《过程装备控制技术及应用》课程教学资源（教案讲义）第五章 计算机控制系统

过程装备控制技术及应用教案 第五章计算机控制系统 1页共18页 第五章计算机控制系统 51概述 计算杋控制系统与常规控制系统基本结构相同,基本概念和术语也是通用的。有关调节原理和调 节过程也是相同的。不同之处在于:让篡机挖制系统史,按制器对控制对象的衾数、状态信息的检测和 控制績衷的锒出在时阆上是断续的,对檢测信景的分板篡是数字化的,而在模拟接制系统中则是连继 计算机控制系统方框图 控制器的输出称为控制量,所遵循的运算规律称为控制算法 计算机控制系统控制过程步骤:(三步 ◇实时数据采样:测量被控量的当前值,为断续的数字化信号 ◇实时判断:判断被控量当前值与给定值的偏差 ◇实时控制:根据偏差,作为控制决策。即按预定的算法对偏差进行运算,以及适时适量地向 执行机构发出控制信号 优点: ◇可实现分时对多个对象多个回路的控制: ◇便于对系统功能的扩充修 ◆可完成很多在模拟控制系统中由硬件难以完成的功能。 微型计算机特点: ◆体积小、结构简单; 今价格便宜,揽资少 ◇可靠性高,平均无故障时间长达几干小时至几万小时以上 ◆灵活性高。 52计算机控制系统的组成分类 52.1组成 计算机控制系统由工业对象和工业控制计算机两部分组成 工控机由硬件和软件两部分组成。硬件部分包括计算机主机、外部设备、外围设备、工业自动化 仪表和操作控制台等。软件是指计算机系统的程序系统 计算机控制系统基本组成 (1)硬件组成 主机:它是整个系统的核心装置,它由微处理器、内存贮器和系统总线等部分构成。主机根据过 程输入通道发送来的反映生产过程工况的各种信息和已确定的控制规律,作出相应的控制决策,并通过 过程输出通道发出控制命令,达到预定的控制目的。 主机所产生的控制是按照人们预先安排好的程序进行的,能实现过程输入控制和输出等功能的程 序预先已放入内存,系统启动后,CPC逐条取出来,并执行,从而产生预期的控制效果 过程输入输出通道:它是在微机和生产过程之间起信息传递和变换作用的装置。它包括:摸拟量 输入通道(A1)、开关量输入通道(DⅠ)、模拟量输出通道(AO)和开关量输出通道(DO)。 操作设备:系统的操作设备是操作员与系统之间的信息交换工具,操作设备一般由CRT显示器(或

过程装备控制技术及应用教案 第五章 计算机控制系统 第 1 页 共 18 页 第五章 计算机控制系统 5.1 概述 计算机控制系统与常规控制系统基本结构相同，基本概念和术语也是通用的。有关调节原理和调 节过程也是相同的。不同之处在于：计算机控制系统中，控制器对控制对象的参数、状态信息的检测和 控制结束的输出在时间上是断续的，对检测信号的分析计算是数字化的，而在模拟控制系统中则是连续 的。 计算机控制系统方框图 控制器的输出称为控制量，所遵循的运算规律称为控制算法。 计算机控制系统控制过程步骤：（三步）  实时数据采样：测量被控量的当前值，为断续的数字化信号；  实时判断：判断被控量当前值与给定值的偏差；  实时控制：根据偏差，作为控制决策。即按预定的算法对偏差进行运算，以及适时适量地向 执行机构发出控制信号。 优点：  可实现分时对多个对象多个回路的控制；  便于对系统功能的扩充修改；  可完成很多在模拟控制系统中由硬件难以完成的功能。 微型计算机特点：  体积小、结构简单；  价格便宜，揽资少；  可靠性高，平均无故障时间长达几干小时至几万小时以上；  灵活性高。 5.2 计算机控制系统的组成分类 5.2.1 组成 计算机控制系统由工业对象和工业控制计算机两部分组成。 工控机由硬件和软件两部分组成。硬件部分包括计算机主机、外部设备、外围设备、工业自动化 仪表和操作控制台等。软件是指计算机系统的程序系统。 计算机控制系统基本组成 （1）硬件组成 主机：它是整个系统的核心装置，它由微处理器、内存贮器和系统总线等部分构成。主机根据过 程输入通道发送来的反映生产过程工况的各种信息和已确定的控制规律，作出相应的控制决策，并通过 过程输出通道发出控制命令，达到预定的控制目的。 主机所产生的控制是按照人们预先安排好的程序进行的，能实现过程输入控制和输出等功能的程 序预先已放入内存，系统启动后，CPC 逐条取出来，并执行，从而产生预期的控制效果。 过程输入输出通道：它是在微机和生产过程之间起信息传递和变换作用的装置。它包括：摸拟量 输入通道（AI）、开关量输入通道（DI）、模拟量输出通道（AO）和开关量输出通道（DO）。 操作设备：系统的操作设备是操作员与系统之间的信息交换工具，操作设备一般由 CRT 显示器（或

过程装备控制技术及应用教案 第五章计算机控制系统 2页共18页 其他显示器)、键盘、开关和指示灯组成。操作员通过操作设备可以控制系统和了解系统运行状态。 外部设备:它是键盘终端、打印机、绘图仪、磁盘等计算机输入输出设备。 通信设备:规模较大的工业生产过程,其控制和管理常常非常复杂,需要几台或几十台微型计算 机才能分级完成控制与管理任务。这样,系统中的微机之间就需要通信。因此,需要由通信设备与数据 线将系统中的微机互联起来,构成控制与管理网纶 系统支持功能包括以下几部分: 监控定时器:主要作用是在系统因干扰或其他原因出现异常时,如“飞程序”或程序进入死循环, 使系统自动恢复正常工作运行,从而提高系统的可靠性。 电源掉电检测:若出现电源掉电故障,应能及时发现并保护当时的重要数据和CPU寄存器的内容, 以保证复电后系统能从断点处继续运行。电源掉电检测电路能检测电源是否掉电,并能在掉电时产生非 屏蔽中断请求。 保护重要数据的后备存贮体:监控定时器和断电保护功能均要有能保存重要数据的存贮体的支持 后备存贮体容量不大,在系统掉电时数据不会丢失,故常采用 NOVRAM或带后备电池的SRAM。为了 保证可靠、安全,系统存贮器工作期间,后备荐贮体应处于上锁状态 实时日历钟:使系统具有时间驱动功能,如在指定时刻产生某种控制或自动记录某个事件发生的 时间等。实时日历钟在电源掉电时能正常工作 总线匹配:总线母板上的信号线在高速时钟频率运行时均为传输长线,很可能产生反射和干扰信 号,一般采用RC滤波网络予以克服 (2)软件部分 计算机系统的软件包含系统软件和应用软件两部分。 系统软件一般包括汇编语言、髙级算法语言、过程控制语言以及它们的汇编、解释、编译程序 操作系统、数据库系统,通讯网络软件、调试程序,诊断程序等 应用软件是系统设计人员针对生产过程要求而编制的控制和管理程序。应用软件一般包括过程输 入程序、过程控制程序、过程输出程序、打印显示程序、人机接口程序等。其中过程控制程序是应用软 件的核心,是控制方案和控制规律的具体实现 522计算机控制系统的分类 (1)数据条集和数据处理系统 它的工作主要是对大量的过程状态参数实现巡回检测、数据存贮记录。数据处理(计算、统计、 整理)、进行实时数据分析以及数据越限报警等功能。 数据采集就是由传感器把温度、压力、流量、位移等物理量转换来的摸拟电信号经过处理并转换 成计算机能识别的数字量,输入计算机中 数据处理就是计算机将采集来的数字量根据需要进行不同的判决、运算,得出所需要的结果 数据采集与数据处理的典型结构 (2)直接数字控制系统(DDC) DDC分时地对被控对象的状态参数进行测试,并根据测试的结果与给定值的差,按照预先制定的 控制算法进行数字分析运算后,控制量输出直接作用在调节阀等执行机构上,使各个被控参数保持在给 定值上,实现对被控对象的闭环自动调节 DDC系统的优点:实现了几十个甚至更多的单回路PID控制:而且还能比较容易地实现其他新型 控制规律控制。它把显示、记录、报警、和给定值设定等功能都集中在操作控制台上,给操作人员带来 了很大方便。只要改变程序即可实现上述各种形式的控制规律。 DDC系统的缺点:要求工业控制计算的可靠性很高,否则会直接影响生产的正常运行

过程装备控制技术及应用教案 第五章 计算机控制系统 第 2 页 共 18 页 其他显示器）、键盘、开关和指示灯组成。操作员通过操作设备可以控制系统和了解系统运行状态。 外部设备：它是键盘终端、打印机、绘图仪、磁盘等计算机输入输出设备。 通信设备：规模较大的工业生产过程，其控制和管理常常非常复杂，需要几台或几十台微型计算 机才能分级完成控制与管理任务。这样，系统中的微机之间就需要通信。因此，需要由通信设备与数据 线将系统中的微机互联起来，构成控制与管理网络。 系统支持功能包括以下几部分： 监控定时器：主要作用是在系统因干扰或其他原因出现异常时，如“飞程序”或程序进入死循环， 使系统自动恢复正常工作运行，从而提高系统的可靠性。 电源掉电检测：若出现电源掉电故障，应能及时发现并保护当时的重要数据和 CPU 寄存器的内容， 以保证复电后系统能从断点处继续运行。电源掉电检测电路能检测电源是否掉电，并能在掉电时产生非 屏蔽中断请求。 保护重要数据的后备存贮体：监控定时器和断电保护功能均要有能保存重要数据的存贮体的支持， 后备存贮体容量不大，在系统掉电时数据不会丢失，故常采用 NOVRAM 或带后备电池的 SRAM。为了 保证可靠、安全，系统存贮器工作期间，后备荐贮体应处于上锁状态。 实时日历钟：使系统具有时间驱动功能，如在指定时刻产生某种控制或自动记录某个事件发生的 时间等。实时日历钟在电源掉电时能正常工作。 总线匹配：总线母板上的信号线在高速时钟频率运行时均为传输长线，很可能产生反射和干扰信 号，一般采用 RC 滤波网络予以克服。 （2）软件部分 计算机系统的软件包含系统软件和应用软件两部分。 系统软件一般包括汇编语言、高级算法语言、过程控制语言以及它们的汇编、解释、编译程序， 操作系统、数据库系统，通讯网络软件、调试程序，诊断程序等。 应用软件是系统设计人员针对生产过程要求而编制的控制和管理程序。应用软件一般包括过程输 入程序、过程控制程序、过程输出程序、打印显示程序、人机接口程序等。其中过程控制程序是应用软 件的核心，是控制方案和控制规律的具体实现。 5.2.2 计算机控制系统的分类 （1）数据条集和数据处理系统 它的工作主要是对大量的过程状态参数实现巡回检测、数据存贮记录。数据处理（计算、统计、 整理）、进行实时数据分析以及数据越限报警等功能。 数据采集就是由传感器把温度、压力、流量、位移等物理量转换来的摸拟电信号经过处理并转换 成计算机能识别的数字量，输入计算机中。 数据处理就是计算机将采集来的数字量根据需要进行不同的判决、运算，得出所需要的结果。 数据采集与数据处理的典型结构 （2）直接数字控制系统（DDC） DDC 分时地对被控对象的状态参数进行测试，并根据测试的结果与给定值的差，按照预先制定的 控制算法进行数字分析运算后，控制量输出直接作用在调节阀等执行机构上，使各个被控参数保持在给 定值上，实现对被控对象的闭环自动调节。 DDC 系统的优点：实现了几十个甚至更多的单回路 PID 控制；而且还能比较容易地实现其他新型 控制规律控制。它把显示、记录、报警、和给定值设定等功能都集中在操作控制台上，给操作人员带来 了很大方便。只要改变程序即可实现上述各种形式的控制规律。 DDC 系统的缺点：要求工业控制计算的可靠性很高，否则会直接影响生产的正常运行

过程装备控制技术及应用教案 第五章计算机控制系统 3页共18页 (3)监督控制系统SCC 监督计算机控制系统即所谓sCC或SPC系统,是指计算机根据生产过程的信息(测量值)和其 他信息(给定值等),按照描述生产过程的数学模型,去自动改变(也称重新设定)模拟调节器或DDC 工业控制机的给定值,从而使生产过程处于最优化的工况下进行 SCC系统分成以下两种形式: ①SCC十模拟调节器的控制系统 sCC工控机测量生产过程中有关参数,根据机内存贮的数学模型进行计算,同时根据优选的条件 求得各个控制回路给定值,然后由各回路的模拟调节仪表(如PID调节器)进行调节。 优点是可以实现最优化控制,达到省料、高产、低消耗,而且较为安全。当计算机出现故障时, 可以由模拟调节仪表独立完成操作 缺点是仍需要常規模拟调节仪表。 ②SCC+DDC的控制系统 它由一台DDC实现对生产过程的直接控制,再增设一台档次较高的微型计算机SCC。SCC和DDC 计算机之间是通过信息进行联系,可简单地进行数据传送。 sCC计算机根据工艺信息和工业过程现行状参数,按照生产过程的数学模型进行最优化的分析计 算,并将其算出的最优化操作条件去重新设定DDC计算机的给定值,然后由DDC计算机去进行过程控 制。由于DDC计算机的给定值能及时不断得到修正,从而可以便生产过程始终处于或接近最优化操作 条件。当DDC计算机出现故障时,可由SC℃计算机代替其功能,从而确保了生产的安全性 SCC+DDC的控制系统 (4)分级计算机控制系统 分级计算机控制系统是以一个“主”计算机和两个或两个以上的“从”计算机为基础构成的。其中 最高级的计算机具有经营管理功能。分级系统一般是混合式,即除计算机直接控制外还有仪表控制和直 接联接现场的执行机构 目前分级控制一般分为三级:生产管理级MS、临督控制级SCC和直接数字控制级DDC。 MS又可分成企业级MS和厂级MS。该系统的特点是将控制功能分散,用多台计算机分别执行 不同的控制功能,即能进行控制,又能实现管理。由于计算机控制和管理范围的缩小,便其灵活方便, 可靠性高,且通讯简单。 针对教材P240图5一7所示的分级计算机控制系统,讲解其四级的功能。 (5)集散型控制系统 集散型控制系统TDCS,也称为分布式计算机控制系统。它是以数台乃至数百台的微型计算机分散 地分布在各个生产现场,作为现场控制站或者基本调节器实现对生产过程的检测与控制,代替了大量的 常规模拟伩表。因此,即能克服模拟仪表的功能单一性和局限性,又能避免计算机集中控制的危险性 这些控制之后通过高速数据通道与监督计算机SCC通讯,通过CRI操作站实现对系统的监视和干预。 这种结构比分级分层结构更灵活、扩充也更方便。而且由于硬度的冗余度大,某个回路出现故障 可以相互支援,因此有很高的可靠性。 集散型控制系统将生产过程按其系统结枃纵冋分成现场控制级、控制管理级、生产和经营管理级 级间相互独立又相互联系,再对每一级按其功能划分为若干子块,采取即分散又集中的原则,进行集散 控制系统的硬件和软件设计 集散型控制系统主要特点 硬件组装积木化 ◆软件模块化; ◆组态控制系统;

过程装备控制技术及应用教案 第五章 计算机控制系统 第 3 页 共 18 页 （3）监督控制系统 SCC 监督计算机控制系统即所谓 SCC 或 SPC 系统，是指计算机根据生产过程的信息（测量值）和其 他信息（给定值等），按照描述生产过程的数学模型，去自动改变（也称重新设定）模拟调节器或 DDC 工业控制机的给定值，从而使生产过程处于最优化的工况下进行。 SCC 系统分成以下两种形式： ①SCC＋模拟调节器的控制系统 SCC 工控机测量生产过程中有关参数，根据机内存贮的数学模型进行计算，同时根据优选的条件 求得各个控制回路给定值，然后由各回路的模拟调节仪表（如 PID 调节器）进行调节。 优点是可以实现最优化控制，达到省料、高产、低消耗，而且较为安全。当计算机出现故障时， 可以由模拟调节仪表独立完成操作。 缺点是仍需要常规模拟调节仪表。 ②SCC+DDC 的控制系统 它由一台 DDC 实现对生产过程的直接控制，再增设一台档次较高的微型计算机 SCC。SCC 和 DDC 计算机之间是通过信息进行联系，可简单地进行数据传送。 SCC 计算机根据工艺信息和工业过程现行状参数，按照生产过程的数学模型进行最优化的分析计 算，并将其算出的最优化操作条件去重新设定 DDC 计算机的给定值，然后由 DDC 计算机去进行过程控 制。由于 DDC 计算机的给定值能及时不断得到修正，从而可以便生产过程始终处于或接近最优化操作 条件。当 DDC 计算机出现故障时，可由 SCC 计算机代替其功能，从而确保了生产的安全性。 SCC+DDC 的控制系统 （4）分级计算机控制系统 分级计算机控制系统是以一个“主”计算机和两个或两个以上的“从”计算机为基础构成的。其中 最高级的计算机具有经营管理功能。分级系统一般是混合式，即除计算机直接控制外还有仪表控制和直 接联接现场的执行机构。 目前分级控制一般分为三级：生产管理级 MIS、临督控制级 SCC 和直接数字控制级 DDC。 MIS 又可分成企业级 MIS 和厂级 MIS。该系统的特点是将控制功能分散，用多台计算机分别执行 不同的控制功能，即能进行控制，又能实现管理。由于计算机控制和管理范围的缩小，便其灵活方便， 可靠性高，且通讯简单。 针对教材 P240 图 5－7 所示的分级计算机控制系统，讲解其四级的功能。 （5）集散型控制系统 集散型控制系统 TDCS，也称为分布式计算机控制系统。它是以数台乃至数百台的微型计算机分散 地分布在各个生产现场，作为现场控制站或者基本调节器实现对生产过程的检测与控制，代替了大量的 常规模拟仪表。因此，即能克服模拟仪表的功能单一性和局限性，又能避免计算机集中控制的危险性。 这些控制之后通过高速数据通道与监督计算机 SCC 通讯，通过 CRT 操作站实现对系统的监视和干预。 这种结构比分级分层结构更灵活、扩充也更方便。而且由于硬度的冗余度大，某个回路出现故障时 可以相互支援，因此有很高的可靠性。 集散型控制系统将生产过程按其系统结构纵向分成现场控制级、控制管理级、生产和经营管理级。 级间相互独立又相互联系，再对每一级按其功能划分为若干子块，采取即分散又集中的原则，进行集散 控制系统的硬件和软件设计。 集散型控制系统主要特点：  硬件组装积木化；  软件模块化；  组态控制系统；

过程装备控制技术及应用教案 第五章计算机控制系统 4页共18页 ◆应用先进的通信网络 ◆具有开放性 ◆可靠性高 5.3AD与DA转换器 传感器与微机之间要通过模数转换器(AD)来连接,它的功能是将输入的摸拟量转化为数字量 般控制器采用模拟量参数,在计算机与控制器件之间要通过数模转换器(DA)进行连接。 5.31AD转换器 AD转换器是一种能够在规定的精度和分辨率之内,把接收的摸拟信号转换成与之成正比的数字信 号的器件 模数转换包括时间上等间隔的采样及保持和幅值上的量化及编码,它把电压等模拟量转换成数字 量,即把连续信号变成离散的时间序列 在AD转换过程中,设x(t)为给定的摸拟信号,x(t)代表对给定信号按同一时间间隔采样所得到的 系列离散值,于是AD转换得到相应的一系列数字量{a},每个数字代表x(t)的幅值。为了实现转换 过程;需要将采样值保持一定时间,保持中的采样值还是连续的模拟量,而数字量只能是离能值。所以 需要用量化单位对模拟量做整型量化,从而得到与模拟量对应的数字值。量化后的数字以编码形式表示。 量化就是在模数转换过程中,对时域上每个间隔采样分层取值的过程。它是采用有限字长的一组二 进制码去逼近离散的模拟信号的幅值,而字长位数的多少决定了数字量偏移连续量误差的大小。数字最 低位所代表的数值称为量化单位通常用字母q表示,它是分层的标准尺度。显然,量化单位越小,信号 精度越高,但任何量化都会引起误差。 由量化引起的误差称为量化误差。当输入信号随时间变化时,量化后的曲线呈阶梯形。对应的量化 误差c()即与量化单位有关又与被测信号x()有关。当量化单位与被测信号的幅值比足够小,量化误差 可看作量化噪声 由于量化单位对应数字量最低位所代表的数值,所以 q=FRS/2" 式中,FRS一满量程电压值 n-转换器的位数 如12位AD转换器,电压范围是0-10V或±5V,则q=10/2≈0.00244V。由于截尾误差的 均值不为零,即存在直流分量,所以一般采用舍入处理,显然舍入处理的最大量化误差为±q/2。 AD转换的编码方式为单极性和双极性两种。单极性方式用于信号恒为正值或负值的情况,例如温 度和压力等。振动信号在一个周期内有正负,所以采用双极性编码方式。在双极性方式中,最高位是符 号位,用于表示极性的正负,其余的位用来表示信号的幅值,这种将符号数码化的数叫做机器数。利用 计算机对数据进行运算时要考虑符号如何处理,能否同数值一起参加运算。为了妥善处理这些问题提出 了把符号位和数值一起编码的各种方法 1)原码 原码是一种最直接的机器数表示法,规定用0表示正号,用1表示负号,数值部分按一般二进制表 示,即尾数与真值一样。若xb=x1x2…xm,则 3=xx1x2…xn x为原码机器数:x为直值:x1,…,xn1分别表示各尾数位上的数值:x为原码机器数的符号位 它满足

过程装备控制技术及应用教案 第五章 计算机控制系统 第 4 页 共 18 页  应用先进的通信网络；  具有开放性；  可靠性高； 5.3 A/D 与 D/A 转换器 传感器与微机之间要通过模数转换器(A/D)来连接，它的功能是将输入的摸拟量转化为数字量；一 般控制器采用模拟量参数，在计算机与控制器件之间要通过数模转换器（D/A）进行连接。 5.3.1 A/D 转换器 A/D 转换器是一种能够在规定的精度和分辨率之内，把接收的摸拟信号转换成与之成正比的数字信 号的器件。 模数转换包括时间上等间隔的采样及保持和幅值上的量化及编码，它把电压等模拟量转换成数字 量，即把连续信号变成离散的时间序列。 在 A/D 转换过程中，设 x(t)为给定的摸拟信号，x`(t)代表对给定信号按同一时间间隔采样所得到的 一系列离散值，于是 A/D 转换得到相应的一系列数字量{an}，每个数字代表 x`(t)的幅值。为了实现转换 过程；需要将采样值保持一定时间，保持中的采样值还是连续的模拟量，而数字量只能是离能值。所以 需要用量化单位对模拟量做整型量化，从而得到与模拟量对应的数字值。量化后的数字以编码形式表示。 量化就是在模数转换过程中，对时域上每个间隔采样分层取值的过程。它是采用有限字长的一组二 进制码去逼近离散的模拟信号的幅值，而字长位数的多少决定了数字量偏移连续量误差的大小。数字最 低位所代表的数值称为量化单位通常用字母 q 表示，它是分层的标准尺度。显然，量化单位越小，信号 精度越高，但任何量化都会引起误差。 由量化引起的误差称为量化误差。当输入信号随时间变化时，量化后的曲线呈阶梯形。对应的量化 误差 (t) 即与量化单位有关又与被测信号 x(t)有关。当量化单位与被测信号的幅值比足够小，量化误差 可看作量化噪声。 由于量化单位对应数字量最低位所代表的数值，所以 n q = FRS 2 式中，FRS—满量程电压值； n—转换器的位数。 如 12 位 A/D 转换器，电压范围是 0~10V 或±5V，则 10 2 0.00244 12 q =  V。由于截尾误差的 均值不为零，即存在直流分量，所以一般采用舍入处理，显然舍入处理的最大量化误差为  q / 2 。 A/D 转换的编码方式为单极性和双极性两种。单极性方式用于信号恒为正值或负值的情况，例如温 度和压力等。振动信号在一个周期内有正负，所以采用双极性编码方式。在双极性方式中，最高位是符 号位，用于表示极性的正负，其余的位用来表示信号的幅值，这种将符号数码化的数叫做机器数。利用 计算机对数据进行运算时要考虑符号如何处理，能否同数值一起参加运算。为了妥善处理这些问题提出 了把符号位和数值一起编码的各种方法。 1）原码 原码是一种最直接的机器数表示法，规定用 0 表示正号，用 1 表示负号，数值部分按一般二进制表 示，即尾数与真值一样。若 b = 1 2 n−1 x x x x ，则  0 = 0 1 2 n−1 x x x x x  0 x 为原码机器数； b x 为直值； 1 1 , , n− x  x 分别表示各尾数位上的数值； 0 x 为原码机器数的符号位， 它满足

过程装备控制技术及应用教案 第五章计算机控制系统 5页共18页 xh ≤0 2)偏移码 在偏移码中,数字量x=±x1x2…xn1与模拟量±U的对应关系偏移2个量化单位,即偏移码 [x]b=x0x1x2…xm对应的模拟电压为 2 2 式中,q为量化单位,q=2U612 偏移二时制码[x]与二进制数x2的关系为[x]=x6+2-1 显然零电压对应于机器数2-,并且在偏移码中正数的符号位为1,负数的符号位为0 3)补码 对于位数为n的进制数2”会发生溢出,它和0是等价的这个n位数是2n为进位数的,进位值2n称 为模,记作(mod2")于是有 xb+2”=x6(mod2") 式中xb为二进制数,xb=±x1x2…xn1 当x为负数时,x6+2”为一个正数。这样负数可以用一个用余的正数表示,也就是说可以用加法 算代替减法运算。 对于x=±x1x2…xn1,其补码为 0≤x1≤2m 2n≤x<0 4)反码 正数的反码,与其原码完且相同:负数的反码与原码符号位相同,尾数部分是每位按位取反。例如, 当x=-101时,其原码[3=1101,其反码为[x]1=10100。 反码的概念与补码相同,只不过是模的值不同。对于x=±x1x2…xn1其反码为 0≤x.≤21 xb+(2-1)-2"≤x≤0 反码的模2″-1与补码的模在未位差1。 四种编码方法的对应关系

过程装备控制技术及应用教案 第五章 计算机控制系统 第 5 页 共 18 页      = 1 0 0 0 0 b b x x x 2）偏移码 在偏移码中，数字量 b =  1 2 n−1 x x x x 与模拟量 Ub 的对应关系偏移 1 2 n− 个量化单位，即偏移码  0b = 0 1 2 n−1 x x x x x 对应的模拟电压为 U q(x x x ) q n n n n sc 0 1 1 2 1 1 0 2 2 2 2 − − − − = + ++ − 式中，q 为量化单位， n q = 2Ub / 2 。 偏移二时制码   b x 0 与二进制数 b x 的关系为   1 0 2 − = + n b b x x 。 显然零电压对应于机器数 1 2 n− ，并且在偏移码中正数的符号位为 1，负数的符号位为 0。 3）补码 对于位数为 n 的进制数 n 2 会发生溢出，它和 0 是等价的这个 n 位数是 n 2 为进位数的，进位值 n 2 称 为模，记作（mod n 2 ）于是有 2 (mod 2 ) n b n b x + = x 式中 b x 为二进制数， b =  1 2 n−1 x x x x 。 当 b x 为负数时， n b x + 2 为一个正数。这样负数可以用一个用余的正数表示，也就是说可以用加法 运算代替减法运算。 对于 b =  1 2 n−1 x x x x ，其补码为      +     = 2 - 2 0 0 2 n-1 n-1 2 b n b b b c x x x x x 4）反码 正数的反码，与其原码完且相同；负数的反码与原码符号位相同，尾数部分是每位按位取反。例如， 当 xb = −1011 时，其原码 x0 =11011 ，其反码为 xc1 =10100 。 反码的概念与补码相同，只不过是模的值不同。对于 b =  1 2 n−1 x x x x 其反码为      +     = (2 -1) - 2 0 0 2 n-1 n-1 1 b n b b b c x x x x x 反码的模 2 −1 n 与补码的模在未位差 1。 四种编码方法的对应关系