计算机控制课件—计算机控制系统的硬件基础.pptx

过程通道与接口设计2.2第二章 计算机控制系统的硬件基础计算机控制系统的基本硬件基础12.13 2.1 计算机控制系统的基本硬件基础 如图2-1所示：图2-1 2.1 计算机控制系统的基本硬件基础计算机控制系统硬件设计与集成： 设计——MCU基本系统设计、过程通道接口设计、人机交互单元设计、网络通讯接口单元设计、电源系统设计的系统综合； 集成——MCU基本系统、过程通道接口、人机交互单元、网络通讯接口单元、电源系统的选择与集成设计。 2.1.1 计算机控制系统的基础单元 MCU基本系统: MCU、数据存储器、程序存储器、中断及中断管理、定时计数器、通用I/O接口、专用接口（A/D、D/A、PWM、I2C、SPI、UART、CAN、LAN等）。2.1 计算机控制系统的基本硬件基础 2.1.1 计算机控制系统的基础单元 MCU：微处理单元； 设计选择MCU的约束：计算处理能力、专业计算功能、内部资源配置、中断处理及服务能力、I/O接口配置（通用、专用接口）、内部存储资源、外部扩展能力、MCU架构、支持嵌入式操作系统与否、EMI能力等；存储器：程序存储器、数据存储器（动态/静态）、内部/外 部存储器； 设计中：根据数据任务的类型设计/选择传感器器件和电路；接口设计：是后续课程的重点；2.1 计算机控制系统的基本硬件基础 2.1.2 过程通道与接口过程通道：与工业现场被控对象/系统互动的专用 接口电路；包括：模拟量输入、开关量输入、脉冲量输入、模 拟量输出、开关量输出、脉冲量输出；前向通道：模拟量输入、开关量输入、脉冲量输入；后向通道：模拟量输出、开关量输出、脉冲量输出；2.1 计算机控制系统的基本硬件基础 2.1.3 人机交互接口人机交互：显示、声光报警、操作单元（键盘、触 摸屏、操作台、信息扫描输入单元）、打印机；2.1.4 网络通讯接口 计算机控制系统的上/下行信息通道；下行通讯接口：与智能传感器、智能执行机构、下 机控制系统信息交互的通道； 2.1 计算机控制系统的基本硬件基础 2.1.4 网络通讯接口上行通讯接口:与上级控制系统、管理系统、监控 系统等的信息交互通道；包括:各种类型的现场总线（MODBUS、PROFIBUS、 CAN、LONWORK、HART、FF等）、工业以太网、 IEE488仪表总线等2.1 计算机控制系统的基本硬件基础 2.1.5 电源系统电源系统：保障计算机控制系统各单元运行的独立 电源组；计算机控制系统内部核心与现场测控单元，从抗干 扰和抗冲击保护的要求需要进行电气隔离；隔离后 的接口电路之间通常也需进行电气隔离；2.1 计算机控制系统的基本硬件基础 过程通道：模拟量输入、开关量输入、脉冲量输入、 模拟量输出、开关量输出、脉冲量输出； MCU/CPU组成的微机核心与过程通道的接口设计方式： 1、过程通道测控接口+通用I/O； 2、过程通道测控接口+MCU内置I/O；2.2 过程通道与接口设计 MCU/CPU对过程通道I/O的寻址方式： 1、查询方式：无条件查询、有条件查询； 2、中断方式：过程通道接口外部出发MCU/CPU中断； 过程通道利用MCU的内部中断资源（如A/D、D/A、PWM等）； 2.2 过程通道与接口设计工控系统的“数字量”:计算机控制系统外部装置通过计算机 的I/O接口输入到计算机的数字信号、开关量信号；开关量：只有两个状态（开/关、高电平/低电平，逻辑上为 0/1）的状态信号；开关量传感器：光电开关、接近开关、行程开关、限位开关、 温度开关、压力开关、液位开关、流量开关、 控制按钮等；2.2.1 数字量量输入输出通道设计 2.2 过程通道与接口设计开关量输入传感器的特点：通常具有机械抖动；通常远离计算机控制主机；可能耦合抢点信号；输入形式多样化： 机械触点； 电信号：电压式/电流式、有源/无源PNP/NPN式；2.2.1 数字量量输入输出通道设计2.2.1.1 开关量输入接口设计 2.2 过程通道与接口设计 如图2.2-1所示；2.2.1 数字量量输入输出通道设计2.2.1.1 开关量输入接口设计图2.2-1机械触电开关有源无源 2.2 过程通道与接口设计开关量输入电路设计须解决的问题：信号的电气隔离；信号的区抖动；输入信号类型的适应与匹配；与M