计算机控制系统-2理论基础讲述.ppt

第2章 微型计算机控制理论基础 重点 (1) 连续系统拉普拉斯变换及主要性质 (2) 传递函数与方块图 (3) 典型系统的方块图与传递函数 (4) 离散系统Z变换 难点 计算机控制系统变换函数分析与物理意义 2．1．1 拉普拉斯变换(略讲) 1.定义 2．1．2 传递函数与方块图1．传递函数 传递函数是描述线性定常系统或线性元件的输入-输出关系的一种最常用的数学模型。 传递函数全面地反应了线性定常系统或线性元件的内在固有特性。 传递函数(G(s))：线性定常系统的传递函数，定义为初始条件为0，输出量（响应函数）的拉氏变换与输入函数（量）拉氏变换之比。突出拉氏变换分析的重要性：时域分析不易求解，得不出频谱特性 2．方块图（略讲） 方块图是系统中每个元件的功能和信号流向的图解表示，它表明系统中各元件或各环节间的相互关系，信号流动情况。 方块图输出信号的拉普拉斯变换式等于其输入信号的拉普拉斯变换式与方块内传递函数的乘积。 信号通过方块的流向以箭头来表示，使输入信号的箭头指向方块，输出信号的箭头背向方块。 方块图中只包含与系统动态性能有关的信息，并不包含与系统物理结构有关的一切信息。 许多物理结构上完全不同的系统，可以用相同的方块图来表示。 一般结构如图2-2所示. 3.典型系统的方块图与传递函数（略讲） 1)开环控制系统方块图与传递函数开环控制系统的抽象结构包含控制、执行与对象三个环节，方块图结构见图2-3。 例2.1：如图所示，R,C低通网络 常用函数的拉氏变换和z变换表 举例：温度测控系统过程输入输出通道 信号采集转换系统过程输入输出通道组成 3.2.1接口的基本结构、任务和功能 4．端口及其编址方法 1）端口:一个I/O接口一般包括若干个端口，通常可分为数据端口、状态端口以及控制端口，而每个端口都有一个端口地址号，所以一个接口电路一般占用多个端口地址。 2）端口编址:有通道端口与存储器统一编址和通道端口独立编址两种方式，工作原理及优缺点同一般端口编址相同。 3.2.2 接口数据传送方式 （1）直接传送方式。 （2）查询传送方式。 （3）中断传送方式。 3.2.3 接口扩展 1.端口扩展 1）地址线选扩展. 2）地址译码扩展 A4A3=00时，1#74LS138被允许译码； A4A3=01时，2#74LS138被允许译码； A4A3=10时，3#74LS138被允许译码； A4A3=11时，4#74LS138被允许译码。 因此，32个I/O接口端口地址分配号为：0000H~001FH。 3）混合扩展:地址线选、地址译码用于同一个系统的接口扩展称为混合扩展。 2．端口负载能力扩展 单向负载能力扩展器件有74LS244、74LS240、74LS06、74LS07等，主要用于ABUS和CBUS负载能力扩展； 双向负载能力扩展器件有74LS245等，主要用于DBUS负载能力扩展。 3．端口的功能扩展 （1）单向数据传送选通； （2）双向数据传送选通； （3）非数据传送单点控制信号； （4）非数据传送双点、多点控制信号； （5）数据传送选通与非数据传送控制功能兼顾。 例3.1 设图3?3中PA口通过输入数字过程通道联接工业生产过程的一组状态点，PB口通过输出数字过程通道联接系统控制台的一组生产过程状态指示灯，将MCS?51工作寄存器R7的内容送指示灯，将生产过程的相应状态读入工作寄存器R2。试编写其操作程序。 直接传送方式使8255A的PA口为方式0输入，PB口为方式0输出。 PC口的输入/输出方式没有要求，可任意设定。 将8255A的4个端口视1组端口，P2.7连接为线选组地址，A1A0的组合用于选择组内端口地址，即PA口、PB口、CW的端口地址分别对应#7FFCH 、#7FFDH 和#7FFFH。 参考程序如下： INIT8255： MOV DPTR，#7FFFH； 控制口地址送数据指针 MOV A，#90H； PA输入，PB输出，PC任意，控制字可为1001?00?B MOVX @DPTR，A ；方式控制字写入8255A控制口，PA输入，PB输出 MOV DPTR，#7FFDH ；PB口地址送数据指针 MOV A，R7 MOVX @DPTR，A ；将R7的内容输出到PB口 MOV DPTR，#7FFCH ； PA口地址送数据指针 MOVX A，@DPTR ；读PA口开关的状态 MOV R2，A ； RET 当需要对工业生产过程中的模拟量进行测控时，以8255作为并行接口，MCS-51单片机作为主机的微机控制系统的常见结构如图3-4所示。 通过编程使8255-PA口工作在方式1（单