計(jì)算機(jī)控制技術(shù)第2章

1、自動(dòng)化教研室自動(dòng)化教研室第第2章章 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)2.1 工控機(jī)工控機(jī)2.2 可編程控制器可編程控制器2.3 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)2.1.1 IPC的組成與特點(diǎn)的組成與特點(diǎn)2.1.4 IPC輸入輸入/ /輸出模板輸出模板2.1.5 IPC的主要產(chǎn)品的主要產(chǎn)品2.1.2 IPC的內(nèi)部總線的內(nèi)部總線2.1.3 IPC的外部總線的外部總線2.1.1 IPC的組成與特點(diǎn)的組成與特點(diǎn)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)也稱為工業(yè)計(jì)算機(jī)（也稱為工業(yè)計(jì)算機(jī)（IPC）, ,簡稱工控機(jī)。簡稱工控機(jī)。 它它主要用于工業(yè)過程測量、控制、數(shù)據(jù)采集等。主要用于工業(yè)過程測量、控制、數(shù)據(jù)采集等。 以工控機(jī)為核心的測量

2、和控制系統(tǒng)，處理來自工業(yè)系統(tǒng)的輸入以工控機(jī)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(jī)構(gòu)，去控制生信號，再根據(jù)控制要求將處理結(jié)果輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，去控制生產(chǎn)過程，同時(shí)對生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)督和管理。產(chǎn)過程，同時(shí)對生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)督和管理。IPC硬件組成硬件組成典型的工控機(jī)由加固型工業(yè)機(jī)箱、工業(yè)電源、主機(jī)板、顯示板、典型的工控機(jī)由加固型工業(yè)機(jī)箱、工業(yè)電源、主機(jī)板、顯示板、硬盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器、各類輸入硬盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器、各類輸入/輸出接口模塊、顯示器、輸出接口模塊、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等組成。鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等組成。人-機(jī)接口主機(jī)板系統(tǒng)支持磁盤系統(tǒng)通信接口

3、 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內(nèi)部總線外部總線圖圖2.1 IPC系統(tǒng)基本框圖系統(tǒng)基本框圖主機(jī)板主機(jī)板工業(yè)控制機(jī)的核心，由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM）和I/O接口等部件組成。主機(jī)板的作用是將采集到的實(shí)時(shí)信息按照預(yù)定程序進(jìn)行必要的數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理，及時(shí)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(jī)內(nèi)部各組成部分之間進(jìn)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(jī)與其它計(jì)算機(jī)和智能設(shè)備進(jìn)行信息傳送的公共通道。人人-機(jī)接口機(jī)接口人-機(jī)接口包括顯示器、鍵盤

4、、打印機(jī)以及專用操作顯示臺(tái)等。通過人-機(jī)接口設(shè)備，操作員與計(jì)算機(jī)之間可以進(jìn)行信息交換。 通信接口通信接口通信接口是工業(yè)控制機(jī)與其它計(jì)算機(jī)和智能設(shè)備進(jìn)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。 輸入輸入/輸出模板輸出模板工控機(jī)和生產(chǎn)過程之間進(jìn)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)支持系統(tǒng)支持監(jiān)控定時(shí)器：俗稱“看門狗”（Watchdog）；電源掉電監(jiān)測；后備存儲(chǔ)器；實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘。磁盤系統(tǒng)磁盤系統(tǒng)半導(dǎo)體虛擬磁盤，軟盤,硬盤或USB磁盤 系統(tǒng)

5、軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件用來管理IPC的資源，并以簡便的形式向用戶提供服務(wù)。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，如美國Intel公司的iRMX86實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。除了實(shí)時(shí)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)用軟件應(yīng)用軟件是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員針對某個(gè)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(jī)接口程序、打印顯示程序和公共子程序等。 IPC軟件組成軟件組成IPC的特點(diǎn)的特點(diǎn)可靠性高；可靠性高；實(shí)時(shí)性

6、好；實(shí)時(shí)性好；環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；豐富的輸入輸出模板；豐富的輸入輸出模板；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。2.1.2 IPC的內(nèi)部總線的內(nèi)部總線 IPC由多個(gè)不同功能的插件板與主機(jī)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(biāo)準(zhǔn)化的總線電路，它提供通用的電電平信號平信號來實(shí)現(xiàn)各種電路信號的傳遞。 總線標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上

7、是一種接口信號的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。v 內(nèi)部總線是指計(jì)算機(jī)內(nèi)部各功能模塊間進(jìn)行通信的總線，也稱為系統(tǒng)總線，是構(gòu)成完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部信息樞紐。v 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)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，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(jì)算機(jī)系統(tǒng)。各種型號的計(jì)算機(jī)都有自身的內(nèi)部總線。v 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(jì)的，其第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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。v 為了和 Intel8

8、0286 16位機(jī)兼容，對 XT 總線在電氣和機(jī)械特性上作了較大的擴(kuò)充，在原來 62引腳的基礎(chǔ)上增加了一個(gè) 36引腳插座而形成 AT 總線。AT 總線將數(shù)據(jù)總線擴(kuò)展為16位，地址總線擴(kuò)展到 24位，將中斷擴(kuò)充到 15個(gè)并提供了中斷共享功能， DMA 通道也擴(kuò)充到 8個(gè)。AT總線也稱 ISA 總線標(biāo)準(zhǔn)。v 1989年，COMPAQ 公司聯(lián)合 HP，AST 等 9家計(jì)算機(jī)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(biāo)準(zhǔn) EISA 總線標(biāo)準(zhǔn)。 ISA 總線總線PCI總線總線 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

9、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。v 主要特點(diǎn)：主要特點(diǎn)：v PCI總線時(shí)鐘為33MHz，與CPU時(shí)鐘無關(guān)，總線帶寬為32位，可擴(kuò)充到64位。v PCI傳輸率高：最大傳輸率為133MB/s（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。v 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(jì)成本。v Compact PCI 總線標(biāo)準(zhǔn)由PICMG于1995年正式發(fā)布。Compact PCI的意思是“堅(jiān)實(shí)的PCI”，它采用與標(biāo)準(zhǔn)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

10、芯片、防火墻和相關(guān)軟件。v 將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)PCI插卡轉(zhuǎn)化成Compact PCI 插卡幾乎不需重新設(shè)計(jì)，只需對物理連接進(jìn)行重新分布。Compact PCI總線總線v 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PC/AT工業(yè)總線規(guī)范，IEEE協(xié)會(huì)將它定義IEEE-P996.1，PC/104實(shí)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(jī)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(kuò)展、 低功耗、堆棧式連接、豐富的軟件資源等

11、優(yōu)點(diǎn)，在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 PC/104總線總線v STD總線在1978年最早由Pro-Log公司作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)明的，由STDGM制定為STD-80規(guī)范。 v 1987年，STD總線被被批準(zhǔn)為國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE-961。STD-80/MPX作為STD-80追加標(biāo)準(zhǔn)，支持多主（MultiMaster）系統(tǒng)。v STD總線工控機(jī)是工業(yè)型計(jì)算機(jī)，STD總線的16位總線性能滿足嵌入式和實(shí)時(shí)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(kuò)展的溫度范圍、可靠性和良好的可維護(hù)性設(shè)計(jì)，使其在空間和功耗受到嚴(yán)格限制的、可靠性要求較高的工業(yè)自

12、動(dòng)化領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 STD總線總線2.1.3 IPC的外部總線的外部總線v IEEE-488并行通信總線又稱為通用接口總線，是一種24線總線。v 打印機(jī)、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。 v IEEE-488總線電纜是一條無源的電纜線，包括16條信號線和8條地線。v 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并行通信總線并行通信總線v RS-232C是在異步串行通信中應(yīng)用最早和最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)串行總線，是由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)制定的一種串行接口標(biāo)準(zhǔn)。v RS-232的連接插頭用25針或

13、9針的EIA連接插頭座。 RS-232C串行通信總線串行通信總線v (1)信號含義v 由計(jì)算機(jī)到MODEM的信號v DTR：數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好。v RTS：請求發(fā)送。v 由MODEM到計(jì)算機(jī)的信號v DSR：數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好。v CTS：發(fā)送清零。v DCD：數(shù)據(jù)信號檢測。v RI：振鈴指示器，告知計(jì)算機(jī)對端的電話已經(jīng)在振鈴了。v 數(shù)據(jù)信號v TXD：發(fā)送數(shù)據(jù)。v RXD：接收數(shù)據(jù)。v (2)電氣特性v RS-232C的電氣特性要求總線信號采用負(fù)邏輯，低電平為邏輯“1”，高電平為邏輯“0”。v 邏輯“1”狀態(tài)電平為-15V-5V；v 邏輯“0”狀態(tài)電平為+5V+15V；v 其中-5V+5V用作信號狀

14、態(tài)的變遷區(qū)。v 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)。v 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(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。 v RS-232-C雖然使用很廣，但由于推出時(shí)間比較早，所以在現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)中已暴露出明顯的缺點(diǎn)，其缺點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)的連接器、接口處各信號間容易產(chǎn)生串?dāng)_等。v 由于RS-232-C有上述一些缺點(diǎn)，所以， EIA對它做了部分改進(jìn)，于1977年制訂出新標(biāo)準(zhǔn)RS-449；1980年它成為美國標(biāo)準(zhǔn)。在制訂新標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，

15、除了保留與RS-232-C兼容的特點(diǎn)外，還在提高傳輸速率，增加傳輸距離，改進(jìn)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(jī)械接口問題。v 與RS-449一起推出的還有RS-423A和RS-422A。實(shí)際上，它們都是RS-449標(biāo)準(zhǔn)的子集。RS-422/RS-485串行通信總線串行通信總線v RS-422Av RS-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(shí)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(diǎn)，這種差分平衡結(jié)構(gòu)能從地線的

16、干擾中分離出有效信號。實(shí)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(dòng)及共模電磁干擾的影響。v RS-485v 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(shí)際上就是RS-422總線的變型。兩者不同之處在于：v RS-422為全雙工，而RS-485為半雙工；v RS-422采用兩對平衡差分信號線，RS-485只需其中的一對。v RS-485更適合多站互連，一個(gè)發(fā)送驅(qū)動(dòng)器最多可連接32個(gè)負(fù)載設(shè)備。負(fù)載設(shè)備可以是被動(dòng)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

17、發(fā)送器、接收器或組合收發(fā)器。v 和RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)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。v 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(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)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。 v 通用串行總線通用串行總線USB是為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和通信的集成而提出的是為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和通信的集成而提出的,是是一種快速的、雙向的、同步傳輸?shù)摹⒘畠r(jià)的并可以進(jìn)行熱插拔一種快速的、雙向的、同步傳輸?shù)?、廉價(jià)的并可以進(jìn)行熱插拔的串行接口，它已被公認(rèn)為是一種用

18、于擴(kuò)充的串行接口，它已被公認(rèn)為是一種用于擴(kuò)充PC體系結(jié)構(gòu)的工體系結(jié)構(gòu)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。通用串行總線通用串行總線USBv ARINC429總線協(xié)議是美國航空電子工程委員會(huì)總線協(xié)議是美國航空電子工程委員會(huì)(Airlines Engineering Committee)于于1977年年7月提出的，并于同年同月提出的，并于同年同月發(fā)表并獲得批準(zhǔn)使用。它的全稱是數(shù)字式信息傳輸系統(tǒng)月發(fā)表并獲得批準(zhǔn)使用。它的全稱是數(shù)字式信息傳輸系統(tǒng)DITS。協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了航空電子設(shè)備及有關(guān)系統(tǒng)間的數(shù)字信。協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)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。息傳輸要求。ARINC429廣泛應(yīng)用在先進(jìn)的民航客機(jī)中，如廣

19、泛應(yīng)用在先進(jìn)的民航客機(jī)中，如B-737、B757、B-767，俄制軍用飛機(jī)也選用了類似的技術(shù)。我，俄制軍用飛機(jī)也選用了類似的技術(shù)。我們與之對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)是們與之對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)是HB6096-SZ-01。 ARINC429總線總線2.1.4 IPC輸入輸入/ /輸出模板輸出模板v 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。號（開關(guān)量信號）兩類。v 開關(guān)量信號主要有兩個(gè)特征：開關(guān)量信號主要有兩個(gè)特征：v 信號電平幅值；信號電平幅值；v 開關(guān)時(shí)變化的頻度。開關(guān)時(shí)變化的頻度。v 開關(guān)量信號通常有開關(guān)量信號通常有TTL電平，

20、電平，ECL電平和繼電器觸點(diǎn)信號等，電平和繼電器觸點(diǎn)信號等，為使計(jì)算機(jī)有效識(shí)別這些信號，必須對這些信號進(jìn)行調(diào)理（變?yōu)槭褂?jì)算機(jī)有效識(shí)別這些信號，必須對這些信號進(jìn)行調(diào)理（變換），包括把非換），包括把非TTL電平轉(zhuǎn)換為電平轉(zhuǎn)換為TTL電平和隔離等。電平和隔離等。v 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(jì)隔離電路、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(jì)隔離電路、輸出驅(qū)動(dòng)電路等。輸出驅(qū)動(dòng)電路等。v 模擬信號通常是非電物理量；模擬信號通常是非電物理量；v 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)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(shí)還需對傳

21、感器所變換的模擬信號進(jìn)現(xiàn)場各種因素的影響，有時(shí)還需對傳感器所變換的模擬信號進(jìn)行放大、濾波、線性化補(bǔ)償、隔離等后，才能送入模數(shù)（行放大、濾波、線性化補(bǔ)償、隔離等后，才能送入模數(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(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，輸入給工業(yè)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。處理。v 當(dāng)需要對工業(yè)對象進(jìn)行控制時(shí)，根據(jù)控制策略，工業(yè)計(jì)算機(jī)計(jì)當(dāng)需要對工業(yè)對象進(jìn)行控制時(shí)，根據(jù)控制策略，工業(yè)計(jì)算機(jī)計(jì)算后輸出的數(shù)字信號須經(jīng)數(shù)模（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）轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)換成模擬信號（電流或電壓）送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)以驅(qū)動(dòng)工業(yè)設(shè)備，如電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、（電流或電壓）送到執(zhí)行

22、機(jī)構(gòu)以驅(qū)動(dòng)工業(yè)設(shè)備，如電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)機(jī)、機(jī)器手等。電動(dòng)機(jī)、機(jī)器手等。v 輸入輸入/輸出模板一般由輸出模板一般由3部分組成：部分組成：v PC總線接口部分總線接口部分、模板功能實(shí)現(xiàn)部分模板功能實(shí)現(xiàn)部分、信號調(diào)理部分信號調(diào)理部分。v 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(diǎn)主要體對于不同的工業(yè)現(xiàn)場信號和工業(yè)控制要求，模板的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在模板功能實(shí)現(xiàn)部分和信號調(diào)理部分。現(xiàn)在模板功能實(shí)現(xiàn)部分和信號調(diào)理部分。v 對于模擬信號來說，模板的功能主要包括采樣、隔離、放大、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和和D/A電路的設(shè)計(jì)和接口控制邏輯的實(shí)現(xiàn)，對于芯片的選電路的設(shè)計(jì)和接口

23、控制邏輯的實(shí)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?。粨駝t應(yīng)根據(jù)控制的精度和可靠性來選??；v 對于開關(guān)量來說，模板的功能實(shí)現(xiàn)部分主要包括數(shù)據(jù)的輸入緩對于開關(guān)量來說，模板的功能實(shí)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。沖和輸出鎖存器以及隔離電路等。v PC總線接口部分是相同的?？偩€接口部分是相同的。v 輸入信號量程輸入信號量程：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。v 分辨率分辨率：定義為基準(zhǔn)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

24、，轉(zhuǎn)換時(shí)對輸入模擬信號變化的反映就越靈敏，v 精度精度：指A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)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(biāo)模擬量輸入模板主要指標(biāo)v 輸入信號類型：單端輸入或差分輸入。輸入信號類型：單端輸入或差分輸入。v 輸入通道數(shù)：單端輸入通道數(shù)：單端/差分通道數(shù)。如差分通道數(shù)。如16路單端路單端/8路差分輸入。路差分輸入。v 轉(zhuǎn)換速率：轉(zhuǎn)換時(shí)間是定義為轉(zhuǎn)換速率：轉(zhuǎn)換時(shí)間是定義為A/D轉(zhuǎn)換器完成一次完整轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器完成一次完整轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。采樣速率為轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)，單位為采樣點(diǎn)數(shù)所需的時(shí)間。采樣速

25、率為轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)，單位為采樣點(diǎn)數(shù)s。v 可編程增益：每個(gè)通道的增益可編程選擇?？删幊淘鲆妫好總€(gè)通道的增益可編程選擇。v 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(dòng)程序。種語言的接口及驅(qū)動(dòng)程序。v 一些板卡上具有一些板卡上具有FIFO。FIFO實(shí)際是一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，實(shí)際是一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，I/O卡在卡在每次完成每次完成A/D轉(zhuǎn)換后，依次將數(shù)據(jù)存入轉(zhuǎn)換后，依次將數(shù)據(jù)存入FIFO，這樣可保證高速，這樣可保證高速采集。一些板卡具有自動(dòng)通道掃描，可由軟設(shè)置掃描起止通采集。一些板卡具有自動(dòng)通道掃描，可由軟設(shè)置掃描起止通道，由硬件完

26、成通道切換。道，由硬件完成通道切換。v 分辨率：與分辨率：與A/D轉(zhuǎn)換器定義相同。轉(zhuǎn)換器定義相同。v 穩(wěn)定時(shí)間：又稱轉(zhuǎn)換速率，是指穩(wěn)定時(shí)間：又稱轉(zhuǎn)換速率，是指D/A轉(zhuǎn)換器中代碼有滿度值轉(zhuǎn)換器中代碼有滿度值的變化時(shí)，輸出達(dá)到穩(wěn)定（一般穩(wěn)定到與的變化時(shí)，輸出達(dá)到穩(wěn)定（一般穩(wěn)定到與1/2最低位值相當(dāng)最低位值相當(dāng)?shù)哪M量范圍內(nèi)）所需的時(shí)間，一般為幾十個(gè)毫微秒到幾個(gè)毫的模擬量范圍內(nèi)）所需的時(shí)間，一般為幾十個(gè)毫微秒到幾個(gè)毫微秒。微秒。v 輸出電平：不同型號的輸出電平：不同型號的D/A轉(zhuǎn)換器件的輸出電平相差較大，轉(zhuǎn)換器件的輸出電平相差較大，一般為一般為510V，也有一些高壓輸出型為，也有一些高壓輸出型為24

27、30V。電流輸出型。電流輸出型為為420mA，有的高達(dá)，有的高達(dá)3A級。級。v 輸入編碼：如二進(jìn)制輸入編碼：如二進(jìn)制BCD碼、雙極性時(shí)的符號數(shù)值碼、補(bǔ)碼、雙極性時(shí)的符號數(shù)值碼、補(bǔ)碼、偏移二進(jìn)制碼等。碼、偏移二進(jìn)制碼等。v 編程接口和支持軟件：與編程接口和支持軟件：與A/D轉(zhuǎn)換器相同。轉(zhuǎn)換器相同。v D/A板卡上也有板卡上也有FIFO，可用來存儲(chǔ)，可用來存儲(chǔ)D/A轉(zhuǎn)換值。轉(zhuǎn)換值。模擬量輸出模板主要技術(shù)指標(biāo)模擬量輸出模板主要技術(shù)指標(biāo)v 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。及一塊板

28、上既有數(shù)字量輸入也有數(shù)字量輸出的接口板。v 數(shù)字量板卡有非隔離型和隔離型，其中非隔離型為數(shù)字量板卡有非隔離型和隔離型，其中非隔離型為TTL電平，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。板卡，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。數(shù)字量輸入輸出模板數(shù)字量輸入輸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： 信號調(diào)理板；信號調(diào)理板； 通信模板；通信模板； 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器/定時(shí)器模板；定時(shí)器模板； 步進(jìn)電機(jī)控制模板。步進(jìn)電機(jī)控制模板。v 遠(yuǎn)程遠(yuǎn)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

29、數(shù)據(jù)信模塊可放置在生產(chǎn)現(xiàn)場，將現(xiàn)場的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號，經(jīng)遠(yuǎn)程通信線路傳送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。號，經(jīng)遠(yuǎn)程通信線路傳送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。v 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。了現(xiàn)場接線的成本。v 目前的遠(yuǎn)程目前的遠(yuǎn)程I/O模塊采用模塊采用RS485標(biāo)準(zhǔn)總線，并正在向現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)總線，并正在向現(xiàn)場總線方向發(fā)展。方向發(fā)展。v 目前使用較多的是牛頓模塊（目前使用較多的是牛頓模塊（Nudam Modules）。）。遠(yuǎn)程遠(yuǎn)程I/O模塊模塊2.1.5 IPC的主要產(chǎn)品的主要產(chǎn)品v 目前有一定市場和發(fā)展前景的工控機(jī)的產(chǎn)品

30、有：v IPC（ISA、PCI、STD總線）；v PC/104或PC/104 plus；v VME/VXI；v Compact PCIv 專用單板計(jì)算機(jī)（包括基于RISC、DSP和單片機(jī)的嵌入式專用計(jì)算機(jī)）等。v IPC工控機(jī)（ISA、PCI、STD總線）目前依然是主流產(chǎn)品。v 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。v 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(qiáng)有力的沖擊。v Compact PCI總線工控機(jī)技術(shù)將得到迅速普及和廣泛應(yīng)用。 v IPC主要品

31、牌：主要品牌：v 臺(tái)灣的臺(tái)灣的研華、威達(dá)、艾訊、磐儀、大眾研華、威達(dá)、艾訊、磐儀、大眾；v 國內(nèi)的國內(nèi)的研祥、凌華、中泰、康拓、華控、浪潮研祥、凌華、中泰、康拓、華控、浪潮；v 美國的美國的ICS、德國西門子、日本康泰克、德國西門子、日本康泰克等。等。v 研華是世界三大工控機(jī)廠商之一，在大陸及臺(tái)灣市場均有較高研華是世界三大工控機(jī)廠商之一，在大陸及臺(tái)灣市場均有較高的市場占有率，產(chǎn)品品種廣泛。的市場占有率，產(chǎn)品品種廣泛。v工業(yè)計(jì)算機(jī)機(jī)箱工業(yè)計(jì)算機(jī)機(jī)箱，工業(yè)一體化工作站工業(yè)一體化工作站，工業(yè)平板電腦工業(yè)平板電腦，嵌入式嵌入式工業(yè)計(jì)算機(jī)工業(yè)計(jì)算機(jī)，工業(yè)級工業(yè)級CPU卡卡，工業(yè)級底板工業(yè)級底板，工業(yè)計(jì)算

32、機(jī)外設(shè)工業(yè)計(jì)算機(jī)外設(shè)，遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集與控制模塊遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集與控制模塊，基于基于ISA總線數(shù)據(jù)采集與控制卡總線數(shù)據(jù)采集與控制卡，基于基于PCI總線數(shù)據(jù)采集與控制卡總線數(shù)據(jù)采集與控制卡，端子板和附件端子板和附件，工業(yè)通信工業(yè)通信，應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件等。等。 工業(yè)控制機(jī)機(jī)箱工業(yè)控制機(jī)機(jī)箱v IPC610是一個(gè)是一個(gè)19in加固的架裝加固的架裝PC/AT電腦機(jī)箱，用于工業(yè)應(yīng)電腦機(jī)箱，用于工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)中。可容納一個(gè)用系統(tǒng)中?？扇菁{一個(gè)14槽槽PC/AT總線無源底板或一個(gè)標(biāo)總線無源底板或一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)Baby-AT主板和一個(gè)主板和一個(gè)110220V可切換電源。一個(gè)可鎖式可切換電源。一個(gè)可鎖式前面板門，可以保護(hù)設(shè)備

33、免于前面板門，可以保護(hù)設(shè)備免于任何未授權(quán)的使用。兩個(gè)過濾任何未授權(quán)的使用。兩個(gè)過濾冷卻風(fēng)扇可在整個(gè)機(jī)箱內(nèi)維持冷卻風(fēng)扇可在整個(gè)機(jī)箱內(nèi)維持正的空氣循環(huán)。正的空氣循環(huán)。 v 14槽槽PICMG BP，2個(gè)個(gè)ISA槽，槽，10個(gè)個(gè)PCI槽，槽，2個(gè)個(gè)PICMG槽。槽。如圖如圖2.9所示。主要技術(shù)指標(biāo)如下所示。主要技術(shù)指標(biāo)如下v 系統(tǒng)數(shù)：系統(tǒng)數(shù)：1v 尺寸：尺寸：315 x 260 mm (12.4 x 10.24)v PCI 橋：橋：Pericom PI7C8150MAv 槽數(shù)：槽數(shù)：2個(gè)個(gè)ISA槽槽, 10個(gè)個(gè) PCI槽槽, 2個(gè)個(gè) PICMG槽槽v 主級主級PCI：3 槽；二級槽；二級PCI：7

34、槽槽工業(yè)級底板工業(yè)級底板PCA-6114Pv PCA-6187是一款I(lǐng)ntels Socket 478架構(gòu)支持的Pentium 4/Celeron 處理器板卡 v 支持多達(dá)2個(gè)串行-ATA設(shè)備 、支持雙通道DDR400 SDRAM v 主板集成Adaptec AIC-7899 雙Ultra 160 SCSI通道，速度達(dá)160MB/Sec v Intel 865G 芯片組 400/533/800MHz前端總線 v 主板集成VGA控制器，共享內(nèi)存架構(gòu) v 支持10/100Base-T 或 10/100/1000 Base-T自適用網(wǎng)絡(luò) v 6個(gè)USB 2.0端口 v CMOS具有自動(dòng)備份/恢復(fù)功能

35、工業(yè)級主板工業(yè)級主板PCA-6187v 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(dá)100KS/s，并在輸入和PCI總線之間提供了2500VDC的直流光隔離保護(hù)。v 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。v 由于它支持PnP(Plug and Play)，其基地址及中斷都由系統(tǒng)自動(dòng)配置。 模擬量輸入模板模擬量輸入模板PCI-1713v PCI-1713的主要特性的主要特性v 32路單端

36、或路單端或16路差分模擬量輸入，或采用單端和差分輸入路差分模擬量輸入，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；的不同組合方式來完成多通道采樣；v 各輸入通道的增益可獨(dú)立編程，用戶可通過軟件選擇最適合各輸入通道的增益可獨(dú)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(gè)通道不同的增益值及配置會(huì)存被測信號的電壓范圍，并且每個(gè)通道不同的增益值及配置會(huì)存儲(chǔ)到卡上的儲(chǔ)到卡上的SRAM中；中；v 信號輸入范圍：信號輸入范圍：v 單極性：單極性：0-5V；0-10V；0-2.5V；0-1.25Vv 雙極性：雙極性：0.625V；1.25V；2.5V；5V；10Vv 自動(dòng)通道自動(dòng)通道/增

37、益掃描，板上的自動(dòng)通道增益掃描，板上的自動(dòng)通道/增益掃描電路在采樣增益掃描電路在采樣時(shí)自動(dòng)完成對多路選通開關(guān)的控制；時(shí)自動(dòng)完成對多路選通開關(guān)的控制；v 板載板載4K FIFO采樣緩存器，該特性提供了連續(xù)高速的數(shù)據(jù)傳采樣緩存器，該特性提供了連續(xù)高速的數(shù)據(jù)傳輸及輸及Windows下更可靠的性能；下更可靠的性能；v 對于對于A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換，PCI-1713支持三種觸發(fā)模式：軟件觸發(fā)、內(nèi)支持三種觸發(fā)模式：軟件觸發(fā)、內(nèi)部定時(shí)器觸發(fā)和外部定時(shí)器觸發(fā)。部定時(shí)器觸發(fā)和外部定時(shí)器觸發(fā)。v PCI-1720是研華公司生產(chǎn)的一款基于是研華公司生產(chǎn)的一款基于PCI總線的總線的4通道模擬量通道模擬量輸出卡。輸出卡。v

38、 系統(tǒng)熱復(fù)位時(shí)（電源未關(guān)閉），系統(tǒng)熱復(fù)位時(shí)（電源未關(guān)閉），PCI-1720 卡將根據(jù)跳線配置卡將根據(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(rèn)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(rèn)配置。PCI-1720 卡使用卡使用PCI 控制器連接卡和控制器連接卡和PCI 總線?？刂破魍耆偩€?？刂破魍耆戏螾CI 總線規(guī)格總線規(guī)格Rev2.1標(biāo)準(zhǔn)。所有與總線相關(guān)的配置，如標(biāo)準(zhǔn)。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(dòng)控制?；刂?、中斷分配等，均由軟件自動(dòng)控制。模擬量輸出模板模擬量輸出模板PCI-1720v PCI-1720U的主要性能v 4個(gè)12-bitD/A

39、輸出通道v 多輸出范圍v 熱復(fù)位后保持輸出設(shè)置和狀態(tài)用戶可分別為4個(gè)輸出設(shè)置不同的范圍：v 0 +5 V，0 +10 V， 5 V， 10 V，0 20 mA（匯點(diǎn)）或4 20 mA（匯點(diǎn)）。v 輸出與PCI 總線之間的隔離保護(hù)為2500 VDCv 熱復(fù)位后保持輸出設(shè)置和狀態(tài)v 1 個(gè)37 針D 型接口，易于接線。v 板卡ID 開關(guān)v 通用PCI 總線（僅限PCI-1720U）v 上電無干擾v 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：v 32 路隔離DIO通道（16路輸入和16路輸出）v 32 路TTL 級DIO 通道（

40、16路輸入和16路輸出）v 高輸出驅(qū)動(dòng)能力v 隔離I/O 通道高壓隔離（2,500 VDC）v 中斷處理能力v 2個(gè)20針接口用于隔離DI/O通道，另2個(gè)用于TTL DI/O 通道v D型接口用于隔離數(shù)字量輸入/輸出通道v 高ESD 保護(hù)（2,000 VDC）v 高過壓保護(hù)（70 VDC）v 寬電壓輸入范圍（5 30 VDC）v 板卡ID數(shù)字量輸入輸出模板數(shù)字量輸入輸出模板PCI-1730U2.2 可編程序控制器可編程序控制器(PLC) v v 2.2.1 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)v 2.2.2 可編程控制器的分類與特點(diǎn)v 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)可編

41、程控制器的基本結(jié)構(gòu)v PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下自動(dòng)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)計(jì)是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下自動(dòng)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)計(jì)算機(jī)。算機(jī)。v 它比一般的計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連接的接口，更直它比一般的計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)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(qiáng)的抗干擾能力。接的適用于控制要求的編程語言和更強(qiáng)的抗干擾能力。v PLC與與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。組成。v 在外形上，在外形上，PLC與與IPC差別較大。差別較大。2.2.2 可編程控制器的分類與特點(diǎn)可編程控制器的分類與特點(diǎn)v 按按I/

42、O點(diǎn)數(shù)劃分點(diǎn)數(shù)劃分v 根據(jù)根據(jù) PLC能夠處理的能夠處理的I/O點(diǎn)數(shù)來分類，點(diǎn)數(shù)來分類，PLC 可分為微型、小型、可分為微型、小型、中型、大型中型、大型 4 種種 。v 按處理器功能劃分按處理器功能劃分v 根據(jù)根據(jù)PLC的處理器功能強(qiáng)弱的不同，可分為低檔、中檔和高檔的處理器功能強(qiáng)弱的不同，可分為低檔、中檔和高檔3個(gè)檔次。個(gè)檔次。 v 按硬件結(jié)構(gòu)分按硬件結(jié)構(gòu)分v 根據(jù)根據(jù)PLC的外形和硬件安裝結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，的外形和硬件安裝結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，PLC可分為整體式和可分為整體式和模塊式兩種。模塊式兩種。可編程控制器的分類可編程控制器的分類v 可靠性高，適應(yīng)性強(qiáng)可靠性高，適應(yīng)性強(qiáng)v 功能完善，通用性好功能完善，

43、通用性好v 安裝方便，擴(kuò)展靈活安裝方便，擴(kuò)展靈活v 操作維護(hù)簡單，施工周期短操作維護(hù)簡單，施工周期短可編程控制器的特點(diǎn)可編程控制器的特點(diǎn)2.2.3 可編程控制器的主要產(chǎn)品可編程控制器的主要產(chǎn)品v 世界上生產(chǎn)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：牌主要有：v 美國的美國的AB、莫迪康（、莫迪康（MODICON）；）；v 日本的三菱（日本的三菱（MITSUBISHI）等；）等；v 德國的西門子（德國的西門子（SIEMENS）。西門子）。西門子SIMATIC S7系列可編程系列可編程控制器在國內(nèi)工控市場所占份額較大?？刂破髟趪鴥?nèi)工控

44、市場所占份額較大。v SIMATIC S7系列可編程控制器包括系列可編程控制器包括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系列是集電源、CPU和I/O模塊于一體的小型PLC系統(tǒng)。v 中央處理單元CPU模塊有5種型號，CPU221無擴(kuò)展功能，適于用做小點(diǎn)數(shù)的微型控制器。CPU222有擴(kuò)展功能，CPU224是具有較強(qiáng)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 系列系列PLCv S7-300系列是中型PLC系統(tǒng)，具有模塊化擴(kuò)展功能，設(shè)計(jì)緊湊，適合最大輸入、輸出1000點(diǎn)左右的控制應(yīng)用。v S7-300系

45、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）、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 系列系列PLCv 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(jì)，可靠耐用，同時(shí)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(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大或升級時(shí)，只要適當(dāng)?shù)卦黾右恍┠０?，便能使系統(tǒng)升級和充分滿足需要。S7-400 系列系列PLCv ST

46、EP 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)置的標(biāo)準(zhǔn)工具，是SIMATIC工業(yè)軟件的重要組成部分。 v 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(dòng)和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)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(biāo)打開或選中某一對象，按F1可以得到該對象的在線幫助。 編程軟件編程軟件STEP 72.3 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)v 2.3.1 嵌入式系統(tǒng)的組成與特點(diǎn)v 2.3.2 典型的嵌入式微處理器 v 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(diǎn)嵌入式系統(tǒng)的

47、組成與特點(diǎn)v 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。 v 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大多工作在為特定用戶群所專用設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)趨于小型化，同時(shí)還具有很高的效率和可靠性。v 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(shí)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。v 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(gè)系列，其中主流的體系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等

48、。嵌入式處理器嵌入式處理器v 嵌入式微控制器(MCU)v 典型代表是單片機(jī)，從70年代末單片機(jī)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。 v 嵌入式微處理器（MPU）v 是由通用計(jì)算機(jī)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。 v 嵌入式DSP處理器(EDSP) v 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(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，具有很高的編譯效率和指令的執(zhí)行速度。在數(shù)字濾

49、波、FFT、譜分析等各種儀器上DSP獲得了大規(guī)模的應(yīng)用。 v 嵌入式片上系統(tǒng)嵌入式片上系統(tǒng)(SOC)v SOC最大的特點(diǎn)是成功實(shí)現(xiàn)了軟硬件無縫結(jié)合，直接在處理最大的特點(diǎn)是成功實(shí)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。器片內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)的代碼模塊。v SOC具有極高的綜合性，在一個(gè)硅片內(nèi)部運(yùn)用具有極高的綜合性，在一個(gè)硅片內(nèi)部運(yùn)用VHDL等硬件描等硬件描述語言，就可實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。用戶不需要再像傳統(tǒng)的系述語言，就可實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。用戶不需要再像傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)一樣，繪制龐大復(fù)雜的電路板，一點(diǎn)點(diǎn)的連接焊制，只統(tǒng)設(shè)計(jì)一樣，繪制龐大復(fù)雜的電路板，一點(diǎn)點(diǎn)的連接焊制，只需要使用精確

50、的語言，綜合時(shí)序設(shè)計(jì)直接在器件庫中調(diào)用各種需要使用精確的語言，綜合時(shí)序設(shè)計(jì)直接在器件庫中調(diào)用各種通用處理器的標(biāo)準(zhǔn)，然后通過仿真之后就可以直接交付芯片廠通用處理器的標(biāo)準(zhǔn)，然后通過仿真之后就可以直接交付芯片廠商進(jìn)行生產(chǎn)。商進(jìn)行生產(chǎn)。 v 外圍設(shè)備包括存儲(chǔ)設(shè)備、通信接口設(shè)備、擴(kuò)展設(shè)備接口和輔助外圍設(shè)備包括存儲(chǔ)設(shè)備、通信接口設(shè)備、擴(kuò)展設(shè)備接口和輔助的機(jī)電設(shè)備（電器、連接器、傳感器等），根據(jù)外圍設(shè)備的功的機(jī)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：能可分為以下三類：v 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器v 常用的存儲(chǔ)器有：靜態(tài)易失型存儲(chǔ)器（常用的存儲(chǔ)器有：靜態(tài)易失型存儲(chǔ)器（RAM、SRAM）、動(dòng)）、

51、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器（態(tài)存儲(chǔ)器（DRAM），非易失型存儲(chǔ)器（），非易失型存儲(chǔ)器（Flash、EPROM）等。等。v 外部設(shè)備接口外部設(shè)備接口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（以太網(wǎng)接口）、（以太網(wǎng)接口）、USB（通用串行總線接口）、音頻接口、（通用串行總線接口）、音頻接口、VGA視頻輸出接口、視頻輸出接口、I2C（現(xiàn)場總線）、（現(xiàn)場總線）、SPI（串行外圍設(shè)備（串行外圍設(shè)備接口）、接口）、IrDA（紅外接口）、（紅外接口）、A/D（模（模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口）、數(shù)轉(zhuǎn)換接口）、D/A（數(shù)（數(shù)/模轉(zhuǎn)換接口）等。模轉(zhuǎn)換接口）等。v 人機(jī)交互接口：包括人機(jī)交互接口：包括LCD、鍵盤和觸摸屏等人機(jī)交互設(shè)備。、鍵盤和觸摸屏等人機(jī)交互設(shè)備。 外圍設(shè)備外圍設(shè)備v 嵌入式操作系統(tǒng)（EOS）是一種用途廣泛的