1、 单片机控制系统 广义地说， 微型计算机控制系统（单片机控制系统） 是用于处理信息的，这种 被用于处理的 信息可以是电话交谈， 也可以是 仪器 的 读数或 者是一个 企业 的 帐户，但是各种情况下都涉及 到 相同的主要操作：信息 的 处理 、信息的 存储和 信息的 传递。在常规的电子设计中，这些操作都是以功能平台方式组合起来的，例如计数器，无论是电子 计数器 还是机械 计数器 ，都要存储当前 的数值 ， 并且 按要求将该 数值 增 加 1。 一个系统例如 采用计数器的电子钟之类的任一系统要使其存储和处理能力遍布整个系统，因为每个计数器都能存储和处理一些数字。 现如今，以微 处理器为基础的 系统
2、 从常规的处理方法中分离了出来 ，它将 信息的处理， 信息的 存储和 信息的 传输三个功能分离形成不同的系统单元。这种 主要将系统分成 三个主要单元的分离方法是冯 -诺依曼在 20 世纪 40 年代所设想出来的，并且是针对微计算机的设想。从此 以后基本上 所有制成的计算机都是用这种结构设计的，尽管 他们 包含 着 宽广的物理形式 与物理结构 ， 但 从根本上来说他们均是具有相同基本设计 的计算机 。 在 以微处理器为基础的 系统中，处理是由 以微处理器为基础的 系统 自身 完成的。存储是利用存储器电路，而 从系统中输入和输出 的信息传输则是利用特定的输入 /输出（ I/O）电路。要在一个 以
3、微处理器 为基础的 时钟中找出执行 具有 计数功能的一个特殊 的 硬件 组成部分 是不可能的，因为时间存储在存储器中，而在固定的时间间隔下由微处理器控制增值。但是，规定系统运转过程的软件 却规定了 包含实现计数器 计数功能的单元 部分 。由于系统几乎完全由软件所定义，所以对微处理器结构和其辅助电路这种看起来非常抽象的处理方法使其在应用时非常灵活。这种设计过程主要是软件工程，而且在生产软件时，就会遇到产生于常规工程中相似的构造和维护问题。 图 1.1 微型计算机的三个组成部分 图 1.1 显示出了微型计 算机中这三个单元 在一个微处理器控制系统中 是如何按照机器中的信息通信方式而联接起来的。该系
4、统由微处理器控制，微处理器 能够对其自身的 存储器和输入 /输出单元的信息传输 进行管理 。外部的连接 部分 与工程系统 中 的 其余部分（即非计算机部分）有关。 尽管图中显示的只有一个存储单元， 但是在 实际中 却 有 RAM 和 ROM 两种不同的存储器被使用。 在每一种情况下， 由于概念上的计算机存储器更像一个公文柜，上述的 “存储器 ”一词是非常不恰当的；信息 被 存放在一系列已 数字标记过的 的 “箱子 ”中，而且可 以按照 问题由 “箱子 ”的序列号进行 相关 信息的参考定位 。 微计算机 控制系统经常 使用 RAM（随机存取存储器），在 RAM 中 ， 数据 可以 被写入，并且在
5、需要 的时候，可以 被再次读出。这种数据能以 任意一种 所希望的次序从存储器中读出， 而 不必 按照 写入时的相同次序 读出 ，所以有 “随机 ”存取存储器。另一类型 ROM（只读存储器） 是 用来保持 信息的，它们是 不受微处理器影响的固定的信息标本；这些 信息 在电源切断后不会丢失，并通常用来保存规定微处理器化系统运转过程的程序。 ROM 可像 RAM 一样被读取，但与 RAM 不一样的是不能用来存储可变的信息。有些 ROM 在制造时将其数据标本放入，而另外的则可通过特 殊的设备由用户编程，所以称为可编程 ROM。被广泛使用的可编程 ROM 可利用特殊紫外线灯察除，并被成为 E PROM，
6、即可察除可编程只读存储器的缩写。另有新类型的期器件不必用紫外线灯而用电察除，所以称为电可察除可编程只读存储器 EEPROM。 微处理器在程序控制下处理数据，并控制流向和来自存储器和输入 /输出装置的信息流。有些输入 /输出装置是通用型的，而另外一些则是设计来控制如磁盘驱动器的特殊硬件，或控制传给其他计算机的信息传输。大多数类型的 I/O 装置在某种程度下可编程，允许不同形式的操作，而有些则包含特殊用 途微处理器的 I/O 装置不用主微处理器的直接干预，就可实施非常复杂的操作。 假如应用中不需要太多的程序和数据存储量，微处理器、存储器和输入 /输出可全被包含在同一集成电路中。这通常是低成本应用情
7、况，例如用于微波炉和自动洗衣机的控制器。当商品被大量地生产时，这种单一芯片的使用就可节省相当大的成本。当技术进一步发展，更强更强的处理器和更大更大数量的存储器被包含形成单片微型计算机，结果使最终产品的装配成本得以节省。但是在可预见的未来，当需要大量的存储器或输入 /输出时，还是有必要继续将许多集成电路相互联结起来， 形成微计算机。 微计算机的另一主要工程应用是在过程控制中。这是，由于装置是按特定的应用情况由微机编程实现的，对用户来说微计算机的存在通常就更加明显。在过程控制应用中，由于这种设备以较少的数量生产，将整个系统安装在单个芯片上所获取的利益 常比不上所涉及的高设计成本。而且，过程控制器通
8、常更为复杂，所以要将他们做成单独的集成电路就更为困难。可采用两种处理，将控制器做成一种通用的微计算机，正像较强版本的业余计算机那样；或者做成 “包裹 ”式系统，按照像电磁继电器那样的较老式的技术进行设计，来取代控制器。对前一种情 况，系统可以用常规的编程语言来编程，正如以后要介绍的语言那样；而另一种情况，可采用特殊用途的语言，例如那种使控制器功能按照继电器相互连接的方法进行描述。两种情况下，序均能存于RAM，这让程序能按应用情况变化时进行相应的变化，但是这使得总系统易受掉电影响而工作不正常，除非使用电池保证供电连续性。另一种选择是将程序在 ROM 中，这样他们就变成电子 “硬件 ”的一部分并常
9、被称为 “固件 ”。 尽管大规模集成电路的应用使小型和微型计算机的差别变得 “模糊 ”，更复杂的过程控制器需要小型计算机实现他们的过程。各种类型的产 品和过程控制器代表了当今微计算机应用的广泛性，而具体的结构取决于对 “产品 ”一词的解释。实际上，计算机的所有工程和科学上的应用都能指定来进行这些种类的某一或某些工作。而在本设计中压力和压力变送器当某一力加到某一面积上，就形成压力，假如这力是 1 牛顿均匀地加在 1 平方米的面积上，这压力被定义为 1 帕斯卡。压力是一种普遍的工艺状态，它也是这个星球上的一个生活条件：我们生活在向上延伸许多英里的大气海洋的底部。空气物质是有重量的，而且这种下压的重
10、量形成大气压。水，是生活的必需品，也是在压力之下提供给我们中的大多数人。在典型 的过程工厂中，压力影响沸点温度、凝固点温度、过程效率、消耗和其他重要因数。压力的测量和控制，或者压力的不足真空，在典型的过程控制中是极为重要的。 工厂中的工作仪器通常包括压力计、精密纪录仪、以及气动和电动的压力变送器。压力变送器实现压力测量并产生正比于所传感压力的气动或电信号输出。 在过程工厂中，将控制仪表远远放在过程的附近是不现实的，并且大多数测量是不容易从远处传来的。压力测量是一个例外，但是，如果要离测量点几百英尺外指示或记录某种危险化学品的高压，就会有来自这个压力所载的化学品所引发的危险。为了消除这 一问题，开发了一种信号传输系统。这种系统常常可是气动或者电动的。使用这种系统，就可以在某一地点安装大多数的指示、记录和控制仪器。这也是最少数量的操作者有效的运行工厂成为现实。 当使用气动传送系统时，测量信号就由变送器将比例为 0% 100%的测量值转换为气动信号。变送器安装在靠近过程中的测量点上。变送器输出 对气动变送器是输出压力 通过管道传给记录或控制仪表。气动变送器的标准输出范围是 20 100kPa，
