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定时操作系统的实现
定时操作主要完成的任务是采样及控制任务，控制 系统的采样控制频率必须满足香农采样定理即：
TS≤Tm/2 或 ω S≥2ω m ω m 为闭合系统截止频率，ω S 为采样频率
控制系统的采样频率确定后，就必须严格遵守 该频率进行采样控制。定时操作一般用中断来实 现，即将采样控制程序作为中断服务程序，每次中 断后执行中断服务程序，即采样控制程序。
IR0—IR7的中断号对应的是8H-0FH。
中断向量：中断服务程序的入口地址（首地址） 逻辑地址含有段地址CS和偏移地址IP（32位） 每个中断向量的低字是偏移地址、高字是段地址，
需占用4个字节
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8088的中断向量表
向量号255的CS值 3FCH 向量号255的IP值
用户中断 （向量号255）
中断服务程序中用到的寄存器都需要保存，否则中断返回后，
执行主程序将出错。
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生成固定频率的中断信号
在修改中断矢量后第二步要作的工作是生成固定 频率的中断信号。 实现该功能有两种方法：外部硬件中断和内部硬 件中断。
ห้องสมุดไป่ตู้22
二、外部硬件中断
外部硬件中断的中断源通常用 8253 可编程定时/计数器实现。
8253 有 6 种工作方式，在用作中断源时通常用方式 3（方波发生
正确的选择计算机以及接口电路是设计计算机控制系统的关 键，特别是计算机的选型是关键中的关键。
在选择控制用计算机时，计算机的运行速度、存储能力， 接口电路的易扩充性、抗干扰性，软件的易开发性、用户界面 的友善性，都是非常重要的因素，应给予统筹考虑。
6
6.2.1 控制计算机的选型
表 6-1 各种计算机的性能对比
· · ·
中断服务程序段地址 中断服务程序偏移地址
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一、IBM微型计算机的中断管理
2． 系统调用： · · ·
MOV AX,OFFSET P_INT0AH MOV DX,AX MOV AX,SEG P_INT0AH MOV DS,AX MOV AX,250AH INT 21H
· · ·
注意中断服务程序对于主程序来说是随机调用的，因此在
……
008H 004H 000H
向量号2的CS值 向量号2的IP值 向量号1的CS值 向量号1的IP值 向量号0的CS值 向量号0的IP值
非屏蔽中断 （向量号2）
单步中断 （向量号1）
除法错中断 （向量号0）
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修改中断矢量方法
1． 直接填写： MOV AX,0 MOV DS,AX MOV AX,SEG P_INT0AH； MOV DI,22H
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一、IBM微型计算机的中断管理
8086CPU 芯片上只有一个中断请求线 INTR 输入端，计算 机有多个中断源，因而设计了一个中断控制器电路 8259A。386 以下档次的微型计算机不采用级联方式，因而只有 8 个中断源 IR0~IR7。其中 IR2 空闲其余的系统占用。
8259A 的初始化控制字 ICW1 决定了这 8 个中断源的中断 号。IBM 型计算机中 IR0~IR7 的中断号对应为 8H~0FH。
数字 数字 信号 检测 单元
模拟 模拟 信号 检测 单元
数字 数字 信号 接口
数字 信号 A/D
数字
模拟
信号
信号 模拟
D/A
执行
计
单元
算 机
数字
数字
信号 数字 信号
接口
数字 执行 单元
图 7-1 计算机接口示意图
采样 模拟 信号
信号 调理 板
标准的 A/D 电 平信号
A/D
图 6-2 信号调理电路
8
性能 机型
造价
适用对象
采样周 抗扰 用户 高级语 开发 期 性 界面 言编程 周期
单板机 低 快速系统 <1ms 差 差 不可 长
单片机 低 快速系统 <1ms 差 差 不可 长
工业控制机 中 快速系统 =1ms 高 好 可 短
集散系统 高 非快速系统 >500ms 高 好 可 短
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6.2.2 接口电路与信号调理
6.2.2 接口电路与信号调理
名称 PCL-812PG PCL-813B PCL-818H
PCL-720 PCL-726
表 6-2 IPC 总线系列产品
性能
名称
16 路 12 位 A/D
PCLD-782B
32 路 12 位 A/D
PCLD-885
8（16）路 12 位 A/D PCLD-785B
32 入 32 出 I/O
图 7-3 中断过程示意图
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一、IBM微型计算机的中断管理
由上可见，想要实现定时操作首先应将采样控制程序的地址放入规定 的内存单元中，即我们所说的修改中断矢量。修改的方法有两种：直接填 写和系统调用。我们以 INT0AH 为例给出这两种方法的实例。
1． 直接填写： · · ·
MOV AX，0 MOV DS，AX MOV AX，SEG P_INT0AH； MOV DI,2AH MOV [DI],AX MOV AX,OFFSET P_INT0AH； MOV DI,28H MOV [DI],AX
实验室硬件联调 实验室软件联调 实验室系统仿真
7．现场安装调试
确定过程的输入、输出通道及其处理方式 计算机系统选择 过程通道及接口设计 控制台设计 可靠性设计 硬件调试
28
计算机控制系统设计步骤
5．软件的设计
选择编程语言——汇编语言、高级语言、混合语言 软件设计步骤——问题定义、细化设计、编制源程序、形成可执行
代码、调试
6．系统仿真与调试
Y 刷新显示
标志清 0
标志置 1 结束
画点。这些输出语句不建议写 在中断控制程序中，特别是 INT 21H 将引起死机现象。我 们建议将所有显示语句写在主
图 6-6 程序框图
程序中，通过对标志变量的判 25
断来决定是否重新刷新显示。
6. 4 系统的调试与运行
离线仿真和调试
硬件调试 软件调试 系统仿真
在线调试和运行
检测元件，保证精确度要求。 各种接线和导管必须经过检查，保证连接正确。
对在流量中采用隔离液的系统，要在清洗好引压导管 以后，灌入隔离液 。
检查调节阀能否正确工作。 检查系统的干扰情况和接地情况 。 对安全防护措施也要检查。
26
计算机控制系统设计步骤
1．研究被控对象、确定控制任务 2．确定系统整体方案
PCLD-789D
6 路 12 位 D/A
性能 24 通道数字输入板 16 通道继电器输出板 24 通道继电器输出板 16 通道热电偶调理板
9
6.2.2 接口电路与信号调理
选择变送器和执行机构
⑴选择变送器 ⑵选择执行机构
传感器
小信号 V．I
信 号 0～ 放大器 10V
V/F
f
光电 耦合器
CPU
10
矢量来实现定时操作。
24
6.3.3 显示技术及与控制任务的协调
通常在控制程序中，经常需要显示被控物理量具体的数值，有时
还要求显示控制曲线。高级语
主程序
中断服务程序 言有专门的数据显示语句和绘
开始
采样滤波
直线的语句，用汇编语言编程
N 标志=1？
控制量输出
时可用 INT 10H 或 INT 21H 显 示字符，用 INT 10H 在屏幕上
2
4、通用性好——系统设计时应考虑能适应各种不同设备
和各种不同控制对象，使系统不必大改动就能很快适应新 的情况，能灵活地进行扩充。
5、经济效益高——在满足精度、速度和其它性能要求
的前提下，应缩短设计周期和尽可能采用价格低的元器 件，以降低整个控制系统的费用。
3
6.1.2 确定工程项目与控制任务
1、甲方提出任务委托书 2、乙方研究任务委托书 3、双方对委托书进行确认性修改 4、乙方初步进行系统总体方案设计 5、乙方进行方案可行性论证 6、签订合同书
图 7-4 中断信号接线图
钟 ， 因而 我们 称其 为 外部硬件中断。
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三、内部硬件中断
首先介绍 IR0 的内部接线及功能。内部接线如图 7-5，因为内部的
8253
8253 在初始化时，将计数器 0 设定为工
OUT0
IRQ0
作方式 3，计数初值为 0 即 65536。因此
GATE0
5V
1.19M CLK0 图 7-5 计算机内部 8253 接线图
第六章 计算机控制系统综合设计举例
计算机控制系统的硬件设计
控制计算机的选型 接口电路与信号调理
计算机控制系统的软件设计
定时操作系统的实现 显示技术及与控制任务的协调
烘箱温度计算机控制系统实例（本章重点）
1
6.1 控制系统的工程设计方法
6.1.1 系统设计的原则
1、安全可靠——计算机控制系统设计最重要的一个基本要 求。在计算机控制系统设计时，通常应考虑后援手段，如配 备常规控制装置或手动控制装置作后备。 2、系统操作性能好——使用方便和维修容易，从软硬件角 度考虑。 3、实时性强——对内部和外部的事件能及时地响应，并做 出相应的处理，不丢失信息、不延误操作。
4
6.1.3 工程项目的设计
1、组建项目研制小组 3、方案论证与评审 5、硬件和软件的分别调试
2、形成总体方案 4、硬件和软件的分别细化设计 6、系统的组装
6.1.4 项目仿真与调试
1、离线仿真和调试
2、在线调试和运行
5
6.2 计算机控制系统的硬件设计
计算机控制系统的硬件设计包括计算机选型、接口电路的选 型与设计、信号的调理等技术。