微机实时控制系统

1、 微型计算机 实时控制系统 第第1章章绪绪 论论第第1 1章章 绪绪 论论 微机实时控制系统是指以微机为微机实时控制系统是指以微机为核心核心的控的控制系统。制系统。 “实时实时”体现在能在体现在能在指定的时间指定的时间内完成系统内完成系统功能和对外作出响应的系统。功能和对外作出响应的系统。 在实时控制中，系统的正确性不仅仅依赖在实时控制中，系统的正确性不仅仅依赖于控制算法的于控制算法的逻辑结果逻辑结果，而且依赖于，而且依赖于结果结果产生的时间产生的时间。微型计算机实时控制系统的设计往往包含有下述微型计算机实时控制系统的设计往往包含有下述基本问题基本问题： I/O接口接口、中断系统中断系统、采样

2、定理采样定理、数字滤波数字滤波、闭环控制闭环控制、PID调节调节、最优和自适应控制最优和自适应控制、串串/并行通讯并行通讯以及以及分布式计分布式计算机算机系统等。系统等。 由此可见，对微机实时控制系统设计者的要求是：由此可见，对微机实时控制系统设计者的要求是： 必须兼有硬件和软件的知识必须兼有硬件和软件的知识下面以几个简单的下面以几个简单的实例实例来说明这类系统的组成及设计者要来说明这类系统的组成及设计者要完成的工作完成的工作。1微机控制晶闸管中频电源 熔炼熔炼用中频电源，是将工频交流电用中频电源，是将工频交流电整流整流成直流后，成直流后， 再再逆变逆变成中频交流电（成中频交流电（1000Hz

3、），）， 利用中频电流流过利用中频电流流过感应线川感应线川时，在工件中产生时，在工件中产生涡流涡流而而发热发热直到熔化金属的目的。直到熔化金属的目的。 系统示意图如下：系统示意图如下： SCR整流整流桥桥SCR逆变逆变桥桥+ +- -工件工件炉子炉子1#机2#机水压水压Ifuf 380v硬件设计的任务：硬件设计的任务： 专用专用微机系统设计；微机系统设计； SCR触发触发信号的产生：信号的产生： 光电隔离，驱动放大电路；光电隔离，驱动放大电路； 主回路主回路同步信号同步信号的产生及的产生及输入电路；输入电路； 过压过压、过流过流信号的检测及信号的检测及输入电路；输入电路；.SCR整流整流桥桥S

4、CR逆变逆变桥桥+ +- -工工件件炉炉子子1#机2#机水水压压Ifuf软件设计（即系统控制软件）软件设计（即系统控制软件）包括：包括： 顺序控制顺序控制程序程序 SCR的的数字触发数字触发程序程序 电压、电流的电压、电流的调节器程序调节器程序 过压、过流、失水等过压、过流、失水等故障故障保护保护程序程序 自检自检及及工况显示工况显示程序程序.SCR整流整流桥桥SCR逆变逆变桥桥+ +- -工工件件炉炉子子1#机2#机水水压压ufIf2P-FMS（Pseudo-Flexible Manufacture System） 准柔性制造系统准柔性制造系统 由中央计算机由中央计算机统一管理与控制统一管理

5、与控制的，的， 含有一群含有一群自动化机床自动化机床， 并且有并且有物流系统物流系统（如：无人小车）连接起来的，（如：无人小车）连接起来的， 计算机计算机群控自动线群控自动线亦称为亦称为FMS 即即： FMS = 中央计算机中央计算机 + 一群数控机床一群数控机床 + 物流系统物流系统P-FMS属于经济型的或准FMS它的特征：它的特征： 降低了自动化的降低了自动化的程度程度； 放弃了放弃了无人化无人化的要求，的要求， 某些工位，或某些工序将由某些工位，或某些工序将由人人来执行。来执行。 即即 ： P-FMS = 中央计算机中央计算机 + 一群数控机床一群数控机床 + 物流系统物流系统+人工工位

6、人工工位浦沅工程机械总厂浦沅工程机械总厂 P-FMS的控制系统示意图：的控制系统示意图： .bf386(xenix)终端终端1STD通讯处理机通讯处理机终端终端2终端终端3无人小车无人小车MC1MC2装卸、质检工位装卸、质检工位摇臂钻床摇臂钻床立式车床立式车床 硬件设计任务：硬件设计任务： bf386与与STD的接口的接口 STD机与机与MC的的CNC系统即系统即SIEMENS 8ME的接口；的接口； STD机与机与无人小车的计算无人小车的计算机系统机系统的接口；的接口； bf386与与终端终端的接口；的接口； 无人小车的无人小车的研制研制。 STD与两台加工中心与两台加工中心MC1,2（光纤

7、通讯）（光纤通讯）的接口的接口。 .bf386(xenix)终端终端1STD通讯处理机通讯处理机终端终端2终端终端3无人无人小车小车MC1MC2软件设计的任务： 上述接口间的通讯程序通讯程序；（STD工业控制计算机、Z80CPU、程序长度：8kB） 全线的实时控制实时控制程序 （前台作业）； 生产计划调度管理生产计划调度管理程序 （后台作业）； P-FMS系统仿真系统仿真程序； 质量管理质量管理程序； CAPP程序； 加工工艺加工工艺优化优化程序。bf386(xenix)终端终端1STD通讯处理机通讯处理机终端终端2终端终端3无人无人小车小车MC1MC23FK6-700加弹机微机实时监测系统加

8、弹机微机实时监测系统 FK6-700加弹机是德国产品（加弹机是德国产品（80年代年代国际先进水平）；国际先进水平）； 该系统有该系统有九台九台加弹机，要求在工艺室和电工值班室分别加弹机，要求在工艺室和电工值班室分别集中监测集中监测和和数据处理数据处理； 要求监测的参数有（每台要求监测的参数有（每台FK6-700机）：机）： 3台电机的转速、电流、电压信号；台电机的转速、电流、电压信号； 27个热箱的温度信号个热箱的温度信号； 216根断丝报警信号；根断丝报警信号； 无移丝、无润滑等无移丝、无润滑等9个报警信号个报警信号。监控系统功能需求监控系统功能需求对对工艺室工艺室上位机的要求：上位机的要求

9、： 实时实时采集采集数据；数据； 随时随时保存保存最近最近5 5分钟分钟的各种的各种模拟量的数据（波形）；模拟量的数据（波形）； 按班、日、月、年进行按班、日、月、年进行统统计报表计报表； 工艺参数的工艺参数的实时修改实时修改等。等。 对对电工班电工班的集中监测要求是：的集中监测要求是： 集中监测各种集中监测各种工况工况参数；参数； 及时发现报警及时发现报警故障故障信息；信息； 及时及时响应响应与与处理处理现场的监现场的监控需求。控需求。监测系统拓扑结构图：监测系统拓扑结构图：RXD TXDRXD TXDRXD TXDRXD TXDRXD TXDRS-422STD 0#LX-286STD 1#

10、STD 2#STD 9# STD 0# 电工班电工班值班机，物物理网的主控机理网的主控机、拥有对全网通信的控制能力； STD 1#9# 下位机下位机，承担对FK6-700加弹机的实时数据采集及报警任务； STD 0#9# 机为24小时工作制 LX-286 上位机，逻辑上的逻辑上的主机主机，实现对整个系统的管理和数据统计处理等工作。STD0#TXD RXDLX-286STD 1#STD 2#STD 9#RS-422采用双主机的结构的原因是： LX-286为普通的微机，不适合于长期连续长期连续工作； 本系统只要求LX-286每天至少至少开机一次即可 。系统设计者的任务： 总体结构总体结构设计； 通

11、信协议通信协议制定； 下位机系统下位机系统软件设计； 上位机管理上位机管理软件设计； 值班机通信值班机通信软件和管理管理软件设计 。STD0#LX-286STD 1#STD 2#STD 9#RS-4224. 温湿度监控系统温湿度监控系统 586通信模块(232C/485)温控器1#温控器2#湿控器n#RS-232CRS-485值班机风 机空 调去 湿机加 湿机加 湿机去 湿机空 调风 机风 机空 调去 湿机加 湿机本系统用于对档案馆各库房的温湿度集中监控集中监控 温湿度控制器采用温湿度控制器采用80518051单片机单片机系统；系统； 4 4台设备采用台设备采用双向晶闸管双向晶闸管作控制交流电

12、源的通断；作控制交流电源的通断； 设计者的设计者的任务任务：（1 1）系统）系统总体总体设计；设计；（2 2）温控器）温控器硬件硬件设计；设计；（3 3）通信）通信网络网络设计、制定设计、制定通信协议；通信协议； ( (本网为本网为主从式总线主从式总线网，协议参考网，协议参考“高级高级数据链路层协议数据链路层协议”（HDLCHDLC）制定；）制定；) )（4 4）下位机下位机软件设计；软件设计；（5 5）上位机上位机软件设计；软件设计；（6 6）值班机值班机硬软件设计。硬软件设计。 对于目前在各领域对于目前在各领域实时控制实时控制中微机中微机应用情况，上述四个不同的系统，有一应用情况，上述四个

13、不同的系统，有一定的代表性；定的代表性； 从中可以看出，在微机实时控制系从中可以看出，在微机实时控制系统的统的开发和研制开发和研制中，要求具备有哪些方中，要求具备有哪些方面的面的知识知识和掌握哪些方面的和掌握哪些方面的技能技能。本课程将围绕二个目标二个目标组织教学内容：一、面向装置级的微机控制系统设计一、面向装置级的微机控制系统设计 硬件硬件能自行研制出能自行研制出专用微机专用微机系统系统 软件软件能开发出相应的能开发出相应的实时控制实时控制程序程序二、面向微机测控网络的控制系统设计二、面向微机测控网络的控制系统设计 硬件硬件高档微机系统（网络）的接口技术高档微机系统（网络）的接口技术 （标准

14、总线、串行通讯标准总线、串行通讯） 软件软件实时数据库实时数据库及其应用、及其应用、操作系统操作系统及其与用及其与用户程序接口技术、各类户程序接口技术、各类开发工具开发工具的使用技术等。的使用技术等。本课程教学内容本课程教学内容第第2章章 XENIX 操作系统及其应用操作系统及其应用第第3章章 单片机测控网络中的接口技术单片机测控网络中的接口技术 第第2.1节节 串行接口标准串行接口标准 第第2.2节节 测控网络中的通信协议测控网络中的通信协议第第4章章 TPBUG-A监控程序的分析监控程序的分析 第第5章章 微机实时控制系统实例微机实时控制系统实例 第第5.1节节 微机控制中频电源微机控制中

15、频电源 第第5.2节节 工程机械远程监控系统工程机械远程监控系统第第 2 2 章章XENIX 操作系统及其在操作系统及其在微机实时控制系统中的微机实时控制系统中的应用技术应用技术2.1 研究操作系统（研究操作系统（Opration System）的）的三大观点：三大观点：一、从资源管理观点看操作系统；一、从资源管理观点看操作系统； 一个OS由四个部分组成： CPU管理、存储器管理、管理、存储器管理、I/O管理、信息管理管理、信息管理 管理的目标： 确定分配分配方案，合理合理使用，充分发挥效益效益二、从进程（二、从进程（process）观点看操作系统；）观点看操作系统；1、进程概念的引入：为了研

16、究并发程序段而引入2、进程与程序的区别： 一个进程必须对应一个逻辑上完整逻辑上完整的程序； 但一个程序可以对应多个对应多个进程； 程序是静止静止的，长存长存的，是O.S的一个资源资源， 而进程是动态动态的，暂时暂时的，是时间的函数时间的函数。3、进程的四种四种状态： 执行状态：进程正在被正在被CPU执行； 准备状态：进程在等待等待CPU执行； 挂起状态：进程因自身原因，不能执行不能执行下去（如等待I/O） 潜伏状态：进程建立以前以前或撤销以后以后。OS的任务：的任务： 负责各进程状态的转换转换； 进程间的通信与同步通信与同步； 防止死锁死锁发生； 按进程状态分配资源分配资源等。三、操作系统的虚

17、拟机观点三、操作系统的虚拟机观点1、虚拟计算机：、虚拟计算机： CPU-速度慢，但速度慢，但数量增多数量增多的虚的虚CPU； 内部存储器内部存储器-数量增多，数量增多，容量扩大容量扩大的虚拟存储器；的虚拟存储器； 外部存储器外部存储器-按名存取按名存取的，长期保存的文件空间的，长期保存的文件空间 外部设备外部设备-使用使用方便方便、灵活，数量增多的逻辑设备；、灵活，数量增多的逻辑设备； 控制台控制台-每个用户每个用户都有一个逻辑控制台都有一个逻辑控制台2、分层虚拟机的方法：、分层虚拟机的方法： 整个操作系统的程序模块按整个操作系统的程序模块按层次层次设计；设计； 外层模块可以外层模块可以调用调

18、用内层模块，反之则不允许；内层模块，反之则不允许； 分层结构如图所示，如此分层的分层结构如图所示，如此分层的理由理由： 1、思维思维必须依赖于必须依赖于记忆记忆； 2、动作动作必须依赖于必须依赖于思维思维； 3、文件系统文件系统必须以必须以I/O设备为后盾。设备为后盾。2.2 XENIX 操作系统及其在微机实时控制系操作系统及其在微机实时控制系统中的应用技术统中的应用技术一、XENIX的由来和特点： XENIX是是UNIX操作系统的操作系统的变种；变种； UNIX是一个是一个通用的通用的，多用户多用户、多任务多任务、交互型交互型的操作系统；的操作系统； XENIX有以下五个有以下五个主要特点主

19、要特点： 1树形分级结构树形分级结构的文件系统，允许用户根据需要的文件系统，允许用户根据需要自由装卸自由装卸；2文件是文件是没有内部结构的字符流序列没有内部结构的字符流序列，外部设备和目录均视，外部设备和目录均视为为普通文件；普通文件；3提供了提供了命令程序语言命令程序语言shell，既可象，既可象键盘命令键盘命令那样直接使用，那样直接使用，又可象高级语言进行又可象高级语言进行编程编程，功能很强，使用方便；，功能很强，使用方便；4外层提供了大量的外层提供了大量的语言和子系统语言和子系统，以满足，以满足各种各种用户需要；用户需要；5所有软件系统均用所有软件系统均用C语言编写语言编写，甚至本身也有

20、，甚至本身也有90%用用C语语言编写，易于言编写，易于修改修改、维护维护和和移植。移植。XENIX的主要特点：的主要特点：二、二、XENIX系统的整体结构系统的整体结构1分为分为三个三个层次：层次： 核心层，核心层，shell层层和和用户层用户层； 如下图所示。如下图所示。.用户1用户nShell命令Shell命令解释程序系 统 调 用捕 俘 处 理文件子系统缓冲池字符块设备驱动程序硬件控制硬 件进程通讯进程调度存贮管理进程控制子系统用户用户Shell命令层命令层Shell层（外壳）层（外壳）核心层（内核）核心层（内核）说明说明：上述图可上述图可简化简化为为： 核心功能核心功能：管理和控制硬件

21、管理和控制硬件，主管，主管I/O传送传送，调度调度进程进程执行等；执行等； shell层层：是：是用户层与核心的界面用户层与核心的界面，用户态的程序，用户态的程序不能直接不能直接访问核心的程序和数据，用户的访问核心的程序和数据，用户的一切要求都一切要求都经由经由shell与核心及硬件打交通与核心及硬件打交通。* XENIX分时系统的两层含义分时系统的两层含义： 进程分时进程分时：即两个以上进程：即两个以上进程交错交错在一在一台台CPU上处理；上处理；用户分时用户分时：即两个以上联机用户：即两个以上联机用户同时同时使使用一台计算机。用一台计算机。2 2Shell的概念：的概念： shell功能功

22、能： 从一个文件（终端文件，用户文件或从一个文件（终端文件，用户文件或XENIX系统文件）系统文件）读取命令行读取命令行； 执行各种执行各种解释及变换解释及变换； 然后通过然后通过使用使用系统原语（系统原语（系统调用系统调用）来执行出结果。）来执行出结果。 shell作为一种特殊的程序设计语言，与一般高级语言作为一种特殊的程序设计语言，与一般高级语言比较有许多不同点比较有许多不同点： shellshell是是解释性解释性的，的，可以交互地解释和执行命令可以交互地解释和执行命令，并提示，并提示信息；信息； shellshell处理的处理的对象对象通常是通常是文件，文件，或或字符串，字符串，或或命

23、令语句；命令语句； shellshell直接调用直接调用一些一些系统原语，系统原语，与系统关系更密切；与系统关系更密切； shellshell语言程序语言程序易写易调试易写易调试，灵活性较强，但，灵活性较强，但执行速度不执行速度不如其他高级语言快如其他高级语言快； XENIXXENIX的的高级语言程序都在高级语言程序都在shellshell控制下工作。控制下工作。三、三、XENIX的功能的功能1、存贮管理存贮管理 对内存空间进行对内存空间进行合理分配合理分配及科学的及科学的释放释放，采用采用“首次适应算法首次适应算法”，分配以，分配以64个字节个字节为一个为一个单位；单位；2、设备管理：、设备

24、管理： 将外部设备分为将外部设备分为两大类两大类（块设备和字符设备）（块设备和字符设备）含：含：驱动驱动、开关开关、读写读写及及中断处理中断处理等。等。3、文件管理：、文件管理： 含：含：索引结点管理索引结点管理程序：程序：空闲盘块管理空闲盘块管理程序；程序；目目录文件管理录文件管理程序；程序；文件表管理文件表管理程序；程序； 磁盘存贮器磁盘存贮器的分配和释放，同样采用的分配和释放，同样采用“首次适应首次适应算法算法”，分配单位为，分配单位为512个字节；个字节；4、处理机管理：、处理机管理： 主要是主要是进程管理进程管理，含：进程，含：进程调度调度；进程间；进程间通讯通讯；进程；进程控制控制

25、等。等。四、四、XENIX的文件系统：的文件系统： 1XENIX文件系统的特点文件系统的特点1）是无结构的）是无结构的流式流式文件，文件即为文件，文件即为有序字符有序字符的集合；的集合； 文件系统对文件的管理文件系统对文件的管理不涉及不涉及文件内部的数据结构，文件内部的数据结构，该结构是由它的应用程序来决定该结构是由它的应用程序来决定。 （另一种为记录式文件，文件即为（另一种为记录式文件，文件即为数据记录数据记录的集合）。的集合）。2）一个文件的最大长度为）一个文件的最大长度为10亿亿个字节个字节。XENIX中万事都离不开文件，文件是中万事都离不开文件，文件是XENIX的核心的核心3）文件可跨

26、目录连接，文件系统和文件卷均可装可卸文件可跨目录连接，文件系统和文件卷均可装可卸例：例：In /usr/peng/memos /usr/lin/pengmemos 则将/usr/peng中的memos文件与/usr/lin中的pengmemos连接; 本命令用于从多个用户共享一个文件或使一个文件出现在多个目录中。2XENIX的文件分类：的文件分类：1）普通文件普通文件：通常所论的文件；：通常所论的文件；2）目录文件目录文件：由一个或多个：由一个或多个目录项目录项所构成的特殊文件；所构成的特殊文件； 目录项目录项-等长，由两部分组成，即文件名（等长，由两部分组成，即文件名（14个字节）个字节）和

27、索引结点编号（和索引结点编号（2个字节）个字节）3）特殊文件特殊文件： 对每一个外设都看作一个特殊文件，并存放在对每一个外设都看作一个特殊文件，并存放在dev(device)目录文件中，例如：目录文件中，例如： /dev/tey-终端终端； /dev/Lp -打印机打印机3 3文件的的访问权限文件的的访问权限1）文件）文件使用者使用者： 分分文件主、同组用户、其他用户文件主、同组用户、其他用户三类。三类。2）文件的三种）文件的三种存取权限存取权限： 读、写和执行读、写和执行3）对文件的使用，三种用户允许各自的）对文件的使用，三种用户允许各自的许可权许可权（由文（由文件主指定）其省缺值为：件主指

28、定）其省缺值为：文件主可读、写，其它用户只能读，不能写文件主可读、写，其它用户只能读，不能写。4XENIX的目录结构的目录结构-层次化树形文件结构层次化树形文件结构 .rootbinusrdevlibtmppeng Linwu(ed)(cmd)(xc) (mail)(a.out)(xc)(mail)(tty2a)(lp)(tty2b)典型结构图 rootbinusrdevlibtmppengLinwu(ed)(cmd)(xc)(mail)(a.out)(xc) (mail)(tty2a)(lp)(tty2b)root-根目录根目录，常用，常用“/”表示；表示；/bin-含有许多常用的含有许多常

29、用的 XENIX命令命令的目录；的目录；/usr-含每个含每个用户个人目录用户个人目录的的目录；目录；/dev-各种各种设备的专用设备的专用目录目录/lib-C语言及其他程序所需语言及其他程序所需库库文件文件目录；目录；/tmp-临时文件临时文件目录。目录。例：一个典型的文件例：一个典型的文件全路径名全路径名：/usr/joe/project/A， 即文件即文件A在名为在名为joe用户的用户的project目录之中。目录之中。五、五、XENIX操作系统的使用：操作系统的使用：1用户登录用户登录 当接通电源并当接通电源并启动启动XENIX系统后，系统后，XENIX将在所有已联机的终端上显示将在所

30、有已联机的终端上显示“Login”，等待，等待用户登录进入系统。用户登录进入系统。 1）作为）作为超级用户超级用户登录：登录： Login: root Passwd: bf386 （注：不显示）（注：不显示） # 2）作为）作为普通用户普通用户登录：登录： Login: peng Passwd: PFMS （注：不显示出来）（注：不显示出来） %2用户注销用户注销 用户退出用户退出XENIX系统时，需进行注销：系统时，需进行注销： 按按Ctrl-d 或键入：或键入：Logout 即可。即可。3终止系统运行终止系统运行 需严格按以下步骤，否则将可能导致系统出错。需严格按以下步骤，否则将可能导致系

31、统出错。 1）注销）注销退出退出； 2）作为）作为超级用户超级用户登录；登录； 3）按）按/etc/haltsys 4）等待）等待系统显示同意关电源系统显示同意关电源后，再关机后，再关机。4命令和命令行命令和命令行 一旦注册进入一旦注册进入XENIX系统后，用户便可从键盘通过系统后，用户便可从键盘通过shall命令命令使用使用XENIX系统。系统。 * 一个命令是一个一个命令是一个英文单词的编写英文单词的编写，对应某一个，对应某一个程序程序； * 命令后可带一个或多个命令后可带一个或多个任选的自变量任选的自变量组成命令行；组成命令行； * 命令行由命令行由shell读入并执行读入并执行5常用命

32、令举例：常用命令举例： * 列出列出当前目录当前目录下的所有文件：下的所有文件：LS * 了解了解谁谁在系统中：在系统中： who 6 6进程控制（进程控制（processprocess） XENIX中任一时刻可以有一个中任一时刻可以有一个前台前台进程和几个进程和几个后台后台进程，进程， 一一般般执行键盘命令所建立的均为前台进程执行键盘命令所建立的均为前台进程， 若在键盘命令后加一个若在键盘命令后加一个“&”符号，即可将进程符号，即可将进程推推入后台入后台 将进程推入后台将进程推入后台例：例：wc file1, file2, file3 count & WC命令命令统计统计三个

33、文件中的行、字、字符数并三个文件中的行、字、字符数并记录到记录到count文件中，加上文件中，加上&字符即表示将该进程推入后台执行。字符即表示将该进程推入后台执行。 取消一个进程取消一个进程 按按INTERRUPT键（键（ctrl-）可中止一个）可中止一个前台进程；前台进程； 按按kill 0 可以取消可以取消所有的后台进程所有的后台进程； 按按kill4832 可取消代号为可取消代号为4832的一个后台进程。的一个后台进程。六、六、XENIX在实时控制系统中通讯技术在实时控制系统中通讯技术 在在XENIX应用于类似应用于类似P-FMS系统中时，面临系统中时，面临的一个的一个首要问题首

34、要问题是系统内部的实时通信如何是系统内部的实时通信如何实现；实现；P-FSM中的中的通信需求通信需求： 1、终端、终端终端通信：即终端通信：即 人人人人 2、终端、终端主机通信：即主机通信：即 人人机机 3、主机、主机终端通信：即终端通信：即 机机人人 4、主机、主机 加工中心加工中心(或小车或小车)通信：通信：即即 机机机机Bf386(xenix)终终端端1STD通讯处理机通讯处理机终终端端2终终端端3无人无人小车小车MC1MC21. 通过键盘与对方通信通过键盘与对方通信-终端终端终端（含主控终端）终端（含主控终端）1）利用电子邮件利用电子邮件mail进行通信进行通信 * 发送邮件：发送邮件

35、：$ mail peng 接着键入正文：接着键入正文：“How are you! Ctrl-d”， 即可进入即可进入对方的邮箱对方的邮箱中。中。 * 接收邮件接收邮件 键入键入$ mail 则显示则显示第一条第一条消息，消息， 以后每按下以后每按下RETURN键键，更换显示，更换显示下一条下一条， 若显示后按若显示后按d，则是，则是删除删除该条。该条。2）利用）利用write命令写信给一个终端：命令写信给一个终端： 例：例：$ write peng 则随后键入的则随后键入的各行信息各行信息将将同时显示在已方和同时显示在已方和peng用户的用户的CRT上上。3）利用）利用dd命令命令例例1：$

36、dd of=/dev/tty2b 则随后键入的各行信息，将被送往连接在则随后键入的各行信息，将被送往连接在tty2b端口的终端端口的终端设备的设备的CRT上。上。例例2：$ dd if=ft3.c of=/usr/peng/comu.c 将当前目录下将当前目录下ft3.c文件文件送送peng用户目录下的用户目录下的comu.c文件。文件。例例3：$ dd of=/usr/peng/comu.c 则随后键入内容送则随后键入内容送peng 用户的用户的comu.c文件。文件。例例4：$ dd if=/dev/tty2b 则显示出错，即：则显示出错，即： 不能将对方键盘的输入送入自己方的不能将对方键

37、盘的输入送入自己方的CRT或文件或文件 4）利用程序来实现（与键盘结合）利用程序来实现（与键盘结合）# include； include为为C编译程序编译程序伪指令伪指令，表，表 示本程序中蕴含有示本程序中蕴含有“stdio.h”文件文件main ( ) 主函数主函数char cmd 20； 字符变量数组字符变量数组说明说明FILE wp,fopen ； 文件指针定义文件指针定义wp=fopen (“/dev/tty2b”, “a”)； Wp作为写指针，以作为写指针，以“附加附加”方式方式 打开打开“/dev/tty2b”if (gets (cmd)!= “EOF”)； 若键入的不是若键入的不

38、是结束符结束符，则将字符，则将字符fputs (cmd, wp); 送入送入WP所指文件所指文件 注：注： gets ( )、fputs( )均为均为标准函数。标准函数。 将程序编译，并执行后（即键入：将程序编译，并执行后（即键入：$ a.out ），）， 则随后从主键盘上键入的字符将显示在则随后从主键盘上键入的字符将显示在tty2b的的CRT上上2 2通过程序和文件与对方通讯通过程序和文件与对方通讯例例1：# include main( ) FILE * wp , * fopen ( )； wp=fopen (“/dev/ tty2b”, “w”)； fprintf (wp; “How ar

39、e you!”)； fclose (wp); 则执行后在则执行后在 tty2b的的CRT 上显示：上显示： How are you!例例2： # include main ( ) FILE * wp, * fopen ( )； Int esc， c； esc = 0 x1B； c=0 x63； WP= fopen (“/dev/tty2b”, “w”)； putc (esc, wp)； putc (c, wp)； fclose (wp); 则执行后将则执行后将终端控制字符终端控制字符“ESC C”送送 tty2b终端，即：将终端，即：将CRT清屏清屏，并重并重新启动新启动（相当于硬件（相当于硬

40、件复位复位信号）信号）Bf386(xenix)终端终端1STD通讯处理机通讯处理机终端终端2终端终端3无人无人小车小车MC1MC23对话式通讯：对话式通讯：* 要求要求：两个终端上两个终端上分别分别执行程序，实现执行程序，实现对话式对话式通讯通讯* 通讯过程通讯过程： 其中：其中： MA-master station(主站主站) ； SL-Slave station (从站从站).* 例例1：文件发送方的程序（：文件发送方的程序（MA站）站）功能：功能：先发先发ENQ到对方的到对方的 comu.c文件；文件； 然后然后等待回答等待回答DLE/0； 收到收到DLE/0后，将文件后，将文件ft1.

41、c送送对方的对方的comut.c文件中文件中“ft1.c” 文件文件DLE/0ENQ内容内容MASLMA发送站发送站# include main ( ) char n； FILE wp, fopen ( )； FILE rp, fopen ( )； wp=fopen (“/usr/peng/comu.c”, “w”)； 以写方式打开对方以写方式打开对方 的的comu.c文件文件 rp=fopen (“comu.c”, “w”)； 清除清除comu.c文件，准备接受文件，准备接受DLE/0 fclose (rp)； n=0 x05；put(n, wp)； 发发 ENQ peng/comu.cfc

42、lose (wp)；gchar: rp=fopen (“comu.c”, “r”) n=getc (rp)； if (n!=0 x10) goto reget 若第一个字符若第一个字符不是不是DLE，则转出。，则转出。 n=getc (rp); if (n!=0 x30) 是是DLE，若第二个字符，若第二个字符不是不是0， reget: fclose (rp); goto gchar; 则则关闭关闭文件，转到文件，转到gchar 。 fclose (rp)； 收到收到DLE/0，则准备发送文件，则准备发送文件 wp=fopen (“/usr/peng/comut.c”, “w”) rp=fop

43、en (“ft1.c”, “r”)； while (n=getc (rp)!=EOF) 发送发送ftl.c文件文件对方的对方的 putc (n; wp)； /usr/peng/comu.c文件文件 fclose (rp)； fclose (wp);例例2：与例：与例1配套的配套的SL方程序：方程序：功能：先检查自己的功能：先检查自己的comu.c中是否收到中是否收到ENQ，若是，若是， 则发送则发送DLE/0到对方的到对方的comu.c文件。文件。# include main ( ) char n； wp=fopen (“/usr/pfms/comu.c”, “w”)； 以写方式打开以写方式打

44、开对方对方 的的comu.c文件文件 rp=fopen (“comu.c”, “w”)； 清除清除comu.c文件，准备接受文件，准备接受ENQ fclose (rp)； gchar：rp=fopen (“comu.c”, “r”) n=getc (rp) if (n!=0 x05) fclose (rp); goto gchar; 未收到未收到ENQ，转，转gchar n=0 x10；putc (n, wp )； DLE/usr/pfms/comu.c n=0 x30；putc (n, wp)； 0/usr/pfms/comu.c fclose (wp);说明：说明： 执行前必须先用执行前必

45、须先用chmod命令将双方的命令将双方的comu.c文件改为文件改为“同组同组 用户可写用户可写”权限权限;先执行例先执行例2，再在另一终端上执行例，再在另一终端上执行例1，则两终端可，则两终端可同时返回同时返回，且将且将pfms的的ft1.c文件文件送入了送入了peng的的comut.c文件中。文件中。七、七、XENIX系统用于系统用于P-FMS的接口技术：的接口技术： 由由XENIX用户手册可知，所有联到多用户卡的任何装置都用户手册可知，所有联到多用户卡的任何装置都只能是只能是终端设备，终端设备，并以普通用户身份向并以普通用户身份向XENIX系统注册，系统注册，才能进入系统才能进入系统，使

46、用其各种资源；，使用其各种资源； 在由在由XENIX管理下的高档微机为主控机的多级计算机控制管理下的高档微机为主控机的多级计算机控制系统中，一般需要安排一台通信处理机系统中，一般需要安排一台通信处理机（仿真终端）（仿真终端），其，其主要任务是：主要任务是：上传下达上传下达和和协议转换协议转换工作；工作； 本节以本节以P-FMS系统为例，讨论为完成上述工作，实现实时系统为例，讨论为完成上述工作，实现实时通信的通信的全自动化全自动化，XENIX与通讯处理机的与通讯处理机的接口技术接口技术。1P-FMS控制系统示意图：控制系统示意图：* STD通信机通信机STD工业控制计算机工业控制计算机，Z80C

47、PU，小键盘监控系统；小键盘监控系统；* STD与与3个终端一起，作为个终端一起，作为普通终端普通终端由由bf386内内四用户卡四用户卡进入进入XENIX系统；系统；* 图中所有连接均为图中所有连接均为RS-232C接口。接口。bf386( XENIX )终端终端3STD通讯处理机通讯处理机终端终端1终端终端2无人小车无人小车MC1MC22MC加工中心FMS接口通讯协议：本P-FMS中MC上采用的是西门子公司的SINUMERIK 8ME型的CNC系统，其用于FMS的通信协议可分为三层三层。物理层物理层：为RS-232C接口， 字符格式为10位位/字符字符， 波特率：2400 bit/sec；应

48、用层应用层：为NC提供给主控机， 用于控制加工中心的17项功能。应用层应用层链路层链路层物理层物理层MBNPMCLSV2RS-232C链路层：则是LSV2的功能, 含通讯通讯规程，恢复恢复规程，纠错纠错规程，监控定时器监控定时器等四大部分，内容较为丰富；以正常传输正常传输一次的通讯过程为例：TEXT正文正文，126字符；其余均为ASCII码控制控制字符；显然此协议与XENIX的协议完全不兼容完全不兼容；为了将双方连接连接在一起，且不对任何一方的系统软件进行修改修改、解决的方法便是增加一个专用通讯处理机专用通讯处理机；图中STD机即为此而设立。3STD通讯机的任务与功能通讯机的任务与功能* 任务

49、：上传下达与通讯协议转换任务：上传下达与通讯协议转换即：接受来自bf386的信息并按不同的格式要求不同的格式要求处理，然后分发到下级的物流车物流车或MC1或MC2；反之，亦要收集来自物流车或MC1或MC2的信息，按XENIX要求整理整理后送往bf386* 功能：功能： 很好地介决了XENIX操作系统与LSV2软件之间的通讯协议互不兼容互不兼容，且双方都不易修改不易修改的矛盾。优化了优化了自行研制的物流车物流车与上位机通讯的协议（本协议是自定的）大大地减轻减轻了主控机bf386的通讯工作量通讯工作量，增加了增加了bf386数据处理和实时响应与控制的速度实时响应与控制的速度。 由于bf386与ST

50、D传递的几乎全部是正文信息正文信息，而为了把正文信息传送到MC去和要从MC处接收一块完整的正文信息所要作的大量的联络对话工作联络对话工作，已全部由STD承担，从而大大地节省了节省了bf386的时间， 甚至在P-FMS运行期间，主控程序的临时性临时性退出，也不会使两台MC和物流车因为与上位机通讯中止而导致出错导致出错。 STD通讯的实时性要求：通讯的实时性要求： STD承担与四个设备承担与四个设备实时通讯实时通讯工作；工作； 与与bf386的通信波特率为的通信波特率为9600，即每位宽度为，即每位宽度为0.104ms，串，串口字符传输速率为口字符传输速率为1.04ms/字符字符； 与物流车和与物

51、流车和MC的通信波特率为的通信波特率为2400，则字符传输速率为，则字符传输速率为4.16ms/字符字符； STD与上述四个设备的接口芯片为与上述四个设备的接口芯片为Z80SIO，其串行输入，其串行输入可以可靠保证可以可靠保证双缓冲器双缓冲器结构，则结构，则CPU对上述串口的响应速对上述串口的响应速度可降低一半；即：度可降低一半；即： 对来自对来自bf386的串口响应时间要求为：的串口响应时间要求为： 2.08ms， 对其余三个串口的响应时间要求为：对其余三个串口的响应时间要求为： 8.32ms。最紧张的情况出现在四台设备最紧张的情况出现在四台设备同时向同时向STD发送发送正文正文信息时，根据

52、协议，此时发送方信息时，根据协议，此时发送方不需要不需要STD回答，回答，连续连续不断向不断向STD发送正文字符；发送正文字符；若若STD不能及时收集不能及时收集则将导致字符丢失而使本次通则将导致字符丢失而使本次通讯讯失败失败。解决的办法是：解决的办法是：（1）对对bf386的的接受采用中断方式接受采用中断方式，对其余的三个设备，对其余的三个设备的接受和发送均采用的接受和发送均采用查询方式查询方式；（2）且精心设计查询程序，保证：且精心设计查询程序，保证： 轮询一遍的时间不超过轮询一遍的时间不超过 8ms4bf386与与STD通讯机间通讯原理：通讯机间通讯原理： STD为完成上述工作，实现实时

53、通讯实时通讯全自动化的要求，采用的方法是： STD作为仿真终端，仿真终端，以普通用户abc身份向XENIX登录登录：设计了一个专用专用的登录子程序，首次上电或按Reset键时自动调用自动调用该子程序，模拟键盘操作模拟键盘操作完成： 从bf386的/dev/tty2a口，以abc用户名向XENTX登录登录。STD机向机向XENIX登录子程序流程图登录子程序流程图依次发送字符依次发送字符“abc”到到bf386延时延时1秒钟秒钟查来自查来自bf386串口的输入缓冲区串口的输入缓冲区输入输入数据中有连续数据中有连续5个个“sp”？注册成功注册成功y再发一个再发一个“”，作为对询问终端，作为对询问终端

54、类类 型的回答；型的回答；显示登录成功代码显示登录成功代码“8 8”。RET入口入口否否注：经与注：经与bf386连机实测表明，连机实测表明，1）当abc登录正常时，XENIX的回答字符超过128个，且前n个为： $ abc LF CR LF CR 2）对abd登录不正常时的回答字符=14个，为： $ abd LF CR password:3）利用此程序，便可自动登录自动登录成功，4）若再在主程序中再安排冷冷/热启动热启动判断，则可保证只有在冷启动时才调用登录子程序向XENIX登录。 bf386向向STD机传送信息：机传送信息： 由由bf386内实时控制软件，以内实时控制软件，以文件形式文件形

55、式直接送往直接送往tty2a口，口，STD机则以机则以中断方式中断方式接收，接收，(即：对即：对XENIX而言，它是在传输文件而言，它是在传输文件到到tty2a；对；对STD则是在接收串口的数据则是在接收串口的数据)且规定：且规定： 凡是欲发往凡是欲发往物流车物流车的文件必须以的文件必须以ASCII码字符码字符“”（7DH）作为第一个字符；作为第一个字符； 凡是欲发往凡是欲发往MC1的文件必须以的文件必须以ASCII码字符码字符“”（7BH） 作为第一个字符；作为第一个字符； 凡是欲发往凡是欲发往MC2的文件必须以的文件必须以ASCII码字符码字符“”（7CH） 作为第一个字符；作为第一个字符

56、； STD接受完文件后接受完文件后(收到的字符若收到的字符若20H，则表示文件结束，则表示文件结束)，即向相应设备即向相应设备转发转发。 STD向向bf386传送信息：传送信息： 所有送入bf386的信息，均只能采用填写文件均只能采用填写文件的形式，因此，在abc用户名下安排： 三个数据文件数据文件ft1.c、ft2.c、ft3.c分别用于接收来自MC1，MC2和和物流车物流车的信息。 三个命令文件命令文件（可执行的目标程序目标程序）w1、w2、 w3分别执行将来自/dev/tty2a口的内容，填入上述三个填入上述三个数据文件的动作数据文件的动作。 即：对XENIX而言是传输文件：tty2af

57、t1.c， 对STD而言，是向串口发送数据向串口发送数据。以以w1命令所对应的程序命令所对应的程序w1.c为例：为例：# include Main ( ) char cmdln 128； FILE * wp, * fopen ( )； wp= fopen (“ft1.c”, “a”)； if (gets (cmdln)!= “EOF”) fputs (cmdln, wp); 显然，当STD收到MC1的信息，并要转送到bf386时，则： 首先向bf386送去“w1 ”命令； 然后接着将来自MC1的正文正文(text)依次送往bf386； 并送出“CR”(0DH)，“LF”(0AH)作为结束标志。

58、 与此同时bf386则执行执行w1命令，将收到的正文字符串填入填入ft1.c文件中。 上层实时控制软件只要打开ft1.c文件，便可收到来自便可收到来自MC1的正文信息的正文信息。# include Main ( ) char cmdln 128； FILE * wp, * fopen ( )； wp= fopen (“ft1.c”, “a”)； if (gets (cmdln)!= “EOF”) fputs (cmdln, wp); 以以w1命令所对应的程序命令所对应的程序w1.c为例：为例： STD从从XENIX系统注销退出：系统注销退出： 安排了一个专用的注销程序专用的注销程序，用于从XE

59、NIX系统退出，本程序在下班前或需要退出时手动执行手动执行。 程序的功能是连续连续向bf386发出“logout ”，并接受来自bf386的回答； 若注销成功，则bf386的回答为： xenix386! Login： 只要从STD缓冲区缓冲区中看到这个回答，便知已经从XENIX中退出。 否则便是注销失败否则便是注销失败，需再执行一次注销程序。第第 3 章章单片机测控网络中的单片机测控网络中的接口技术接口技术第一节第一节 各类常用工控机总线及其应用各类常用工控机总线及其应用一、一、STD（ standard）总线及应用）总线及应用 美国prolog公司1978年推出的一种工业标准总线工业标准总线

60、； 采用开放式模块化模块化结构，功能分散，小板组态灵活； 国内自1984年开始，至今已被广泛广泛地应用于钢铁冶金、石油化工、机电成套设备、医药食品、数控机床、工业炉窑等工业领域、以及军工和科研设备中。 STD工控机型号众多型号众多，有8位、16位、32位字长三种三种标准：包括INTEL 8088/80188、80286、80386、80486和NEC公司的V20、V40、V50等CPU类型的机型 。 STD总线工控机是工业型工业型计算机； STD总线的16位总线性能满足嵌入式嵌入式和实时性实时性应用要求； 特别是它的小板尺寸小板尺寸、垂直放置无源背板垂直放置无源背板的直插式结构、丰富的工业工业I/O模板、低成本低成