計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教案

南通廣播電視大學(xué)

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教案

教研室：電子教研室

課程名稱：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

任課教師：____________

職業(yè)技術(shù)學(xué)校教案（理論教學(xué)用）

第1次課2學(xué)時(shí)

章節(jié)第1章緒論

1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述

講授主要內(nèi)

2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及分類

容

3計(jì)算機(jī)控制研究的課題與發(fā)展方向

重點(diǎn)

1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及分類

難點(diǎn)

要求掌握知1.掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本概念

識(shí)點(diǎn)和分析2.掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成與分類

方法3.了解計(jì)算機(jī)控制研究的課題與發(fā)展方向

授課思路，采

教學(xué)思路：講授為主，對開環(huán)系統(tǒng)，閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)例介紹，與現(xiàn)實(shí)生活中的

用的教學(xué)方

控制系統(tǒng)緊密聯(lián)系起來。水溫控制，鍋爐控制

法和輔助手

板書設(shè)計(jì)：在進(jìn)行多媒體教學(xué)，可適當(dāng)在黑板對重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行強(qiáng)調(diào)和分析

段，板書設(shè)

重點(diǎn)突出及難點(diǎn)解決：上課開始指出本次課的學(xué)習(xí)要求和任務(wù)，然后講授相關(guān)的知

計(jì)，重點(diǎn)如何

識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生聯(lián)想日常生活中常見的控制系統(tǒng)，下課前再次總結(jié)本次課的學(xué)習(xí)內(nèi)容

突出,難點(diǎn)如

及重點(diǎn)難點(diǎn)，通過布置課后作業(yè)來進(jìn)一步鞏固學(xué)習(xí)效果。

何解決，師生

師生互動(dòng)：教師列舉生活中的典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

互動(dòng)等

1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件。

作業(yè)布置

2.過程通道的含義及分類。

1.見相關(guān)書籍或者報(bào)刊

主要

2.網(wǎng)絡(luò)

參考資料

3.雜志和教學(xué)參考書

備注

1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述

計(jì)算機(jī)控制，是關(guān)于將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防等行業(yè)自動(dòng)控制的一

門綜合性學(xué)科與技術(shù)。

計(jì)算機(jī)控制是以計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制理論、自動(dòng)控制工程、電子學(xué)和自動(dòng)化儀表為

基礎(chǔ)的綜合學(xué)科。

計(jì)算機(jī)捽制系統(tǒng)簡單地說就是以計(jì)算機(jī)替代了原模擬控制系統(tǒng)的控制器（控制儀

表）組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)。但是這種取代決不是一種簡單的替代而是一種升華.

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)產(chǎn)生的原因

隨著科學(xué)的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步和對控制的要求的提高，控制對象越來越復(fù)雜多樣，

使控制系統(tǒng)的控制越來越復(fù)雜，出現(xiàn)了多輸入一多輸出的多變量系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)

控制、時(shí)變和分布參數(shù)控制系統(tǒng)。對于這些系統(tǒng)，使用常規(guī)的控制方法和手段實(shí)現(xiàn)

是十分困難的，因此，電子計(jì)算機(jī)尤其是微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)并應(yīng)用于自動(dòng)控制領(lǐng)域,

使自動(dòng)控制水平產(chǎn)生了巨大的飛躍。

1.開環(huán)控制系統(tǒng)

如圖1.1所示的系統(tǒng)為開環(huán)控制系統(tǒng)，所謂開環(huán)控制系統(tǒng)是指控制器按照先驗(yàn)的控制

方案對對象或系統(tǒng)進(jìn)行控制，使被控制的對象或系統(tǒng)能夠按照約定來運(yùn)動(dòng)或變化。

控制器------k被控對象------^被控參數(shù)

圖1.1開環(huán)控制系統(tǒng)框圖

2閉環(huán)控制系統(tǒng)

閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1.2所示，很明顯閉環(huán)控制系統(tǒng)較開環(huán)控制系統(tǒng)增加了一個(gè)

比較環(huán)節(jié)和一個(gè)來自被控參數(shù)的反饋信號(hào)。

本章教案

圖1.2閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖

AR\〃id

十o_?HZZI—->8

一

A+O

++

I-------------

——IZZF

'Rf

R

F

J

本章教案

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程可簡單地歸納為三個(gè)過程：

(1)信息的獲取

計(jì)算機(jī)可以通過計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備獲取被控對象的實(shí)時(shí)信息和人的指令性信息。

(2)信息的處理

計(jì)算機(jī)可根據(jù)預(yù)先編好的程序?qū)耐庠O(shè)獲取的信息進(jìn)行處理。

(3)信息的輸出

計(jì)算機(jī)將最終處理完的信息通過外部設(shè)備將這些信號(hào)送到控制對象，通過顯示、記

錄或打印等操作輸出其處理或獲取信息的情況。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成

在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中包括了硬件和軟件兩大部分。

硬件是由計(jì)算機(jī)主機(jī)、接口電路、外部設(shè)備組成，是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

軟件是安裝在計(jì)算機(jī)主機(jī)中的程序，它能夠完成對其接口和外部設(shè)備的控制，完成

對信息的處理，它包含有維持計(jì)算機(jī)主機(jī)工作的系統(tǒng)軟件和為完成控制而進(jìn)行信息

處理的應(yīng)用軟件的兩大部分，軟件是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。

1.2.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成

典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件主要包括：計(jì)算機(jī)主機(jī)、過程控制通道、操作控制臺(tái)

和常用的外設(shè)，如圖1.4所示。應(yīng)該指出的是，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)

絡(luò)設(shè)備也成為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件不可少的一部分。

立

制

對

象

(

系

本章教案統(tǒng)

)

圖1.4典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成框圖

1.主機(jī)

主機(jī)是指我們用于控制的計(jì)算機(jī)，它主要由CPU、存儲(chǔ)器和接口三大部分組成，是

整個(gè)系統(tǒng)的核心。

目前使用的主機(jī)有：單片機(jī)、PLC、工業(yè)PC等。

它主要完成數(shù)據(jù)和程序的存取、程序的執(zhí)行、控制外部設(shè)備和過程通道中的設(shè)備的

工作，實(shí)現(xiàn)對被控對象的控制，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話和網(wǎng)絡(luò)通信。

由于CPU技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，主機(jī)還要完成對一

些含CPU設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制。

2過程控制通道

過程控制通道是被控對象與主機(jī)進(jìn)行信息交換的通道，根據(jù)信號(hào)的方向和形式，過

程控制通道又可分為：

（1）模擬量輸入通道

完成過程和被控對象送往主機(jī)的模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換，使之成為計(jì)算機(jī)能夠接收的標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)字信號(hào)。

（2）模擬量輸出通道

目前，大多數(shù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍只能接收模擬信號(hào)，而計(jì)算機(jī)運(yùn)算決策的最終結(jié)果是數(shù)字

信號(hào)。通過模擬量輸出通道完成對數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量并且保持。

（3）數(shù)字量輸入通道

數(shù)字量的輸入通道是把過程和被控對象的開關(guān)量或通過傳感器已轉(zhuǎn)換的數(shù)字量以并

行或串行的方式轉(zhuǎn)入計(jì)算機(jī)。

（4）數(shù)字量輸出通道

數(shù)字量輸出通道是將計(jì)算機(jī)運(yùn)算、決策之后的數(shù)字信號(hào)以串行或并行的方式輸出給

被控對象或外部設(shè)備，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是數(shù)字量輸出通道輸出的信號(hào)有時(shí)是直接驅(qū)動(dòng)外

部設(shè)備，其功率和阻抗的匹配是應(yīng)該特別注意的。

3.操作控制臺(tái)

操作控制臺(tái)是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)交互的關(guān)鍵設(shè)備，通過操作控制臺(tái)，操作人員可

以及時(shí)了解被控過程的運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行參數(shù)；對控制系統(tǒng)發(fā)出各種控制的操作命令,

并且通過操作控制臺(tái)還可以修改控制方案和程序，操作控制臺(tái)一般應(yīng)包括：

（1）信息的顯示

（2）信息的記錄

（3）工作方式狀態(tài)的選擇

（4）信息輸入

4.通訊設(shè)備

隨著信息技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用及自動(dòng)化的普及，通信已經(jīng)變得無所不在。

現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程的規(guī)模也越來越大。企業(yè)信息化的需求也要求生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)

能夠?qū)崟r(shí)的上傳到企業(yè)信息管理系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)結(jié)點(diǎn)的方

案已經(jīng)被廣泛采納。通訊設(shè)備已成為計(jì)算機(jī)硬件的一個(gè)重要部分。這些設(shè)備可以完

成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信息交換。

1.2.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件組成

對于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來講，除了硬件之外，還必須有軟件?？刂葡到y(tǒng)的功能和性能

在很大程度上依賴于軟件水平的高低.

所謂軟件是指完成各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和，它分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大

部分。

1系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件是維持計(jì)算機(jī)運(yùn)行操作的基礎(chǔ)，是用于管理、調(diào)度、操作計(jì)算機(jī)的各種資

源，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)監(jiān)控與診斷，提供各種開發(fā)支持的程序。這些系統(tǒng)軟件包括：操作

系統(tǒng)、監(jiān)控管理程序、故障診斷程序、各種計(jì)算機(jī)語言及解釋、編譯工具。系統(tǒng)軟

件一般由供應(yīng)商提供或?qū)I(yè)人員開發(fā)，用戶不需自己設(shè)計(jì)開發(fā)。

2應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件是用戶根據(jù)控制對象、控制要求，為實(shí)現(xiàn)高效、可靠、靈活的控制而自行

編譯的各種程序。它們包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、鍵盤的處理、過程

控制算法、輸出與控制等程序。

用于應(yīng)用軟件開發(fā)的程序設(shè)計(jì)語言，一般有：匯編、C#、C++、VB、VC等。目

前也有一些專門用于控制的引用組態(tài)軟件，這些軟件功能強(qiáng)，使用方便，組態(tài)靈活,

具有很強(qiáng)的應(yīng)用前景。

1.2.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類

在生產(chǎn)過程中，根據(jù)被控對象的特點(diǎn)和控制功能，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有各種各樣的結(jié)

構(gòu)和形式，按計(jì)算機(jī)參與的形式，可以分為開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)；按采用的控制方

案，又分為程序和順序控制、常規(guī)控制、高級(jí)控制（最優(yōu)、自適應(yīng)、預(yù)測、非線性

等）、智能控制（FUZZY控制、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類不是嚴(yán)格的按照其結(jié)構(gòu)或者功能進(jìn)行分類的。計(jì)算機(jī)控制系

統(tǒng)的分類，是根據(jù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史和在實(shí)際應(yīng)用中的狀態(tài)并參考以往的

教材進(jìn)行分類的。一般分為：操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、監(jiān)督控制系

統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)六大類

I.操作指導(dǎo)系統(tǒng)（OperationGuideControl）

操作指導(dǎo)系統(tǒng)是基于生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)直接采集的非在線的閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖1-6所

示：

計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)輸入通道對生產(chǎn)過程各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行采集，根據(jù)工藝和生產(chǎn)的需求進(jìn)

行最優(yōu)化計(jì)算，計(jì)算出優(yōu)化的操作條件和參數(shù)，利用其輸出設(shè)備，將其結(jié)果顯示或

打印。操作人員根據(jù)計(jì)算機(jī)提供的結(jié)果改變控制器的參數(shù)或設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過

程的控制，這屬于計(jì)算機(jī)離線最優(yōu)控制的一種形式。

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、控制安全、靈活，由于人的介入使該系統(tǒng)可以應(yīng)用于一些復(fù)雜的

不便由計(jì)算機(jī)進(jìn)行直接控制的場合。

籥

聲

采

過

算集

機(jī)程

刪

葡

出

設(shè)

器

備

(1)操作指導(dǎo)系統(tǒng)(OperationGuideControl)

計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)輸入通道對生產(chǎn)過程各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行采集，根據(jù)工藝和生產(chǎn)的需求進(jìn)

行最優(yōu)化計(jì)算，計(jì)算出優(yōu)化的操作條件和參數(shù)，利用其輸出設(shè)備，將其結(jié)果顯示或

打印。操作人員根據(jù)計(jì)算機(jī)提供的結(jié)果改變控制器的參數(shù)或設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過

程的控制，這屬于計(jì)算機(jī)離線最優(yōu)控制的一種形式。

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、控制安全、靈活，由于人的介入使該系統(tǒng)可以應(yīng)用于一些復(fù)雜的

不便由計(jì)算機(jī)進(jìn)行直接控制的場合。

2.直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DirectDigitalControl)

直接數(shù)字系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的最基本形式，也是應(yīng)用最多的一類計(jì)算機(jī)控制系

統(tǒng)。其一般結(jié)構(gòu)如圖1-7所示：

過

操

生

計(jì)

作

程

產(chǎn)

算―

臺(tái)

〉

控

過

機(jī)

級(jí)

程

制

處

通

理

設(shè)

圖1-7直接數(shù)字控制系統(tǒng)

3.計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)(SupervisoryComputerControl)

計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)是一種兩級(jí)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。如圖1-8所示：

輸入通道生

產(chǎn)

過

SCC程

計(jì)算機(jī)

圖1-8計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)

該類系統(tǒng)類似計(jì)算機(jī)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)。它的區(qū)別是SCC計(jì)算機(jī)輸出不通過人去改

變，而直接控制控制器，改變控制的設(shè)定值或參數(shù)，完成對生產(chǎn)過程的控制。SCC

計(jì)算機(jī)可以利用有效的資源去完成生產(chǎn)過程控制的參數(shù)優(yōu)化，協(xié)調(diào)各直接控制回路

的工作，而不直接參與直接的控制，所以計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)是安全性可靠性較高

的一類計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，同時(shí)又是計(jì)算機(jī)集散系統(tǒng)的最初、最基本的模式。

4.集散控制系統(tǒng)(DistributedControl)

集散控制系統(tǒng)又稱為分布控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用分散控制、集中操作、分級(jí)管理、

分而自治、綜合協(xié)調(diào)形成具有層次化體系結(jié)構(gòu)的分級(jí)分布式控制，一般分為四級(jí)，

如：過程控制級(jí)、控制管理級(jí)、生產(chǎn)管理級(jí)和經(jīng)營管理級(jí)。

過程控制級(jí)是集散控制的基礎(chǔ)，用于直接控制生產(chǎn)過程，在這級(jí)參與直接控制的可

以是計(jì)算機(jī)也可以是PLC或?qū)Ｓ玫臄?shù)字控制器，完成對現(xiàn)場設(shè)備的直接監(jiān)測和控制,

由于生產(chǎn)過程的控制分別由獨(dú)立的控制器進(jìn)行控制，使控制器故障引起分散，局部

的故障不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的工作，提高了系統(tǒng)工作的可靠性。

5.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FieldBusControlSystem)

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是20世紀(jì)90年代興起的迅速得以應(yīng)用的新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，

己廣泛的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化領(lǐng)域，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是利用現(xiàn)場總線將各

智能現(xiàn)場設(shè)備，各級(jí)計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化設(shè)備互聯(lián)，形成了一個(gè)數(shù)字式全分散雙向串行

傳輸，多分支結(jié)構(gòu)和多點(diǎn)通信的通信網(wǎng)絡(luò)。

在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中，生產(chǎn)過程現(xiàn)場的各種儀表、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器都配

有分級(jí)處理器,屬智能現(xiàn)場設(shè)備。現(xiàn)場總線可以直接連接其它的局域網(wǎng)，甚至Internets

可構(gòu)成不同層次的復(fù)雜控制網(wǎng)絡(luò)，它已經(jīng)成為今后工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向之

6.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）

計(jì)算機(jī)集成制造的概念是在70年代美國的?名叫哈靈頓提出的，隨著計(jì)算機(jī)和信息

技術(shù)的發(fā)展最終得以實(shí)施。計(jì)算機(jī)集成制造原本是將工業(yè)生產(chǎn)的全過程集成中計(jì)算

機(jī)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)在統(tǒng)一模式進(jìn)行，包括從設(shè)計(jì)、工藝、加工制造到產(chǎn)品的檢驗(yàn)出廠一

體化的模式。

隨著現(xiàn)代市場的需求和企業(yè)模式的現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)集成制造已經(jīng)將制造集成轉(zhuǎn)換為信

息集成，并融入了企業(yè)的全面管理和市場營銷。

CIMS是一項(xiàng)寵大的系統(tǒng)工程，它需要有許多基礎(chǔ)的應(yīng)用平臺(tái)的支持，它實(shí)現(xiàn)的是企

業(yè)物流、資金流和信息流的統(tǒng)一。由于其涉及面廣，應(yīng)用存在的困難較多，所以許

多CIMS工程在規(guī)劃實(shí)話中都提出了整體規(guī)劃分步實(shí)施的策略。盡管目前CIMS工程

在企業(yè)的推廣存在許多困難，但是它確實(shí)使企業(yè)真正走向現(xiàn)代化的方向。

職業(yè)技術(shù)學(xué)校教案（理論教學(xué)用）

第2次課4學(xué)時(shí)

章節(jié)第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的檢測設(shè)備和執(zhí)行機(jī)構(gòu)

1.傳感器和變送器

講授主要內(nèi)

2.過程控制中常用的執(zhí)行器

容

3.運(yùn)動(dòng)控制中常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)

重點(diǎn)1.傳感器和變送器原理；

難點(diǎn)2.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。

要求掌握知

1.傳感器和變送器原理；

識(shí)點(diǎn)和分析

2.掌握傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的原理。

方法

授課思路，采

用的教學(xué)方教學(xué)思路：本章內(nèi)容覆蓋面廣，涉及控制領(lǐng)域的前向通道和后向通道，傳感器及變

法和輔助手送器原理，執(zhí)行機(jī)構(gòu)等多個(gè)學(xué)科。因此只要求學(xué)生掌握正確的分析方法。

段，板書設(shè)教學(xué)輔助手段：多媒體教學(xué)，視頻動(dòng)畫播放等

計(jì)，重點(diǎn)如何板書設(shè)計(jì)：在進(jìn)行多媒體教學(xué)，可適當(dāng)在黑板對重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行強(qiáng)調(diào)和分析

突出，難點(diǎn)如重點(diǎn)突出及難點(diǎn)解決：實(shí)例介紹

何解決，師生師生互動(dòng)：教師和學(xué)生共同舉出在實(shí)際中的例子。

互動(dòng)等

1.電動(dòng)機(jī)，流量計(jì)，伺服系統(tǒng)等等。

作業(yè)布置

2.舉出在實(shí)際中利用上述元件設(shè)備的例子。

1.見相關(guān)書籍或者報(bào)刊

主要

2.網(wǎng)絡(luò)

參考資料

3.雜志和教學(xué)參考書

備注

輸入模塊溫度變送TT

計(jì)

算

機(jī)

2.1傳感器和變送器

傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝

置。傳感器的輸出信號(hào)有多種形式，如電壓、電流、頻率、脈沖等，輸出信號(hào)的形

式由傳感器的原理確定。

變送器在控制系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，它將工藝變量（如溫度、壓力、流量、

液位、成份等）和電、氣信號(hào)（如電流、電壓、頻率、氣壓信號(hào)等）轉(zhuǎn)換成該系統(tǒng)統(tǒng)一

的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。因此，變送器的性能、精度等指標(biāo)對控制系統(tǒng)影響重大。

2.1傳感器和變送器

2.1.1信號(hào)傳輸及供電的四線制與兩線制

變送器安裝在現(xiàn)場，它的氣源或電源從控制室送來，而輸出信號(hào)送到控制室。氣

動(dòng)變送器用兩根氣動(dòng)管線分別傳送氣源和輸出信號(hào)。

電動(dòng)模擬式變送器采用二線制或四線制傳輸電源和輸出信號(hào)。

四

線R

制

變

送

器

本章教案

（a）二線制變送器（b）四線制變送器

24VDC電源負(fù)載

信號(hào)源（調(diào)節(jié)器、記錄儀等）

R1

被

測

信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸

變變送器

量R1

—□-------

4~20ffiA,決定于被測變量

HART協(xié)議

智能式變送器采用雙向全數(shù)字量傳輸信號(hào)，即現(xiàn)場總線通訊方式；目前廣泛采用一

種過渡方式，即在一條通訊電纜中同時(shí)傳輸4~20mA電流信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，這種方

式稱為HART協(xié)議通訊方式。智能式變送器的電源也由通信電纜傳輸。

2.1.2壓力檢測及變送

液注式壓力檢測：依據(jù)流體靜力學(xué)原理，把被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度來實(shí)現(xiàn)測量的。

U型管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)、補(bǔ)償微壓計(jì)等。

結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，但其精度受工作液的毛細(xì)管作用、密度及視差等因素的影響。

一般用于測量較低壓力、真空度或壓力差。

彈性式壓力檢測：根據(jù)彈性元件受力變形原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成位移來實(shí)現(xiàn)壓力

測量。主要有彈簧管、膜片和波紋管等

負(fù)荷式壓力檢測：利用靜壓平衡原理進(jìn)行壓力測量。典型儀表：活塞式、浮球式和

鐘罩式.

普遍用作標(biāo)準(zhǔn)儀器對壓力儀表進(jìn)行標(biāo)定。

電氣式壓力檢測：利用敏感元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成各種電量，如電阻、電感、電容、

電位差等。具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，特性量程范圍大，線形好，便于進(jìn)行壓力的自動(dòng)

控制。

其它壓力檢測方法：

彈振式壓力計(jì)、壓磁式壓力計(jì)。

I___________________________，___________________________

差動(dòng)平板式電容傳感器結(jié)構(gòu)圖

測量部分的作用是通過電容式壓力傳感器及相關(guān)電路把被測差壓Ap成比例的轉(zhuǎn)

換成為差動(dòng)電流信號(hào)Id。

差動(dòng)電容的相對變化量再通過電容/電流轉(zhuǎn)換電路比例的轉(zhuǎn)換成差動(dòng)電流信號(hào)Id,

經(jīng)放大后轉(zhuǎn)換成4~20mA輸出電流。

測量部分的作用是通過電容式壓力傳感器及相關(guān)電路把被測差壓Ap成比例的轉(zhuǎn)

換成為差動(dòng)電流信號(hào)Id。

差動(dòng)電容的相對變化量再通過電容/電流轉(zhuǎn)換電路比例的轉(zhuǎn)換成差動(dòng)電流信號(hào)Id,

經(jīng)放大后轉(zhuǎn)換成4~20mA輸出電流。

測溫方法分類

接觸式測量：基于物體的熱交換原理設(shè)計(jì)而成。

優(yōu)點(diǎn)：較直觀、可靠，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，測量準(zhǔn)確度高。

缺點(diǎn)：測溫有較大滯后，在接觸過程中易破壞被測對象的溫度場分布，從而造成測

量誤差，不能測量移動(dòng)或太小的物體。測溫上限受到溫度計(jì)材料的限制，故所測溫

度不能太高。

接觸式測量主要儀表：

基于物體受熱膨脹原理制成的膨脹式溫度檢測儀表；

基于密閉容器內(nèi)工作介質(zhì)隨溫度升高而壓力升高的性質(zhì)制成的壓力式溫度檢測儀

表；

基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻隨溫度變化而變化的熱電阻溫度檢測儀表

基于熱電效應(yīng)的熱電偶溫度檢測儀表。

基于熱電效應(yīng)的熱電偶溫度檢測儀表。

非接觸測量

基于物體的熱輻射特性與溫度之間的對應(yīng)關(guān)系而設(shè)計(jì)的。

優(yōu)點(diǎn):測溫范圍廣，測溫過程中不破壞被測對象的溫度場分布；能測量運(yùn)動(dòng)物體；測

溫響應(yīng)速度快。

缺點(diǎn)：所測溫度受物體發(fā)射率、中間介質(zhì)和測溫距離的影響。

主要儀表：輻射溫度計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)、光電高溫計(jì)、比色溫度計(jì)等。

其他測量技術(shù)：光纖測溫技術(shù)、集成溫度傳感器測溫技術(shù)等

工業(yè)上常用的（己標(biāo)準(zhǔn)化）熱電偶有：伯輪30-伯錢6熱電偶（分度號(hào)為B）、毋銘10-伯

熱電偶（分度號(hào)為S）、鍥鋁-鍥硅（鍥鋁-鍥鋁）熱電偶（分度號(hào)為K）等。

引言：先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)——熱電偶工作原理演示

）

結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢。

熱電偶測溫原理

熱電偶溫度計(jì)利用不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的熱電效應(yīng)來測溫的

熱電偶：兩種不同的金屬A和B構(gòu)成閉合回路

當(dāng)兩個(gè)接觸端T>TO時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生熱電勢

T>T.

熱電勢由兩種材料的接觸電勢和單一材料的溫差電勢決定

<——電動(dòng)勢必,"）

+

O—

-€)

O—

-?

A8B

電場

接觸電勢

.kT,N.

,(.=——

k——玻耳茲曼常數(shù)；

T-----接觸面的絕對溫度；

e-----單位電荷量；

NA——金屬電極A的自由電子密度

NB——金屬電極B的自由電子密度

電動(dòng)勢eA",1)

+

A

電場

溫差電勢

(湯姆遜電勢)e<T,7；)=&1T

?0

8——湯姆遜系數(shù)，它表示溫度為時(shí)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢值,

它與材料的性質(zhì)有關(guān)。

EAR(7，4)=@")-縱(丁工)-%(7；)+^(7,7^)

=.①)一.(3]—⑸(T,T^-eB(T,〃)]

kNit'

=(7—(2一名辿

eNB/

結(jié)論

1)熱電極A和B為同一種材料時(shí)，NA=NB,6A=8B,則EAB(T,T0)=0。

2)若熱電偶兩端處于同一溫度下，T=TO,

貝EAB(T,T0)=0。

3)熱電勢存在必須具備兩個(gè)條件：

?、兩種不同的金屬材料組成熱電偶，

二、它的兩端存在溫差。

=國必①)-f⑸一%循(芍)-f⑹-既)期

=f(T)-f(T0)

熱電勢是T和TO的溫度函數(shù)的差，而不是溫度的函數(shù)。

當(dāng)T0=0℃時(shí)，f(TO)=O則有：

E與T之間有唯一對應(yīng)的單值函數(shù)關(guān)系，

因此就可以用測量到的熱電勢E來得到對應(yīng)的溫度值T,

熱電偶熱電勢的大小，只是與導(dǎo)體A和B的材料有關(guān)，

與冷熱端的溫度有關(guān)，與導(dǎo)體的粗細(xì)長短及兩導(dǎo)體接觸面積無關(guān)。

熱電阻測溫原理

熱電阻溫度計(jì)是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)來測量溫度的

當(dāng)溫度升高時(shí)，雖然自由電子數(shù)目基本不變(當(dāng)溫度變化范圍不是很大時(shí))，但

每個(gè)自由電子的動(dòng)能將增加，因而在一定的電場作用下，要使這些雜亂無章的電子

作定向運(yùn)動(dòng)就會(huì)遇到更大的阻力，導(dǎo)致金屬電阻值隨溫度的升高而增加

熱電阻引線的功能是使感溫元件能與外部測量線路相連接。熱電阻引線對測量結(jié)果

有較大的影響，現(xiàn)在常用的引線方式有兩線制、三線制和四線制三種。

熱電阻傳感器是把由溫度變化所引起導(dǎo)體電阻值的變化，通過測量電路轉(zhuǎn)換成電壓

(毫伏)信號(hào)，然后再顯示被記錄的溫度。

熱電阻的測量電路通常采用不平衡電橋來轉(zhuǎn)換，熱電阻在工業(yè)測量橋路中的接法常

采用兩線制和三線制兩種

路小引線

1—電阻電阻的

體影響，采

2—引出

常用的熱電阻

伯熱電阻：鉗材料的優(yōu)點(diǎn)是：物理，化學(xué)性能穩(wěn)定，抗氧化能力強(qiáng)，并且有

較寬的測量范圍。

鐺熱電阻的阻值與溫度間對應(yīng)的特性曲線如下：

粕熱電阻(1200℃以下)

當(dāng)-200℃WtW0℃時(shí)Rt=RO[l+At+Bt2+C(t-100)t3]

當(dāng)0℃WtW850c時(shí)Rt=R0(l+At+Bt2)

Rt——溫度為t℃時(shí)伯熱電阻的阻值；R0一溫度為0℃時(shí)柏?zé)犭娮璧淖柚担?/p>

A、B、C——溫度系數(shù)，它們的數(shù)值分別為A=3.90802X10-3(1/℃),B=-5.802X10-7

(1/℃2),C=-4,27350X10-12(1/℃4)。

銅熱電阻(-50~150℃)

(1)在上述使用溫度范圍內(nèi)，阻值與溫度的關(guān)系幾乎成線性關(guān)系，即可近似表示為

Rt=R0(l+at)

式中a——電阻溫度系數(shù)，a=(4.25—4.28)/℃

(2)電阻溫度系數(shù)比伯高，而電阻率比伯低。

(3)容易提純，加工性能好，價(jià)格便宜。

(4)易氧化，不宜在腐濁介質(zhì)或高溫下工作。

3多軸步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)

數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)元件常常是步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是電機(jī)類中比較特殊的一種，

它是靠脈沖來驅(qū)動(dòng)的。

靠步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)的工作站或刀具總移動(dòng)步數(shù)決定于指令脈沖的總

數(shù)，而刀具移動(dòng)的速度則取決于指令脈沖的頻率。

步進(jìn)電機(jī)不是連續(xù)的變化，而是跳躍的，離散的。

步進(jìn)電機(jī)：脈沖電機(jī)，給一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一下。它是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為

角位移的機(jī)電式數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換器。

3.1步進(jìn)電機(jī)的工作原理

3.2步進(jìn)電機(jī)控制接口及輸出字表

3.3步進(jìn)電機(jī)控制程序

3.4數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例一三軸步進(jìn)電機(jī)控制

3.1步進(jìn)電機(jī)的工作原理

（1）步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)：一句話，內(nèi)轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成.

定子：定子上有繞組，教材上這個(gè)電機(jī)是三相電機(jī)，有3對磁極，實(shí)際上步進(jìn)

電機(jī)不僅有三相，還有四相、五相等等。三對磁極分別為A、B、C,通過開關(guān)輪流

通電。

轉(zhuǎn)子：上面帶齒。為了說明問題，這里只畫了4個(gè)齒。（其實(shí)一般有幾十個(gè)齒）

（2）工作原理：對于

三相步進(jìn)電機(jī)的A、B、C這

三個(gè)開關(guān)，每個(gè)開關(guān)閉合，

就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，現(xiàn)在

我們一塊看一下工作過程。

①初始狀態(tài)時(shí)，開關(guān)A接通，則A相磁極和轉(zhuǎn)子的0、2號(hào)齒對齊，同時(shí)轉(zhuǎn)子的1、

3號(hào)齒和B、C相磁極形成錯(cuò)齒狀態(tài)。這就相當(dāng)于初始化。

②當(dāng)開關(guān)A斷開，B接通，由于B相繞組和轉(zhuǎn)子的1、3號(hào)齒之間的磁力線作用，

產(chǎn)生一個(gè)扭矩，使得轉(zhuǎn)子的1、3號(hào)齒和B相磁極對齊，則轉(zhuǎn)子的0、2號(hào)齒就和A、

C相繞組磁極形成錯(cuò)齒狀態(tài)。

③開關(guān)B斷開，C接通，由于C相繞組和轉(zhuǎn)子0、2號(hào)之間的磁力線的作用，使得

轉(zhuǎn)子0、2號(hào)齒和C相磁極對齊，這時(shí)轉(zhuǎn)子的1、3號(hào)齒和A、B相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)

齒。

④當(dāng)開關(guān)C斷開，A接通后，由于A相繞組磁極和轉(zhuǎn)子1、3號(hào)齒之間的磁力線的

作用，使轉(zhuǎn)子1、3號(hào)齒和A相繞組磁極對齊，這時(shí)轉(zhuǎn)子的0、2號(hào)齒和B、C相繞

組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。很明顯，這時(shí)轉(zhuǎn)子移動(dòng)了一個(gè)齒距角。

如果對一相繞組通電的操作稱為一拍，那對A、B、C三相繞組輪流通電需要三

拍。對A、B、C三相輪組輪流通電一次稱為一個(gè)周期。從上面分析看出，該三相步

進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距，需要三拍操作。由于按A-B-CfA相輪流通電，則磁

場沿A、B、C方向轉(zhuǎn)動(dòng)了360°空間角，而這時(shí)轉(zhuǎn)子沿ABC方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)齒距的

位置。在圖中，轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為4,故齒距角90°,轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)齒距也即轉(zhuǎn)動(dòng)了90°。

同樣的，如果轉(zhuǎn)自由40個(gè)齒，則轉(zhuǎn)完一個(gè)周期是9°。

齒踞角和步踞角：

對于一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，如果它的轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為Z,它的齒距角0Z為

0Z=2ir/Z=360°/Z

而步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行N拍可使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距位置。

步進(jìn)電機(jī)的步距角e可以表示如下

0=0Z/N=360°/(NZ)

其中：N是步進(jìn)電機(jī)工作拍數(shù)，Z是轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。

對于三相步進(jìn)電機(jī)，若采用三拍方式，則它的步距角是

。=360°/(3X4)=30"

對于轉(zhuǎn)子有40個(gè)齒且采用三拍方式的步進(jìn)電機(jī)而言，其步距角是

0=360°/(3X40)=3°

3.2步進(jìn)電機(jī)的工作方式

1.步進(jìn)電機(jī)單三拍工作方式

2.步進(jìn)電機(jī)的雙三拍工作方式

3.步進(jìn)電機(jī)的三相六拍工作方式

I.單三拍工作方式：單三拍就是每次只給一個(gè)線組通電，其余的繞組斷開。

①繞組的通電順序：A-B-C-?A—...

②電壓波形

Am

B-------.............-

C-----------------------

在這里，步進(jìn)電機(jī)是由脈沖控制的。而脈沖的輸出受計(jì)算機(jī)的控制。

2.步進(jìn)電機(jī)的雙.三拍工作方式

①繞組的通電順序：ABBCCA

②電壓波形

A_r_LJl_JL

BJLJLJ

C____I__I__I

3.步進(jìn)電機(jī)的三相六拍工作方式

①繞組的通電順序：AABBBCCCAA

②電壓波形

AJ

B__r______

c___IIIL

職業(yè)技術(shù)學(xué)校教案（理論教學(xué)用）

第4次課2學(xué)時(shí)

章節(jié)第3章計(jì)算機(jī)總線技術(shù)

講授主要內(nèi)1.總線的基本概念

容2.內(nèi)部總線

重點(diǎn)

L總線的概念和分類；

難點(diǎn)

要求掌握知

1.總線的基本概念；

識(shí)點(diǎn)和分析

2.常用的計(jì)算機(jī)總線。

方法

教學(xué)思路：總線是一組線的集合，它定義了引線的電氣，機(jī)械，時(shí)序等性能，用于

授課思路，采

實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)內(nèi)部各個(gè)部件之間的相互通信，由于是集成在芯片內(nèi)部，比較抽象，所

用的教學(xué)方

以我們將總線按照各類定義進(jìn)行了分類。

法和輔助手

教學(xué)輔助手段：多媒體教學(xué)，視頻動(dòng)畫播放等

段，板書設(shè)

板書設(shè)計(jì)：在進(jìn)行多媒體教學(xué)，可適當(dāng)在黑板對重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行強(qiáng)調(diào)和分析

計(jì)，重點(diǎn)如何

重點(diǎn)突出及難點(diǎn)解決：本節(jié)的重點(diǎn)在理解總線的定義和作用，并能列舉常用的計(jì)算

突出，難點(diǎn)如

機(jī)總線。下課前再次總結(jié)本次課的學(xué)習(xí)內(nèi)容及重點(diǎn)難點(diǎn)，通過布置課后作業(yè)來進(jìn)一

何解決，師生

步鞏固學(xué)習(xí)效果。

互動(dòng)等

師生互動(dòng)：教師和學(xué)生共同對相關(guān)問題討論計(jì)算。

1.什么是總線，計(jì)總線的分類。

作業(yè)布置

2.簡述PCI總線的性能和特點(diǎn)。

1.見相關(guān)書籍或者報(bào)刊

主要

2.網(wǎng)絡(luò)

參考資料

3.雜志和教學(xué)參考書

備注

計(jì)算機(jī)總線技術(shù)

?隨著微處理器技術(shù)的飛速發(fā)展，總線技術(shù)也得到不斷創(chuàng)新。先后出現(xiàn)了ISA、

MCA、EISA、VESA、PCI、AGP、IEEE1394、USB等總線技術(shù)。

,芯片內(nèi)部的總線技術(shù)也在不斷發(fā)展，AMBA、CoreConnect、CoreRAM等已

經(jīng)形成集成電路內(nèi)部十分具有競爭力的總線標(biāo)準(zhǔn)。

?工業(yè)控制的PROFIBUS,FF等現(xiàn)場總線技術(shù)。

總線的數(shù)據(jù)傳輸速度也不斷提升，目前，AGP局部總線數(shù)據(jù)可達(dá)528MB/S,PCI-X

可達(dá)IGB/s,系統(tǒng)總線傳輸速率也由66MB/S提高到lOOMB/s甚至更高的133MB/S、

150MB/S、200MB/S.,

?總線的基本概念

?內(nèi)部總線

?外部總線

3.1總線的基本概念

總線的定義：總線就是一組信號(hào)線的集合，它定義了各引線的信號(hào)、電氣和機(jī)械特

性，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的各部件之間以及外部的各系統(tǒng)之間建立信號(hào)聯(lián)系，進(jìn)行數(shù)

據(jù)傳遞和通信。

總線的特點(diǎn)

?規(guī)定了各引線的信號(hào)、時(shí)序、電氣和機(jī)械特性

?為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各部件、各模塊之間或計(jì)算機(jī)各系統(tǒng)之間提供了標(biāo)準(zhǔn)的公

共信息通路

?采用總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)模板和設(shè)備具有很強(qiáng)的兼容性

3.1.1總線的分類

按照總線內(nèi)部信息傳輸?shù)男再|(zhì)，總線可分為

?數(shù)據(jù)總線:DB用于傳送數(shù)據(jù)信息

地址總線:AB是專門用來傳送地址的

?控制總線:CB控制總線包括控制、時(shí)序和中斷信號(hào)線

電源總線:PB用于向系統(tǒng)提供電源

總線的分類

按照總線在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的層次位置，總線可分為

?片內(nèi)總線(On-ChipBUS)

在集成電路的內(nèi)部，用來連接各功能單元的信息通路

,內(nèi)部總線(InternalBus)

用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部模塊(板)之間通信

,外部總線(ExternalBus)：又稱通訊總線

用于計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與設(shè)備之間通信

根據(jù)總線的數(shù)據(jù)傳輸方式，總線可分為并行總線：每個(gè)信號(hào)都有自己的信號(hào)線

串行總線：所有信號(hào)復(fù)用一對信號(hào)線

總線的分類

片內(nèi)總線

在集成電路的內(nèi)部，用來連接各功能單元的信息通路。

?受芯片面積及對外引腳數(shù)的限制，片內(nèi)總線大多采用單總線結(jié)構(gòu)，這

有利丁芯片集成度和成品率的提高，而對于內(nèi)部數(shù)據(jù)傳送速度要求較

高的，也可采用雙總線或三總線結(jié)構(gòu)。

ASIC技術(shù)的出現(xiàn)，用戶也可以按照自己的要求，借助于適當(dāng)?shù)腅DA工具，設(shè)計(jì)自

己的芯片。

內(nèi)部總線：系統(tǒng)總線或板級(jí)總線

-內(nèi)部總線是微機(jī)系統(tǒng)中最重要的總線，人們平常所說的微機(jī)總線就是

指系統(tǒng)總線，如STD總線、PC總線、ISA總線、PCI總線等

-按功能可分為數(shù)據(jù)總線DB、地址總線AB、控制總線CB、和電源總

線PB

數(shù)據(jù)總線D：用于傳遞數(shù)據(jù)信息

總線寬度：數(shù)據(jù)信號(hào)線的根數(shù)。

決定設(shè)備獲得最大性能

影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能

地址總線A：用于傳遞地址信息

地址總線寬度：地址線的根數(shù)

決定直接尋址能力

避免10地址與內(nèi)存地址的重疊

控制總線C：

包括控制、時(shí)序和中斷信號(hào)線，用于傳遞各種控制信息，決定了總線的性能好壞

電源總線P：提供電源

3.1.2總線主要性能指標(biāo)

總線頻率

即總線工作時(shí)鐘頻率，單位為MHz,它是影響總線傳輸速率的重要因素之一。

總線寬度

又稱總線位寬，是總線可同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)，用bit（位）表示，如8位、16位、

32位等。顯然，總線的寬度越大，它在同一時(shí)刻就能夠傳輸更多的數(shù)據(jù)。

?總線帶寬

又稱總線傳輸率，表示在總線上每秒傳輸字節(jié)的多少，單位是MB/S。影響總線

傳輸率的因素有總線寬度、總線頻率等。一般的，

總線帶寬（MB/S）=1/8X總線寬度X總線頻率

同步方式

可分為同步方式和異步方式。在同步方式下，總線上主模塊與從模塊進(jìn)行一次數(shù)據(jù)

傳輸?shù)臅r(shí)間是固定的，并嚴(yán)格按照系統(tǒng)時(shí)鐘來統(tǒng)一定時(shí)主模塊、從模塊之間的傳輸

操作，只要總線上的設(shè)備都是高速的，就可達(dá)到很高的總線帶寬。

總線復(fù)用

采用多路復(fù)用技術(shù)，可以減少總線的數(shù)目。

信號(hào)線數(shù)

表明總線擁有多少信號(hào)線，是數(shù)據(jù)總線、地址總線、捽制總線和電源總線的總和。

信號(hào)線數(shù)與總線性能不成正比，但一般與復(fù)雜度成正比

總線控制方式

包括并發(fā)工作、自動(dòng)配置、仲裁方式、邏輯方式、計(jì)數(shù)方式等。

幾種微型計(jì)算機(jī)總線性能參數(shù)

名稱QISA(PC-ATXEISA^STDcMCA〃PCI。

乙8。一P5個(gè)人機(jī)，，

80286,386〃386,486,586IBM個(gè)人機(jī)

適用機(jī)型”IBM-POPowerPC,6

486系列機(jī)rIBM系列機(jī)r與工作站。

系列機(jī)「Alpha工作站一

最大傳輸率。8MB/SQ33MB/sd2MB/s。33MB/SP133MB/SQ

總線寬度*8/16位。32位。8/16位。32位。32位。

總線頻率。8MHz-18.33MHz72MHz口10MHz/20?33MHzQ

同步方式。半同步司步d司步"異步"司步P

地址寬度。24/32小24「32-32/64/

負(fù)載能力。的無限制。無限制。3-

信號(hào)線數(shù)。9加143〃56/109^120c

64位擴(kuò)展。不可Q無規(guī)定Q不可M可?？?。

多路復(fù)用。非?；?。心是。

3.1.4總線控制與總線傳輸

集中式：將控制邏輯集中在?處（如在CPU中）。集中控制是單總線、雙總線和三總

線結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)主要采用的方式，常見的集中控制方式主要有鏈?zhǔn)讲樵兎绞?、?jì)數(shù)器

定時(shí)查詢方式和獨(dú)立請求總線控制方式。

分布式：將總線控制邏輯分散在與總線連接的各個(gè)部件或設(shè)備上。

總線傳輸

總線上的數(shù)據(jù)在主模塊的控制下進(jìn)行傳送。-?般的，總線在完成一次傳輸周期時(shí)，

可分為四個(gè)階段：

申請分用階段由需要使用總線的主模塊（或主設(shè)備）提出申請，經(jīng)總線仲

T裁機(jī)構(gòu)決定在下一傳輸周期是否能獲得總線使用權(quán)；

尋址階段取得了使用權(quán)的主模塊，通過總線發(fā)出本次打算訪問的從

模塊（或從設(shè)備）的存儲(chǔ)地址或設(shè)備地址及有關(guān)命令，啟動(dòng)參

，與本次傳輸?shù)膹哪K；

數(shù)據(jù)傳聲階段主模塊和從模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)由源模塊發(fā)出經(jīng)

“數(shù)據(jù)總線流入目的模塊；

結(jié)束階段主模塊的有關(guān)信息均從系統(tǒng)總線上撤除，讓出總線使用權(quán)。

3.2內(nèi)部總線

?STD總線

?PC系列總線

3.2.1STD總線

?STD總線起初設(shè)計(jì)為可用于64K存儲(chǔ)空間的8位總線，后發(fā)展成可用于尋址

16M空間的16位總線

STD總線的特點(diǎn)：

56根并行總線，采用小模板結(jié)構(gòu)，尺寸為165x114mm

模塊化的總體設(shè)計(jì)布局

開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

?兼容式總線結(jié)構(gòu)，擁有豐富的I/O功能，廣泛適用于工業(yè)控制

小模板結(jié)構(gòu)，模板尺寸小，可減少?zèng)_擊和震動(dòng)的影響

STD總線的信號(hào)分配

56根并行總線都有明確的定義，按功能可分為五大類

(1)邏輯電源線6根(引線1?6)

(2)數(shù)據(jù)總線8根(引線7?14)

(3)地址總線16根(引線15?30)

(4)控制總線22根(引線31?52)

(5)輔助電源線4根(引線53?56)

3.2.2PC系列總線

-ISA總線

-MCA：微通道體系結(jié)構(gòu)

EISA總線

-PCI局部總線

ISA總線

-問世較早，是8位、16位數(shù)據(jù)傳輸總線的工亞標(biāo)準(zhǔn)

-最高傳輸速率8Mbps

-尋址空間為16MB

-將CPU看作唯一的主模塊，其余外設(shè)均為從模塊，包括可以暫時(shí)掌

握總線的DMA和協(xié)處理器

-98根總線分成5類：地址線、數(shù)據(jù)線、控制線、時(shí)鐘線和電源線

MCA總線(MicroChannelArchitechure)

-IBM在推出386時(shí)提出

-數(shù)據(jù)、地址總線寬度32位，支持4GB的尋址能力

-數(shù)據(jù)傳輸速率33Mbps

-在電氣及物理上與ISA不兼容

-IBM沒有公布標(biāo)準(zhǔn)

-EISA總線

-89年，推出486時(shí)提出

-32位數(shù)據(jù)總線，支持32位地址通路

-總線主控技術(shù)，擴(kuò)展卡上具有總線主控處理器

-與ISA兼容，支持多個(gè)主模塊

-可以自動(dòng)根據(jù)需要進(jìn)行32、16、8位數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換

-支持多總線主控模塊

-擴(kuò)展卡的安裝十分容易，可根據(jù)配置文件自動(dòng)配置系統(tǒng)和擴(kuò)展板

PC1局部總線

-PCI(PeripheralComponentInterconnect,設(shè)備部件互連)總線是一種高

性能局部總線，它是92年由Intel公司帶頭制定的設(shè)備總線標(biāo)準(zhǔn)

-支持64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

-具有即插即用功能(PnP)

-最高傳送數(shù)據(jù)132Mbps

-兼容性強(qiáng)、成本低

職業(yè)技術(shù)學(xué)校教案（理論教學(xué)用）

第5次課2學(xué)時(shí)

章節(jié)第3章計(jì)算機(jī)總線技術(shù)

講授主要內(nèi)

1外部總線

容

1.IEEE-488總線定義；

重點(diǎn)

2.RS232總線定義和RS485；

難點(diǎn)

3.通用USB總線。

要求掌握知

識(shí)點(diǎn)和分析1.RS232總線定義：

方法

教學(xué)思路：IEEE-488是一種并行的外部總線，用于計(jì)算機(jī)與測量儀器，輸入輸出設(shè)

授課思路，采

備，以及這些儀器之間的并行通信；RS-232是一種串行的外部總線，USB是目前USB

用的教學(xué)方

接口的基本配置，用得相當(dāng)廣泛。結(jié)合實(shí)物，講解每類線的特性計(jì)用途。

法和輔助手

教學(xué)輔助手段：多媒體教學(xué)，視頻動(dòng)畫播放等

段，板書設(shè)

板書設(shè)計(jì)：在進(jìn)行多媒體教學(xué)，可適當(dāng)在黑板對重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行強(qiáng)調(diào)和分析

計(jì),重點(diǎn)如何

重點(diǎn)突出及難點(diǎn)解決：本節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)理解各類總線的接口定義，用途及相應(yīng)的

突出，難點(diǎn)如

典型案例。下課前再次總結(jié)本次課的學(xué)習(xí)內(nèi)容及重點(diǎn)難點(diǎn)，通過布置課后作業(yè)來進(jìn)

何解決，師生

一步鞏固學(xué)習(xí)效果.

互動(dòng)等

師生互動(dòng)：教師和學(xué)生一起對各類總線進(jìn)行總結(jié)，比較他們的優(yōu)劣。

1.RS232總線常用的有哪些信號(hào)？如何通過該接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送與接收。

作業(yè)布置

2.USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠心男?/p>

1.見相關(guān)書籍或者報(bào)刊

主要

2.網(wǎng)絡(luò)

參考資料

3.雜志和教學(xué)參考書

備注

3.3外部總線

外部總線又稱為通信總線，用于計(jì)算機(jī)之間，計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程終端，計(jì)算機(jī)與外

部設(shè)備以及計(jì)算機(jī)與測量儀器儀表之間的通信。

該類總線不是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)己有的總線，而是利用電子工業(yè)或其他領(lǐng)域已有的總線標(biāo)

準(zhǔn)。外部總線又分為并行總線和串行總線.

?IEEE-488總線

?RS-232-C總線

?RS-422和RS-485總線

?通用串行總線（USB）

3.3.2RS-232-C總線

RS-232-C總線是一種串行外部總線，專門用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE和數(shù)據(jù)通信設(shè)

備DCE之間的串行通信。

是1969年由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）從CCITT遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)中導(dǎo)出的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

常用的9根引腳分為兩類：

一類是基本的數(shù)據(jù)傳送引腳

基本數(shù)據(jù)傳送引腳包括：TXD、RXD和GND

>另一類是用于調(diào)制解調(diào)器（MODEM）的控制和反映其狀態(tài)