計算機控制技術(shù)第三版第2章ppt課件

1、自動化教研室,第2章 工業(yè)控制計算機,2.1 工控機,2.2 可編程控制器,2.3 嵌入式系統(tǒng),2.1.1 IPC的組成與特點,2.1.4 IPC輸入/輸出模板,2.1.5 IPC的主要產(chǎn)品,2.1.2 IPC的內(nèi)部總線,2.1.3 IPC的外部總線,2.1.1 IPC的組成與特點,工業(yè)控制計算機也稱為工業(yè)計算機（IPC）,簡稱工控機。 它主要用于工業(yè)過程測量、控制、數(shù)據(jù)采集等。 以工控機為核心的測量和控制系統(tǒng)，處理來自工業(yè)系統(tǒng)的輸入信號，再根據(jù)控制要求將處理結(jié)果輸出到執(zhí)行機構(gòu)，去控制生產(chǎn)過程，同時對生產(chǎn)進行監(jiān)督和管理。,IPC硬件組成,典型的工控機由加固型工業(yè)機箱、工業(yè)電源、主機板、顯示板、

2、硬盤驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器、各類輸入/輸出接口模塊、顯示器、鍵盤、鼠標、打印機等組成。,圖2.1 IPC系統(tǒng)基本框圖,主機板 工業(yè)控制機的核心，由中央處理器（CPU）、存儲器（RAM、ROM）和I/O接口等部件組成。主機板的作用是將采集到的實時信息按照預(yù)定程序進行必要的數(shù)值計算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理，及時選擇控制策略并將結(jié)果輸出到工業(yè)過程 。,系統(tǒng)總線 系統(tǒng)總線可分為內(nèi)部總線和外部總線。 內(nèi)部總線是工控機內(nèi)部各組成部分之間進行信息傳送的公共通道，是一組信號線的集合。 外部總線是工控機與其它計算機和智能設(shè)備進行信息傳送的公共通道。,人-機接口 人-機接口包括顯示器、鍵盤、打印機以及專用操作顯示臺等。通

3、過人-機接口設(shè)備，操作員與計算機之間可以進行信息交換。,通信接口 通信接口是工業(yè)控制機與其它計算機和智能設(shè)備進行信息傳送的通道。常用的通信接口有IEEE-488并行接口、RS-232C和RS485串行、USB總線接口。,輸入/輸出模板 工控機和生產(chǎn)過程之間進行信號傳遞和變換的連接通道。 包括模擬量輸入通道（AI）、模擬量輸出通道（AO）、數(shù)字量輸入通道（DI）、數(shù)字量輸出通道（DO）。,系統(tǒng)支持 監(jiān)控定時器：俗稱“看門狗”（Watchdog）； 電源掉電監(jiān)測； 后備存儲器； 實時日歷時鐘。,磁盤系統(tǒng) 半導(dǎo)體虛擬磁盤，軟盤,硬盤或USB磁盤,系統(tǒng)軟件 系統(tǒng)軟件用來管理IPC的資源，并以簡便的形式

4、向用戶提供服務(wù)。包括實時多任務(wù)操作系統(tǒng)、引導(dǎo)程序、調(diào)度執(zhí)行程序，如美國Intel公司的iRMX86實時多任務(wù)操作系統(tǒng)。除了實時多任務(wù)操作系統(tǒng)以外，也常使用MS-DOS，特別是Windows軟件。 工具軟件 工具軟件是技術(shù)人員從事軟件開發(fā)工作的輔助軟件，包括匯編語言、高級語言、編譯程序、編輯程序、調(diào)試程序、診斷程序等。 應(yīng)用軟件 是系統(tǒng)設(shè)計人員針對某個生產(chǎn)過程而編制的控制和管理程序。通常包括過程輸入輸出程序、過程控制程序、人-機接口程序、打印顯示程序和公共子程序等。,IPC軟件組成,IPC的特點,可靠性高； 實時性好； 環(huán)境適應(yīng)性強； 豐富的輸入輸出模板； 系統(tǒng)擴充性和開放性好； 控制軟件包功能

5、強； 系統(tǒng)通信功能強； 冗余性。,2.1.2 IPC的內(nèi)部總線,IPC由多個不同功能的插件板與主機板共同構(gòu)成，插件板采用大規(guī)模集成電路LSI芯片作為核心。 構(gòu)成系統(tǒng)的各類插件板之間的互聯(lián)和通信通過系統(tǒng)總線來完成。 這里的系統(tǒng)總線不是指中央處理器內(nèi)部的三類總線，而是指系統(tǒng)插件板交換信息的板級總線。 這種系統(tǒng)總線就是一種標準化的總線電路，它提供通用的電平信號來實現(xiàn)各種電路信號的傳遞。 總線標準實際上是一種接口信號的標準和協(xié)議。,內(nèi)部總線是指計算機內(nèi)部各功能模塊間進行通信的總線，也稱為系統(tǒng)總線，是構(gòu)成完整計算機系統(tǒng)的內(nèi)部信息樞紐。 工業(yè)控制計算機采用內(nèi)部總線母板結(jié)構(gòu)，母板上各插槽的引腳都連接在一起，

6、組成系統(tǒng)的多功能模板插入接口插槽，由內(nèi)部總線完成系統(tǒng)內(nèi)各模板之間的信息傳送，從而構(gòu)成完整的計算機系統(tǒng)。各種型號的計算機都有自身的內(nèi)部總線。 目前工控領(lǐng)域應(yīng)用較多的內(nèi)部總線有STD總線、ISA總線和PCI總線。,IBM PC 總線是針對 Intel8088微處理器而設(shè)計的，其第一個標準是 PC/XT 總線，它定義了8位數(shù)據(jù)線和 20位地址和若干條控制線，共 62引腳。 為了和 Intel80286 16位機兼容，對 XT 總線在電氣和機械特性上作了較大的擴充，在原來 62引腳的基礎(chǔ)上增加了一個 36引腳插座而形成 AT 總線。AT 總線將數(shù)據(jù)總線擴展為16位，地址總線擴展到 24位，將中斷擴充到

7、 15個并提供了中斷共享功能， DMA 通道也擴充到 8個。AT總線也稱 ISA 總線標準。 1989年，COMPAQ 公司聯(lián)合 HP，AST 等 9家計算機公司，在 ISA 總線基礎(chǔ)上，推出了適應(yīng) 32位微處理器的系統(tǒng)總線標準 EISA 總線標準。,ISA 總線,PCI總線,PCI總線是介于CPU芯片級總線與系統(tǒng)總線之間的一級總線。外設(shè)通過局部總線與CPU的數(shù)據(jù)傳輸率得以大大提高。PCI總線支持64位數(shù)據(jù)傳送、多總線主控模塊和線性猝發(fā)讀寫和并發(fā)工作方式。 主要特點： PCI總線時鐘為33MHz，與CPU時鐘無關(guān)，總線帶寬為32位，可擴充到64位。 PCI傳輸率高：最大傳輸率為133MB/s（

8、266MB/s），能提高硬盤、網(wǎng)絡(luò)界面卡的性能；充分發(fā)揮影像、圖形及各種高速外圍設(shè)備的性能。 PCI采用數(shù)據(jù)線和地址線復(fù)用結(jié)構(gòu)，減少了總線引腳數(shù)，從而節(jié)省線路空間，降低設(shè)計成本。,Compact PCI 總線標準由PICMG于1995年正式發(fā)布。Compact PCI的意思是“堅實的PCI”，它采用與標準PCI相同的電氣規(guī)范, 所以可使用與傳統(tǒng)PCI系統(tǒng)相同的芯片、防火墻和相關(guān)軟件。 將一個標準PCI插卡轉(zhuǎn)化成Compact PCI 插卡幾乎不需重新設(shè)計，只需對物理連接進行重新分布。,Compact PCI總線,PC/104是一種專門為嵌入式控制而定義的工業(yè)控制總線。IEEE-P996是PC和

9、PC/AT工業(yè)總線規(guī)范，IEEE協(xié)會將它定義IEEE-P996.1，PC/104實質(zhì)上就是一種緊湊型的IEEE-P996，其信號定義和PC/AT基本一致，但電氣和機械規(guī)范卻完全不同，是一種優(yōu)化的、小型、堆棧式結(jié)構(gòu)的嵌入式控制系統(tǒng)。PC/104以其小尺寸（90mmX96mm）、開放的高可靠性的工業(yè)規(guī)范、模塊可自由擴展、 低功耗、堆棧式連接、豐富的軟件資源等優(yōu)點，在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。,PC/104總線,STD總線在1978年最早由Pro-Log公司作為工業(yè)標準發(fā)明的，由STDGM制定為STD-80規(guī)范。 1987年，STD總線被被批準為國際標準IEEE-961。STD-80/MPX作為

10、STD-80追加標準，支持多主（MultiMaster）系統(tǒng)。 STD總線工控機是工業(yè)型計算機，STD總線的16位總線性能滿足嵌入式和實時性應(yīng)用要求，特別是它的小板尺寸、垂直放置無源背板的直插式結(jié)構(gòu)、豐富的工業(yè)I/O OEM模板、低成本、低功耗、擴展的溫度范圍、可靠性和良好的可維護性設(shè)計，使其在空間和功耗受到嚴格限制的、可靠性要求較高的工業(yè)自動化領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。,STD總線,2.1.3 IPC的外部總線,IEEE-488并行通信總線又稱為通用接口總線，是一種24線總線。 打印機、繪圖儀、電壓表、信號發(fā)生器等各類外設(shè)都可以使用這種總線。 IEEE-488總線電纜是一條無源的電纜線，包括16條

11、信號線和8條地線。 16根信號線可分成3組，即8根雙向數(shù)據(jù)總線、3根數(shù)據(jù)字節(jié)傳送控制總線和5根接口管理總線，均為低電平有效。,IEEE-488并行通信總線,RS-232C是在異步串行通信中應(yīng)用最早和最廣泛的標準串行總線，是由美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)制定的一種串行接口標準。 RS-232的連接插頭用25針或9針的EIA連接插頭座。,RS-232C串行通信總線,(1)信號含義 由計算機到MODEM的信號 DTR：數(shù)據(jù)終端準備好。 RTS：請求發(fā)送。 由MODEM到計算機的信號 DSR：數(shù)據(jù)設(shè)備準備好。 CTS：發(fā)送清零。 DCD：數(shù)據(jù)信號檢測。 RI：振鈴指示器，告知計算機對端的電話已經(jīng)在振鈴了

12、。 數(shù)據(jù)信號 TXD：發(fā)送數(shù)據(jù)。 RXD：接收數(shù)據(jù)。,(2)電氣特性 RS-232C的電氣特性要求總線信號采用負邏輯，低電平為邏輯“1”，高電平為邏輯“0”。 邏輯“1”狀態(tài)電平為-15V-5V； 邏輯“0”狀態(tài)電平為+5V+15V； 其中-5V+5V用作信號狀態(tài)的變遷區(qū)。 在串行通信中把邏輯“1”稱為傳號(MARK)或OFF狀態(tài)，把邏輯“0”稱為空號(SPACE)或ON狀態(tài)。,RS-232C串行接口采用TTL輸入輸出電平，而RS-232C的邏輯電平與TTL電平不兼容，為了與TTL器件相連，必須進行電平轉(zhuǎn)換。,RS-232-C雖然使用很廣，但由于推出時間比較早，所以在現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)中已暴露出明顯

13、的缺點，其缺點主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸速率低、傳送距離短、未規(guī)定標準的連接器、接口處各信號間容易產(chǎn)生串擾等。 由于RS-232-C有上述一些缺點，所以， EIA對它做了部分改進，于1977年制訂出新標準RS-449；1980年它成為美國標準。在制訂新標準時，除了保留與RS-232-C兼容的特點外，還在提高傳輸速率，增加傳輸距離，改進電器特性等方面做了很多努力。它增加了RS-232-C所沒有的環(huán)測功能，明確規(guī)定了連接器，解決了機械接口問題。 與RS-449一起推出的還有RS-423A和RS-422A。實際上，它們都是RS-449標準的子集。,RS-422/RS-485串行通信總線,RS-422A RS

14、-422-A規(guī)定了差分平衡的電氣接口。它能夠在較長距離傳輸時明顯地提高數(shù)據(jù)傳送速率，如在1200m距離內(nèi)把速率提高到100Kbps，或在較近距離（12m）內(nèi)提高到10Mbps。這種性能的改善源于平衡結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，這種差分平衡結(jié)構(gòu)能從地線的干擾中分離出有效信號。實際上，差分接收器可以區(qū)分0.2V以上的電位差，因此，可不受地參考電平波動及共模電磁干擾的影響。,RS-485 在許多工業(yè)過程控制中，要求用最少的信號線來完成通信任務(wù)。目前廣泛應(yīng)用的RS-485串行接口總線就是為適應(yīng)這種需要而產(chǎn)生的。它實際上就是RS-422總線的變型。兩者不同之處在于： RS-422為全雙工，而RS-485為半雙工； RS

15、-422采用兩對平衡差分信號線，RS-485只需其中的一對。 RS-485更適合多站互連，一個發(fā)送驅(qū)動器最多可連接32個負載設(shè)備。負載設(shè)備可以是被動發(fā)送器、接收器和收發(fā)器。此電路結(jié)構(gòu)在平衡連接電纜兩端有終端電阻，在平衡電纜上掛發(fā)送器、接收器或組合收發(fā)器。,和RS-232-C標準總線一樣，RS-422和RS-485兩種總線也需要專用的接口芯片完成電平轉(zhuǎn)換。 MAX481E是低電源（只有+5V）RS-485/RS-422收發(fā)器。芯片內(nèi)都包含一個驅(qū)動器和一個接收器，采用8腳DIP/SO封裝。和MAX481E相同的系列芯片還有AX483E/485E/487E/1487E等。,通用串行總線USB是為實現(xiàn)

16、計算機和通信的集成而提出的,是一種快速的、雙向的、同步傳輸?shù)?、廉價的并可以進行熱插拔的串行接口，它已被公認為是一種用于擴充PC體系結(jié)構(gòu)的工業(yè)標準。,通用串行總線USB,ARINC429總線協(xié)議是美國航空電子工程委員會(Airlines Engineering Committee)于1977年7月提出的，并于同年同月發(fā)表并獲得批準使用。它的全稱是數(shù)字式信息傳輸系統(tǒng)DITS。協(xié)議標準規(guī)定了航空電子設(shè)備及有關(guān)系統(tǒng)間的數(shù)字信息傳輸要求。ARINC429廣泛應(yīng)用在先進的民航客機中，如B-737、B757、B-767，俄制軍用飛機也選用了類似的技術(shù)。我們與之對應(yīng)的標準是HB6096-SZ-01。,ARIN

17、C429總線,2.1.4 IPC輸入/輸出模板,工業(yè)控制需要處理和控制的信號主要有模擬量信號和數(shù)字量信號（開關(guān)量信號）兩類。 開關(guān)量信號主要有兩個特征： 信號電平幅值； 開關(guān)時變化的頻度。 開關(guān)量信號通常有TTL電平，ECL電平和繼電器觸點信號等，為使計算機有效識別這些信號，必須對這些信號進行調(diào)理（變換），包括把非TTL電平轉(zhuǎn)換為TTL電平和隔離等。 對于開關(guān)量輸出，則需根據(jù)外設(shè)所需信號情況設(shè)計隔離電路、輸出驅(qū)動電路等。,模擬信號通常是非電物理量； 通過傳感器或變送器轉(zhuǎn)換來的電信號，由于傳感器特性及工業(yè)現(xiàn)場各種因素的影響，有時還需對傳感器所變換的模擬信號進行放大、濾波、線性化補償、隔離等后，才

18、能送入模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，輸入給工業(yè)計算機進行數(shù)據(jù)處理。 當需要對工業(yè)對象進行控制時，根據(jù)控制策略，工業(yè)計算機計算后輸出的數(shù)字信號須經(jīng)數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)換成模擬信號（電流或電壓）送到執(zhí)行機構(gòu)以驅(qū)動工業(yè)設(shè)備，如電動調(diào)節(jié)閥、電動機、機器手等。,輸入/輸出模板一般由3部分組成： PC總線接口部分、模板功能實現(xiàn)部分、信號調(diào)理部分。 對于不同的工業(yè)現(xiàn)場信號和工業(yè)控制要求，模板的特點主要體現(xiàn)在模板功能實現(xiàn)部分和信號調(diào)理部分。 對于模擬信號來說，模板的功能主要包括采樣、隔離、放大、A/D和D/A電路的設(shè)計和接口控制邏輯的實現(xiàn)，對于芯片的選擇則應(yīng)根據(jù)控制的精度和可靠性來選??； 對于

19、開關(guān)量來說，模板的功能實現(xiàn)部分主要包括數(shù)據(jù)的輸入緩沖和輸出鎖存器以及隔離電路等。 PC總線接口部分是相同的。,輸入信號量程：即所能轉(zhuǎn)換的電壓（電流）范圍。有0200mV，05V，010V，2.5V，5V，110V，010mA，420mA等多種范圍。 分辨率：定義為基準電壓與2n-1的比值，其中n為D/A轉(zhuǎn)換的位數(shù)。有8位、10位、12位、16位之分。分辨率越高，轉(zhuǎn)換時對輸入模擬信號變化的反映就越靈敏， 精度：指A/D轉(zhuǎn)換器實際輸出電壓與理論值之間的誤差。有絕對精度和相對精度兩種表示法。通常采用數(shù)字量的最低有效位作為度量精度的單位，如1/2LSB。,模擬量輸入模板主要指標,輸入信號類型：單端輸入

20、或差分輸入。 輸入通道數(shù)：單端/差分通道數(shù)。如16路單端/8路差分輸入。 轉(zhuǎn)換速率：轉(zhuǎn)換時間是定義為A/D轉(zhuǎn)換器完成一次完整轉(zhuǎn)換所需的時間。采樣速率為轉(zhuǎn)換時間的倒數(shù)，單位為采樣點數(shù)s。 可編程增益：每個通道的增益可編程選擇。 支持軟件：性能良好的模板可支持多種應(yīng)用軟件并帶有多種語言的接口及驅(qū)動程序。 一些板卡上具有FIFO。FIFO實際是一個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，I/O卡在每次完成A/D轉(zhuǎn)換后，依次將數(shù)據(jù)存入FIFO，這樣可保證高速采集。一些板卡具有自動通道掃描，可由軟設(shè)置掃描起止通道，由硬件完成通道切換。,分辨率：與A/D轉(zhuǎn)換器定義相同。 穩(wěn)定時間：又稱轉(zhuǎn)換速率，是指D/A轉(zhuǎn)換器中代碼有滿度值的變化時

21、，輸出達到穩(wěn)定（一般穩(wěn)定到與1/2最低位值相當?shù)哪M量范圍內(nèi)）所需的時間，一般為幾十個毫微秒到幾個毫微秒。 輸出電平：不同型號的D/A轉(zhuǎn)換器件的輸出電平相差較大，一般為510V，也有一些高壓輸出型為2430V。電流輸出型為420mA，有的高達3A級。 輸入編碼：如二進制BCD碼、雙極性時的符號數(shù)值碼、補碼、偏移二進制碼等。 編程接口和支持軟件：與A/D轉(zhuǎn)換器相同。 D/A板卡上也有FIFO，可用來存儲D/A轉(zhuǎn)換值。,模擬量輸出模板主要技術(shù)指標,數(shù)字量輸入輸出模板一般分為數(shù)字量輸入板、數(shù)字量輸出板以及一塊板上既有數(shù)字量輸入也有數(shù)字量輸出的接口板。 數(shù)字量板卡有非隔離型和隔離型，其中非隔離型為TT

22、L電平，隔離型則為光電隔離型。在工業(yè)控制系統(tǒng)中應(yīng)盡量選擇隔離型板卡，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。,數(shù)字量輸入輸出模板,其他功能模板,其它功能模板包括： 信號調(diào)理板； 通信模板； 計數(shù)器/定時器模板； 步進電機控制模板。,遠程I/O模塊可放置在生產(chǎn)現(xiàn)場，將現(xiàn)場的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號，經(jīng)遠程通信線路傳送給計算機進行處理。 各模塊均采用隔離技術(shù)，可方便的與通信網(wǎng)絡(luò)相連，大大減少了現(xiàn)場接線的成本。 目前的遠程I/O模塊采用RS485標準總線，并正在向現(xiàn)場總線方向發(fā)展。 目前使用較多的是牛頓模塊（Nudam Modules）。,遠程I/O模塊,2.1.5 IPC的主要產(chǎn)品,目前有一定市場和發(fā)展前景的工控機的產(chǎn)

23、品有： IPC（ISA、PCI、STD總線）； PC/104或PC/104 plus； VME/VXI； Compact PCI 專用單板計算機（包括基于RISC、DSP和單片機的嵌入式專用計算機）等。 IPC工控機（ISA、PCI、STD總線）目前依然是主流產(chǎn)品。 PC/104憑借小尺寸優(yōu)勢占有一定的市場，通過PC/104 plus兼容PCI總線，正在向高性能應(yīng)用拓展。 VME/VXI，繼續(xù)在軍事設(shè)備和大型測試系統(tǒng)方面占有很大的市場份額，但已經(jīng)受到Compact PCI/PXI產(chǎn)品強有力的沖擊。 Compact PCI總線工控機技術(shù)將得到迅速普及和廣泛應(yīng)用。,IPC主要品牌： 臺灣的研華、威

24、達、艾訊、磐儀、大眾； 國內(nèi)的研祥、凌華、中泰、康拓、華控、浪潮； 美國的ICS、德國西門子、日本康泰克等。 研華是世界三大工控機廠商之一，在大陸及臺灣市場均有較高的市場占有率，產(chǎn)品品種廣泛。 工業(yè)計算機機箱，工業(yè)一體化工作站，工業(yè)平板電腦，嵌入式工業(yè)計算機，工業(yè)級CPU卡，工業(yè)級底板，工業(yè)計算機外設(shè)，遠端數(shù)據(jù)采集與控制模塊，基于ISA總線數(shù)據(jù)采集與控制卡，基于PCI總線數(shù)據(jù)采集與控制卡，端子板和附件，工業(yè)通信，應(yīng)用軟件等。,工業(yè)控制機機箱,IPC610是一個19in加固的架裝PC/AT電腦機箱，用于工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)中?？扇菁{一個14槽PC/AT總線無源底板或一個標準Baby-AT主板和一個110

25、220V可切換電源。一個可鎖式前面板門，可以保護設(shè)備免于任何未授權(quán)的使用。兩個過濾冷卻風(fēng)扇可在整個機箱內(nèi)維持正的空氣循環(huán)。,14槽PICMG BP，2個ISA槽，10個PCI槽，2個PICMG槽。如圖2.9所示。主要技術(shù)指標如下 系統(tǒng)數(shù)：1 尺寸：315 x 260 mm (12.4 x 10.24) PCI 橋：Pericom PI7C8150MA 槽數(shù)：2個ISA槽, 10個 PCI槽, 2個 PICMG槽 主級PCI：3 槽；二級PCI：7 槽,工業(yè)級底板PCA-6114P,PCA-6187是一款I(lǐng)ntels Socket 478架構(gòu)支持的Pentium 4/Celeron 處理器板卡

26、支持多達2個串行-ATA設(shè)備 、支持雙通道DDR400 SDRAM 主板集成Adaptec AIC-7899 雙Ultra 160 SCSI通道，速度達160MB/Sec Intel 865G 芯片組 400/533/800MHz前端總線 主板集成VGA控制器，共享內(nèi)存架構(gòu) 支持10/100Base-T 或 10/100/1000 Base-T自適用網(wǎng)絡(luò) 6個USB 2.0端口 CMOS具有自動備份/恢復(fù)功能,工業(yè)級主板PCA-6187,PCI-1713是研華公司生產(chǎn)的一款基于PCI總線的32通道模擬量采集控制卡，它采用12位高速A/D轉(zhuǎn)換，采樣率可達100KS/s，并在輸入和PCI總線之間提

27、供了2500VDC的直流光隔離保護。 PCI-1713模板由PCI總線控制器、地址譯碼器、中斷發(fā)生器、FIFO、ADC控制邏輯、12位A/D轉(zhuǎn)換器、增益碼發(fā)生器、PGIA、通道碼發(fā)生器、多路開關(guān)、隔離電路等部分組成。 由于它支持PnP(Plug and Play)，其基地址及中斷都由系統(tǒng)自動配置。,模擬量輸入模板PCI-1713,PCI-1713的主要特性 32路單端或16路差分模擬量輸入，或采用單端和差分輸入的不同組合方式來完成多通道采樣； 各輸入通道的增益可獨立編程，用戶可通過軟件選擇最適合被測信號的電壓范圍，并且每個通道不同的增益值及配置會存儲到卡上的SRAM中； 信號輸入范圍： 單極性

28、：0-5V；0-10V；0-2.5V；0-1.25V 雙極性：0.625V；1.25V；2.5V；5V；10V 自動通道/增益掃描，板上的自動通道/增益掃描電路在采樣時自動完成對多路選通開關(guān)的控制； 板載4K FIFO采樣緩存器，該特性提供了連續(xù)高速的數(shù)據(jù)傳輸及Windows下更可靠的性能； 對于A/D轉(zhuǎn)換，PCI-1713支持三種觸發(fā)模式：軟件觸發(fā)、內(nèi)部定時器觸發(fā)和外部定時器觸發(fā)。,PCI-1720是研華公司生產(chǎn)的一款基于PCI總線的4通道模擬量輸出卡。 系統(tǒng)熱復(fù)位時（電源未關(guān)閉），PCI-1720 卡將根據(jù)跳線配置不同而保持上一模擬量輸出設(shè)置和數(shù)值或返回其默認配置。PCI-1720 卡使用

29、PCI 控制器連接卡和PCI 總線?？刂破魍耆螾CI 總線規(guī)格Rev2.1標準。所有與總線相關(guān)的配置，如基地址、中斷分配等，均由軟件自動控制。,模擬量輸出模板PCI-1720,PCI-1720U的主要性能 4個12-bitD/A輸出通道 多輸出范圍 熱復(fù)位后保持輸出設(shè)置和狀態(tài)用戶可分別為4個輸出設(shè)置不同的范圍： 0 +5 V，0 +10 V， 5 V， 10 V，0 20 mA（匯點）或4 20 mA（匯點）。 輸出與PCI 總線之間的隔離保護為2500 VDC 熱復(fù)位后保持輸出設(shè)置和狀態(tài) 1 個37 針D 型接口，易于接線。 板卡ID 開關(guān) 通用PCI 總線（僅限PCI-1720U） 上

30、電無干擾,PCI-1730U是研華公司生產(chǎn)的一款基于PCI總線的32 路隔離數(shù)字量輸入輸出卡。PCI-1730U的主要性能： 32 路隔離DIO通道（16路輸入和16路輸出） 32 路TTL 級DIO 通道（16路輸入和16路輸出） 高輸出驅(qū)動能力 隔離I/O 通道高壓隔離（2,500 VDC） 中斷處理能力 2個20針接口用于隔離DI/O通道，另2個用于TTL DI/O 通道 D型接口用于隔離數(shù)字量輸入/輸出通道 高ESD 保護（2,000 VDC） 高過壓保護（70 VDC） 寬電壓輸入范圍（5 30 VDC） 板卡ID,數(shù)字量輸入輸出模板PCI-1730U,2.2 可編程序控制器(PLC

31、),2.2.1 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) 2.2.2 可編程控制器的分類與特點 2.2.3 可編程控制器的主要產(chǎn)品,2.2.1 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu),PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下自動控制應(yīng)用而設(shè)計的工業(yè)計算機。 它比一般的計算機具有更強的與工業(yè)過程相連接的接口，更直接的適用于控制要求的編程語言和更強的抗干擾能力。 PLC與IPC在基本結(jié)構(gòu)上基本相同，也由硬件和軟件兩大部分組成。 在外形上，PLC與IPC差別較大。,2.2.2 可編程控制器的分類與特點,按I/O點數(shù)劃分 根據(jù) PLC能夠處理的I/O點數(shù)來分類，PLC 可分為微型、小型、中型、大型 4 種 。 按處理器功能劃分 根據(jù)PLC的處理

32、器功能強弱的不同，可分為低檔、中檔和高檔3個檔次。 按硬件結(jié)構(gòu)分 根據(jù)PLC的外形和硬件安裝結(jié)構(gòu)的特點，PLC可分為整體式和模塊式兩種。,可編程控制器的分類,可靠性高，適應(yīng)性強 功能完善，通用性好 安裝方便，擴展靈活 操作維護簡單，施工周期短,可編程控制器的特點,2.2.3 可編程控制器的主要產(chǎn)品,世界上生產(chǎn)PLC的專業(yè)廠家很多，目前國內(nèi)工控市場使用的品牌主要有： 美國的AB、莫迪康（MODICON）； 日本的三菱（MITSUBISHI）等； 德國的西門子（SIEMENS）。西門子SIMATIC S7系列可編程控制器在國內(nèi)工控市場所占份額較大。 SIMATIC S7系列可編程控制器包括S7-2

33、00系列PLC， S7-300系列PLC和S7-400系列PLC等。,S7-200系列是集電源、CPU和I/O模塊于一體的小型PLC系統(tǒng)。 中央處理單元CPU模塊有5種型號，CPU221無擴展功能，適于用做小點數(shù)的微型控制器。CPU222有擴展功能，CPU224是具有較強控制功能的控制器，CPU226適用于復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。,S7-200 系列PLC,S7-300系列是中型PLC系統(tǒng)，具有模塊化擴展功能，設(shè)計緊湊，適合最大輸入、輸出1000點左右的控制應(yīng)用。 S7-300系列PLC 的主要組成部分有導(dǎo)軌（RACK）、電源模塊（PS）、中央處理單元CPU模塊、接口模塊（IM）、信號模塊（SM

34、）、功能模塊（FM）等。通過MPI網(wǎng)的接口直接與編程器PG、操作員面板OP和其它S7 PLC相連。,S7-300 系列PLC,S7-400 系列PLC是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。 S7-400 PLC采用模塊化無風(fēng)扇的設(shè)計，可靠耐用，同時可以選用多種級別（功能逐步升級）的CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據(jù)需要組合成不同的專用系統(tǒng)。當控制系統(tǒng)規(guī)模擴大或升級時，只要適當?shù)卦黾右恍┠０?，便能使系統(tǒng)升級和充分滿足需要。,S7-400 系列PLC,STEP 7編程軟件用于西門子系列工控產(chǎn)品包括SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinAC，是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的

35、標準工具，是SIMATIC工業(yè)軟件的重要組成部分。 STEP 7具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通訊組態(tài)、編程、測試、啟動和維護、文件建檔、運行和診斷功能等。STEP 7的所有功能均有大量的在線幫助，用鼠標打開或選中某一對象，按F1可以得到該對象的在線幫助。,編程軟件STEP 7,2.3 嵌入式系統(tǒng),2.3.1 嵌入式系統(tǒng)的組成與特點 2.3.2 典型的嵌入式微處理器 2.3.3 典型的微控制器,2.3.1嵌入式系統(tǒng)的組成與特點,嵌入式系統(tǒng)通常由嵌入式處理器、外圍設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等幾大部分組成。,嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式處理器，嵌入式處理器與通用CPU最大的不同在于嵌入式處理器

36、大多工作在為特定用戶群所專用設(shè)計的系統(tǒng)中，它將通用CPU許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)在設(shè)計時趨于小型化，同時還具有很高的效率和可靠性。 嵌入式微處理器有各種不同的體系，即使在同一體系中也可能具有不同的時鐘頻率和數(shù)據(jù)總線寬度，或集成了不同的外設(shè)和接口。 目前全世界嵌入式微處理器已經(jīng)超過1000多種，體系結(jié)構(gòu)有30多個系列，其中主流的體系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。,嵌入式處理器,嵌入式微控制器(MCU) 典型代表是單片機，從70年代末單片機出現(xiàn)到今天，雖然已經(jīng)經(jīng)過了20多年的歷史，但這種位的電子器件目前在嵌入式設(shè)備中仍然有著極其廣泛的應(yīng)用。 嵌

37、入式微處理器（MPU） 是由通用計算機中的CPU演變而來的。它的特征是具有32位以上的處理器，具有較高的性能。目前主要的嵌入式處理器類型有386EX、SC-400、Power PC、68K、MIPS、ARM/ StrongARM系列等。 嵌入式DSP處理器(EDSP) 專門用于信號處理方面的處理器，其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法方面進行了特殊設(shè)計，具有很高的編譯效率和指令的執(zhí)行速度。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等各種儀器上DSP獲得了大規(guī)模的應(yīng)用。,嵌入式片上系統(tǒng)(SOC) SOC最大的特點是成功實現(xiàn)了軟硬件無縫結(jié)合，直接在處理器片內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)的代碼模塊。 SOC具有極高的綜合性，在一個硅片內(nèi)部運用V

38、HDL等硬件描述語言，就可實現(xiàn)一個復(fù)雜的系統(tǒng)。用戶不需要再像傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計一樣，繪制龐大復(fù)雜的電路板，一點點的連接焊制，只需要使用精確的語言，綜合時序設(shè)計直接在器件庫中調(diào)用各種通用處理器的標準，然后通過仿真之后就可以直接交付芯片廠商進行生產(chǎn)。,外圍設(shè)備包括存儲設(shè)備、通信接口設(shè)備、擴展設(shè)備接口和輔助的機電設(shè)備（電器、連接器、傳感器等），根據(jù)外圍設(shè)備的功能可分為以下三類： 存儲器 常用的存儲器有：靜態(tài)易失型存儲器（RAM、SRAM）、動態(tài)存儲器（DRAM），非易失型存儲器（Flash、EPROM）等。 外部設(shè)備接口 包括并行接口、RS-232接口（串行通信接口）、Ethernet（以太網(wǎng)接口）、U

39、SB（通用串行總線接口）、音頻接口、VGA視頻輸出接口、I2C（現(xiàn)場總線）、SPI（串行外圍設(shè)備接口）、IrDA（紅外接口）、A/D（模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口）、D/A（數(shù)/模轉(zhuǎn)換接口）等。 人機交互接口：包括LCD、鍵盤和觸摸屏等人機交互設(shè)備。,外圍設(shè)備,嵌入式操作系統(tǒng)（EOS）是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件，過去它主要應(yīng)用與工業(yè)控制和國防系統(tǒng)領(lǐng)域。 EOS負責(zé)嵌入系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、任務(wù)調(diào)度，控制、協(xié)調(diào)并發(fā)活動。它必須體現(xiàn)其所在系統(tǒng)的特征，能夠通過裝卸某些模塊來達到系統(tǒng)所要求的功能。,嵌入式操作系統(tǒng),Vxworks Vxworks操作系統(tǒng)是美國windRiver公司于1983年設(shè)計開發(fā)的一種實時操作系統(tǒng)。 Windows CE Microsoft的 Windows CE是從整體上為有限資源的平臺設(shè)計的多線程、完整優(yōu)先權(quán)、多任務(wù)的操作系統(tǒng)。 嵌入式Linux 嵌人式Linux現(xiàn)在已經(jīng)有許多版本，包括強實時的嵌入式Linux和一般的嵌入式Linux。 C/OS和C/OS- C/OS-是由Jj