《工業(yè)PC及測控系統(tǒng)》-教學(xué)講稿

《工業(yè)PC及測控系統(tǒng)》

教學(xué)講稿

1課程概述：

介紹一門培養(yǎng)電氣工程與自動化人才的新課程和與之配套的實(shí)

驗(yàn)系統(tǒng)。目的是使學(xué)生獲得IPC（IndustrialPersonalComputerZC

業(yè)PC機(jī)，其應(yīng)用極為廣泛，尤其在電力系統(tǒng)中）及其在工業(yè)測控系

統(tǒng)中應(yīng)用的基本知識。

以IPC為中心構(gòu)成工業(yè)測控系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上介紹IPC的基本

概念，C語言編程和各種接口模板的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和使用方

法。本課程特別強(qiáng)調(diào)建立系統(tǒng)概念，在實(shí)際裝置的基礎(chǔ)上，描述了

單CPU系統(tǒng)在MROS（MultitaskReal-timeOperatingSystem多任

務(wù)實(shí)時操作系統(tǒng)）管理下的任務(wù)調(diào)度及多任務(wù)并發(fā)操作，介紹如何

設(shè)計在IPC測控系統(tǒng)上運(yùn)行調(diào)度程序，包括基本概念和編程思路。

這也是本課程的特點(diǎn)之一。

在工科大學(xué)開設(shè)介紹工業(yè)控制計算機(jī)（尤其是IPC）方面的實(shí)

用課程是非常必要的，而且必須配合強(qiáng)有力的、接近實(shí)際應(yīng)用的實(shí)

驗(yàn)手段；把多任務(wù)實(shí)時操作系統(tǒng)的基本概念、多任務(wù)并發(fā)操作的概

念以及測控系統(tǒng)的概念生動、形象、具體地融合在實(shí)驗(yàn)和課程中。

IPC（工業(yè)PC）?

PC轉(zhuǎn)向工控大市場IPC

PersonalIndustrial

ComputerPersonal

Computer

辦公室，家庭惡劣的工業(yè)現(xiàn)場

PC的強(qiáng)大的人力、物力和現(xiàn)有技術(shù)，以及潛在的人力、

物力和技術(shù)，IPC都可以享用。

2為什么要開設(shè)《IPC及測控系統(tǒng)》這門課程

1)一門全新的課程

Z80時代

MCS-51單片機(jī)流行時

PLC在市場上嶄露頭角時

80X86

IPC及其構(gòu)成的測控系統(tǒng)，早就在測控領(lǐng)域大顯身手，但是在

大專院校中幾乎沒有“反響”：

幾乎沒有相應(yīng)的教材；

幾乎沒有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置；

幾乎沒有相應(yīng)的課程！

我們希望能夠開設(shè)出具有特色的課程，設(shè)計并制作配套的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

2)一門十分有特色的課程

工科學(xué)生把計算機(jī)用在工業(yè)測控現(xiàn)場中，存在兩方面的困難:

(1)何快速地構(gòu)成一個測控系統(tǒng)的硬件環(huán)境？

(2)何快速地完成相應(yīng)的軟件？

市場上已有各種商品化的工業(yè)控制機(jī)、各種過程I/O模板(板卡)

<D

如

何開關(guān)量模板

快

速

構(gòu)

成定時器/計數(shù)器模板

一

個模擬量模板工控機(jī)

測

控十

系

統(tǒng)驅(qū)動模板

的

硬

件

環(huán)信號調(diào)理模板

圜

？

通信模板

搭積木

構(gòu)成硬件環(huán)境這項(xiàng)工作簡化為：根據(jù)現(xiàn)場需要選購工控主機(jī)和I/O模板

(1)“軟件文學(xué)”

1

2)學(xué)文學(xué)的三步曲：

何

如熟讀優(yōu)秀范文、模仿范文寫作文，創(chuàng)作。

速

快“軟件文學(xué)”的三步曲：

成

完熟讀典型的(當(dāng)然也是入門的)測控程序、上機(jī)運(yùn)行;

應(yīng)

相模仿編寫或改動這些程序；自己創(chuàng)作編寫測控程序。

的

軟(2)“組合軟件”

件盡可能選用現(xiàn)成的程序，把現(xiàn)成程序作適當(dāng)?shù)男薷?

？

作為自己程序的一部分

(3)利用高性能的開發(fā)工具和平臺如:暫不涉及

組態(tài)軟件，LabVIEW.....o

*c語言用于測控領(lǐng)域的一次實(shí)踐

*為使用商品化的多任務(wù)實(shí)時操作系統(tǒng)、組態(tài)軟件、LabVIEW

等工業(yè)軟件和開發(fā)平臺奠定一點(diǎn)基礎(chǔ)

3)形成“計算機(jī)測控系統(tǒng)系列化課程”

本課程與《C程序設(shè)計》，《計算機(jī)軟件基礎(chǔ)》，《計算機(jī)技能訓(xùn)

練1》，《計算機(jī)硬件基礎(chǔ)》，《單片機(jī)原理及應(yīng)用》，《電子技術(shù)綜合

設(shè)計》等課程，形成計算機(jī)測控系統(tǒng)系列化課程。而本課程在一定

程度上，起著“承上啟下”的作用。下圖可以給出一個大致的說明:

(1)在學(xué)習(xí)《C程序設(shè)計》后，補(bǔ)充一些作圖函數(shù)和相關(guān)內(nèi)容,

即可在《計算機(jī)技能訓(xùn)練1》中，完成《IPC及測控系統(tǒng)》課程中所

需的測控圖形畫面；補(bǔ)充訪問接口的函數(shù)及相關(guān)知識，也就具備了

本課程的數(shù)據(jù)采集和控制編程基礎(chǔ)。

(2)《計算機(jī)硬件基礎(chǔ)》為本課程打下了硬件基礎(chǔ)(包括：CPU,

接口，總線，接口芯片)。

這樣，本課程既以前面的三門課程為支撐，又為它們提供了綜

合應(yīng)用的環(huán)境。

(3)本課程完成后，又作為其后的計算機(jī)類課程和教學(xué)環(huán)節(jié)的

基礎(chǔ)：

*與《單片機(jī)原理及應(yīng)用》配合，介紹以單片機(jī)為前臺機(jī)、IPC

為后臺機(jī)的兩級DCS系統(tǒng)；

*與《電子技術(shù)綜合設(shè)計》配合，介紹并實(shí)際完成多機(jī)測控；

*以IPC為平臺，完成課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計(如：在IPC測控

系統(tǒng)中的直流機(jī)控制，步進(jìn)機(jī)控制，諧波分析，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)

用...)o

IPC系統(tǒng)

RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器

主機(jī)

實(shí)

工業(yè)=實(shí)實(shí)

PC工業(yè)PC工業(yè)PC驗(yàn)

驗(yàn)

從機(jī)i號=驗(yàn)從機(jī)2號從機(jī)3號箱

?箱箱

由四臺IPC構(gòu)成的兩級DCS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

4）研究生的教學(xué)和研究基地

利用本課程提供的硬件和軟件環(huán)境，提供作為研究生的任選課

和完成課題的基地，如：Linux在IPC測控系統(tǒng)中的應(yīng)用，LabVIEW

在IPC測控系統(tǒng)中的應(yīng)用…等。

3這門課程講什么？

工控機(jī)

總線

IPC及測控接口技術(shù)

系統(tǒng)是一個傳感技術(shù)

廣闊的領(lǐng)域通信技術(shù)，

涉及到多方控制方法

編程技術(shù)

面的知識

多任務(wù)實(shí)時操作系統(tǒng)

主題？建立系統(tǒng)概念

從什么角度切入？—》從具體應(yīng)用這一角度切入

4學(xué)生實(shí)驗(yàn)用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹

LCD

24■?位開關(guān)量信號線

直流機(jī)步進(jìn)機(jī)

驅(qū)動電路24-位開關(guān)量信號

測量電路

16位模擬量信號線

16路模擬量信號源

16位開關(guān)量信號源定時/計數(shù)信號線

測試插口

IPC實(shí)驗(yàn)箱IPC主機(jī)

JP5廠

加變壓器步進(jìn)機(jī)開入開出模板

信號線

JP4■|__|

???

直流機(jī)開入開出模板

LED組1LED組2

??信號線

JP6

P09PIOPllP12P13P14P15P16

模入模出模板

信號線

P01P02P03P04P05P06P07P08

OOOO

息息息息息s息息曇口口□□定時/計數(shù)模板

信號線

□□E3□OGJ□E3JP2

Sl-1Sl-2Sl-3Sl-4Sl-5Sl-6Sl-7S1-8□

key

IPC實(shí)驗(yàn)箱簡介：

*提供16個開關(guān)量(SL1?SL8,S2-1?S2-8)和16個模擬量(P01~P16),

用以模擬一個小型電站的電氣信號；

*提供16個LED和1個2X16的LCD作為輸出顯示；

*提供一個模擬的溫度測控子系統(tǒng)(步進(jìn)機(jī)控制子系統(tǒng))；

*一個直流機(jī)控制子系統(tǒng)；一個交流信號源；

*4個D型插座，與IPC主機(jī)連接；

*3個D型插座，作為擴(kuò)展口，完成實(shí)際傳感器信號的輸入和對實(shí)際

執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。對外提供24條開入/開出引線、16路A/D輸入引線、2

路D/A輸出引線、1路計數(shù)脈沖輸入引線；一個20條插針的信號觀測點(diǎn),

供示波器觀測整個系統(tǒng)中各種重要信號。

IPC測控系統(tǒng)框圖

主要工作：

1、運(yùn)行示范程序，以熟悉和學(xué)習(xí)I/O模板、測控環(huán)節(jié)、編

程思路和方法。

2、"按自己的餐圖修改示范程序、模仿編寫程序。

3、用一個簡化的多任務(wù)實(shí)時操作系統(tǒng)把14個任務(wù)程序有

機(jī)地組合成所謂“管控一體化運(yùn)行軟件”，在系統(tǒng)上運(yùn)行。

供學(xué)生實(shí)驗(yàn)用的工業(yè)Pc機(jī)測控系統(tǒng)電路原理圖

74327432

LCDRSR/WEDO—D7LED

16路開入PIN4PIN9

--1PA1PB1PC01PC11PC22PA開入/開出模板2PB1PC71PC6

A/DD/A模板16路+5V74LS194100+12V

模擬量輸入

VccDSL

165A

A

315_rwy—B

chl5474

|_卒.^YYV

DAO1513B

D

DAI6

MRDSR

2

9

脈沖源

1082541

8254_211GATEO

或步進(jìn)脈沖回送

CLKOPIN4CLKO

32

GATEOPIN5|步進(jìn)機(jī)停止控制OUTO

PIN9?

OUTO或CLK1

j?____PINlOp

CLK132GATE1

GATE1事件計數(shù)OUT1

OUT1CLK2

CLK2GATE2

GATE2OUT2

OUT2

步進(jìn)脈沖IRQ2

IPC

ISA息線PC7

+5V+12VPC6

PC5

1N4001PC4

PC3

TIP122PC2

PCI

直流電機(jī)軸上的帶孔園盤

+5V開入/開出模板8255_2

紅外紅外探測器+5V

LED

220[358

I820K口

1.8K39K1/67414

*任務(wù)程序

1）、三個定時任務(wù)：0點(diǎn)制表，8點(diǎn)制表，16點(diǎn)制表。

2）、四個周期任務(wù)：

*每10ms對16個開關(guān)量采樣一次,并啟動8個LED（組1）閃爍一次。

*每秒對16個模擬量采樣一次，并啟動8個LED（組2）閃爍一次。

*每250毫秒測量一次直流機(jī)的轉(zhuǎn)速并按設(shè)定值調(diào)整轉(zhuǎn)速，在屏幕

上顯示速度值和偏差值。

*每0.5秒對溫度測控子系統(tǒng)的溫度值采樣一次，控制步進(jìn)機(jī)按采

樣結(jié)果正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)若干步，并在屏幕上顯示步進(jìn)方向和步數(shù)。

3）、六個鍵盤任務(wù)：

a鍵…把模擬量采樣結(jié)果在屏幕上排列顯示。

s鍵一把開關(guān)量采樣結(jié)果在屏幕上排列顯示。

d鎮(zhèn)…小型電站電氣主接線圖各模擬量的動態(tài)顯示。

t鍵…小型電站電氣主接線圖各開關(guān)量的動態(tài)顯示。

m鍵一直流機(jī)運(yùn)行速度曲線的動態(tài)顯示。

b鍵一步進(jìn)機(jī)變速運(yùn)行速度曲線

…退回到TurboC集成開發(fā)環(huán)境。

4）、一個北京時間顯示任務(wù):在每一畫面上均有北京時間的動態(tài)顯示。

簡化的多任務(wù)實(shí)時操作系統(tǒng)+14個任務(wù)有機(jī)地組合為所謂

“管控一體化運(yùn)行軟件”

多任務(wù)并發(fā)運(yùn)行過程：

從容調(diào)度，井然有序；實(shí)時處理，面面俱到。

5.教學(xué)實(shí)踐

讀程序、上機(jī)運(yùn)行程序和模仿編寫程序；認(rèn)真了解主機(jī)、I/O模

板、步進(jìn)機(jī)和直流機(jī)的驅(qū)動電路以及一些接口芯片；學(xué)習(xí)多任務(wù)并發(fā)

操作的基本概念和任務(wù)調(diào)度程序的編寫。

*重視實(shí)驗(yàn)：這是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)課程，認(rèn)真上機(jī)實(shí)踐以

強(qiáng)實(shí)戰(zhàn)能力。

*時間安排，18學(xué)時講課，18學(xué)時實(shí)驗(yàn)。

*“集中優(yōu)勢兵力”

**不平均分配時間

**對于重點(diǎn)和難點(diǎn)，重點(diǎn)講解；

**對于“輕點(diǎn)”和“易點(diǎn)”，少講、自學(xué)。

其它：

1、考試方法：

開卷。熟悉和理解教材內(nèi)容、熟悉方法。

實(shí)驗(yàn)安排

時間學(xué)時數(shù)內(nèi)容

學(xué)

時

次2

一系統(tǒng)運(yùn)行演示，

學(xué)

次復(fù)習(xí)作圖程序

時

二4

學(xué)

次開關(guān)量采集及處理

時

三4

學(xué)

次模擬量采集及處理

時

四4

學(xué)

次步進(jìn)機(jī)（直流機(jī)）控制

時

五4

實(shí)時多任務(wù)系統(tǒng)

第二章接口函數(shù)、字符屏幕和圖形函數(shù)

選用什么函數(shù)?

補(bǔ)充接口函數(shù)和圖形函數(shù)

先介紹一些在本課程中使用最頻繁的TurboC函數(shù)。

關(guān)于第一次實(shí)驗(yàn)

2.1.接口函數(shù)與常用函數(shù)介紹

1.inportb()2.outportb()

3.clrscr()4.getch()

5.kbhit().6.printf()

7.puts().8.fprintf()

9.scanf()10.gotoxy()

11.delay()12.sound()

l.inportb()

原型:inportb(intport);

頭c戈^彳牛：dos.h

說明：正函數(shù)在輸入接口控制時使用，從port所指的輸

入端口讀取1字節(jié)的數(shù)據(jù),返回值為所讀取到的數(shù)據(jù)。inport()

則為讀取2個字節(jié)。

2.outportb()

原型：voidoutportb(intprot>unsignedcharvalue)；

頭文件：dos.h

說明：此函數(shù)將一字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出到port所指的輸出端口。

實(shí)例：/輸出口地址

Main()/~

outportb(0x280,Oxff)

}

其它函數(shù)，包括字符屏幕函數(shù)和圖形函數(shù)自己看講義。

通過第一次實(shí)驗(yàn)來學(xué)習(xí)、復(fù)習(xí)其中涉及到的圖形函數(shù)。

第一次實(shí)驗(yàn)：P28?P45的圖形程序

實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)：閱讀講義上給出的源程序和注釋，不清楚的

地方查講義的相關(guān)部分。

上機(jī)操作：編輯、編譯、運(yùn)行，以了解如何使用各個函

數(shù)；然后通過修改函數(shù)的參數(shù)以加深對各個函數(shù)的理解。

補(bǔ)充：TurboC作圖基礎(chǔ)

1、ThrboC為用戶提供了功能很強(qiáng)的作圖軟件庫，稱為

BorLand圖形接口(BorLandGraphicsInterface)------BGI

圖形庫文件(graphics.lib)

B圖形頭文件(graphics.h)

!!多種圖形顯示器的驅(qū)動程序

H字符集的字體驅(qū)動程序

*編寫圖形程序時用到的圖形庫函數(shù)都在graphics.lib中

*執(zhí)行庫函數(shù)所需的有關(guān)信息則包括在graphics.h中

2、象素和坐標(biāo)

1)象素、象點(diǎn)

*組成圖形的最小單位

*象素在屏幕上的數(shù)目越多，分辨率越高。

2)

以(200,50)象元點(diǎn)上為左上角，(400,150)象元點(diǎn)為右下角

的圖形窗口，紅色為相對坐標(biāo).

3、圖形顯示器與適配器

*待顯示的字符和圖形均以數(shù)字形式儲存在存儲器中，而

顯示器需要的是模擬信號

*適配器的作用：把以數(shù)字形式表示的待顯字符和圖形儲

存在適配卡上的VRAM(VisualRAM)中，再將其變?yōu)橐?/p>

頻模擬信號送顯示器

數(shù)字形式模擬信號

圖顯示

主機(jī)形VRAM

控制器

適配器

*顯示器的種類不同，相應(yīng)的適配器也不同

*顯示器工作方式：文本方式(字符方式)，圖形顯示方式

4.TurboC支持的適配器和圖形模式

P22表2-2

gdrivergraphicdriver圖形驅(qū)動器

表2-2中的圖形驅(qū)動器符號常數(shù)賦給gdriver

gmodegraphicmode圖形模式

表2-2中的圖形模式符號常數(shù)賦給gmode

5.圖形系統(tǒng)的初始化

*編制圖形程序，進(jìn)入圖形方式之前，應(yīng)首先對圖形系統(tǒng)

進(jìn)行初始化

圖形

：

例如

圖形適

類型的

系統(tǒng)用什么

序？

動程

的驅(qū)

配器

VGA

GA、

初始對于E

化要

就

器，

適配

圖形

的圖形

么模式

解決采用什

程

驅(qū)動

調(diào)用

應(yīng)當(dāng)

？

的問方式

題序：

.BGI

VGA

EGA

序的尋

驅(qū)動程

適配器

：

例2”

22

P21~

模式

圖形

辨率

高分

VGA

設(shè)置

函數(shù)

始化

形初

用圖

1：使

例2-

.h>

phics

<gra

lude

#inc

()

main

(

od;

r,gm

drive

intg

*/

程序

動器

形驅(qū)

A圖

用VG

/*采

GA;

er=V

gdriv

，

模式

圖形

辨率