口 鍵盤、顯示器、打印機。 . ? 實時日歷時鐘：時間驅(qū)動與事件驅(qū)動能力。 RS23 IEEE488 接口。 （ 2）支持軟件 匯編語言、高級語言、編譯程序、編輯程序、調(diào)試程序、診斷程序。 所謂內(nèi)部總線，就是計算機內(nèi)部功能模板之間進行通訊的總線，它是構(gòu)成完整的計算機系統(tǒng)的內(nèi)部樞紐。 （ 1） RS232C 串行通訊總線 RS232C 是由美國電子工業(yè)協(xié)會（ EIA）制定的一種串行接口標準。 ? RS232C 的電平轉(zhuǎn)換及接口電路： 見圖 （ 2） IEEE488 并行通訊總線 IEEE488 總線也稱 GPIB總線。 ② 總線的一般描述 總線所連的設(shè)備有三種：控者、 聽者、講者。在系統(tǒng)內(nèi)，可以同時有若干個聽者同時接收同樣的消息。 難點解析： 1. 關(guān)于實時系統(tǒng)的理解 實時 指信號的輸入、計算和輸出都要在一定的時間范圍內(nèi)完成 ，這里輸入、計算、輸出實際是指計算機控制系統(tǒng)原理中提出的三步驟；另外，一定的時間范圍則是指一個采樣周期，本次采樣的計算結(jié)果輸出需在下一個采樣時刻到來之前完成。接口技術(shù)是研究計算機與外部設(shè)備之間如何交換信息的技術(shù)。 可用下列指令完成 8 位開關(guān)量的輸出控制。 分辨率：用數(shù)字量的位數(shù) n（字長）來表示，如 8 位、 12 位、 16 位等。 LSB：數(shù)字量的最低有效位，對應(yīng)于滿量程輸入的 。 （ 1） 8 通道模擬開關(guān)及通道選擇邏輯 功能：實現(xiàn) 8 選 1 操作 （ 2） 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 功能：對輸入端信號 V進行轉(zhuǎn)換， 轉(zhuǎn)換結(jié)果 D 存入三態(tài)輸出鎖存緩沖器。 A/D 轉(zhuǎn)換器接口技術(shù) 1. ADC0809 與 PC總線工業(yè)控制機接口 蔣 8255A的 A口設(shè)為輸入口， C 口上半部分為輸入，下半部分為輸出。 輸入的接口電路圖參閱教材中圖 ，輸出電路圖參閱圖 。 采樣、量化及常用的采樣保持器 1. 信號的采樣 ?定義 按一定的時間間隔 T，把時間上連續(xù)和幅值上也連續(xù)的模擬量信號、轉(zhuǎn)變成在時刻 0、 T、 1 T、2 T、 …K T 的一連串脈沖輸出信號的過程成為采樣過程。 計算機控制技術(shù)課程輔導(dǎo)教案 10 ? 量化單位：字長為 n 的 A/D 轉(zhuǎn)換器把 ymin~ymax 范圍內(nèi)變化的采樣信號，變換為數(shù)字 0~2 的n 次方減 1，其最低有效位（ LSB）所對應(yīng)的模擬量 q 稱為量化單位。 ? 孔徑誤差 對于隨時間變化的模擬信號來說，孔徑時間決定了每一個采樣時刻的最大轉(zhuǎn)換誤差。 ? 工作原理： 采樣時， K閉合， VIN 通過 A1 對 Ch 快速充電， VOUT 跟隨 VIN； 保持期間， K斷開，由于 A2 的輸入阻抗很高，理想情況下， VOUT=Vc 保持不變。 技術(shù)指標 分辨率： 通常用 D/A轉(zhuǎn)換器輸入的二進制數(shù)的位數(shù)來表示，如 8 位、 10位、 12 位。其中： DI7~DI0：數(shù)字信號輸入端； Iout Iout2：模擬電流輸出端； ILE：輸入鎖存允許； CS：片選； WR WR2：寫選通； XFER ：傳送控制。 ? 程序設(shè)計 入口條件： DAC0832 的 CS 口地址為 300H，將二進制數(shù) 7FH轉(zhuǎn)換為模擬電壓 MOV DX， 300H MOV AL， 7FH OUT DX， AL HLT 難點解析： 1. 關(guān)于 8 位 D/A轉(zhuǎn)換器 0832 及其接口 對于 0832 要重點掌握其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，特別是 WR1 對輸入寄存器的控制， WR2 對 DAC 寄存器的控制。 計算機控制技術(shù)課程輔導(dǎo)教案 12 第 四 周 內(nèi)容及其輔導(dǎo) 講授內(nèi)容 ： 模擬量輸出通道 硬件抗干擾技術(shù) 重點 掌握： 模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式 模擬量輸出通道設(shè)計 串模干擾及其抑制方法 共模干擾 及其抑制方法 內(nèi)容輔導(dǎo) ： 模擬量輸出通道 模擬量輸出通道的任務(wù)是把計算機輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流信號，以便驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)，達到控制的目的。 單極性與雙極性電壓輸出電路 電壓輸出的實現(xiàn) 采用 D/A轉(zhuǎn)換器外加運算放大器的方法，把 D/A轉(zhuǎn)換器的電流輸出轉(zhuǎn)換為電壓輸出。 模擬量輸出通道設(shè)計 八通道模擬量輸出硬件電路 參見圖 。 （ 2）串模干擾的抑制方法 –如果串模干擾的頻率與被測信號頻率不同時，可以采用濾波器來抑制干擾； –當尖峰型串模干擾為主要干擾源時，用雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器可以削弱串模干擾影響； –對于串模干擾主要來自電磁感應(yīng)時，信號應(yīng)僅可能早地前置放大，提高信噪比； –利用邏輯器件的特性來抑制串模干擾； –采用良好的屏蔽，以減少電磁干擾。 –采用儀表放大器提高共模抑制比 儀器放大器具有共模抑制能力強、輸入阻抗高、漂移低等優(yōu)點，專門用來分離共模干擾。 TD： 時間延遲， TD=0V時， t=150ms； TD懸空時， t=600ms； TD=Vcc 時， t=。 產(chǎn)生復(fù)位條件： Vcc 下降低于復(fù)位電壓閥值時； PBSET 按下； 在最小暫停周期內(nèi)， ST 未選通； 在加電源期間。 2. MAX1232 的主要功能 電源監(jiān)控 電壓檢測器監(jiān)控 Vcc，當 Vcc 低于所選擇的容限時，輸出并保持復(fù)位電平。 監(jiān)控定時器 微處理器在一定的時間內(nèi)觸發(fā) ST 端。 習題輔導(dǎo)： 什么是采樣過程、量化、孔徑時間？ 采用 0832 和 PC總線工業(yè)控制接口，請畫出接口原理圖，并編寫 D/A轉(zhuǎn)換程序。 數(shù)控系統(tǒng)的組成四大部分：輸入裝置、輸出裝置、控制器和插補器。 2. 插補計算： 定義： 給定坐標，求得中間值的數(shù)值計算方法稱為插補計算。 3. 折線逼近： 把插補運算過程中定出的各中間點、以脈沖信號的形式去控制 x、 y 方向上的步進電機，帶動繪圖筆、刀具等，從而繪出圖形或加工所要求的輪廓。 輪廓的切削控制 這類控制的特點是能夠控制刀具沿工件輪廓曲線不停地運動，并在運動過程中將工件加工成某一形狀。這樣走一步、比較一次、決定下一步的走向，以便逼近給定軌跡，即形成逐點比較插補。 逐點比較直線插補 1. 第一象限內(nèi)的直線插補 （ 1）偏差計算公式 根據(jù)逐點 比較法插補原理，必須把每一插值點的實際位置與給定軌跡的理想位置間的偏差計算出來，根據(jù)偏差的正、負決定下一步的走向，來逼近給定軌跡。 逐點比較法圓弧插補 1. 第一象線內(nèi)的圓弧插補 （ 1）偏差計算公式 ? 偏差判別式的定義 Fm=0，表明加工點 m 在圓弧上； Fm 0，表明加工點的圓弧外； Fm0，表明加工點在圓弧內(nèi)。 難點解析： 1. 逐點比較法插補原理。 參照例 進行計算。 ?步進電機的步距角 ?的計算： N：步進電機的拍數(shù)，對一相繞組通電的操作稱為一拍。 選用不同的工作方式可使步進電機具有不同的工作性能：減小步距，提高定位精度、工作穩(wěn)定性等。 2. 步進電機控制的輸出字表 轉(zhuǎn)向控制：正序、逆序輸出 難點解析： 1. 步進電機的工作原理 了解步進電機的定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)，了解 A、 B、 C 三相分別通電時，轉(zhuǎn)子和定子之間所形成的錯齒是步進電機走步的真正原因。 ?設(shè)計假想的連續(xù)控制器 D(s) 解決方案：自控原理中的連續(xù)系統(tǒng)的頻域設(shè)計法、根軌跡法等。 比例作用：迅速反應(yīng)誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，過大是引起不穩(wěn)定； 積分作用：消除靜差，但容易引起超調(diào)，甚至出現(xiàn)振蕩； 微分作用：減小超調(diào)，克服振蕩，提高穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。 （ 2）數(shù)字 PID 增量型控制算法 增量型控制算法提供執(zhí)行機構(gòu)的增量△ u(k)，比如步進電機的步數(shù)。位置型算法的輸出是控制量的全部輸出，誤動作影響大。 （ 2）抗積分飽和 積分飽和：如果執(zhí)行機構(gòu)已到極 限位置，仍然不能消除偏差，由于積分的作用，盡管計算 PID 差分方程式所得的運算結(jié)果繼續(xù)增大或減小，但執(zhí)行結(jié)構(gòu)已無相應(yīng)的動作，這就稱為積分飽和。 改進措施： ①增加 A/D 轉(zhuǎn)換位數(shù)，加長運算字長，提高運算精度。 兩種 PID 控制的階躍響應(yīng)： 參見圖 。 改進方法 ：只對被控量 y(t)微分，不對偏差 e(t)微分。 數(shù)字 PID 控制器的參數(shù)整定 計算機控制技術(shù)課程輔導(dǎo)教案 22 采樣周期的選擇