微型计算机控制系统设计之一学习教案.pptx

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1、会计学1微型计算机控制系统微型计算机控制系统(kn zh x tn)设计之一设计之一第一页，共28页。2023/2/2622 2 系统系统(xtng)(xtng)设计的步骤设计的步骤 计算机控制系统的设计分为计算机控制系统的设计分为(fn wi)开发设计和应开发设计和应用设计。用设计。开发设计的任务是生产出满足用户所需的硬件开发设计的任务是生产出满足用户所需的硬件和软件。首先要进行充分地市场调查和软件。首先要进行充分地市场调查(dio ch)(dio ch)，了解用户的需求；然后进行系统设计，落实具体，了解用户的需求；然后进行系统设计，落实具体的技术指标；最后进行制造调试，检验合格，市场的技术

2、指标；最后进行制造调试，检验合格，市场销售。销售。开发设计应遵循标准化、模板化、模块化和系开发设计应遵循标准化、模板化、模块化和系列化的原则。列化的原则。开发设计开发设计第2页/共28页第二页，共28页。2023/2/263应用应用(yngyng)设计设计 应用设计的任务是选择(xunz)和开发满足控制对象所需的硬件和软件，设计控制方案，并根据系统性能指标要求设计系统硬件和软件，以实现系统功能。应用设计或工程设计按顺序可分为5个阶段。可行性研究可行性研究系统系统(xtng)(xtng)总体方案设计总体方案设计 硬件和软件的细化设计硬件和软件的细化设计 系统系统(xtng)(xtng)调试调试

3、现场安装、投运现场安装、投运 第3页/共28页第三页，共28页。2023/2/264图图11111 1 控制系统控制系统(kn zh x tn)(kn zh x tn)设计示意图设计示意图 第4页/共28页第四页，共28页。2023/2/26511112 2 计算机控制系统计算机控制系统(kn zh x(kn zh x tn)tn)抗干扰技术抗干扰技术 1 1 干扰的来源干扰的来源(liyun)(liyun)与种类与种类 外部干扰是指那些与系统结构无关，由使用条件和外界环境因素所决定(judng)的干扰。它主要来自自然界以及周围的电气设备。外部干扰外部干扰内部干扰内部干扰 内部干扰是指计算机控

4、制系统内部的各种元器内部干扰是指计算机控制系统内部的各种元器件引起的各种干扰件引起的各种干扰 第5页/共28页第五页，共28页。2023/2/2662 2 硬件硬件(yn jin)(yn jin)抗干扰技术抗干扰技术 电源电源(dinyun)(dinyun)系统抗干扰方法系统抗干扰方法 采用采用(ciyng)(ciyng)低通滤波器低通滤波器 图图11112 2 双双型滤波器型滤波器 采用低通滤采用低通滤波器抑制电波器抑制电网侵入的外网侵入的外部高频干扰部高频干扰是常用的一是常用的一种方案。低种方案。低通滤波器可通滤波器可让让50HZ50HZ的工的工频几乎无衰减频几乎无衰减地通过，而滤地通过，

5、而滤去高于去高于50Hz50Hz的高次谐波。的高次谐波。第6页/共28页第六页，共28页。2023/2/267 采用(ciyng)隔离变压器 图图11113 3 三相隔离变压器抑制三相隔离变压器抑制(yzh)(yzh)电源干扰电源干扰变压器的一次变压器的一次侧按三角形接侧按三角形接法联结。二次法联结。二次侧按星型接法侧按星型接法联结。有利于联结。有利于抑制工频抑制工频3 3次次以上谐波以上谐波(xi(xi b)b)对控制系对控制系统的干扰。统的干扰。第7页/共28页第七页，共28页。2023/2/268采用能抑制采用能抑制(yzh)交流电源干扰的计算机系统电源交流电源干扰的计算机系统电源 图1

6、15 计算机系统电源(dinyun)抑制交流抑制交流(jioli)电源线上引入的高频干扰电源线上引入的高频干扰抑制进入交流电源线上的瞬时干扰抑制进入交流电源线上的瞬时干扰原、副边之间加有静电屏蔽层原、副边之间加有静电屏蔽层第8页/共28页第八页，共28页。2023/2/269电源电源(dinyun)(dinyun)分组供电分组供电 图116 电源(dinyun)分组供电 将输入通道电源和其他设备电源分开将输入通道电源和其他设备电源分开(fn ki)(fn ki)，以防，以防止设备间的干扰。止设备间的干扰。第9页/共28页第九页，共28页。2023/2/2610直流电源的抗干扰措施直流电源的抗干

7、扰措施(cush)(cush)u直流电源一般带有各种频率的信号。为消除这种干扰，每块集成芯直流电源一般带有各种频率的信号。为消除这种干扰，每块集成芯片的电源与地线引入端应接一片的无感瓷片电容。片的电源与地线引入端应接一片的无感瓷片电容。u若一个装置中有多块逻辑印刷线路板时，一般应在每块板的电源和若一个装置中有多块逻辑印刷线路板时，一般应在每块板的电源和地线的引入处并接一个地线的引入处并接一个1010100100的电解电容和一个的无感瓷片电容，的电解电容和一个的无感瓷片电容，以防止以防止(fngzh)(fngzh)板间的相互干扰。板间的相互干扰。u最好是每块印刷电路板都装一片或几片最好是每块印刷

8、电路板都装一片或几片“稳压块稳压块”（如（如78157815、LM317LM317、78057805）形成独立的供电系统，这样能较好防止）形成独立的供电系统，这样能较好防止(fngzh)(fngzh)板板间的相互干扰。间的相互干扰。u逻辑电路板上的直流电源线与地线的布线也要注意合理布线，不要逻辑电路板上的直流电源线与地线的布线也要注意合理布线，不要使电源形成环路。使电源形成环路。第10页/共28页第十页，共28页。2023/2/2611 过程通道过程通道(tngdo)(tngdo)抗干扰方法抗干扰方法 串模干扰串模干扰(gnro)(gnro)及其抑制方法及其抑制方法 被测信号指有用的直流信号或

9、缓慢被测信号指有用的直流信号或缓慢(hunmn)变化的交变信号变化的交变信号干扰噪声指无用的变化较快的杂乱交变信号干扰噪声指无用的变化较快的杂乱交变信号串模干扰是指叠串模干扰是指叠加在被测信号上加在被测信号上的干扰噪声。的干扰噪声。图图11117 7 串模干扰示意图串模干扰示意图（a a）干扰情况）干扰情况 (b)(b)干扰的一种形式干扰的一种形式 (c)(c)干扰的另一种形式干扰的另一种形式 第11页/共28页第十一页，共28页。2023/2/2612串模干扰串模干扰(gnro)(gnro)的抑制的抑制 a.a.如果串模干扰如果串模干扰(gnro)(gnro)频率比被测信号频率高，采频率比被

10、测信号频率高，采用输入低通滤波器；如果串模干扰用输入低通滤波器；如果串模干扰(gnro)(gnro)频率比被频率比被测信号频率低，则采用高通滤波器；如果串模干扰测信号频率低，则采用高通滤波器；如果串模干扰(gnro)(gnro)频率落在被测信号频谱的两侧，则采用带通频率落在被测信号频谱的两侧，则采用带通滤波器。滤波器。图图11118 8 二级阻容滤波二级阻容滤波(lb)(lb)网络网络 采用二级阻容采用二级阻容滤波网络可使滤波网络可使50Hz50Hz的串模干的串模干扰信号衰减扰信号衰减600600倍左右。倍左右。第12页/共28页第十二页，共28页。2023/2/2613 b.当尖峰型串模干扰

11、成为主要干扰源时，用双 积分式AD转换器可以削弱串模干扰的影响。c.对于串模干扰主要来自电磁感应的情况(qngkung)下，对 被测信号应尽可能早地进行前置放大，或者尽 可能早的完成模/数转换或采取隔离和屏蔽等 措施。d.对于主要由元器件内部的热扰动产生的随机噪 声所形成的串模干扰，或在数字信号的传送过 程中夹带的低噪声或窄脉冲干扰时，可采用高 抗扰度逻辑器件；e.采用双绞线作信号引线减少电磁感应，并且使 各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。第13页/共28页第十三页，共28页。2023/2/2614共模干扰及其抑制共模干扰及其抑制(yzh)(yzh)方法方法 共模干扰是指模数共模干扰是指模数

12、转换器两个转换器两个(lin)输入端上公有的输入端上公有的干扰电压。干扰电压。图图11119 9 共模共模(n m)(n m)干扰示意图干扰示意图这种干扰可能这种干扰可能是直流电压，是直流电压，也可能是交流也可能是交流电压，其幅值电压，其幅值可达几伏甚至可达几伏甚至更高，取决于更高，取决于现场产生干扰现场产生干扰的环境条件和的环境条件和计算机等设备计算机等设备的接地情况。的接地情况。第14页/共28页第十四页，共28页。2023/2/2615 在计算机控制系统中，被测信号有单端对地输在计算机控制系统中，被测信号有单端对地输入入(shr)(shr)和双端不对地输入和双端不对地输入(shr)(sh

13、r)两种输入两种输入(shr)(shr)方式，如图。对于存在共模干扰的场合，方式，如图。对于存在共模干扰的场合，不能采用单端对地输入不能采用单端对地输入(shr)(shr)方式，必须采用双方式，必须采用双端不对地输入端不对地输入(shr)(shr)方式。方式。图图11111010被测信号的输入被测信号的输入(shr)(shr)方式方式(a)(a)单端对地单端对地 （b b）双端不对地双端不对地第15页/共28页第十五页，共28页。2023/2/2616 共模干扰(gnro)的抑制 a.a.变压器隔离变压器隔离 利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔离开利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔

14、离开来，以使共模干扰电压不成回路，从而来，以使共模干扰电压不成回路，从而(cng r)(cng r)抑制抑制共模干扰。共模干扰。图图11111111变压器隔离变压器隔离(gl)(gl)第16页/共28页第十六页，共28页。2023/2/2617b.b.光电隔离光电隔离(gl)(gl)发光二极管和光敏三极管之间的信号是靠发光二发光二极管和光敏三极管之间的信号是靠发光二极管在信号电压的控制下发光，极管在信号电压的控制下发光，传给光敏三极管来完成的。传给光敏三极管来完成的。图1112 光电隔离(gl)容易实现，成本低，体积小。广泛容易实现，成本低，体积小。广泛(gungfn)的应用。的应用。第17页

15、/共28页第十七页，共28页。2023/2/2618 c.浮地屏蔽 利用屏蔽方法使输入信号的“模拟地”浮空，从而(cng r)达到抑制共模干扰的目的。图图111113 13 浮地输入浮地输入(shr)(shr)双层屏蔽放大器双层屏蔽放大器 第18页/共28页第十八页，共28页。2023/2/2619 长线传输的干扰长线传输的干扰(gnro)(gnro)及其抑制方法及其抑制方法 计算机控制系统中，当所传输计算机控制系统中，当所传输(chun sh)(chun sh)的信的信号波长可与传输号波长可与传输(chun sh)(chun sh)线的长度相比拟时，或线的长度相比拟时，或当传输当传输(chu

16、n sh)(chun sh)线长度远远超过传输线长度远远超过传输(chun(chun sh)sh)信号波长时，就构成长线传输信号波长时，就构成长线传输(chun sh)(chun sh)。传输线路对于有用信号传输线路对于有用信号(xnho)的不利作用：的不利作用：信号滞后作用；信号滞后作用；波形畸变衰减作用；波形畸变衰减作用；外界电磁波、电磁场、静电场和其它传输线的外界电磁波、电磁场、静电场和其它传输线的干扰作用；干扰作用；由于分布电容和分布电感的影响，可能会产生由于分布电容和分布电感的影响，可能会产生 “长线效应长线效应”。第19页/共28页第十九页，共28页。2023/2/2620长线传输

17、长线传输(chun sh)干扰的抑制干扰的抑制 长线传输一般选用同轴电缆或双绞线，在电场干长线传输一般选用同轴电缆或双绞线，在电场干扰较强时可采用屏蔽扰较强时可采用屏蔽(pngb)(pngb)双绞线。双绞线。采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以消除长采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以消除长线传输中的波反射或者把它抑制到最低限度。线传输中的波反射或者把它抑制到最低限度。图图1114 1114 测量测量(cling)(cling)传输线波阻抗传输线波阻抗 传输线波阻抗的测量传输线波阻抗的测量 时，门时，门A输出的波形不畸变，反射波完全消失，这时的输出的波形不畸变，反射波完全消失，这时的R值就是该

18、传输线的波阻抗。值就是该传输线的波阻抗。无损耗导线的波阻抗无损耗导线的波阻抗 、分别为单位长度的电感和电容。分别为单位长度的电感和电容。第20页/共28页第二十页，共28页。2023/2/2621图图1115 1115 终端终端(zhn dun)(zhn dun)匹配匹配(b)改进后的终端(zhn dun)匹配(a)简单(jindn)的终端匹配（a)a)当当 时，消时，消除了波反射。降低了除了波反射。降低了高电平的抗干扰能力高电平的抗干扰能力 。（b)b)适当调整适当调整 和和 的阻值，可使的阻值，可使 终端匹配终端匹配 第21页/共28页第二十一页，共28页。2023/2/2622在传输线始

19、端串入电阻，也能消除在传输线始端串入电阻，也能消除(xioch)(xioch)反射。反射。始端匹配始端匹配(ppi)选选图图1116 1116 始端匹配始端匹配(ppi)(ppi)为门为门A A输出低电平时的输出阻抗。输出低电平时的输出阻抗。这种匹配方这种匹配方法的优点是法的优点是波形的高电波形的高电平不变，缺平不变，缺点是波形低点是波形低电平会抬高。电平会抬高。第22页/共28页第二十二页，共28页。2023/2/2623 接地接地(jid)(jid)技术技术 模拟地作为传感器、变送器、放大器、模拟地作为传感器、变送器、放大器、AD和和DA转换器中模拟电路转换器中模拟电路(dinl)的零电位

20、。的零电位。数字数字(shz)地作为计算机中各种数字地作为计算机中各种数字(shz)电路的零电位，应该与模拟地分开。电路的零电位，应该与模拟地分开。安全地使设备机壳与大地等电位，以避免机壳带电而影响人身及设备安全。安全地使设备机壳与大地等电位，以避免机壳带电而影响人身及设备安全。系统地是上述几种地的最终回流点，直接与大地相连系统地是上述几种地的最终回流点，直接与大地相连。第23页/共28页第二十三页，共28页。2023/2/2624图图111118 SGP18 SGP接地系统示意图接地系统示意图 计算机控制系计算机控制系统中采用公共统中采用公共接地点接地点(SGP)(SGP)系系统。选中一点统

21、。选中一点作为系统接地作为系统接地点，系统中各点，系统中各个参考接地点个参考接地点均与均与SGPSGP点连点连接，防止接地接，防止接地回路的形成回路的形成(xngchng)(xngchng)。通常把铜网。通常把铜网埋入地面深处，埋入地面深处，然后用铜排接然后用铜排接到到SGPSGP点上。点上。第24页/共28页第二十四页，共28页。2023/2/26253 3 软件软件(run jin)(run jin)抗干扰技术抗干扰技术 数字滤波数字滤波 设立设立(shl)(shl)软件陷阱软件陷阱 数字滤波技术是在干扰数字滤波技术是在干扰(gnro)(gnro)通过输入通道进入计算通过输入通道进入计算机

22、后的一种软件抗干扰机后的一种软件抗干扰(gnro)(gnro)的补救办法。的补救办法。为防止为防止“程序失控程序失控”现象，在软件中设立陷阱。在现象，在软件中设立陷阱。在ROMROM或或RAMRAM中，每隔一些指令，把连续的几个单元中，每隔一些指令，把连续的几个单元置成置成“空操作空操作”。当出现程序失控时，只要失控的。当出现程序失控时，只要失控的微机进入这众多的软件陷阱中的任何一个，都会被微机进入这众多的软件陷阱中的任何一个，都会被捕获。执行空操作后，程序自动恢复正常，继续执捕获。执行空操作后，程序自动恢复正常，继续执行后面的程序。行后面的程序。第25页/共28页第二十五页，共28页。202

23、3/2/2626 时间时间(shjin)(shjin)监视器监视器 图图1119 1119 看门狗及软件看门狗及软件(run jin)(run jin)复位电路复位电路 如图看门狗电路如图看门狗电路(dinl)(dinl)。有看门。有看门狗、软件复位、上电狗、软件复位、上电复位和开关复位等功，复位和开关复位等功，、决定上电复位时决定上电复位时间常数，间常数，、决定决定看门狗电路看门狗电路(dinl)(dinl)的检测时的检测时间，间，、决定复决定复位脉冲的宽度，位脉冲的宽度，P1.1P1.1为软件复位输入端，为软件复位输入端，P1.4P1.4为看门狗电路为看门狗电路(dinl)(dinl)监测

24、输入监测输入端。端。第26页/共28页第二十六页，共28页。2023/2/2627 故障自诊断故障自诊断(zhndun)(zhndun)技术技术 计算机控制系统从元件到部件、到整机，从主计算机控制系统从元件到部件、到整机，从主机到外设，在运行的过程中均可能机到外设，在运行的过程中均可能(knng)(knng)发生发生故障。为了迅速准确的确定系统内部是否发生故障，故障。为了迅速准确的确定系统内部是否发生故障，以及故障发生的部位，一个高性能的计算机控制系以及故障发生的部位，一个高性能的计算机控制系统必须具有故障自诊断功能。统必须具有故障自诊断功能。自诊断功能主要具备：检查自诊断功能主要具备：检查CPUCPU、RAMRAM、输入输、输入输出出(shch)(shch)通道、控制软件及寄存器等数据的有效性通道、控制软件及寄存器等数据的有效性 ；设定软件模块出入口标志；设定软件模块出入口标志 和和 程序存储区的写保护；程序存储区的写保护；对于对于DCSDCS系统，给每个直接控制器设置一个监视定时器系统，给每个直接控制器设置一个监视定时器等功能。等功能。第27页/共28页第二十七页，共28页。2023/2/2628感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第28页/共28页第二十八页，共28页。