第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)

1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2.1 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)2.2 常用的控制計(jì)算機(jī)常用的控制計(jì)算機(jī)2.3 模擬量輸入通道模擬量輸入通道2.4 模擬量輸出通道模擬量輸出通道2.5 數(shù)字量輸入輸出通道數(shù)字量輸入輸出通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院流體控制技術(shù)流體控制技術(shù)測(cè)量元件：就地式氣動(dòng)儀表測(cè)量元件：就地式氣動(dòng)儀表執(zhí)行元件：氣動(dòng)或液壓元件。如氣缸、氣泵、執(zhí)行元件：氣動(dòng)或液壓元件。如氣

2、缸、氣泵、 液壓缸、液壓泵、液壓馬達(dá)等液壓缸、液壓泵、液壓馬達(dá)等電氣電子技術(shù)電氣電子技術(shù)氣動(dòng)、電動(dòng)單元組合式儀表和集中控制室：主氣動(dòng)、電動(dòng)單元組合式儀表和集中控制室：主要是基于要是基于4-20mA電流信號(hào)的儀表和控制系統(tǒng)電流信號(hào)的儀表和控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)基于微處理器的自動(dòng)控制技術(shù)。計(jì)算機(jī)控制技基于微處理器的自動(dòng)控制技術(shù)。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和系統(tǒng)已成為整個(gè)企業(yè)自動(dòng)化的核心基礎(chǔ)，術(shù)和系統(tǒng)已成為整個(gè)企業(yè)自動(dòng)化的核心基礎(chǔ)，不僅用于生產(chǎn)的自動(dòng)化監(jiān)控，也是上層管理信不僅用于生產(chǎn)的自動(dòng)化監(jiān)控，也是上層管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源和基礎(chǔ)核心模塊。息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源和基礎(chǔ)核心模塊。1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系

3、統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院管理自動(dòng)化管理自動(dòng)化過程自動(dòng)化過程自動(dòng)化基礎(chǔ)自動(dòng)化基礎(chǔ)自動(dòng)化工業(yè)過程綜合自動(dòng)化系統(tǒng)工業(yè)過程綜合自動(dòng)化系統(tǒng)將將生產(chǎn)過程的生產(chǎn)工藝技術(shù)、生產(chǎn)過程的生產(chǎn)工藝技術(shù)、設(shè)備運(yùn)行技術(shù)、和生產(chǎn)過程設(shè)備運(yùn)行技術(shù)、和生產(chǎn)過程管理技術(shù)集成起來，實(shí)現(xiàn)生管理技術(shù)集成起來，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制、優(yōu)化運(yùn)產(chǎn)過程的優(yōu)化控制、優(yōu)化運(yùn)行和優(yōu)化管理，從而保證與行和優(yōu)化管理，從而保證與產(chǎn)品質(zhì)量、成本及相關(guān)的綜產(chǎn)品質(zhì)量、成本及相關(guān)的綜合生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化。合生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)

4、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院流程工業(yè)流程工業(yè)過程控制技術(shù)是將與產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成過程控制技術(shù)是將與產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成本相關(guān)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)自動(dòng)轉(zhuǎn)化為流程工業(yè)本相關(guān)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)自動(dòng)轉(zhuǎn)化為流程工業(yè)生產(chǎn)過程各工序自動(dòng)控制的系統(tǒng)參數(shù)，從而生產(chǎn)過程各工序自動(dòng)控制的系統(tǒng)參數(shù)，從而保證達(dá)到產(chǎn)品的微觀組織和最終性能的高技保證達(dá)到產(chǎn)品的微觀組織和最終性能的高技術(shù)。以術(shù)。以PLC和工控機(jī)為主。和工控機(jī)為主。難點(diǎn)：很多過程中的非線性特性難點(diǎn)：很多過程中的非線性特性離散工業(yè)離散工業(yè)離散工業(yè)自動(dòng)化的主要特征是計(jì)算機(jī)集成制離散工業(yè)自動(dòng)化的主要特征是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，即造系統(tǒng)，即

5、CIMS。它將信息技術(shù)、現(xiàn)代管。它將信息技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)與先進(jìn)設(shè)計(jì)制造技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于理技術(shù)與先進(jìn)設(shè)計(jì)制造技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于企業(yè)產(chǎn)品生命全周期。離散工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品生命全周期。離散工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)底層的核心控制器通常是專用的?，F(xiàn)場(chǎng)底層的核心控制器通常是專用的。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院工業(yè)生產(chǎn)過程中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)常見的核工業(yè)生產(chǎn)過程中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)常見的核心控制器分別為心控制器分別為 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī) IPC （簡(jiǎn)稱工控機(jī)簡(jiǎn)稱工控機(jī)） 可編程序控制器可編程序

6、控制器PLC 單片機(jī)單片機(jī)中小型控制系統(tǒng)中的主中小型控制系統(tǒng)中的主要控制裝置，也是大型要控制裝置，也是大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的控制網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的控制單元單元在智能控制儀表、智能網(wǎng)絡(luò)控在智能控制儀表、智能網(wǎng)絡(luò)控制器及小型控制器中應(yīng)用廣泛制器及小型控制器中應(yīng)用廣泛計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 使用于使用于工業(yè)環(huán)境工業(yè)環(huán)境的專用工控機(jī)，成為實(shí)現(xiàn)低成本的專用工控機(jī)，成為實(shí)現(xiàn)低成本 工業(yè)自動(dòng)化的重要途徑工業(yè)自動(dòng)化的重要途徑 以計(jì)算機(jī)為核心的測(cè)量和控制系統(tǒng)，以計(jì)算機(jī)為核心的測(cè)量和控制系統(tǒng)， 處理來自處理來

7、自工工 業(yè)系統(tǒng)業(yè)系統(tǒng)的輸入信號(hào)，再根據(jù)控制要求輸出控制信的輸入信號(hào)，再根據(jù)控制要求輸出控制信 號(hào)去控制生產(chǎn)過程號(hào)去控制生產(chǎn)過程 硬件上，由生產(chǎn)廠家按照某種標(biāo)準(zhǔn)總線，設(shè)計(jì)制硬件上，由生產(chǎn)廠家按照某種標(biāo)準(zhǔn)總線，設(shè)計(jì)制 造符合造符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的主機(jī)板及各種的主機(jī)板及各種I/O模塊，設(shè)計(jì)者模塊，設(shè)計(jì)者 和使用者只要選用相應(yīng)的功能模塊，可靈活地構(gòu)和使用者只要選用相應(yīng)的功能模塊，可靈活地構(gòu) 成各種計(jì)算機(jī)控制裝置成各種計(jì)算機(jī)控制裝置計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院1 典型的工控機(jī)由加固型工業(yè)機(jī)箱、工業(yè)電

8、源、顯示典型的工控機(jī)由加固型工業(yè)機(jī)箱、工業(yè)電源、顯示板、硬盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器、各類輸入板、硬盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器、各類輸入/輸出接口模輸出接口模塊、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等組成。塊、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等組成。（a）外部結(jié)構(gòu)）外部結(jié)構(gòu) （b）外部結(jié)構(gòu)）外部結(jié)構(gòu)圖圖2.2-1 工控機(jī)的主機(jī)箱結(jié)構(gòu)工控機(jī)的主機(jī)箱結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院主機(jī)主機(jī)板板人人- 機(jī)機(jī)接口接口系統(tǒng)系統(tǒng) 支持支持磁盤磁盤系統(tǒng)系統(tǒng)通信通信接口接口外部總線外部總線內(nèi)部總線內(nèi)部總線模擬量模擬量輸入通道輸入通道A

9、I模擬量模擬量輸出通道輸出通道AO數(shù)字量數(shù)字量輸入通道輸入通道DI數(shù)字量數(shù)字量輸出通道輸出通道DO工控機(jī)的各部件均采用模塊化結(jié)構(gòu)，即在一塊無源的工控機(jī)的各部件均采用模塊化結(jié)構(gòu)，即在一塊無源的平行底板總線上，接插多個(gè)功能模塊組成一臺(tái)工控機(jī)平行底板總線上，接插多個(gè)功能模塊組成一臺(tái)工控機(jī)圖圖2.2-2 工控機(jī)的硬件組成結(jié)構(gòu)工控機(jī)的硬件組成結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 包括實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)、引導(dǎo)程序、包括實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)、引導(dǎo)程序、調(diào)度執(zhí)行程序，如調(diào)度執(zhí)行程序，如Intel公司的公司的iRM

10、x86實(shí)時(shí)多任務(wù)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。此外也使用操作系統(tǒng)。此外也使用MS-DOS，Windows軟件軟件軟件開發(fā)的輔助軟件，包括匯編語言、軟件開發(fā)的輔助軟件，包括匯編語言、高級(jí)語言、編譯程序、調(diào)試程序、診斷程序等。高級(jí)語言、編譯程序、調(diào)試程序、診斷程序等。針對(duì)某個(gè)生產(chǎn)過程而編制的控制和管理針對(duì)某個(gè)生產(chǎn)過程而編制的控制和管理程序，包括過程輸入輸出程序、過程控制程序、程序，包括過程輸入輸出程序、過程控制程序、人人機(jī)接口程序、打印顯示程序及公共子程序機(jī)接口程序、打印顯示程序及公共子程序系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件工具軟件工具軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算

11、機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 可靠性高可靠性高 常用于連續(xù)的生產(chǎn)過程常用于連續(xù)的生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)性好實(shí)時(shí)性好 實(shí)時(shí)地響應(yīng)被控對(duì)象的各種參數(shù)的變化實(shí)時(shí)地響應(yīng)被控對(duì)象的各種參數(shù)的變化環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng) 溫度溫度/濕度、防塵濕度、防塵/腐蝕腐蝕/震動(dòng)沖擊等震動(dòng)沖擊等豐富的輸入輸出模塊豐富的輸入輸出模塊 模擬模擬/數(shù)字?jǐn)?shù)字/脈沖量等脈沖量等I/O模塊模塊系統(tǒng)擴(kuò)充性和開放性好系統(tǒng)擴(kuò)充性和開放性好 控制軟件包功能強(qiáng)控制軟件包功能強(qiáng)系統(tǒng)通信功能強(qiáng)系統(tǒng)通信功能強(qiáng)冗余性冗余性 在對(duì)可靠性要求很高的場(chǎng)合，要求有雙機(jī)在對(duì)可靠性要求很高的場(chǎng)合，要求有雙機(jī)工作及冗余系統(tǒng)工作及冗余系統(tǒng)

12、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院總線總線：構(gòu)成微機(jī)系統(tǒng)的各類插件板之間的互聯(lián)和通：構(gòu)成微機(jī)系統(tǒng)的各類插件板之間的互聯(lián)和通信通過信通過系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線來完成。這種系統(tǒng)總線是一來完成。這種系統(tǒng)總線是一種標(biāo)準(zhǔn)化的總線電路，它提供通用的電平信種標(biāo)準(zhǔn)化的總線電路，它提供通用的電平信號(hào)來實(shí)現(xiàn)各種電路信號(hào)的傳遞。號(hào)來實(shí)現(xiàn)各種電路信號(hào)的傳遞。總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)：實(shí)際上是一種接口信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。：實(shí)際上是一種接口信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬

13、件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院微機(jī)內(nèi)部微機(jī)內(nèi)部各功能模塊各功能模塊間進(jìn)行通信的總線，也稱為間進(jìn)行通信的總線，也稱為系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線。目前工控領(lǐng)域應(yīng)用較多的內(nèi)部總線有。目前工控領(lǐng)域應(yīng)用較多的內(nèi)部總線有STD總線、總線、ISA總線和總線和PCI總線。總線。 （IBM PC總線系列）總線系列）PC/XT總線總線：Intel 8088微處理器，微處理器，8位數(shù)據(jù)線、位數(shù)據(jù)線、20位地址線和若干控制線，共位地址線和若干控制線，共62引腳引腳計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 也稱為也稱為（

14、Industry StandardArchitecture）總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)為了和為了和Intel 80286 16位機(jī)兼容，對(duì)位機(jī)兼容，對(duì)XT總線在電總線在電氣和機(jī)械特性上作了較大的擴(kuò)充，在原氣和機(jī)械特性上作了較大的擴(kuò)充，在原62引腳的引腳的基礎(chǔ)上有增加了一個(gè)基礎(chǔ)上有增加了一個(gè)36引腳插座而形成：引腳插座而形成：16位數(shù)位數(shù)據(jù)總線、據(jù)總線、24位地址總線、位地址總線、15個(gè)中斷并提供共享功個(gè)中斷并提供共享功能，能， 8個(gè)個(gè)DMA通道。通道。1989年，年，COMPAQ公司聯(lián)合公司聯(lián)合HP、AST等等9家計(jì)算家計(jì)算機(jī)公司，在機(jī)公司，在ISA總線基礎(chǔ)上，推出了適應(yīng)總線基礎(chǔ)上，推出了適應(yīng)32位微處

15、位微處理器的系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)理器的系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)EISA（Extended Industrial Sdandard Architecture），與），與ISA兼容。兼容。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 PCI總線（總線（Peripheral Component Interconnect， 外圍部件互連總線）外圍部件互連總線） 介于介于CPU芯片級(jí)總線和系統(tǒng)總線之間的一級(jí)總芯片級(jí)總線和系統(tǒng)總線之間的一級(jí)總線。外設(shè)通過局部總線與線。外設(shè)通過局部總線與CPU的數(shù)據(jù)傳輸率得的數(shù)據(jù)傳輸率得以大大提高。以大大提

16、高。PCI總線支持總線支持64位數(shù)據(jù)傳送、多總位數(shù)據(jù)傳送、多總線主控模塊、線性猝發(fā)讀寫和并發(fā)工作方式。線主控模塊、線性猝發(fā)讀寫和并發(fā)工作方式。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 PCI傳輸率高。最大傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率分別為傳輸率高。最大傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率分別為 總線時(shí)鐘工作頻率總線時(shí)鐘工作頻率33MHz，與，與CPU時(shí)鐘無關(guān)，時(shí)鐘無關(guān)，總線的數(shù)據(jù)寬度為總線的數(shù)據(jù)寬度為32位，可擴(kuò)充至位，可擴(kuò)充至64位。位。133Mb/s和和266Mb/s，PCI Express數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸率可以達(dá)到率可以達(dá)到8G

17、b/s。能提高硬盤、網(wǎng)絡(luò)界面卡、。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。設(shè)備的性能。 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)，節(jié)省線路空間，降低設(shè)計(jì)成本。數(shù)，節(jié)省線路空間，降低設(shè)計(jì)成本。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院外部總線外部總線 指用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)指用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與其他智能外設(shè)之間的通信線路。常用的外部與其他智能外設(shè)之間的通信線路。常用的外部總

18、線有總線有IEEE-488并行總線、并行總線、RS-232C串行總線串行總線和和RS-485通信總線。通信總線。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 ISA 總線工控機(jī)總線工控機(jī) （ISA BUS-IPC）：一般工業(yè)環(huán)境）：一般工業(yè)環(huán)境 PCI 總線工控機(jī)總線工控機(jī)（PCI BUS-IPC）：采用）：采用Intel 盒式工控機(jī)盒式工控機(jī)（BOX-PC）：適于工廠環(huán)境中的小）：適于工廠環(huán)境中的小 盤式工控機(jī)盤式工控機(jī)（PANEL-PC）：適于機(jī)電一體化的）：適于機(jī)電一體化的型數(shù)據(jù)采集使用型數(shù)據(jù)采集使用

19、控制器控制器芯片和芯片和PCI總線構(gòu)成總線構(gòu)成 VESA總線工控機(jī)總線工控機(jī)（VESA BUS-IPC）：與）：與ISA計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 Compact PCI 工控機(jī)工控機(jī)：PCI總線歐式插卡結(jié)構(gòu)總線歐式插卡結(jié)構(gòu)總線工控機(jī)相比，具有較高的顯示速度和總線工控機(jī)相比，具有較高的顯示速度和I/O讀寫讀寫速度，適用于作監(jiān)控操作站，對(duì)實(shí)時(shí)圖像處理應(yīng)速度，適用于作監(jiān)控操作站，對(duì)實(shí)時(shí)圖像處理應(yīng)用更為合適。用更為合適。 工業(yè)級(jí)工作站工業(yè)級(jí)工作站（Industrial Workstation）：

20、將）：將主機(jī)、顯示器、操作面板集成一體的工控機(jī)主機(jī)、顯示器、操作面板集成一體的工控機(jī) 新型工控機(jī)新型工控機(jī)（New Type IPC）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院（Peripheral Component Interconnect）工控）工控 機(jī)及其變形機(jī)，如機(jī)及其變形機(jī)，如AT96總線工控機(jī)等?？偩€工控機(jī)等。？ 由于基礎(chǔ)自動(dòng)化和過程自動(dòng)化對(duì)工業(yè)由于基礎(chǔ)自動(dòng)化和過程自動(dòng)化對(duì)工業(yè)PC的運(yùn)的運(yùn)行穩(wěn)定性、熱插拔和冗余配置要求很高，現(xiàn)有的行穩(wěn)定性、熱插拔和冗余配置要求很高，現(xiàn)有的IPC已經(jīng)不能完全滿

21、足要求，將逐漸退出該領(lǐng)域，已經(jīng)不能完全滿足要求，將逐漸退出該領(lǐng)域，取而代之的將是取而代之的將是Compact PCI-based工控機(jī)，而工控機(jī)，而IPC將占據(jù)管理自動(dòng)化層。將占據(jù)管理自動(dòng)化層。 1990s末期，末期， 以以Compact PCI總線工控機(jī)總線工控機(jī)為核心的為核心的第三代工控機(jī)技術(shù)占主導(dǎo)地位。第三代工控機(jī)技術(shù)占主導(dǎo)地位。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 開放性、良好的散熱性、高穩(wěn)定性、高可靠性開放性、良好的散熱性、高穩(wěn)定性、高可靠性及可熱插拔等，非常適合于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和信息產(chǎn)業(yè)基及可

22、熱插拔等，非常適合于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和信息產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)備的應(yīng)用，被眾多業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為是繼礎(chǔ)設(shè)備的應(yīng)用，被眾多業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為是繼STD和和IPC之后的第三代工控機(jī)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。之后的第三代工控機(jī)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院可編程序邏輯控制器可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）最早于最早于1969年問世，是一種專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而年問世，是一種專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的微機(jī)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)的微機(jī)系統(tǒng)。其存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)用戶的指令，通過數(shù)字或模擬其存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)

23、用戶的指令，通過數(shù)字或模擬的輸入輸出完成確定的邏輯、順序、定時(shí)、記數(shù)的輸入輸出完成確定的邏輯、順序、定時(shí)、記數(shù)和運(yùn)算等功能。和運(yùn)算等功能。PLC可按照邏輯條件和時(shí)序進(jìn)行順序動(dòng)作，或連鎖可按照邏輯條件和時(shí)序進(jìn)行順序動(dòng)作，或連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，離散量的數(shù)據(jù)采集監(jiān)視，已發(fā)展保護(hù)動(dòng)作的控制，離散量的數(shù)據(jù)采集監(jiān)視，已發(fā)展成取代成取代繼電器繼電器線路和以進(jìn)行線路和以進(jìn)行順序控制順序控制為主的產(chǎn)品。為主的產(chǎn)品。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 一般指非一般指非PC系統(tǒng)，有計(jì)算機(jī)功能但又不能稱之系統(tǒng)，有計(jì)算機(jī)功

24、能但又不能稱之為計(jì)算機(jī)的設(shè)備或器材，面向特定應(yīng)用。常見的有：為計(jì)算機(jī)的設(shè)備或器材，面向特定應(yīng)用。常見的有：基于基于PC/104總線的微型計(jì)算機(jī)，可以嵌入到設(shè)總線的微型計(jì)算機(jī)，可以嵌入到設(shè)備、儀器之中，故得名。備、儀器之中，故得名。即單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)，又稱為微控制器。它將計(jì)即單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)，又稱為微控制器。它將計(jì)算機(jī)主機(jī)（算機(jī)主機(jī)（CPU、內(nèi)存和、內(nèi)存和I/O接口）集成在一小塊接口）集成在一小塊硅片上的計(jì)算機(jī)。為工業(yè)測(cè)控而設(shè)計(jì)。硅片上的計(jì)算機(jī)。為工業(yè)測(cè)控而設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院由

25、于嵌入式工控機(jī)的存儲(chǔ)量有限，所以在嵌入式由于嵌入式工控機(jī)的存儲(chǔ)量有限，所以在嵌入式工控機(jī)中普遍使用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)（工控機(jī)中普遍使用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)（Real Timer Operating System，RTOS），常見的軟件），常見的軟件有：有：Unix、Linus、PSOS、VxWorks、Window CE、iRMX386和和Lynx OS等。等。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院1 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)IPC在中國(guó)的發(fā)展大致經(jīng)過三個(gè)在中國(guó)的發(fā)展大致經(jīng)過三個(gè)第一階段第一階段：從

26、：從1980s-1990s初，以國(guó)外品牌為主，初，以國(guó)外品牌為主，第二階段第二階段：1991-1996年，臺(tái)灣生產(chǎn)的價(jià)格適中的年，臺(tái)灣生產(chǎn)的價(jià)格適中的IPC工控機(jī)開始大量進(jìn)入大陸市場(chǎng)，這工控機(jī)開始大量進(jìn)入大陸市場(chǎng)，這在很大程度上加速了在很大程度上加速了IPC市場(chǎng)的發(fā)展，市場(chǎng)的發(fā)展，其應(yīng)用也從傳統(tǒng)工業(yè)控制向數(shù)據(jù)通信、其應(yīng)用也從傳統(tǒng)工業(yè)控制向數(shù)據(jù)通信、電信、電力等對(duì)可靠性要求較高的行業(yè)電信、電力等對(duì)可靠性要求較高的行業(yè)延伸延伸價(jià)格昂貴價(jià)格昂貴階段階段計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院第三階段第三階段：

27、從：從1997年開始，大陸本土的年開始，大陸本土的IPC廠商進(jìn)入廠商進(jìn)入該市場(chǎng)，促使該市場(chǎng)，促使IPC的價(jià)格不斷降低，使工的價(jià)格不斷降低，使工控機(jī)的應(yīng)用水平和應(yīng)用行業(yè)發(fā)生極大變控機(jī)的應(yīng)用水平和應(yīng)用行業(yè)發(fā)生極大變化。目前中國(guó)化。目前中國(guó)IPC工控機(jī)的大小品牌約有工控機(jī)的大小品牌約有15個(gè)左右，主要有研華、凌華、研祥、個(gè)左右，主要有研華、凌華、研祥、深圳艾雷斯和華北工控等。后來又出現(xiàn)深圳艾雷斯和華北工控等。后來又出現(xiàn)了個(gè)人計(jì)算機(jī)（了個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）+ 單回路可編程序單回路可編程序控制器組合的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制器組合的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)

28、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院PLC直到直到1980s初才為中國(guó)技術(shù)人員所熟悉。國(guó)初才為中國(guó)技術(shù)人員所熟悉。國(guó)內(nèi)的行業(yè)比較蕭條，在我國(guó)未形成制造產(chǎn)業(yè)。內(nèi)的行業(yè)比較蕭條，在我國(guó)未形成制造產(chǎn)業(yè)。PLC的市場(chǎng)潛力是十分巨大的，需要應(yīng)用的市場(chǎng)潛力是十分巨大的，需要應(yīng)用PLC的的場(chǎng)合很多。例如，從技術(shù)創(chuàng)新角度看，我國(guó)大中場(chǎng)合很多。例如，從技術(shù)創(chuàng)新角度看，我國(guó)大中型企業(yè)還要大力發(fā)展型企業(yè)還要大力發(fā)展CIMS，在機(jī)械制造廠要形成，在機(jī)械制造廠要形成柔性制造系統(tǒng)（柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufactory System，F(xiàn)MS），而），而PLC是基礎(chǔ)。是基礎(chǔ)。計(jì)

29、算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院從從1970s中后期起，首先由大型進(jìn)口化工設(shè)備成套中后期起，首先由大型進(jìn)口化工設(shè)備成套中引入國(guó)外的中引入國(guó)外的DCS。后來一段時(shí)間，我國(guó)主要應(yīng)。后來一段時(shí)間，我國(guó)主要應(yīng)用行業(yè)（如電力、石化、建材和冶金等）的用行業(yè)（如電力、石化、建材和冶金等）的DCS基本全部進(jìn)口。基本全部進(jìn)口。1990s，國(guó)產(chǎn)化研制技術(shù)攻關(guān)取得，國(guó)產(chǎn)化研制技術(shù)攻關(guān)取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。目前產(chǎn)品技術(shù)水平已達(dá)到或接近國(guó)實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。目前產(chǎn)品技術(shù)水平已達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。際先進(jìn)水平。目前國(guó)內(nèi)目前國(guó)內(nèi)DCS中的

30、現(xiàn)場(chǎng)控制器采用的還是第二代中的現(xiàn)場(chǎng)控制器采用的還是第二代IPC工控機(jī)產(chǎn)品?，F(xiàn)在已開始用新一代工控機(jī)產(chǎn)品?，F(xiàn)在已開始用新一代Compact PCI總線總線和和PXI總線工控機(jī)總線工控機(jī)替代。替代。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院把表征被控對(duì)象運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模擬信號(hào)（溫度、壓把表征被控對(duì)象運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模擬信號(hào)（溫度、壓力、流量、液位、位移、速度等）轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)力、流量、液位、位移、速度等）轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以接受的數(shù)字信號(hào)，送入計(jì)算機(jī)，以便進(jìn)行數(shù)可以接受的數(shù)字信號(hào)，送入計(jì)算機(jī)，以便進(jìn)行數(shù)字化處理。字化處理。2

31、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)接口接口電路電路 采樣采樣保持器保持器 前置前置放大器放大器 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器多多路路模模擬擬開開關(guān)關(guān) 前置前置濾波器濾波器 信號(hào)變信號(hào)變換器換器被被控控對(duì)對(duì)象象控制電控制電路路 前置前置濾波濾波 信號(hào)變信號(hào)變換器換器信號(hào)變換器信號(hào)變換器把非電模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)把非電模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)前置濾波器前置濾波器濾除輸入模擬信號(hào)中可能混有的高頻干擾濾除輸入模擬信號(hào)中可能混有的高頻干擾計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)

32、控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院多路模擬開關(guān)多路模擬開關(guān)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，往往是十幾路在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，往往是十幾路或幾十路模擬信號(hào)共用一只或幾十路模擬信號(hào)共用一只A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器，可以降低通道及系統(tǒng)的成本，提器，可以降低通道及系統(tǒng)的成本，提高高A/D轉(zhuǎn)換器的利用率。多路模擬開轉(zhuǎn)換器的利用率。多路模擬開關(guān)輪流切換各路信號(hào)。常用的芯片是關(guān)輪流切換各路信號(hào)。常用的芯片是CD4051.前置放大器前置放大器與一般測(cè)量系統(tǒng)中的放大器相比，在與一般測(cè)量系統(tǒng)中的放大器相比，在高增益、高穩(wěn)定性、極強(qiáng)共模抑制比高增益、高穩(wěn)定性、極強(qiáng)共模抑制比等方面的性能要求，沒有什么差別。等方面

33、的性能要求，沒有什么差別。不同的是，希望放大器的增益，可由不同的是，希望放大器的增益，可由計(jì)算機(jī)通過編程來設(shè)置或改變，以適計(jì)算機(jī)通過編程來設(shè)置或改變，以適應(yīng)各路信號(hào)變化范圍的要求。應(yīng)各路信號(hào)變化范圍的要求。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院采樣保持器采樣保持器對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣并保持其值對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣并保持其值A(chǔ)/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器它是模擬量輸入通道的核心環(huán)節(jié)，必不可它是模擬量輸入通道的核心環(huán)節(jié)，必不可少。其作用是把來自被控對(duì)象的模擬量，少。其作用是把來自被控對(duì)象的模擬量，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)所要求的數(shù)字

34、量轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)所要求的數(shù)字量.常用的芯片常用的芯片有有8位的位的ADC0809及及12位的位的AD574. 接口和控制接口和控制電路電路它是計(jì)算機(jī)與模擬量輸入通道之間的連接它是計(jì)算機(jī)與模擬量輸入通道之間的連接電路，其作用可歸結(jié)為：?jiǎn)?dòng)電路，其作用可歸結(jié)為：?jiǎn)?dòng)A/D轉(zhuǎn)換，并轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果送計(jì)算機(jī)將轉(zhuǎn)換結(jié)果送計(jì)算機(jī) A/D通道的通道的隔離電路隔離電路可采用光電耦合器件，隔斷輸入通道與被可采用光電耦合器件，隔斷輸入通道與被控對(duì)象之間因公共信號(hào)傳輸線引入的干擾控對(duì)象之間因公共信號(hào)傳輸線引入的干擾計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)

35、電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院-+3A2A1A1R2RSR1R2RSR-NIVGRNIV+負(fù)負(fù)載載( 外接)外外接接地地TUOV( 外接)( a ) 經(jīng)典的前置放大器3A2A-NIVN負(fù)負(fù)載載( 外接)外外接接地地TUOV( b ) 可變?cè)鲆娣糯笃? 6 K1 6 K1 6 K1 6 K2481 63 26 41 2 82 5 68 0 K2 6 . 6 7 K1 1 . 4 3 K5 . 3 3 K2 . 5 8 K1 . 2 7 K3 1 4 6 3 0 圖圖 2 - 6 前置放大器器-+1AIV+計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)

36、中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院INV1A2AHCOUTVSOUTVINVtt圖 2-8 采樣保持器 路電理原)a (性波作工)b(采樣保持常用的采樣常用的采樣保持器有保持器有AD582、AD583、 LF198/398等。等。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院反饋電壓D / A轉(zhuǎn)換器VIN比較器控制時(shí)序和邏輯電路逐位逼近寄存器(SAR)數(shù)字量輸 出鎖存器啟動(dòng)CLK模擬量輸 入VOVCD0圖圖 2-9 逐逐位位逼逼近近式式A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換原原理理圖圖 D1D2D3（1）逐位逼近式）逐位逼近式

37、A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器（2）雙積分型）雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器（3） 型型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院VIN0VIN1VIN7VIN6VIN5VIN4VIN3VIN2三態(tài)輸出鎖存緩沖器DO0DO1DO2DO3DO4DO6DO5DO7地址鎖存 與譯碼ABCALEOECLOCKSTARTADC08098路A/D轉(zhuǎn)換器 138譯碼器ABCGAGBG1A0A1A2D0D7D6D5D4D3D2D1IOWIORAENA7A6A5A4A3PC總線Y0Y1EOCPAPB12602(1)02(

38、2)02(3)圖 3-15 查詢方式讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字控制信號(hào)，轉(zhuǎn)換為模擬電壓把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字控制信號(hào)，轉(zhuǎn)換為模擬電壓或或電流信號(hào)，作用在相應(yīng)的模擬執(zhí)行器上，從或或電流信號(hào)，作用在相應(yīng)的模擬執(zhí)行器上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制。而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制。計(jì)計(jì) 算算 機(jī)機(jī)寄存器寄存器D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器后置濾波器后置濾波器多多 路路 模模 擬擬 開開 關(guān)關(guān)接口接口控制控制電路電路輸出輸出1輸出輸出2輸出輸出32計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算

39、機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器是模擬輸出通道中的核心部件，必不可少。是模擬輸出通道中的核心部件，必不可少。常用的芯片有常用的芯片有8位的位的DAC0832及及12位的位的DAC1210零階保持器零階保持器D/A轉(zhuǎn)換器具有數(shù)據(jù)輸入鎖存功能，其輸出轉(zhuǎn)換器具有數(shù)據(jù)輸入鎖存功能，其輸出模擬量能在一個(gè)采樣周期內(nèi)保持不變，即具模擬量能在一個(gè)采樣周期內(nèi)保持不變，即具有零階保持器的功能。有零階保持器的功能。 零階保持零階保持作用的實(shí)作用的實(shí)質(zhì)，就是在兩次輸出模擬量之間進(jìn)行插值，質(zhì)，就是在兩次輸出模擬量之間進(jìn)行插值，使時(shí)間軸上的離散信號(hào)，

40、變?yōu)闀r(shí)間軸上的連使時(shí)間軸上的離散信號(hào)，變?yōu)闀r(shí)間軸上的連續(xù)信號(hào)。它是數(shù)字信號(hào)重構(gòu)為模擬信號(hào)的重續(xù)信號(hào)。它是數(shù)字信號(hào)重構(gòu)為模擬信號(hào)的重要步驟。要步驟。后置濾波器后置濾波器對(duì)對(duì)D/A轉(zhuǎn)換及零階保持環(huán)節(jié)輸出的信號(hào)，進(jìn)轉(zhuǎn)換及零階保持環(huán)節(jié)輸出的信號(hào)，進(jìn)行濾波平滑處理，以得到真正的模擬信號(hào)。行濾波平滑處理，以得到真正的模擬信號(hào)。它是數(shù)字信號(hào)它是數(shù)字信號(hào)重構(gòu)重構(gòu)為模擬信號(hào)的重要步驟。為模擬信號(hào)的重要步驟。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院多路模擬開關(guān)多路模擬開關(guān)其作用與模擬量輸入通道中的多路模擬開其作用與模擬量輸

41、入通道中的多路模擬開關(guān)的作用正好相反。由于關(guān)的作用正好相反。由于CD4051芯片是可芯片是可以雙向工作的，因此也可以用在模擬量輸以雙向工作的，因此也可以用在模擬量輸出通道中。出通道中。接口控制電路接口控制電路它具有控制數(shù)字信號(hào)的輸出、它具有控制數(shù)字信號(hào)的輸出、D/A轉(zhuǎn)換的啟轉(zhuǎn)換的啟停、多路模擬開關(guān)的切換等功能。停、多路模擬開關(guān)的切換等功能。 D/A通道的通道的隔離電路隔離電路由于由于D/A通道的輸出直接與被控對(duì)象相連，通道的輸出直接與被控對(duì)象相連，很容易引入干擾，必須采取相應(yīng)的措施，很容易引入干擾，必須采取相應(yīng)的措施，來抑制干擾對(duì)輸出信號(hào)的影響。通?？刹蓙硪种聘蓴_對(duì)輸出信號(hào)的影響。通?？刹捎霉?/p>

42、電耦合器件用光電耦合器件計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院+A-數(shù)數(shù)字字量量輸輸入入TUOV基基準(zhǔn)準(zhǔn)電電壓壓關(guān)關(guān)開開換換切切位位RR2R2R2R2R2RFERVbfR1SB2SB3SB0SB1DR-2R電阻網(wǎng)絡(luò) 圖圖 3-2 D/A 轉(zhuǎn)換器原理框圖R2D3D0D運(yùn)運(yùn)算算放放大大器器3I1I0I2I10101010IOUTIRfb計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章

43、 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院工業(yè)控制計(jì)算機(jī)用于生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制，需要工業(yè)控制計(jì)算機(jī)用于生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制，需要處理一些最基本的輸入輸出信號(hào)，即處理一些最基本的輸入輸出信號(hào)，即數(shù)字量數(shù)字量（開開關(guān)量關(guān)量）信號(hào)，包括開關(guān)的閉合與斷開、指示燈的）信號(hào)，包括開關(guān)的閉合與斷開、指示燈的亮與滅、繼電器或接觸器的吸合與釋放、電動(dòng)機(jī)亮與滅、繼電器或接觸器的吸合與釋放、電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止、閥門的打開與關(guān)閉等。經(jīng)過一定的啟動(dòng)與停止、閥門的打開與關(guān)閉等。經(jīng)過一定的電路將的電路將“導(dǎo)通導(dǎo)通”和和“截止截止”兩個(gè)狀態(tài)，用二進(jìn)兩個(gè)狀態(tài)，用二進(jìn)制的邏輯制的邏輯“1”和和“0”代表。代表。5,3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院路電離隔合耦電光3-4圖遞傳相同量字?jǐn)?shù)遞傳相反量字?jǐn)?shù)+5V+5V+5V+5Vccee+-D7D074LS273數(shù)據(jù)