4.机电一体化计算机接口设计(下)

第 4 章机电一体化计算机接口设计(下) 4.1 概述 机电一体化系统中，计算机担负着信息处理，指挥整个系统运行等任务。信息处理是否正确、及时，直接影响到系统工作的质量和效率，因此计算机技术已成为机电一体化技术发展和变革最活跃的因素之一。 4.1.1 计算机控制系统的组成及特点1. 计算机控制系统的控制特点 2. 计算机控制系统的组成 (1)硬件组成计算机 控制系统的硬件主要由主机、外围设备、过程输入输出设备、人机联系设备和通信设备等组成。 可编程控制器(PLC)、单回路调节器、总线式工业控制机、单片微计算机和分散计算机控制系统等。 (2)软件组成软件 1)系统软件 2)应用软件 4.1.2 计算机的过程输入输出通道 1.3 过程通道接口设计应考虑的问题 (1)控制信息的传递路径 根据控制的任务在众多的信息源中进行选择，以确定该信息传送的路径和目的地。(2)控制信息传送的顺序 计算机控制的过程就是执行程序的过程，为确保进程正确无误，接口电路应根据控制程序的要求，适时地发出一组有序的门控信号。 1)触发方式 2)时序 控制逻辑的结构有组合控制逻辑与存储控制逻辑两种类型，不管哪种类型都要严格遵守规定的操作步骤，每一个操作步骤又都是在一组有序的控制信号驱动下实现的。所以接口电路设计，首先要根据系统运行的要求标出每个控制信号发生的时间顺序和相互之间的时间差，以及与系统时钟的关系，画出时序图，然后根据时序图来确定逻辑电路结构。 3)负载能力 一旦控制逻辑确定后，系统能否可靠运行与器件的选择关系密切，器件的选择除了要考虑电平的摆幅、数值、延时外，还应考虑器件所带负载是否匹配。 4.2 机电系统控制微机的选择 机电一体化技术是与元器件技术紧密结合发展起来的综合技术，特别是计算机技术的每一最新进展，都在机电一体化产品上烙上了当时计算机发展水平的时代烙印。初期的微机控制功能大多由单板机实现，后来随着 PC 机功能的增强，价格下降，出现了由 PC 机扩展而成的微机控制系统，为了改进普通 PC 机在工业环境下的适应性，出现了工业 PC 机，同时发展起了可靠性较高的 STD 总线系统。为了替代传统的继电逻辑器件，发展起来了工业可编程控制器(PLC)。随着半导体器件集成度的提高，集成有 CPU 和基本外围接口电路的单片机也发展起来了，成为当前在机电一体化产品中应用最广的微机芯片。 4.2 机电系统控制微机的选择 1. 单板机和单片微机控制系统 单板机控制系统出现较早，结构简单，价格低廉。但因其硬件配置不规范，通常需要自行搭制系统和扩展接口，软件的编写大多限制于用汇编语言进行，软件编程效率低，因此软硬件的制作工作量较大，开发过程中的操作和调试都比较困难，只宜于自行开发简单的控制系统。 8 位单片机在降低功耗的同时具有更高的速度，集成有先进的模拟接口和数字信号处理器，电源功能也更加灵巧，许多与早期结构的单片机软件兼容，但性能提高了几倍的新型微控制器已相继问世，以使 8 位单片机能够适合于各种应用。 2. 普通 PC 机组成的控制系统 打印机接口等一套完整的外围设备，若利用这类微机系统的标准总线与接口进行系统扩展，只需增加少量接口电路，就可以组成功能齐全的测控系统，而且在实际应用中有多种商品化的接口板成品可供选用。 由 PC 机组成的控制系统基本上是利用了 PC 机原有的系统资源，但由于PC 机本来是主要设计用作办公自动化用途的，所以对其操作环境有一定的限制，当用做在工业现场使用的微机控制系统时，对于强电磁干扰、电源干扰、振动冲击、工业油雾气氛等必须采取防范措施。 因此，PC 机宜用于组成数据采集处理系统、多点模拟量控制系统或其他工作环境较好的微机控制系统，或者把 PC机选作分散控制系统中的上位机，远离恶劣环境对下位机进行监控。 3. 工业 PC 控制机 为了克服普通 PC 机环境适应性、抗干扰性差的弱点，发展起了结构经过加固、元器件经过严格筛选、接插件结合部经过强化设计、有良好抗干扰性、工作可靠性高并且保留了 PC 机的总线及接口标准以及其他优点的一类微型计算机，称为工业 PC 控制机。 通常各种工业 PC 控制机都备有种类齐全的 PC 总线接口模板，包括：数字量 I/O 板，模拟量 A /D、D /A 板，模拟量输入多路转换板，定时器、计数器板，专用控制板，通信板以及存储器板等，为设计制作微机控制系统提供了极大的方便。 3. 工业 PC 控制机 采用工业 PC 控制机组成控制系统，一般不需要自行开发硬件，软件通常都与选用的接口模板相配套，接口程序可根据随接口板提供的示范程序非常方便地编制完成。 由于工业 PC 控制机选用的微处理器及元器件的档次较高，结构经过强化处理，由其组成的控制系统的性能远远高于单板机、单片机