第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)技術(shù)

1、2.1.1 2.1.1 總線的定義、層次結(jié)構(gòu)及種類總線的定義、層次結(jié)構(gòu)及種類SMEMRSBHESMEMWIOWIORMEMRMEMWIOCHRDYMASTERMSMCS16IOCS160WSIOCHCHKl ：0 0等待信號(hào)。等待信號(hào)。l ：I/OI/O通道檢驗(yàn)錯(cuò)誤信號(hào)。通道檢驗(yàn)錯(cuò)誤信號(hào)。lCLKCLK：系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。：系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。 PCI(Peripheral Component Interconnect) PCI(Peripheral Component Interconnect)是美國(guó)是美國(guó)SIG(Special Interest Group of Association for SI

2、G(Special Interest Group of Association for Computer Machinery)Computer Machinery)集團(tuán)推出的集團(tuán)推出的6464位總線。該總線的最高總位總線。該總線的最高總線頻率為線頻率為33MHz33MHz，數(shù)據(jù)傳輸率為，數(shù)據(jù)傳輸率為80Mby/s(80Mby/s(峰值傳輸率為峰值傳輸率為133Mby/s)133Mby/s)。 是一種不依附于某個(gè)具體處理器的局部總線。它是在是一種不依附于某個(gè)具體處理器的局部總線。它是在CPUCPU和原來(lái)的系統(tǒng)總線之間插入的總線，由橋接電路實(shí)現(xiàn)對(duì)這一和原來(lái)的系統(tǒng)總線之間插入的總線，由橋接電路實(shí)現(xiàn)對(duì)

3、這一層的管理。層的管理。 2.其它性能其它性能A A0 0A A9 91010根地址線，利用根地址線，利用 、 信號(hào)控信號(hào)控制對(duì)端口的讀寫，利用制對(duì)端口的讀寫，利用AENAEN信號(hào)控制非信號(hào)控制非DMADMA傳送。傳送。 IOWIOR 原理：當(dāng)原理：當(dāng)S S在上時(shí)，輸出上為在上時(shí)，輸出上為1 1，下為，下為0 0。 當(dāng)當(dāng)S S按下時(shí)，因?yàn)殒I的機(jī)械特性，使按鍵因抖動(dòng)而產(chǎn)按下時(shí)，因?yàn)殒I的機(jī)械特性，使按鍵因抖動(dòng)而產(chǎn) 生瞬間不閉合，造成生瞬間不閉合，造成R-SR-S觸發(fā)器輸入為雙觸發(fā)器輸入為雙1 1，故狀態(tài)，故狀態(tài) 不改變。不改變。零交叉電路在交流電過(guò)零時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，減少干擾。 圖圖2-19 PCL

4、-7302-19 PCL-730板卡組成框圖板卡組成框圖程序設(shè)計(jì)舉例程序設(shè)計(jì)舉例( (基地址設(shè)為基地址設(shè)為220H)220H)：PCL-730PCL-730板卡的開關(guān)量輸入板卡的開關(guān)量輸入/ / 輸出都只需要二條指令就可以完輸出都只需要二條指令就可以完成。成。C C語(yǔ)言程序如下：語(yǔ)言程序如下：outportb(0 x220outportb(0 x220，Ox55) Ox55) outportb(Ox221outportb(Ox221，0 x55)0 x55)inportb(Ox220) inportb(Ox220) inportb(Ox221)inportb(Ox221)匯編語(yǔ)言程序如下：匯編

5、語(yǔ)言程序如下：MOV DXMOV DX， 220H220HMOV ALMOV AL， 55H55HOUT DXOUT DX， ALALMOV DXMOV DX， 221H221HOUT DXOUT DX， ALALMOV DXMOV DX， 220H220HIN ALIN AL， DX DX MOV AHMOV AH， ALALMOV DXMOV DX， 221H221HIN ALIN AL， DXDX100,132RRRRRttRtRPt00)()(1000RCD4051原理圖原理圖 12minmaxnyyq1002ADft圖圖2-36 PCL-813B2-36 PCL-813B數(shù)據(jù)采集卡組

6、成框圖數(shù)據(jù)采集卡組成框圖 PCL-813B PCL-813B 的寄存器地址的寄存器地址（1 1）寄存器地址分配）寄存器地址分配（2 2）寄存器格式）寄存器格式2.2.程序設(shè)計(jì)舉例程序設(shè)計(jì)舉例 PCL-813B A/D PCL-813B A/D 轉(zhuǎn)換基于查詢方式，由軟件觸發(fā)。轉(zhuǎn)換基于查詢方式，由軟件觸發(fā)。A/D A/D 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器被觸發(fā)后，利用程序檢查換器被觸發(fā)后，利用程序檢查A/DA/D狀態(tài)寄存器的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備位狀態(tài)寄存器的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備位（DRDY DRDY ）。如果檢測(cè)到該位為）。如果檢測(cè)到該位為“1”1”，則，則A/D A/D 轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。當(dāng)當(dāng)A/D A/D 轉(zhuǎn)換完成后；該位變?yōu)榈碗?/p>

7、平，此時(shí)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)可由程轉(zhuǎn)換完成后；該位變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)可由程序讀出。序讀出。 nREFOUTDVV21) 12()(1123132nREFOUTREFOUTDVVRRVRRV AD694 AD694是一種是一種4 420mA20mA轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器，適當(dāng)接線也可使其輸出范圍為適當(dāng)接線也可使其輸出范圍為0 020mA20mA。 輸出范圍：輸出范圍：4 420mA,020mA,020mA20mA。輸入范圍：輸入范圍：0 02V2V或或0 010V10V。 電源范圍：電源范圍：+4.5+4.536V36V。 可與電流輸出型可與電流輸出型D/AD/A轉(zhuǎn)換器直接配合轉(zhuǎn)換器直接配合使用，實(shí)現(xiàn)程控電流

8、輸出。使用，實(shí)現(xiàn)程控電流輸出。 具有開路或超限報(bào)警功能。具有開路或超限報(bào)警功能。 電流輸出型電流輸出型D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器直接配合使用，換器直接配合使用，實(shí)現(xiàn)程控電流輸出。實(shí)現(xiàn)程控電流輸出。圖圖2-47 PCL-7262-47 PCL-726板卡組成框圖板卡組成框圖2. D/A 2. D/A 轉(zhuǎn)換程序流程轉(zhuǎn)換程序流程D/A D/A 轉(zhuǎn)換程序流程如下（以通道轉(zhuǎn)換程序流程如下（以通道1 1為例）：為例）：（1 1）選擇通道地址）選擇通道地址n=1n=1（n=1n=16 6）。）。（2 2）確定）確定D/AD/A高高4 4位數(shù)據(jù)地址（基地址位數(shù)據(jù)地址（基地址+00+00）。）。（3 3）置）置 D/A D

9、/A高高4 4位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)(D3(D3DO DO 有效有效 ) )。（4 4）確定）確定D/AD/A低低8 8位數(shù)據(jù)地址（基地址位數(shù)據(jù)地址（基地址+01+01）。）。（5 5）置）置 D/AD/A低低8 8位數(shù)據(jù)并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。位數(shù)據(jù)并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。3. 3. 程序設(shè)計(jì)舉例程序設(shè)計(jì)舉例PCL-726 PCL-726 的的D/A D/A 輸出、數(shù)字量輸入等操作均不需要狀態(tài)查詢，輸出、數(shù)字量輸入等操作均不需要狀態(tài)查詢，分辨率為分辨率為1212位，位，000H000H0FFFH0FFFH分別對(duì)應(yīng)輸出分別對(duì)應(yīng)輸出0%0%100%100%，若輸出，若輸出50%50%，則對(duì)應(yīng)的輸出數(shù)字量為，則對(duì)應(yīng)的輸出數(shù)字量為7

10、FFH7FFH，設(shè)基地址為，設(shè)基地址為220H220H，D/AD/A通道通道l l輸出輸出50%50%。C C語(yǔ)言參考程序段如下：語(yǔ)言參考程序段如下：outportb ( 0 x220 , 0 x07 ) / D/A outportb ( 0 x220 , 0 x07 ) / D/A 通道通道l l 輸出輸出50% 50% outportb ( 0 x221 , 0 xff ) outportb ( 0 x221 , 0 xff ) 匯編語(yǔ)言參考程序如下：（基地址為匯編語(yǔ)言參考程序如下：（基地址為220H 220H ）：）：MOV ALMOV AL， 07H 07H ；D/A D/A 通道通道

11、l l 輸出輸出50%50% MOV DX MOV DX， 0220H0220H OUT DX OUT DX， ALALMOV DXMOV DX， 0221H0221H MOV AL MOV AL， 0FFH0FFH 基于基于RS-485RS-485的分布式測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的分布式測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 RS-485 RS-485串行總線由于平衡差分傳輸特性具有的干擾性好、串行總線由于平衡差分傳輸特性具有的干擾性好、傳輸距離遠(yuǎn)傳輸距離遠(yuǎn) 、有較大級(jí)聯(lián)能力等特點(diǎn)，非常適合于組成工業(yè)級(jí)、有較大級(jí)聯(lián)能力等特點(diǎn)，非常適合于組成工業(yè)級(jí)的多機(jī)通信系統(tǒng)。的多機(jī)通信系統(tǒng)。智能遠(yuǎn)程智能遠(yuǎn)程I/OI/O模塊是傳感器和執(zhí)行機(jī)

12、構(gòu)到計(jì)算機(jī)的多功模塊是傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)到計(jì)算機(jī)的多功能遠(yuǎn)程能遠(yuǎn)程I/OI/O單元，專為惡劣環(huán)境下的可靠操作而設(shè)計(jì)。單元，專為惡劣環(huán)境下的可靠操作而設(shè)計(jì)。內(nèi)置的微處理器，嚴(yán)格的工業(yè)級(jí)塑料外殼，使其可以獨(dú)內(nèi)置的微處理器，嚴(yán)格的工業(yè)級(jí)塑料外殼，使其可以獨(dú)立提供智能信號(hào)調(diào)理、立提供智能信號(hào)調(diào)理、I/OI/O隔離、模擬量隔離、模擬量I/OI/O、數(shù)字量、數(shù)字量I/OI/O、數(shù)據(jù)顯示和串行數(shù)字通信接口。數(shù)據(jù)顯示和串行數(shù)字通信接口。遠(yuǎn)程遠(yuǎn)程I/OI/O模塊可以安裝在現(xiàn)場(chǎng)，就地完成模塊可以安裝在現(xiàn)場(chǎng)，就地完成A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換、I/OI/O操作及脈沖量的計(jì)數(shù)、累計(jì)等操作，以通信方式和計(jì)算操作

13、及脈沖量的計(jì)數(shù)、累計(jì)等操作，以通信方式和計(jì)算機(jī)交換信息，構(gòu)成數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。機(jī)交換信息，構(gòu)成數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。通過(guò)采用通過(guò)采用RS-485RS-485中繼器，可以將多達(dá)中繼器，可以將多達(dá)256256個(gè)遠(yuǎn)程模塊連個(gè)遠(yuǎn)程模塊連接到接到RS-485RS-485網(wǎng)絡(luò)上，或者將最大通信距離延伸到網(wǎng)絡(luò)上，或者將最大通信距離延伸到10km10km。 典型的遠(yuǎn)程典型的遠(yuǎn)程I/OI/O模塊有研華公司的模塊有研華公司的ADAM-4000ADAM-4000系列、研發(fā)公系列、研發(fā)公司的司的DAC-8000DAC-8000系列、研祥公司的系列、研祥公司的Ark-14000Ark-14000系列以及威達(dá)公司系列以及威達(dá)

14、公司的牛頓的牛頓-7000-7000系列。系列?？删幊炭刂破鞯慕Y(jié)構(gòu)形式分為整體式和模塊式兩類?？删幊炭刂破鞯慕Y(jié)構(gòu)形式分為整體式和模塊式兩類。 伺服電機(jī)伺服電機(jī)PMACPMAC卡卡驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器A B C接口板接口板ABC編碼器編碼器. .機(jī)械機(jī)械 I/OI/O軟件接口軟件接口圖圖2-51 2-51 開放式結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖開放式結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖共模干擾示意圖共模干擾示意圖 對(duì)于存在共模干擾的場(chǎng)合，不能采用單端對(duì)地輸入方式，對(duì)于存在共模干擾的場(chǎng)合，不能采用單端對(duì)地輸入方式，此時(shí)的共模干擾電壓將全部成為串模干擾電壓，所以必須采此時(shí)的共模干擾電壓將全部成為串模干擾電壓，所以必須采用雙端輸

15、入不對(duì)地方式。用雙端輸入不對(duì)地方式。 Z ZS S、Z ZS1S1、Z ZS2S2為信號(hào)源為信號(hào)源U US S的內(nèi)阻抗的內(nèi)阻抗 Z ZC C、Z ZC1C1、Z ZC2C2為輸入電路的輸入阻抗。為輸入電路的輸入阻抗。共模干擾電壓共模干擾電壓U Ucmcm對(duì)兩個(gè)輸入端形成兩個(gè)電流回路，每個(gè)輸入對(duì)兩個(gè)輸入端形成兩個(gè)電流回路，每個(gè)輸入端端A A和和B B的共模電壓和兩個(gè)輸入端之間的共模電壓分別為：的共模電壓和兩個(gè)輸入端之間的共模電壓分別為：111ccscmAZZZUU222ccscmBZZZUU)(lg20dBUUCMRRncm MAX1232 MAX1232微處理器監(jiān)控電路給微處理器提供輔助功能以

16、微處理器監(jiān)控電路給微處理器提供輔助功能以及電源供電監(jiān)控功能。及電源供電監(jiān)控功能。MAX1232MAX1232通過(guò)監(jiān)控微處理器通過(guò)監(jiān)控微處理器系統(tǒng)電源系統(tǒng)電源供電及監(jiān)控軟件供電及監(jiān)控軟件的執(zhí)行，來(lái)增強(qiáng)電路的可靠性，它提供一的執(zhí)行，來(lái)增強(qiáng)電路的可靠性，它提供一個(gè)反彈的個(gè)反彈的( (無(wú)鎖的無(wú)鎖的) )手動(dòng)復(fù)位輸入。手動(dòng)復(fù)位輸入。 另外常用的集成電路還有另外常用的集成電路還有X5045X5045、IMP813IMP813等。等。MAX1232引腳圖MAX1232內(nèi)部原理圖監(jiān)控電路監(jiān)控電路MAX1232MAX1232的典型應(yīng)用的典型應(yīng)用 從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過(guò)程，包括：從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的

17、全過(guò)程，包括： 1 1、輸入濾波器：其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過(guò)濾，同時(shí)、輸入濾波器：其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過(guò)濾，同時(shí)也阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。也阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。 2 2、整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直、整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級(jí)變換。流電，以供下一級(jí)變換。 3 3、逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻、逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比開關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。越小。 4 4、輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要

18、，提供穩(wěn)定可靠的直、輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。流電源。各自的優(yōu)缺點(diǎn)：各自的優(yōu)缺點(diǎn)： 從防止噪聲角度看，串聯(lián)接地方式是最不適用的，由于地電從防止噪聲角度看，串聯(lián)接地方式是最不適用的，由于地電阻阻r r1 1、r r2 2和和r r3 3是串聯(lián)的，所以各電路間相互發(fā)生干擾是串聯(lián)的，所以各電路間相互發(fā)生干擾 。 并聯(lián)接地方式在低頻時(shí)是最適用的，因?yàn)楦麟娐返牡仉娢恢徊⒙?lián)接地方式在低頻時(shí)是最適用的，因?yàn)楦麟娐返牡仉娢恢慌c本電路的地電流和地線阻抗有關(guān)，不會(huì)因地電流而引起各電路與本電路的地電流和地線阻抗有關(guān)，不會(huì)因地電流而引起各電路間的耦合。這種方式的缺點(diǎn)是需要連很多根地線，用起來(lái)比較麻間的耦合。這種方式的缺點(diǎn)是需要連很多根地線，用起來(lái)比較麻煩