修改计算机控制系统的硬件设计技术.pptx

,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2.1,总线技术,2.1.1,总线的定义、层次结构及种类,所谓总线，就是计算机各模块之间互联和传送信息（指令、地址和数据）的一组信号线。,以微处理器为核心，总线可以分为内部总线和外部总线，而内部总线又可分为片级总线和系统总线。,片级总线包括数据总线、地址总线、控制总线、,I,2,C,总线、,SPI,总线、,SCI,总线等；,系统总线包括,ISA,总线、,EISA,总线、,VESA,总线、,PCI,总线等；,外部总线包括,RS-232C,、,RS-485,、,IEEE-488,、,USB,等总线。另外，在工业控制中，还定义了其它总线，如：,VME,、,STD,、,PC-104,、,Compact PCI,等。,2.1.2 PC/ISA/EISA,总线简介,1.PC/ISA,总线的发展,2.ISA,信号线定义,3.EISA,（,Extended Industry Standard Architecture,）,2.1.3 PCI/Compact PCI,总线简介,1.PCI,总线的主要性能,2.,其它性能,PCI(Peripheral Component Interconnect),是美国,SIG(Special Interest Group of Association for Computer Machinery),集团推出的,64,位总线。该总线的最高总线频率为,33MHz,，数据传输率为,80Mby/s(,峰值传输率为,133Mby/s),。,3.PCI,总线信号定义,主控设备,49,条，目标设备,47,条，可选引脚,51,条（主要用于,64,位扩展、中断请求、高速缓存支持等），总引脚数,120,条（包含电源、地、保留引脚等）。,4.Compact PCI,总线,2.1.4,其它总线简介,1.PC/104,总线,2.PC/104 plus,总线,3.STD,总线,(1)STD,总线信号,(2)STD32,总线,2.1.5,串行外部总线简介,1.RS-232/RS-422/RS-485,串行通信总线,（,1,）平衡和不平衡传输方式,（,2,）,RS-232C,（,3,）,RS-422A/RS-485,（,4,）,RS-485,多点互连,2.1.5,串行外部总线简介,2.USB,总线,（,1,）具有热插拔功能,（,2,）,USB,采用,“,级联,”,方式连接各个外部设备,（,3,）适用于低速外设连接,2.2,总线扩展技术,2.2.1,微型计算机系统,I/O,端口与地址分配,1.I/O,端口及,I/O,操作,（,1,）数据端口,（,2,）状态端口,（,3,）命令端口,2.I/O,端口编址方式,（,1,）统一编址,（,2,）独立编址,3.I/O,端口地址分配,（,1,）系统板上的,I/O,接口,（,2,）扩展卡上的,I/O,接口,4.I/O,端口地址选用原则,2.2.2 I/O,端口地址译码技术,1.,三种译码方式,（,1,）线选法,（,2,）全译码法,（,3,）部分译码,2.I/O,端口地址译码电路信号,3.I/O,端口地址译码方法及电路形式,（,1,）固定地址译码,3.I/O,端口地址译码方法及电路形式,（,2,）开关选择译码,2.2.3,基于,ISA,总线端口扩展,1.,板选译码与板内译码,2.,总线驱动及逻辑控制,3.,端口及其读写控制,2.3,数字量输入输出接口与过程通道,2.3.1,数字量输入输出接口技术,1.,数字量输入接口,2.,数字量输出接口,2.3.2,数字量输入通道,1.,数字量输入通道的结构,2.,输入调理电路,(1),小功率输入调理电路,(2),大功率输入调理电路,2.3.3,数字量输出通道,1.,数字量输出通道的结构,2.,输出驱动电路,(1),小功率直流驱动电路,功率晶体管输出驱动继电器电路,达林顿阵列输出驱动继电器电路,2.3.3,数字量输出通道,2.,输出驱动电路,(2),大功率交流驱动电路,2.3.4,数字（开关）量输入,/,输出通道模板举例,图,2-19 PCL-730,板卡组成框图,2.3.4,数字（开关）量输入,/,输出通道模板举例,程序设计举例,(,基地址设为,220H),：,PCL-730,板卡的开关量输入,/,输出都只需要二条指令就可以完成。,C,语言程序如下：,outportb(0 x220,，,Ox55),outportb(Ox221,，,0 x55),inportb(Ox220),inportb(Ox221),汇编语言程序如下：,MOV DX,，,220H,MOV AL,，,55H,OUT DX,，,AL,MOV DX,，,221H ,OUT DX,，,AL,MOV DX,，,220H,IN AL,，,DX,MOV AH,，,AL,MOV DX,，,221H,IN AL,，,DX,2.4,模拟量输入接口与过程通道,2.4.1,模拟量输入通道的组成,2.4.2,信号调理和,I/V,变换,1.,信号调理电路,信号调理电路主要通过非电量的转换、信号的变换、放大、滤波、线性化、共模抑制及隔离等方法，将非电量和非标准的电信号转换成标准的电信号。信号调理电路是传感器和,A/D,之间以及,D/A,和执行机构之间的桥梁，也是测控系统中重要的组成部分。,（,1,）非电信号的检测,-,不平衡电桥,（,2,）信号放大电路,1),基于,ILC7650,的前置放大电路,2.4.2,信号调理和,I/V,变换,1.,信号调理电路,2,）,AD526,可编程仪用放大器,AD526,是可通过软件对增益进行编程的单端输入的仪用放大器，器件本身所提供的增益是,x l,、,x 2,、,x 4,、,x 8,、,x16,等五挡。它是一个完整的包括放大器、电阻网络和,TTL,数字逻辑电路的器件，使用时不需外加任何元件就可工作。,2.4.2,信号调理和,I/V,变换,2.I/V,变换,（,1,）无源,I/V,变换,（,2,）有源,I/V,变换,2.4.3,多路转换器,多路转换器又称多路开关，多路开关是用来切换模拟电压信号的关键元件。,图,2-27 CD4051,原理图,2.4.4,采样、量化及采样保持器,1.,信号的采样,2.,量化,所谓量化，就是采用一组数码,(,如二进制码,),来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。将采样信号转换为数字信号的过程称为量化过程，执行量化动作的装置是,A/D,转换器。,3.,采样保持器,(1),孔径时间和孔径误差的消除,(2),采样保持原理,3.,采样保持器,（,3,）常用的采样保持器,常用的集成采样保持器有,LF398,、,AD582,等，,LF398,的采样控制电平为,“,1,”,，保持电平为,“,0,”,，,AD582,相反。,2.4.5 A/D,转换器及其接口技术,1.8,位,A/D,转换器,ADC0809,(1)8,通道模拟开关及通道选择逻辑,(2)8,位,A/D,转换器,(3),三态输出锁存缓冲器,2,12,位,A/D,转换器,AD574A,(1)12,位,A/D,转换器,(2),三态输出锁存缓冲器,(3),控制逻辑,3.AD574A/1674,与,PC,总线工业控制机接口,(2)8,位,A/D,变换器芯片,ADC0809,ADC0809,的引脚定义如图所示。它共有,28,个引脚，其中：,D0(2,-8,),D7(2,-1,),：输出数据线；,IN,0,IN,7,：,8,路模拟电压输入端；,ADDA,，,ADDB,ADDC,：路地址输入，,ADDA,是最低位，,ADDC,是最高位；,START,：启动信号输入端，下降沿有效；,ALE,：地址锁存信号，用来锁存,ADDA,ADDC,的地址输入，上升沿有效；,EOC,：变换结束状态信号，高电平表示一次变换已结束；,OE,：读允许信号，高电平有效；,CLK,：时钟输入端；,V,REF,(+),、,V,REF,(-),：参考电压输入端；,V,CC,：,5V,电源输入；,GND,：地。,图,7.71 ADC0808,引线图,图,ADC0809,工作时序图,结合图，并假定系统初始化时已将,74LS273,的,Q7,初始化为,0,，则采集程序可如下：,ACQ09,：,MOV AX,，,SEGDATA,MOV DS,，,AX,MOV SI,，,OFFSETDATA,MOV BL,，,0,MOV CL,，,8,GOON,：,MOV AL,，,BL,MOV DX,，,007AH,OUT DX,，,AL,；送出路地址,OR AL,，,80H,OUT DX,，,AL,；送,ALE,上升沿,AND AL,，,7FH,OUT DX,，,AL,；输出,START,NOP,MOV DX,，,0079H,PWAT,：,IN AL,，,DX,；读,EOC,状态,AND AL,，,01H,JZ PWAT,MOV DX,，,007AH,MOV AL,，,BL,OR AL,，,40H,OUT DX,，,AL,；使,OE=1,MOV DX,，,0078H,IN AL,，,DX,；读,A/D,变换器数据,MOV,SI,，,AL,；存入内存,INC SI,INC BL,DEC CL,JNZ GOON,图,7.73 ADC0809,的一种接口电路,MOV DX,，,007AH,MOV AL,，,0,OUT DX,，,AL,RET,(3)12,位,A/D,变换器芯片,AD574,。,AD574,的引脚及功能。,AD574,变换器的引脚如图,8.29,所示。,图,8.29 AD574,的引脚图,各引脚的定义如下：,REFOUT,：内部参考电源电压输出,(,10 V),。,REFIN,：参考电压输入。,BIP,：偏置电压输入。,10VIN,：,5 V,输入或,0,10 V,输入。,20VIN,：,10 V,输入或,0,20 V,输入。,DB0,DB11,：高字节为,DB8,DB11,，低字节为,DB0,DB7,。,STS,：,“,忙,”,信号输出，高电平有效。,12/8,：变换输出字长选择端，输入为高电平时，变换字长输出为,12,位；输入为低电平时按,8,位输出。,CS,：片选信号。,A0,：字节地址控制输入，在启动,A/D,时,(R/,0),，用来控制转换长度。,A0,0,时转换长度为,12,位，,A0,1,时转换长度为,8,位。在变换数据输出时，在,12/,0,的情况下，,A0,0,，输出高,8,位数据,DB4,DB11,；,A0,1,时，输出低,4,位数据,DB0,DB3,。,R/C,：数据读输出和转换控制输入。,CE,：工作允许信号，高电平有效。,15 V,、,15 V,：,15 V,、,15 V,电源输入端。,AGND,：模拟地。,DGND,：数字地。,AD574,的,工作,时序。,AD574,的控制功能如表,8.6,所示。,AD574,的控制功能,A/D,变换器芯片内部集成有高精度参考电压形成电路，可满足,12,位,A/D,变换的要求。同时，其内部还集成有变换时钟电路，故无需外接时钟。这些都为使用者提供了很大的方便。,AD574,的一次变换时间大约为,15,35 s,，该时间随型号的不同而有所区别，其变换过程的时序关系如图,8.30,所示。,图,AD574,的工作时序,AD574,的应用。下面对以,AD574,芯片构成的,A/D,变换器电路实例进行说明。通过实例使读者能较清楚地了解设计,A/D,变换器电路的基本内容和方法。,a.AD574,的模拟输入电路。,模拟输入电路的极性选择。由,AD574,引脚图可知，它有两个模拟电压输入引脚，即,10VIN,和,20VIN,，具有,10 V,和,20 V,的动态范围。这两个引脚的输入电压可以是单极性的也可以是双极性的，可通过改变输入电路的连接形式来进行选择，如图所示。,输入路数的扩展。一般,A/D,芯片只有一个或两个模拟输入端。但是，实际的系统往往需要对多路模拟输入信号进行,A/D,变换。利用多块,A/D,芯片虽可解决这个问题，但从价格上讲是不可取的。为了充分发挥,A/D,芯片的作用，可以采用模拟开关来对输入路数进行扩展。,图,AD574,的模拟电压输入,(a),单极性输入；,(b),双极性输入,模拟开关有多个模拟输入端和一个模拟输出端。在某一时刻究竟哪一个输入端和输出端相通取决于路地址输入端的输入状态。例如，,H1508,是一个,8,路的模拟开关，如图,8.32,所示。它有,8,路模拟输入端,IN0,IN7,，,1,个模拟输出端,OUT,，,3,个路地址输入端,A0,A2,和一个选通端,EN,。当,EN,1,，,A2A1A0,000B,时，,IN0,输入端和,OUT,输出端接通。同理，当,EN,1,，,A2A1A0,001B,时，,IN1,与,OUT,接通。当,EN,0,时，,OUT,为高阻。这样，只要将输出端,OUT,和,AD574,的模拟输入端相连接，在变换前给,H1508,送一个,EN,有效和路地址信号，则可对相应路的模拟输入信号进行,A/D,变换，从而将,1,路模拟输入扩展为,8,路模拟输入。,如想扩展成,64,路，则在该,H1508,的各输入端,IN0,IN7,上再各接一块,H1508,，将每个输入端再扩展为,8,路就可以了。这样一来，,9,块,H1508,就可以将一路模拟输入扩展为,64,路模拟输入。请读者注意，这种扩展并不是可以无限延伸的。每个模拟开关在导通时都是有内阻的，串联级数多了，内阻相应就会增大，精度也就随之降低。一般的串联不要超过两级。,图,8,路模拟开关,H1508,引脚图,采样保持电路。,A/D,变换器从变换开始到结束需要一段时间，这段时间的长短随各种变换器速度的不同而不同。在变换器工作期间一般要求输入电压保持不变，否则就会造成不必要的误差。为此，在,A/D,变换器输入端之前总要插入一个采样保持电路，如图,8.33,所示。在启动变换器时，对模拟输入电压进行采样，采样保持电路的输出就一直保持采样时的电压不变，从而为,A/D,变换器的输入端提供一个稳定的模拟输入电压。当然，采样保持电路的电压保持时间是有限的，但与变换时间相比，已是足够长了。,显然，若在,A/D,变换时间内，模拟输入信号的变化对所要求的精度产生的影响可以忽略，则可以不用采样保持电路。,滤波电容的连接。为了平滑输入模拟电压和减小干扰，在,A/D,变换器的模拟输入端与地之间通常接有一个滤波电容。其电容值的大小应不至于对正常变化产生太大影响，即由模拟信号源内阻与该滤波电容所构成的时间常数的倒数，应大于模拟信号中有用分量的最高频率分量。例如，模拟信号的最高频率分量为,2 kHz,，那么该时常数应选择为：,图,采样保持电路的连接,另外，滤波电容的连接点也应该仔细选择，否则会造成很大的人为误差。一般应接在模拟信号输入的最外端。例如，在图,8.32,中，我们可以将滤波电容接在,H1508,的,OUT,端，也可以接在,H1508,的,IN0,IN7,各输入端。前者只要接,1,个，后者却要接,8,个。到底哪一种接法好,?,在前一种情况下，假设,IN0,输入电压为,5 V,，,IN1,的输入电压为,0 V,，当对,IN0,路的输入进行,A/D,变换时，接于,OUT,端的滤波电容被充电至,5 V,。当,IN0,路变换结束，紧接着对,IN1,路进行变换时，由于滤波电容上已充有,5 V,电压，要放电到,0 V,电压需要一定的时间，因此很可能在没有放电到,0 V,时,A/D,变换器已经启动，从而对,IN1,路的输入变换精度带来不利的影响。如果滤波电容按第二种情况连接，就不会产生这种不利的影响。,b.AD574,与,CPU,的连接。,AD574,是,12,位,A/D,变换器，它可以和,16,位,CPU,相连接，也可以和,8,位的,CPU,相连接。只要适当地改变,AD574,某些控制引脚的接法就可以实现上述要求。,AD574,可以通过简单的三态门、锁存器接口与微机的系统总线相连接，也可以通过可编程接口,(,如,8255),与系统总线相连接。由表,8.6,可见，,AD574,可以工作在,8,位，也可以工作在,12,位。下面就以,8255,为接口芯片，将工作于,12,位下的,AD574,接到,8,位,ISA,系统总线上，其连接如图,8.34,所示。,图中，简化的连接可使,CE,和,12/8,恒为高电平，而使,CS,和,A,0,接地。此时只用,R/,来启动，查询,STS,状态可判断变换是否完成。对应图,8.34,的采集变换程序如下：,；对,8255,初始化，此段程序放在应用程序开始的位置上,INTI55,：,MOV DX,，,0063H,MOV AL,，,10011010B,OUT DX,，,AL,；控制字写入,8255,的,CR,MOV AL,，,00000001B,OUT DX,，,AL,；位控方式，使,PC0,1,；以下是对输入信号进行一次变换的程序,ACQUQ,：,MOV DX,，,0062H,MOV AL,，,00H,OUT DX,，,AL,MOV AL,，,01H,OUT DX,，,AL,；由,PC0,输出负,R/,脉冲启动变换,NOP,NOP,WAITS,：,IN AL,，,DX,；取,STS,状态,AND AL,，,80H,；判断变换结束否,?,JNZ WAITS,；未结束等待,MOV DX,，,0060H,INAL,，,DX,；读,A,口，取得,A/D,变换低,8,位,MOV BL,，,AL,MOV DX,，,0061H,IN AL,，,DX,AND AL,，,0FH,；读,B,口，取得高,4,位,MOV BH,，,AL,RET,图,AD574,经,8255,与,8,位,ISA,系统总线相连接,3.AD574A/1674,与,PC,总线工业控制机接口,2.4.6,模拟量输入通道模板举例,图,2-36 PCL-813B,数据采集卡组成框图,2.4.6,模拟量输入通道模板举例,PCL-813B,的寄存器地址,程序设计举例,PCL-813B A/D,转换基于查询方式，由软件触发。,A/D,转换器被触发后，利用程序检查,A/D,状态寄存器的数据准备位（,DRDY,）。如果检测到该位为,“,1,”,，则,A/D,转换正在进行。当,A/D,转换完成后；该位变为低电平，此时转换数据可由程序读出。,2.5,模拟量输出接口与过程通道,2.5.1,模拟量输出通道的结构型式,1.,一个通道设置一个数,/,模转换器的形式,2.,多个通道共用一个数,/,模转换器的形式,2.5.2 D/A,转换器及其接口技术,1,8,位,D/A,转换器与微机的接口设计,（,1,）,8,位,D/A,转换器,普通型,D/A,转换器,DAC0832,。,DAC0832,是美国国家半导体公司（,National,）生产的,8,位,D/A,转换集成芯片，能完成数字量输入模拟量（电流）输出的转换。单电源供电，从,+5V,+15V,均可正常工作，基准电压的范围为,10V,，电流建立时间为,1,s,，,CMOS,工艺，低功耗,20mW,。其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到了广泛的应用。,DAC0832,的原理框图,DAC0832,可以通过对控制引脚的不同设置而决定是采用双缓冲方式（两级输入锁存），单缓冲方式（两级同时输入锁存或只用一级输入锁存，另一级始终直通）还是完全接成直通的形式。,DAC0832,采用,20,引脚双列直插式封装,.,DAC0832,的各个引脚功能如下。,DI0,DI7,：,8,位数据输入线。,I,LE,：数据允许锁存信号，高电平有效。,/CS,：输入寄存器选择信号，低电平有效。它与,ILE,信号结合可对信号是否起作用进行控制。,/WR1,：输入寄存器的写选通信号，低电平有效，用以把数字量输入锁存于输入寄存器中，在,/WR1,有效时，必须,/CS,和,ILE,同时有效。,/XFER,：数据传送信号，低电平有效。,/WR2,：,DAC,寄存器的写选通信号，低电平有效，用以将锁存于输入寄存器的数字量传送到,D/A,寄存器中锁存。,/WR2,有效时，必须,/XFER,有效。,I,OUT1,：电流输出引脚,1,。随,DAC,寄存器的内容线性变化，当,DAC,寄存器输入全为,1,时，输出电流最大，,DAC,寄存器输入全为,0,时，输出电流为,0,。,I,OUT2,：电流输出引脚,2,，为,I,OUT1,电流互补输出，即,I,OUT1,+I,OUT2,=,常数。,R,fb,：反馈电阻连接端。可以和外接运算放大器直接相连。该运算放大器是将,D/A,芯片电流输出转换为电压输出,V,OUT,。,V,REF,：基准电源输入引脚。外接电压源的稳定精度直接影响,D/A,转换精度，范围为,-10V+10V,。,V,CC,：电源电压输入端，范围为,+5V+15V,。,DGND,：数字地。,AGND,：模拟地。模拟量电路的接地端始终与数字电路接地端相连。,DAC0832,的输出方式分为单极性输出和双极性输出两种。,单极性电压输出电路,：,双极性电压输出,：,2.5.2 D/A,转换器及其接口技术,1.8,位,D/A,转换器接口,2.12,位,D/A,转换器接口,2.5.3,单极性与双极性电压输出电路,8,位,D/A,转换器与微机的接口及程序设计方法：,DAC0832,与,80C51,单片机的双缓冲方式接口电路：,第一级数据锁存器的地址为,BFFFH,，第二级,DAC,寄存器的地址为,7FFFH,。可以看出数字量的输入锁存和,D/A,转换输出是分两步完成的。,该接口电路采用单极性输出方式，参考电压,=-5V,，若想输出电压,=2.5V,，则对应的输入数字量应为,80H,。实现输出,2.5V,电压的程序如下：,START:MOV A,#80H,；待转换的数字量,MOV DPTR,#0BFFFH,；将数字量送入输入锁存器,MOVX DPTR,A,MOV DPTR,#7FFFH,；将输入数字量送入,DAC,寄存器,MOVX DPTR,A,；完成,D/A,转换,如果有多路,D/A,转换器接口，要求同步进行,D/A,转换输出时，必须采用双缓冲同步方式的接口电路，电路如图,:,完成两路,D/A,转换器的同步输出的程序如下：,START:MOVDPTR,#0DFFFH,；指向,DAC0832,（,1,）,MOVA,#DATA1,；,#DATA1,送入,DAC0832,（,1,）的,输入锁存器,MOVXDPTR,A,MOVDPTR,#0BFFFH,；指向,DAC0832,（,2,）,MOVA,#DATA2,；,#DATA2,送入,DAC0832,（,2,）的,输入锁存器,MOVXDPTR,A,MOVDPTR,#7FFFH,；,DAC0832,（,1,）和,DAC0832,（,2,）同时完成,MOVXDPTR,A,；,D/A,转换,若应用系统中只有一路,D/A,转换器或虽然是多路转换，但并不要求同步输出时，则可以采用单缓冲方式接口电路，如图所示,:,执行下面的几条指令就能完成一次,D/A,转换：,MOV DPTR,#0DFFFH,；指向,DAC0832,MOV A,#DATA,；数字量先装入累加器,A,MOVXDPTR,A,；完成一次,D/A,输入与转换,2.5.4 V/I,变换,1.,集成,V/I,转换器,ZF2B20,2.,集成,V/I,转换器,AD694,2.5.5,模拟量输出通道模板举例,图,2-47 PCL-726,板卡组成框图,2.D/A,转换程序流程,D/A,转换程序流程如下（以通道,1,为例）：,（,1,）选择通道地址,n=1,（,n=1,6,）。,（,2,）确定,D/A,高,4,位数据地址（基地址,+00,）。,（,3,）置,D/A,高,4,位数据,(D3,DO,有效,),。,（,4,）确定,D/A,低,8,位数据地址（基地址,+01,）。,（,5,）,置,D/A,低,8,位数据,并启动转换。,3.,程序设计举例,PCL-726,的,D/A,输出、数字量输入等操作均不需要状态查询，分辨率为,12,位，,000H,0FFFH,分别对应输出,0%,100%,，若输出,50%,，则对应的输出数字量为,7FFH,，,设基地址为,220H,，,D/A,通道,l,输出,50%,的程序如下：,C,语言参考程序段如下：,outportb(0 x220,0 x07)/D/A,通道,l,输出,50%,outportb(0 x221,0 xff),汇编语言参考程序如下：（基地址为,220H,）：,MOV AL,，,07H,；,D/A,通道,l,输出,50%,MOV DX,，,0220H,OUT DX,，,AL,MOV DX,，,0221H,MOV AL,，,0FFH,2.6,基于串行总线的计算机控制系统硬件技术,基于,RS-485,的分布式测控系统结构图,RS-485,串行总线由于平衡差分传输特性具有的干扰性好、传输距离远、有较大级联能力等特点，非常适合于组成工业级的多机通信系统。在各种工业仪器、仪表大量使用的今天，,RS-485,总线得到了广泛的应用。,2.6.1,智能远程,I/O,模块,智能远程,I/O,模块是传感器和执行机构到计算机的多功能远程,I/O,单元，专为恶劣环境下的可靠操作而设计，具有内置的微处理器，严格的工业级塑料外壳，使其可以独立提供智能信号调理、,I/O,隔离、模拟量,I/O,、数字量,I/O,、数据显示和串行数字通信接口。远程,I/O,模块可以安装在现场，就地完成,A/D,、,D/A,转换、,I/O,操作及脉冲量的计数、累计等操作，以通信方式和计算机交换信息，构成数据采集控制系统。通过采用,RS-485,中继器，可以将多达,256,个远程模块连接到,RS-485,网络上，或者将最大通信距离延伸到,10km,。,典型的远程,I/O,模块有研华公司的,ADAM-4000,系列、研发公司的,DAC-8000,系列、研祥公司的,Ark-14000,系列以及威达公司的牛顿,-7000,系列。,1.ADAM-4000,系列模块,ADAM 4000,系列模块的功能特点：,(1),远端可编程输入范围,(2),内置看门狗,(3),网络配置灵活,(4),可选的独立控制策略,(5),模块化的工业设计,(6),满足工业环境的需要,2.ADAM-5000,系列,ADAM-4000,通过,RS-485,总线与主站连接成一个主从式测控系统，可以实现点对点通信和广播通信,(,仅有的模块允许广播通信,),。一条,RS-485,通信链路所连接的模块数是有限的，当需要配置更多的模块数时，可以使用,ADAM-4510,中继器，每个,ADAM-4510,中继器可再增加,32,个模块或将网络再延伸,1200,米，一条,RS-485,通信链路最多可以连接,256,个,ADAM-4000,系列模块。,ADAM-5000,系列具有以下功能特点：,(1),系统设计灵活,(2),系统维护及故障处理,(3),易于安装及组网,(4),数据采集及控制,(5),三端隔离,(6),看门狗定时器,(7),内置诊断器,(8),远程配置,(9),能独立于,PC,主机进行,ON/OFF,控制,3.ADAM-6000,系列模块,ADAM-6000,系列产品是基于,Ethernet,的数据采集和控制模块，它们集数据采集和网络传输能力于一身。使用这些模块可以轻而易举的建立低成本、适应于各个行业的基于,Ethernet,的数据采集和控制系统。通过标准的以太网，,ADAM-6000,模块可以实时的将来自传感器的数据发送到局域网,/,以太网结点上。以太网类产品因为其远距离的数据传输能力，高速的数据通信能力正在成为工业应用的主导。,（,1,）模拟量输入,/,输出模块,（,2,）数字量输入,/,输出模块,（,3,）继电器输出模块,（,4,）,ADAM,以太网模块的应用软件,（,1,）模拟量输入,/,输出模块,模拟量输入模块通过为,A/D,提供的光电隔离和,3000V,变压器隔离防止对地环路,/,浪涌电压对设备造成损坏。,ADAM-6015,是,16,位，,6,通道热电阻输入模块，各通道输入范围可调。可以连接,Pt100,Pt1000,，,Balco 500,或者,Ni50,，,Ni508,热电阻。以工程单位形式向主机发送数据。,ADAM-6017,是,16,位,8,通道差分模拟量输入模块，通道输入范围均可程控。,ADAM-6018,是,16,位,8,通道热电偶输入模块，所有通道的输入范围均可程控。,ADAM-6024,是,3,个模拟量输入,/1,个模拟量输出。,（,2,）数字量输入,/,输出模块,ADAM-6050,具有,12,个数字量输入，,6,个输出通道，并且为以太网的无缝连接提供了,10/100 Base-T,接口。,ADAM-6051,提供,12,路数字量输入，,2,路数字量输出和,2,个计数器（,10MHz,时基）并且为以太网的无缝连接提供了,10/100 Base-T,接口。,（,3,）继电器输出模块,ADAM-6060,提供,6,路继电器输出，,6,路模拟量输入，并且为以太网的无缝连接提供了,10/100 Base-T,接口。除了以太网口，内置网页，,ADAM-6050,还提供了,6,路继电器输出和,6,路模拟量输入。,（,3,）,ADAM,以太网模块的应用软件,ADAM-6000,系列模块使用集成的专用应用软件工具进行系统配置，应用软件名称为：,ADAM-5000TCP/6000 Utility Program,，该工具同时支持,ADAM-5000/TCP,和,ADAM-6000,模块，提供了图形化的界面来方便用户的配置工作，同时也可以方便的用来监控远端的,DA&C,系统。,2.6.2,智能调节器,智能调节器一般具有,RS-485,数字通信接口，除了在控制系统中作为常规的单机控制器使用外，在现代工业控制中还可以作组态使用，常常与上位机一起使用构成计算机监督控制系统。常用的智能调节器国外的品牌有：,SHIMADEN,（日本岛电）、,YAKOGAWA,（日本横河）、,HONEWELL,（美国霍尼韦尔）、,OMRON,（日本欧姆龙）以及,RKC,（日本理化）等；国内的品牌有：厦门宇电自动化科技有限公司（厦门宇光）的,AI,系列,1.,硬件构成,:,单回路数字调节器,(Single Strategy Controller,，简称,SSC),SSC,的硬件主要由,MPU,单元、过程,I/O,单元、,PIA,单元、面板单元、编程单元、通信单元和硬手操单元等组成。,MPU,单元是调节器的核心，它包括微处理器,(,或单片微机,),、系统存储器,(PROM/EPROM,、,EAPROM,、,RAM),、时钟、,Watchdog,和接口电路等。,PROM/EPROM,中固化有调节器的监控程序和功能程序。监控程序负责面板,(,键盘、显示器等,),管理和巡回采样控制等。功能程序即各种运算、控制、通信子程序,(,模块,),的集合。,EAPROM,用来存放系统组态程序。系统组态程序是根据系统控制流程，抽取所需的运算、控制模块,(,固化在,PROM/EPROM,中,),进行软连接而形成的。系统组态用编程单元完成，组态结果即系统组态程序写入,EAPROM,。有些单回路数字调节器的系统组态程序是固化在,EPROM,中。,PIA,（,Peripheral Interface Adapter,）单元是过程,I/O,单元、键盘及显示单元与,MPU,连接的桥梁电路，实现电气隔离与数据缓冲、锁存等功能。,不同的系统组态程序，能实现不同的控制过程，,SSC,能通过编程组态的方法，方便地组建和修改控制系统。故又称为可编程调节器。,键盘、显示器也是数字调节器的重要组成部分，它是一种简单的人机接口，通过键盘修改调节器参数和工作状态，显示器可让操作人员了解系统的工作状态。,通信单元,(,通信接口,),使,SSC,能与集中监视操作站、上位机通信，组成多级微机控制系统，实现各种高级控制和管理。,2.,软件构成,数字调节器的软件包括以下几部分：,(1),监控管理程序,这是系统软件，由它实现对输入,/,输出通道、键盘、显示器及通信等部件的管理，以及对调节器各硬件部分和程序进行故障监测及处理等。对于固定程序的调节器，监控管理程序较简单，主要用于修改和显示调节器的工作方式和参数及监视系统状态，如对各个调节回路的,PID,参数,TI,、,TD,、,P,及采样周期,Ts,等进行整定、设定、修改传感器或变送器量程、上下限报警值及进行调节器手动自动工作方式的切换等。对于可编程序调节器，还需提供一套可由用户进行系统组态的软件，包括编程语言的编辑及编译软件，这种程序编制较复杂，但提供给用户的编程语言却十分简单，只要是有控制系统常识的人员都很容易掌握。这种调节器一般功能都十分丰富，具有很好的通用性和灵活性，让用户有很大的选择余地。,(2),应用程序,根据调节器的应用功能所编的程序，如数据采集、数字滤波、标度变换、数据处理、控制算法、报警及输出等程序。在可编程调节器中，这些应用程序以模块形式给出，用户可用数字调节器的编程语言将这些模块进行组态，构成用户所需系统。,SSC,的运算、控制功能十分丰富，一般包括几十种运算、控制模块。运算模块不仅能实现各种复杂组合的四则运算，还能完成函数运算和逻辑运算。例如，用超前环节模块,1+Tds(Td,超前时间,),和滞后环节模块,1/(1+Tis)(Ti,滞后时间,),组成函数,(1+Tds)/(1+Tis),；通过控制模块组态可构成,PID,、串级、比值、前馈、选择、非线性、程序控制等。,另外，,SSC,还有断电保护和自诊断功能，提高了系统的可靠性。,2.6.3,可编程序控制器,(PLC),1.PLC,的硬件结构,可编程控制器的结构形式分为整体式和模块式两类。,2.6.3,可编程序控制器,(PLC),2.PLC,的软件结构,可编程控制器的软件可分为系统软件、编程软件和应用软件三部分。,（,1,）系统软件,（,2,）编程软件,（,3,）应用软件,2.6.4,运动控制器,1.,运动控制器分类,(1),基于计算机标准总线的运动控制器,这种运动控制器大都采用,DSP,或微机芯片作为,CPU,，具有开放体系结构，以,PC,机作为信息处理平台，运动控制器以插卡形式嵌入,PC,机，即,“,PC+,运动控制器,”,的模式。这样将,PC,机的信息处理能力和开放式的特点与运动控制器的运动轨迹控制能力,有机地结合在一起，具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制准确、通用性好的特点。可完成运动规划、高速实时插补、伺服滤波控制和,PLC,功能，它开放的函数库可供用户根据不同的需求，在,DOS,或,WINDOWS,等平台下自行开发应用软件，组成各种控制系统，如美国,Delta Tau,公司的,PMAC,多轴运动控制器和固高公司的,GT/GH,系列运动控制器等。,伺服电机,PMAC,卡,驱动器,A B C,接口板,A,B,C,编码器,.,机械,I/O,软件接口,图,2-51,开放式结构的运动控制系统示意图,(2)Soft,型开放式运动控制器,这种运动控制器提供给用户最大的灵活性，它的运动控制软件全部装在计算机中，,而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部,I/O,之间的标准化通用接口,。就像计算机中可以安装各种品牌的声卡、,CDROM,和相应的驱动程序一样。用户可以在,WINDOWS,平台和其他操作系统的支持下，利用开放的运动控制内核，开发所需的控制功能，构成各种类型的高性能运动控制系统，从而提供给用户更多的选择和灵活性。基于,Soft,型开放式运动控制器开发的典型产品有美国,MDSI,公司的,Open CNC,、德国,PA,（,Power Automation,）公司的,PA8000NT,。美国,Soft SERVO,公司的基于网络的运动控制器和固高科技公司的,GO,系列运动控制器产品等。,Soft,型开放式运动控制的特点是开发、制造成本相对较低，能够给予系统集成商和开发商更加个性化的发展。,(3),嵌入式结构的运动控制器,这种运动控制器是把