计算机控制技术第2章

1、自动化教研室自动化教研室第第2章章 工业控制计算机工业控制计算机2.1 工控机工控机2.2 可编程控制器可编程控制器2.3 嵌入式系统嵌入式系统2.1.1 IPC的组成与特点的组成与特点2.1.4 IPC输入输入/ /输出模板输出模板2.1.5 IPC的主要产品的主要产品2.1.2 IPC的内部总线的内部总线2.1.3 IPC的外部总线的外部总线2.1.1 IPC的组成与特点的组成与特点工业控制计算机工业控制计算机也称为工业计算机（也称为工业计算机（IPC）, ,简称工控机。简称工控机。 它它主要用于工业过程测量、控制、数据采集等主要用于工业过程测量、控制、数据采集等。 以工控机为核心的测量和

2、控制系统，处理来自工业系统的输入以工控机为核心的测量和控制系统，处理来自工业系统的输入信号，再根据控制要求将处理结果输出到执行机构，去控制生信号，再根据控制要求将处理结果输出到执行机构，去控制生产过程，同时对生产进行监督和管理。产过程，同时对生产进行监督和管理。IPC硬件组成硬件组成典型的工控机由加固型工业机箱、工业电源、主机板、显示板、典型的工控机由加固型工业机箱、工业电源、主机板、显示板、硬盘驱动器、光盘驱动器、各类输入硬盘驱动器、光盘驱动器、各类输入/输出接口模块、显示器、输出接口模块、显示器、键盘、鼠标、打印机等组成。键盘、鼠标、打印机等组成。人-机接口主机板系统支持磁盘系统通信接口

3、模拟量输入通道AI 模拟量输出通道AO 数字量输入通道DI 数字量输出通道DO内部总线外部总线图图2.1 IPC系统基本框图系统基本框图主机板主机板工业控制机的核心，由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）和I/O接口等部件组成。主机板的作用是将采集到的实时信息按照预定程序进行必要的数值计算、逻辑判断、数据处理，及时选择控制策略并将结果输出到工业过程 。系统总线系统总线系统总线可分为内部总线和外部总线。内部总线是工控机内部各组成部分之间进行信息传送的公共通道，是一组信号线的集合。外部总线是工控机与其它计算机和智能设备进行信息传送的公共通道。人人-机接口机接口人-机接口包括显示器、键盘、

4、打印机以及专用操作显示台等。通过人-机接口设备，操作员与计算机之间可以进行信息交换。 通信接口通信接口通信接口是工业控制机与其它计算机和智能设备进行信息传送的通道。常用的通信接口有IEEE-488并行接口、RS-232C和RS485串行、USB总线接口。 输入输入/输出模板输出模板工控机和生产过程之间进行信号传递和变换的连接通道。包括模拟量输入通道（AI）、模拟量输出通道（AO）、数字量输入通道（DI）、数字量输出通道（DO）。 系统支持系统支持监控定时器：俗称“看门狗”（Watchdog）；电源掉电监测；后备存储器；实时日历时钟。磁盘系统磁盘系统半导体虚拟磁盘，软盘,硬盘或USB磁盘 系统软

5、件系统软件系统软件用来管理IPC的资源，并以简便的形式向用户提供服务。包括实时多任务操作系统、引导程序、调度执行程序，如美国Intel公司的iRMX86实时多任务操作系统。除了实时多任务操作系统以外，也常使用MS-DOS，特别是Windows软件。工具软件工具软件工具软件是技术人员从事软件开发工作的辅助软件，包括汇编语言、高级语言、编译程序、编辑程序、调试程序、诊断程序等。应用软件应用软件是系统设计人员针对某个生产过程而编制的控制和管理程序。通常包括过程输入输出程序、过程控制程序、人-机接口程序、打印显示程序和公共子程序等。 IPC软件组成软件组成IPC的特点的特点可靠性高；可靠性高；实时性好

6、；实时性好；环境适应性强；环境适应性强；丰富的输入输出模板；丰富的输入输出模板；系统扩充性和开放性好；系统扩充性和开放性好；控制软件包功能强；控制软件包功能强；系统通信功能强；系统通信功能强；冗余性。冗余性。2.1.2 IPC的内部总线的内部总线 IPC由多个不同功能的插件板与主机板共同构成，插件板采用大规模集成电路LSI芯片作为核心。 构成系统的各类插件板之间的互联和通信通过系统总线系统总线来完成。 这里的系统总线不是指中央处理器内部的三类总线，而是指系统插件板交换信息的板级总线。 这种系统总线就是一种标准化的总线电路，它提供通用的电电平信号平信号来实现各种电路信号的传递。 总线标准实际上是

7、一种接口信号的标准和协议。v 内部总线是指计算机内部各功能模块间进行通信的总线，也称为系统总线，是构成完整计算机系统的内部信息枢纽。v 工业控制计算机采用内部总线母板结构，母板上各插槽的引脚都连接在一起，组成系统的多功能模板插入接口插槽，由内部总线完成系统内各模板之间的信息传送，从而构成完整的计算机系统。各种型号的计算机都有自身的内部总线。v 目前工控领域应用较多的内部总线有STD总线、ISA总线和PCI总线。 IBM PC 总线是针对 Intel8088微处理器而设计的，其第一个标准是 PC/XT 总线，它定义了8位数据线和 20位地址和若干条控制线，共 62引脚。v 为了和 Intel80

8、286 16位机兼容，对 XT 总线在电气和机械特性上作了较大的扩充，在原来 62引脚的基础上增加了一个 36引脚插座而形成 AT 总线。AT 总线将数据总线扩展为16位，地址总线扩展到 24位，将中断扩充到 15个并提供了中断共享功能， DMA 通道也扩充到 8个。AT总线也称 ISA 总线标准。v 1989年，COMPAQ 公司联合 HP，AST 等 9家计算机公司，在 ISA 总线基础上，推出了适应 32位微处理器的系统总线标准 EISA 总线标准。 ISA 总线总线PCI总线总线 PCI总线是介于CPU芯片级总线与系统总线之间的一级总线。外设通过局部总线与CPU的数据传输率得以大大提高

9、。PCI总线支持64位数据传送、多总线主控模块和线性猝发读写和并发工作方式。v 主要特点：主要特点：v PCI总线时钟为33MHz，与CPU时钟无关，总线带宽为32位，可扩充到64位。v PCI传输率高：最大传输率为133MB/s（266MB/s），能提高硬盘、网络界面卡的性能；充分发挥影像、图形及各种高速外围设备的性能。v PCI采用数据线和地址线复用结构，减少了总线引脚数，从而节省线路空间，降低设计成本。v Compact PCI 总线标准由PICMG于1995年正式发布。Compact PCI的意思是“坚实的PCI”，它采用与标准PCI相同的电气规范, 所以可使用与传统PCI系统相同的芯

10、片、防火墙和相关软件。v 将一个标准PCI插卡转化成Compact PCI 插卡几乎不需重新设计，只需对物理连接进行重新分布。Compact PCI总线总线v PC/104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线。IEEE-P996是PC和PC/AT工业总线规范，IEEE协会将它定义IEEE-P996.1，PC/104实质上就是一种紧凑型的IEEE-P996，其信号定义和PC/AT基本一致，但电气和机械规范却完全不同，是一种优化的、小型、堆栈式结构的嵌入式控制系统。PC/104以其小尺寸（90mmX96mm）、开放的高可靠性的工业规范、模块可自由扩展、 低功耗、堆栈式连接、丰富的软件资源等优

11、点，在嵌入式系统领域得到了广泛应用。 PC/104总线总线v STD总线在1978年最早由Pro-Log公司作为工业标准发明的，由STDGM制定为STD-80规范。 v 1987年，STD总线被被批准为国际标准IEEE-961。STD-80/MPX作为STD-80追加标准，支持多主（MultiMaster）系统。v STD总线工控机是工业型计算机，STD总线的16位总线性能满足嵌入式和实时性应用要求，特别是它的小板尺寸、垂直放置无源背板的直插式结构、丰富的工业I/O OEM模板、低成本、低功耗、扩展的温度范围、可靠性和良好的可维护性设计，使其在空间和功耗受到严格限制的、可靠性要求较高的工业自动

12、化领域得到了广泛应用。 STD总线总线2.1.3 IPC的外部总线的外部总线v IEEE-488并行通信总线又称为通用接口总线，是一种24线总线。v 打印机、绘图仪、电压表、信号发生器等各类外设都可以使用这种总线。 v IEEE-488总线电缆是一条无源的电缆线，包括16条信号线和8条地线。v 16根信号线可分成3组，即8根双向数据总线、3根数据字节传送控制总线和5根接口管理总线，均为低电平有效。IEEE-488并行通信总线并行通信总线v RS-232C是在异步串行通信中应用最早和最广泛的标准串行总线，是由美国电子工业协会(EIA)制定的一种串行接口标准。v RS-232的连接插头用25针或9

13、针的EIA连接插头座。 RS-232C串行通信总线串行通信总线v (1)信号含义v 由计算机到MODEM的信号v DTR：数据终端准备好。v RTS：请求发送。v 由MODEM到计算机的信号v DSR：数据设备准备好。v CTS：发送清零。v DCD：数据信号检测。v RI：振铃指示器，告知计算机对端的电话已经在振铃了。v 数据信号v TXD：发送数据。v RXD：接收数据。v (2)电气特性v RS-232C的电气特性要求总线信号采用负逻辑，低电平为逻辑“1”，高电平为逻辑“0”。v 逻辑“1”状态电平为-15V-5V；v 逻辑“0”状态电平为+5V+15V；v 其中-5V+5V用作信号状态

14、的变迁区。v 在串行通信中把逻辑“1”称为传号(MARK)或OFF状态，把逻辑“0”称为空号(SPACE)或ON状态。v RS-232C串行接口采用TTL输入输出电平，而RS-232C的逻辑电平与TTL电平不兼容，为了与TTL器件相连，必须进行电平转换。 v RS-232-C虽然使用很广，但由于推出时间比较早，所以在现代通信网络中已暴露出明显的缺点，其缺点主要表现在数据传输速率低、传送距离短、未规定标准的连接器、接口处各信号间容易产生串扰等。v 由于RS-232-C有上述一些缺点，所以， EIA对它做了部分改进，于1977年制订出新标准RS-449；1980年它成为美国标准。在制订新标准时，除

15、了保留与RS-232-C兼容的特点外，还在提高传输速率，增加传输距离，改进电器特性等方面做了很多努力。它增加了RS-232-C所没有的环测功能，明确规定了连接器，解决了机械接口问题。v 与RS-449一起推出的还有RS-423A和RS-422A。实际上，它们都是RS-449标准的子集。RS-422/RS-485串行通信总线串行通信总线v RS-422Av RS-422-A规定了差分平衡的电气接口。它能够在较长距离传输时明显地提高数据传送速率，如在1200m距离内把速率提高到100Kbps，或在较近距离（12m）内提高到10Mbps。这种性能的改善源于平衡结构的优点，这种差分平衡结构能从地线的干

16、扰中分离出有效信号。实际上，差分接收器可以区分0.2V以上的电位差，因此，可不受地参考电平波动及共模电磁干扰的影响。v RS-485v 在许多工业过程控制中，要求用最少的信号线来完成通信任务。目前广泛应用的RS-485串行接口总线就是为适应这种需要而产生的。它实际上就是RS-422总线的变型。两者不同之处在于：v RS-422为全双工，而RS-485为半双工；v RS-422采用两对平衡差分信号线，RS-485只需其中的一对。v RS-485更适合多站互连，一个发送驱动器最多可连接32个负载设备。负载设备可以是被动发送器、接收器和收发器。此电路结构在平衡连接电缆两端有终端电阻，在平衡电缆上挂发

17、送器、接收器或组合收发器。v 和RS-232-C标准总线一样，RS-422和RS-485两种总线也需要专用的接口芯片完成电平转换。v MAX481E是低电源（只有+5V）RS-485/RS-422收发器。芯片内都包含一个驱动器和一个接收器，采用8脚DIP/SO封装。和MAX481E相同的系列芯片还有AX483E/485E/487E/1487E等。 v 通用串行总线通用串行总线USB是为实现计算机和通信的集成而提出的是为实现计算机和通信的集成而提出的,是是一种快速的、双向的、同步传输的、廉价的并可以进行热插拔一种快速的、双向的、同步传输的、廉价的并可以进行热插拔的串行接口，它已被公认为是一种用于

18、扩充的串行接口，它已被公认为是一种用于扩充PC体系结构的工体系结构的工业标准。业标准。通用串行总线通用串行总线USBv ARINC429总线协议是美国航空电子工程委员会总线协议是美国航空电子工程委员会(Airlines Engineering Committee)于于1977年年7月提出的，并于同年同月提出的，并于同年同月发表并获得批准使用。它的全称是数字式信息传输系统月发表并获得批准使用。它的全称是数字式信息传输系统DITS。协议标准规定了航空电子设备及有关系统间的数字信。协议标准规定了航空电子设备及有关系统间的数字信息传输要求。息传输要求。ARINC429广泛应用在先进的民航客机中，如广泛

19、应用在先进的民航客机中，如B-737、B757、B-767，俄制军用飞机也选用了类似的技术。我，俄制军用飞机也选用了类似的技术。我们与之对应的标准是们与之对应的标准是HB6096-SZ-01。 ARINC429总线总线2.1.4 IPC输入输入/ /输出模板输出模板v 工业控制需要处理和控制的信号主要有模拟量信号和数字量信工业控制需要处理和控制的信号主要有模拟量信号和数字量信号（开关量信号）两类。号（开关量信号）两类。v 开关量信号主要有两个特征：开关量信号主要有两个特征：v 信号电平幅值；信号电平幅值；v 开关时变化的频度。开关时变化的频度。v 开关量信号通常有开关量信号通常有TTL电平，电

20、平，ECL电平和继电器触点信号等，电平和继电器触点信号等，为使计算机有效识别这些信号，必须对这些信号进行调理（变为使计算机有效识别这些信号，必须对这些信号进行调理（变换），包括把非换），包括把非TTL电平转换为电平转换为TTL电平和隔离等。电平和隔离等。v 对于开关量输出，则需根据外设所需信号情况设计隔离电路、对于开关量输出，则需根据外设所需信号情况设计隔离电路、输出驱动电路等。输出驱动电路等。v 模拟信号通常是非电物理量；模拟信号通常是非电物理量；v 通过传感器或变送器转换来的电信号，由于传感器特性及工业通过传感器或变送器转换来的电信号，由于传感器特性及工业现场各种因素的影响，有时还需对传感

21、器所变换的模拟信号进现场各种因素的影响，有时还需对传感器所变换的模拟信号进行放大、滤波、线性化补偿、隔离等后，才能送入模数（行放大、滤波、线性化补偿、隔离等后，才能送入模数（A/D）转换器，将模拟量转换为数字量，输入给工业计算机进行数据转换器，将模拟量转换为数字量，输入给工业计算机进行数据处理。处理。v 当需要对工业对象进行控制时，根据控制策略，工业计算机计当需要对工业对象进行控制时，根据控制策略，工业计算机计算后输出的数字信号须经数模（算后输出的数字信号须经数模（D/A）转化器转换成模拟信号）转化器转换成模拟信号（电流或电压）送到执行机构以驱动工业设备，如电动调节阀、（电流或电压）送到执行机

22、构以驱动工业设备，如电动调节阀、电动机、机器手等。电动机、机器手等。v 输入输入/输出模板一般由输出模板一般由3部分组成：部分组成：v PC总线接口部分总线接口部分、模板功能实现部分模板功能实现部分、信号调理部分信号调理部分。v 对于不同的工业现场信号和工业控制要求，模板的特点主要体对于不同的工业现场信号和工业控制要求，模板的特点主要体现在模板功能实现部分和信号调理部分。现在模板功能实现部分和信号调理部分。v 对于模拟信号来说，模板的功能主要包括采样、隔离、放大、对于模拟信号来说，模板的功能主要包括采样、隔离、放大、A/D和和D/A电路的设计和接口控制逻辑的实现，对于芯片的选电路的设计和接口控

23、制逻辑的实现，对于芯片的选择则应根据控制的精度和可靠性来选取；择则应根据控制的精度和可靠性来选取；v 对于开关量来说，模板的功能实现部分主要包括数据的输入缓对于开关量来说，模板的功能实现部分主要包括数据的输入缓冲和输出锁存器以及隔离电路等。冲和输出锁存器以及隔离电路等。v PC总线接口部分是相同的。总线接口部分是相同的。v 输入信号量程输入信号量程：即所能转换的电压（电流）范围。有0200mV，05V，010V，2.5V，5V，110V，010mA，420mA等多种范围。v 分辨率分辨率：定义为基准电压与2n-1的比值，其中n为D/A转换的位数。有8位、10位、12位、16位之分。分辨率越高，

24、转换时对输入模拟信号变化的反映就越灵敏，v 精度精度：指A/D转换器实际输出电压与理论值之间的误差。有绝对精度和相对精度两种表示法。通常采用数字量的最低有效位作为度量精度的单位，如1/2LSB。 模拟量输入模板主要指标模拟量输入模板主要指标v 输入信号类型：单端输入或差分输入。输入信号类型：单端输入或差分输入。v 输入通道数：单端输入通道数：单端/差分通道数。如差分通道数。如16路单端路单端/8路差分输入。路差分输入。v 转换速率：转换时间是定义为转换速率：转换时间是定义为A/D转换器完成一次完整转换转换器完成一次完整转换所需的时间。采样速率为转换时间的倒数，单位为采样点数所需的时间。采样速率

25、为转换时间的倒数，单位为采样点数s。v 可编程增益：每个通道的增益可编程选择。可编程增益：每个通道的增益可编程选择。v 支持软件：性能良好的模板可支持多种应用软件并带有多支持软件：性能良好的模板可支持多种应用软件并带有多种语言的接口及驱动程序。种语言的接口及驱动程序。v 一些板卡上具有一些板卡上具有FIFO。FIFO实际是一个数据缓冲区，实际是一个数据缓冲区，I/O卡在卡在每次完成每次完成A/D转换后，依次将数据存入转换后，依次将数据存入FIFO，这样可保证高速，这样可保证高速采集。一些板卡具有自动通道扫描，可由软设置扫描起止通采集。一些板卡具有自动通道扫描，可由软设置扫描起止通道，由硬件完成

26、通道切换。道，由硬件完成通道切换。v 分辨率：与分辨率：与A/D转换器定义相同。转换器定义相同。v 稳定时间：又称转换速率，是指稳定时间：又称转换速率，是指D/A转换器中代码有满度值转换器中代码有满度值的变化时，输出达到稳定（一般稳定到与的变化时，输出达到稳定（一般稳定到与1/2最低位值相当最低位值相当的模拟量范围内）所需的时间，一般为几十个毫微秒到几个毫的模拟量范围内）所需的时间，一般为几十个毫微秒到几个毫微秒。微秒。v 输出电平：不同型号的输出电平：不同型号的D/A转换器件的输出电平相差较大，转换器件的输出电平相差较大，一般为一般为510V，也有一些高压输出型为，也有一些高压输出型为243

27、0V。电流输出型。电流输出型为为420mA，有的高达，有的高达3A级。级。v 输入编码：如二进制输入编码：如二进制BCD码、双极性时的符号数值码、补码、双极性时的符号数值码、补码、偏移二进制码等。码、偏移二进制码等。v 编程接口和支持软件：与编程接口和支持软件：与A/D转换器相同。转换器相同。v D/A板卡上也有板卡上也有FIFO，可用来存储，可用来存储D/A转换值。转换值。模拟量输出模板主要技术指标模拟量输出模板主要技术指标v 数字量输入输出模板一般分为数字量输入板、数字量输出板以数字量输入输出模板一般分为数字量输入板、数字量输出板以及一块板上既有数字量输入也有数字量输出的接口板。及一块板上

28、既有数字量输入也有数字量输出的接口板。v 数字量板卡有非隔离型和隔离型，其中非隔离型为数字量板卡有非隔离型和隔离型，其中非隔离型为TTL电平，电平，隔离型则为光电隔离型。在工业控制系统中应尽量选择隔离型隔离型则为光电隔离型。在工业控制系统中应尽量选择隔离型板卡，以提高系统的抗干扰能力。板卡，以提高系统的抗干扰能力。数字量输入输出模板数字量输入输出模板其他功能模板其他功能模板 其它功能模板包括：其它功能模板包括： 信号调理板；信号调理板； 通信模板；通信模板； 计数器计数器/定时器模板；定时器模板； 步进电机控制模板。步进电机控制模板。v 远程远程I/O模块可放置在生产现场，将现场的信号转换成数

29、据信模块可放置在生产现场，将现场的信号转换成数据信号，经远程通信线路传送给计算机进行处理。号，经远程通信线路传送给计算机进行处理。v 各模块均采用隔离技术，可方便的与通信网络相连，大大减少各模块均采用隔离技术，可方便的与通信网络相连，大大减少了现场接线的成本。了现场接线的成本。v 目前的远程目前的远程I/O模块采用模块采用RS485标准总线，并正在向现场总线标准总线，并正在向现场总线方向发展。方向发展。v 目前使用较多的是牛顿模块（目前使用较多的是牛顿模块（Nudam Modules）。）。远程远程I/O模块模块2.1.5 IPC的主要产品的主要产品v 目前有一定市场和发展前景的工控机的产品有

30、：v IPC（ISA、PCI、STD总线）；v PC/104或PC/104 plus；v VME/VXI；v Compact PCIv 专用单板计算机（包括基于RISC、DSP和单片机的嵌入式专用计算机）等。v IPC工控机（ISA、PCI、STD总线）目前依然是主流产品。v PC/104凭借小尺寸优势占有一定的市场，通过PC/104 plus兼容PCI总线，正在向高性能应用拓展。v VME/VXI，继续在军事设备和大型测试系统方面占有很大的市场份额，但已经受到Compact PCI/PXI产品强有力的冲击。v Compact PCI总线工控机技术将得到迅速普及和广泛应用。 v IPC主要品牌

31、：主要品牌：v 台湾的台湾的研华、威达、艾讯、磐仪、大众研华、威达、艾讯、磐仪、大众；v 国内的国内的研祥、凌华、中泰、康拓、华控、浪潮研祥、凌华、中泰、康拓、华控、浪潮；v 美国的美国的ICS、德国西门子、日本康泰克、德国西门子、日本康泰克等。等。v 研华是世界三大工控机厂商之一，在大陆及台湾市场均有较高研华是世界三大工控机厂商之一，在大陆及台湾市场均有较高的市场占有率，产品品种广泛。的市场占有率，产品品种广泛。v工业计算机机箱工业计算机机箱，工业一体化工作站工业一体化工作站，工业平板电脑工业平板电脑，嵌入式嵌入式工业计算机工业计算机，工业级工业级CPU卡卡，工业级底板工业级底板，工业计算机

32、外设工业计算机外设，远端数据采集与控制模块远端数据采集与控制模块，基于基于ISA总线数据采集与控制卡总线数据采集与控制卡，基于基于PCI总线数据采集与控制卡总线数据采集与控制卡，端子板和附件端子板和附件，工业通信工业通信，应用软件应用软件等。等。 工业控制机机箱工业控制机机箱v IPC610是一个是一个19in加固的架装加固的架装PC/AT电脑机箱，用于工业应电脑机箱，用于工业应用系统中。可容纳一个用系统中。可容纳一个14槽槽PC/AT总线无源底板或一个标总线无源底板或一个标准准Baby-AT主板和一个主板和一个110220V可切换电源。一个可锁式可切换电源。一个可锁式前面板门，可以保护设备免

33、于前面板门，可以保护设备免于任何未授权的使用。两个过滤任何未授权的使用。两个过滤冷却风扇可在整个机箱内维持冷却风扇可在整个机箱内维持正的空气循环。正的空气循环。 v 14槽槽PICMG BP，2个个ISA槽，槽，10个个PCI槽，槽，2个个PICMG槽。槽。如图如图2.9所示。主要技术指标如下所示。主要技术指标如下v 系统数：系统数：1v 尺寸：尺寸：315 x 260 mm (12.4 x 10.24)v PCI 桥：桥：Pericom PI7C8150MAv 槽数：槽数：2个个ISA槽槽, 10个个 PCI槽槽, 2个个 PICMG槽槽v 主级主级PCI：3 槽；二级槽；二级PCI：7 槽

34、槽工业级底板工业级底板PCA-6114Pv PCA-6187是一款Intels Socket 478架构支持的Pentium 4/Celeron 处理器板卡 v 支持多达2个串行-ATA设备 、支持双通道DDR400 SDRAM v 主板集成Adaptec AIC-7899 双Ultra 160 SCSI通道，速度达160MB/Sec v Intel 865G 芯片组 400/533/800MHz前端总线 v 主板集成VGA控制器，共享内存架构 v 支持10/100Base-T 或 10/100/1000 Base-T自适用网络 v 6个USB 2.0端口 v CMOS具有自动备份/恢复功能工

35、业级主板工业级主板PCA-6187v PCI-1713是研华公司生产的一款基于PCI总线的32通道模拟量采集控制卡，它采用12位高速A/D转换，采样率可达100KS/s，并在输入和PCI总线之间提供了2500VDC的直流光隔离保护。v PCI-1713模板由PCI总线控制器、地址译码器、中断发生器、FIFO、ADC控制逻辑、12位A/D转换器、增益码发生器、PGIA、通道码发生器、多路开关、隔离电路等部分组成。v 由于它支持PnP(Plug and Play)，其基地址及中断都由系统自动配置。 模拟量输入模板模拟量输入模板PCI-1713v PCI-1713的主要特性的主要特性v 32路单端或

36、路单端或16路差分模拟量输入，或采用单端和差分输入路差分模拟量输入，或采用单端和差分输入的不同组合方式来完成多通道采样；的不同组合方式来完成多通道采样；v 各输入通道的增益可独立编程，用户可通过软件选择最适合各输入通道的增益可独立编程，用户可通过软件选择最适合被测信号的电压范围，并且每个通道不同的增益值及配置会存被测信号的电压范围，并且每个通道不同的增益值及配置会存储到卡上的储到卡上的SRAM中；中；v 信号输入范围：信号输入范围：v 单极性：单极性：0-5V；0-10V；0-2.5V；0-1.25Vv 双极性：双极性：0.625V；1.25V；2.5V；5V；10Vv 自动通道自动通道/增益

37、扫描，板上的自动通道增益扫描，板上的自动通道/增益扫描电路在采样增益扫描电路在采样时自动完成对多路选通开关的控制；时自动完成对多路选通开关的控制；v 板载板载4K FIFO采样缓存器，该特性提供了连续高速的数据传采样缓存器，该特性提供了连续高速的数据传输及输及Windows下更可靠的性能；下更可靠的性能；v 对于对于A/D转换，转换，PCI-1713支持三种触发模式：软件触发、内支持三种触发模式：软件触发、内部定时器触发和外部定时器触发。部定时器触发和外部定时器触发。v PCI-1720是研华公司生产的一款基于是研华公司生产的一款基于PCI总线的总线的4通道模拟量通道模拟量输出卡。输出卡。v

38、系统热复位时（电源未关闭），系统热复位时（电源未关闭），PCI-1720 卡将根据跳线配置卡将根据跳线配置不同而保持上一模拟量输出设置和数值或返回其默认配置。不同而保持上一模拟量输出设置和数值或返回其默认配置。PCI-1720 卡使用卡使用PCI 控制器连接卡和控制器连接卡和PCI 总线。控制器完全总线。控制器完全符合符合PCI 总线规格总线规格Rev2.1标准。所有与总线相关的配置，如标准。所有与总线相关的配置，如基地址、中断分配等，均由软件自动控制。基地址、中断分配等，均由软件自动控制。模拟量输出模板模拟量输出模板PCI-1720v PCI-1720U的主要性能v 4个12-bitD/A输

39、出通道v 多输出范围v 热复位后保持输出设置和状态用户可分别为4个输出设置不同的范围：v 0 +5 V，0 +10 V， 5 V， 10 V，0 20 mA（汇点）或4 20 mA（汇点）。v 输出与PCI 总线之间的隔离保护为2500 VDCv 热复位后保持输出设置和状态v 1 个37 针D 型接口，易于接线。v 板卡ID 开关v 通用PCI 总线（仅限PCI-1720U）v 上电无干扰v PCI-1730U是研华公司生产的一款基于PCI总线的32 路隔离数字量输入输出卡。PCI-1730U的主要性能：v 32 路隔离DIO通道（16路输入和16路输出）v 32 路TTL 级DIO 通道（1

40、6路输入和16路输出）v 高输出驱动能力v 隔离I/O 通道高压隔离（2,500 VDC）v 中断处理能力v 2个20针接口用于隔离DI/O通道，另2个用于TTL DI/O 通道v D型接口用于隔离数字量输入/输出通道v 高ESD 保护（2,000 VDC）v 高过压保护（70 VDC）v 宽电压输入范围（5 30 VDC）v 板卡ID数字量输入输出模板数字量输入输出模板PCI-1730U2.2 可编程序控制器可编程序控制器(PLC) v v 2.2.1 可编程控制器的基本结构v 2.2.2 可编程控制器的分类与特点v 2.2.3 可编程控制器的主要产品2.2.1 可编程控制器的基本结构可编程

41、控制器的基本结构v PLC是一种专门为在工业环境下自动控制应用而设计的工业计是一种专门为在工业环境下自动控制应用而设计的工业计算机。算机。v 它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口，更直它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口，更直接的适用于控制要求的编程语言和更强的抗干扰能力。接的适用于控制要求的编程语言和更强的抗干扰能力。v PLC与与IPC在基本结构上基本相同，也由硬件和软件两大部分在基本结构上基本相同，也由硬件和软件两大部分组成。组成。v 在外形上，在外形上，PLC与与IPC差别较大。差别较大。2.2.2 可编程控制器的分类与特点可编程控制器的分类与特点v 按按I/O

42、点数划分点数划分v 根据根据 PLC能够处理的能够处理的I/O点数来分类，点数来分类，PLC 可分为微型、小型、可分为微型、小型、中型、大型中型、大型 4 种种 。v 按处理器功能划分按处理器功能划分v 根据根据PLC的处理器功能强弱的不同，可分为低档、中档和高档的处理器功能强弱的不同，可分为低档、中档和高档3个档次。个档次。 v 按硬件结构分按硬件结构分v 根据根据PLC的外形和硬件安装结构的特点，的外形和硬件安装结构的特点，PLC可分为整体式和可分为整体式和模块式两种。模块式两种。可编程控制器的分类可编程控制器的分类v 可靠性高，适应性强可靠性高，适应性强v 功能完善，通用性好功能完善，通

43、用性好v 安装方便，扩展灵活安装方便，扩展灵活v 操作维护简单，施工周期短操作维护简单，施工周期短可编程控制器的特点可编程控制器的特点2.2.3 可编程控制器的主要产品可编程控制器的主要产品v 世界上生产世界上生产PLC的专业厂家很多，目前国内工控市场使用的品的专业厂家很多，目前国内工控市场使用的品牌主要有：牌主要有：v 美国的美国的AB、莫迪康（、莫迪康（MODICON）；）；v 日本的三菱（日本的三菱（MITSUBISHI）等；）等；v 德国的西门子（德国的西门子（SIEMENS）。西门子）。西门子SIMATIC S7系列可编程系列可编程控制器在国内工控市场所占份额较大。控制器在国内工控市

44、场所占份额较大。v SIMATIC S7系列可编程控制器包括系列可编程控制器包括S7-200系列系列PLC， S7-300系列系列PLC和和S7-400系列系列PLC等。等。v S7-200系列是集电源、CPU和I/O模块于一体的小型PLC系统。v 中央处理单元CPU模块有5种型号，CPU221无扩展功能，适于用做小点数的微型控制器。CPU222有扩展功能，CPU224是具有较强控制功能的控制器，CPU226适用于复杂的中小型控制系统。S7-200 系列系列PLCv S7-300系列是中型PLC系统，具有模块化扩展功能，设计紧凑，适合最大输入、输出1000点左右的控制应用。v S7-300系列

45、PLC 的主要组成部分有导轨（RACK）、电源模块（PS）、中央处理单元CPU模块、接口模块（IM）、信号模块（SM）、功能模块（FM）等。通过MPI网的接口直接与编程器PG、操作员面板OP和其它S7 PLC相连。 S7-300 系列系列PLCv S7-400 系列PLC是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。 S7-400 PLC采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别（功能逐步升级）的CPU，并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组合成不同的专用系统。当控制系统规模扩大或升级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统升级和充分满足需要。S7-400 系列系列PLCv STE

46、P 7编程软件用于西门子系列工控产品包括SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinAC，是供它们编程、监控和参数设置的标准工具，是SIMATIC工业软件的重要组成部分。 v STEP 7具有以下功能：硬件配置和参数设置、通讯组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断功能等。STEP 7的所有功能均有大量的在线帮助，用鼠标打开或选中某一对象，按F1可以得到该对象的在线帮助。 编程软件编程软件STEP 72.3 嵌入式系统嵌入式系统v 2.3.1 嵌入式系统的组成与特点v 2.3.2 典型的嵌入式微处理器 v 2.3.3 典型的微控制器2.3.1嵌入式系统的组成与特点嵌入式系统的组

47、成与特点v 嵌入式系统通常由嵌入式处理器、外围设备、嵌入式操作系统和应用软件等几大部分组成。 v 嵌入式系统的核心是嵌入式处理器，嵌入式处理器与通用CPU最大的不同在于嵌入式处理器大多工作在为特定用户群所专用设计的系统中，它将通用CPU许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同时还具有很高的效率和可靠性。v 嵌入式微处理器有各种不同的体系，即使在同一体系中也可能具有不同的时钟频率和数据总线宽度，或集成了不同的外设和接口。v 目前全世界嵌入式微处理器已经超过1000多种，体系结构有30多个系列，其中主流的体系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。

48、嵌入式处理器嵌入式处理器v 嵌入式微控制器(MCU)v 典型代表是单片机，从70年代末单片机出现到今天，虽然已经经过了20多年的历史，但这种位的电子器件目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。 v 嵌入式微处理器（MPU）v 是由通用计算机中的CPU演变而来的。它的特征是具有32位以上的处理器，具有较高的性能。目前主要的嵌入式处理器类型有386EX、SC-400、Power PC、68K、MIPS、ARM/ StrongARM系列等。 v 嵌入式DSP处理器(EDSP) v 专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，具有很高的编译效率和指令的执行速度。在数字滤波

49、、FFT、谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。 v 嵌入式片上系统嵌入式片上系统(SOC)v SOC最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合，直接在处理最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。器片内嵌入操作系统的代码模块。v SOC具有极高的综合性，在一个硅片内部运用具有极高的综合性，在一个硅片内部运用VHDL等硬件描等硬件描述语言，就可实现一个复杂的系统。用户不需要再像传统的系述语言，就可实现一个复杂的系统。用户不需要再像传统的系统设计一样，绘制庞大复杂的电路板，一点点的连接焊制，只统设计一样，绘制庞大复杂的电路板，一点点的连接焊制，只需要使用精确的

50、语言，综合时序设计直接在器件库中调用各种需要使用精确的语言，综合时序设计直接在器件库中调用各种通用处理器的标准，然后通过仿真之后就可以直接交付芯片厂通用处理器的标准，然后通过仿真之后就可以直接交付芯片厂商进行生产。商进行生产。 v 外围设备包括存储设备、通信接口设备、扩展设备接口和辅助外围设备包括存储设备、通信接口设备、扩展设备接口和辅助的机电设备（电器、连接器、传感器等），根据外围设备的功的机电设备（电器、连接器、传感器等），根据外围设备的功能可分为以下三类：能可分为以下三类：v 存储器存储器v 常用的存储器有：静态易失型存储器（常用的存储器有：静态易失型存储器（RAM、SRAM）、动）、动

51、态存储器（态存储器（DRAM），非易失型存储器（），非易失型存储器（Flash、EPROM）等。等。v 外部设备接口外部设备接口v 包括并行接口、包括并行接口、RS-232接口（串行通信接口）、接口（串行通信接口）、Ethernet（以太网接口）、（以太网接口）、USB（通用串行总线接口）、音频接口、（通用串行总线接口）、音频接口、VGA视频输出接口、视频输出接口、I2C（现场总线）、（现场总线）、SPI（串行外围设备（串行外围设备接口）、接口）、IrDA（红外接口）、（红外接口）、A/D（模（模/数转换接口）、数转换接口）、D/A（数（数/模转换接口）等。模转换接口）等。v 人机交互接口：包括人机交互接口：包括LCD、键盘和触摸屏等人机交互设备。、键盘和触摸屏等人机交互设备。 外围设备外围设备v 嵌入式操作系统（EOS）是一种用途广泛的