第1章计算机控制系统的基本概念

1、第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 第第1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 1.1 自动控制系统的基本概念自动控制系统的基本概念 1.2 计算机控制系统的一般构成计算机控制系统的一般构成 1.3 微机控制系统的分类微机控制系统的分类1.4 计算机控制系统的发展计算机控制系统的发展1.5 工业控制机的组成及特点工业控制机的组成及特点1.6 工业控制机的总线结构工业控制机的总线结构 第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 1.1 自动控制系统的基本概念自动控制系统的基本概念 古典控制理论：- 20世纪40年代发展起来；-

2、 频率法（幅频特性和相频特性）和根轨迹法（稳定性分析）；- 适于单输入单输出的线性自动控制系统；现代控制理论：为数字计算机应用于自动控制领域创造了条件 - 20世纪60年代逐渐形成；- 以状态空间法为基础；- 适于多输入多输出的多变量系统、非线性系统、系统参数随时间变化的时变系统、分布参数控制系统以及最优控制系统等。 第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 ug12uaijn3 直流电动机转速控制系统 ugn功 率放 大 器直 流电 动 机工 作机 械直流电动机转速控制系统原理图 当电动机的负载转矩变化很小，系统元件特性比较稳定时，所示的控制系统可以满足预期的要求。否

3、则，电动机的实际转速与期望值相比将有较大的误差。为了克服或减小负载转矩变化对转速的影响，可以采用干扰补偿的办法，但是，采用干扰补偿的系统一般不能解决由于元件特性不稳定所产生的输出误差。第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 带偏差控制作用的速度控制系统 功 率放 大 器uguaijnub测 速 发 电 机 n干 扰 转 矩n功 率放 大 器直 流电 动 机工 作机 械加 法 器ug测 速发 电 机带偏差控制作用的速度控制系统原理图带偏差控制作用的速度控制系统则可以减小或消除由各种因素所引起的转速变化。第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 随

4、动控制系统示意图 uaijnuecuur12ri减速器输入轴输出轴rue电位器(比较器)放大器电动机减速器uac随动系统的原理图（例：轮船主机转速控制）第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 自动控制系统的基本组成 控 制 装 置干扰给定值(参考输入)偏差(误差)被控量(输出) 被控对象检测装置控制器放大元件执行机构反馈控制装 置第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 自动控制系统的类型： 恒值系统：给定值是恒定值（轮船主机定速控制）； 随动系统：给定值(控制指令)是事先未知的时间函数的系统称为随动系统（火炮控制）；程序控制系统：控制指令已预

5、先知道的系统（自动包装线）； 自动调节系统或镇定系统：如前面所示的带偏差控制作用的速度控制系统是根据偏差产生控制作用，对系统进行自动调节，使被控量保持恒定的（商店室温控制）。第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 自动控制的基本方式： 开环控制：被控量(输出)不影响系统控制的控制方式称为开环控制（打出去的炮弹）；给定值被控量控制器执行机构被控对象 当被控对象或控制装置受到干扰，或者在工作过程中元件特性发生变化而影响被控量时，系统不能进行自动补偿，被控制精度难以保证。但是由于结构比较简单，在控制精度要求不高或者元件工作特性比较稳定而干扰又很小的场合应用比较广泛。第第1

6、1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 闭环控制：被控量参与系统控制。干 扰给 定 值被 控 量控 制 器执 行机 构被 控对 象检 测装 置闭环控制从原理上提供了实现高精度控制的可能性，它对控制元件的要求比开环控制的低。但与开环控制系统相比，闭环控制系统设计比较麻烦，结构也比较复杂，因而成本较高。闭环控制是自动控制中广泛采用的一种控制方式。当控制精度要求较高，干扰影响较大时，一般都采用闭环控制。第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 对控制系统的基本要求：稳定性：系统被控量偏离给定值而振荡时，系统抑制振荡的能力；快速性：被控量趋近希望值的快慢程度；

7、精确性：过渡过程结束后，被控量与希望值接近的程度。(a)(b)(c)(d)x(t)10ty(t)10ty(t)10ty(t)10t12第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 1.2 计算机控制系统的一般构成计算机控制系统的一般构成计算机给定值被控量数 字控制器模/数转换数/模转换执行机构被控对象检测装置计算机控制系统的结构与前面介绍的反馈控制系统十分相似，只是将控制器由数字控制器来实现，就组成了一个典型的计算机控制系统（火焰切割机）第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 计算机控制系统的控制过程包括以下四个方面： (1)实时数据采集：对被控制

8、量的瞬时值进行检测，并且将采样结果输入到计算机； (2)实时决策：对输入的实时给定值与被控量的数值进行处理后，按照预先规定的控制规律进行运算，称为(实时)决策； (3)实时控制：根据实时决策结果，适时地对执行装置发出控制信号；(4) 信息管理：结合网络技术和控制策略，实现信息共享和管理（例如：数据库技术）。测、算、控、管第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 实时满足实时性：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间(采样间隔)内完成。实时控制：计算机能够在工艺要求的时间范围内及时对被控参数进行测量、计算和控制输出。在线 在线方式：生产过程与计算机直接相接并受控于计算机

9、，也称为联机方式；离线方式：生产过程不与计算机相接且不受控于计算机，而靠人联系并实施操作，也称为脱机方式；实时控制系统必定是在线系统第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 计算机控制的优点： (1)可以消除常规模拟调节器的许多难以克服的缺点，如不存在模拟调节器的漂移问题，参数整定范围宽，可以数字滤波等；(2)使用灵活，便于实现特殊的控制规律，如修改部分程序就能改变调节规律，而无需改变硬件设备，甚至可以在线改变控制方案。因而可以在不增加硬件设备的情况下逐步提高控制水平。(3)具有增加控制回路而不会显著地增加费用的特点，还可实现打印、制表、报警、显示等附加功能。 第第1

10、1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 计算机控制系统的组成计算机系统硬件：过程相关设备：传感器、执行器软件：控制软件及系统软件；*计算机通信网络：*其它设备：操作台、检测设备等；在各种计算机控制系统中，几乎都是以微处理器为核心器件，因此计算机控制系统一般就是指微机控制系统。第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 计算机系统硬件：各种工业控制计算机、可编程逻辑控制器(PLC)等 1)计算机主机： CPU+存储器；2)接口：并行接口、串行接口和管理接口(包括中断管理、直接存取DMA管理、计数/定时等)；3)输入/输出通道：计算机和生产过程之间信息传递和

11、交换的连接通道，这就是输入/输出通道，又称过程通道；一般包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、开关量输入通道和开关量输出通道；过程通道不能直接由主机控制，必须由接口传送相应的信息和命令；4)通用外围设备：键盘、鼠标等常用输入设备，显示器、打印机、记录仪等常用输出设备，磁盘、光盘等存储设备；第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 过程相关设备1) 传感器：工业对象的过程参数一般是非电物理量，必须经过传感器(又称一次仪表)变换为等效的电信号。在微机控制系统中，为了收集和测量各种参数，广泛采用了各种检测元件和仪表，它们的主要功能是把被检测的参数由非电量转换为电量。这些信号转换

12、成统一的微机标准电平后再送入微机。检测元件精度的高低直接影响微机控制系统的精度。2) 执行器：为了控制生产过程，需要有执行机构。常用的执行机构有电动、液动和气动等形式。动力电机和控制电机也是经常用到的执行机构； 第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 软件软件是指能完成各种功能的微机程序的总和，如操作系统、监控程序、管理程序、控制程序、计算和自诊断程序等。1) 系统软件： DOS，Windows，Windows NT，UNIX等操作系统和专业化的软件工作平台（如汇编、编译等语言加工软件软件和控制系统的编程软件等）；2) 应用软件和数据库：应用软件是用户根据要解决的实际

13、问题而编写的各种程序。在微机控制系统中，每个控制对象或控制任务都配有相应的控制程序，用这些控制程序来完成对各个控制对象的不同要求。在平衡系统硬件和软件的性能和功能时，只有当确定系统硬件后，才能确定如何配制软件。只有软件和硬件相互有机配合，才能充分发挥微机的优势，研制出完善的微机控制系统。 第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 1.3 微机控制系统的分类微机控制系统的分类按照功能结构对计算机控制系统分类1) 数据采集和监视系统（安防系统）2) 直接数字控制系统(DDC)（数控机床）(Direct Digital Control) 3) 微机监督控制系统(SCC)（锅炉

14、） (Supervisory Computer Control)4) 集散控制系统(DCS) (Distributed Control System)及分级控制系统5) 现场总线控制系统(FCS)（PROFIBUS）(Fieldbus Control System)6) 计算机控制网络 第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 数据采集、处理系统 制 表显 示报 警主 计 算 机A/D转换采样/变换并行接口被 控 对 象对大量的过程参数进行定时巡回检测、数据记录、数据计算、数据统计和处理、参数的越限报警及对大量数据进行积累和实时分析，按要求定时制表、打印或将数据处理的结

15、果记录在外存储器中，作为资料保存和供分析使用，最终对指导生产过程发挥一定作用。第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 DDC系统框图 给定值显示/打印/记录DDC计算机接 口接 口输入通道检 测输出通道执行机构被 控 对 象计算机参加闭环控制过程。用一台微机对多个被控参数进行巡回检测，将检测结果与设定值进行比较，再根据规则进行控制运算，最后输出到执行机构对生产过程进行控制，使被控参数稳定在给定值上。计算机可完全取代模拟调节器，实现多回路的PID调节，且不需改变硬件，只通过改变软件就可有效实现较复杂的控制算法。第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本

16、概念 在DDC方法中，对生产过程产生直接影响的被控参数给定值是预先设定的，这个给定值不能根据过程条件和生产工艺信息的变化及时修改，因此DDC方式无法使生产过程处于最优工况。监督控制(SCC)中的计算机根据工艺信息和其它参数，按照描述生产过程的数学模型或其它方法，自动改变模拟调节器或者DDC系统的给定值，从而使生产过程始终处于最优工况(如最低消耗、最低成本、最高产量等)。由于其作用是改变给定值，所以又称SCC为给定值控制SPC(Set Point Control)。第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 微机对各物理量进行巡回检测并接收管理命令，按照一定的数学模型计算并

17、输出给定值到模拟调节器。此给定值在模拟调节器中与检测值进行比较，其偏差值经模拟调节器计算后输出到执行机构，从而调节生产过程。由此系统可以根据生产情况的变化，不断改变给定值，达到实现最优控制的目的。该种系统特别适合老企业的技术改造工程，能够充分利用原有的模拟调节器，又可实现最优控制。第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 两级微机控制系统，一级为监督级SCC，二级为控制级DDC。SCC的作用与SCC+模拟调节器中的SCC一样，用来计算最佳给定值，SCC与DDC之间通过接口进行信息联系。直接数字控制器DDC用来把给定值与测量值(数字量)进行比较，其偏差由DDC进行数字计算

18、，并实现对各个执行机构的调节控制作用。当DDC级计算机出现故障时，可由SCC计算机完成DDC的控制功能。控制系统可靠性提高，使用更加灵活。第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 DCS系统框图 检测控制基 本调节器监督计算机CRT操纵台高速数据通道基 本调节器被控对象检测控制被控对象DCS采用分散控制和集中管理的控制理念与网络化的控制结构，灵活地将控制设备、服务器、基础自动化单元等联系在一起。从综合自动化角度出发，按功能分散、危险分散、管理集中和应用灵活等原则进行设计，具有高可靠性能，便于维修与更新。它以系统最优化为目标，以微处理机为核心，与数据通信技术、CRT显示、

19、人机接口技术和输入/输出接口技术相结合，广泛用于数据采集、过程控制和生产管理第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 分级控制系统框图被 控 对 象检 测控 制设 备 级DDC管 理 指 令到 主 管 部 门 数 据销 售 订 货 等 数 据市 场 动 向 信 息到 其 他 工 厂 生 产 运 输 指 令存 储 数 据来 自 其 他 工 厂 生 产 和 库 存 信 息企 业 级 经 营 管 理 计 算 机工 厂 级 集 中 监 督 计 算 机车 间 级 监 督 计 算 机车 间 级 监 督 计 算 机检 测被 控 对 象检 测控 制设 备 级DDC检 测微机控制系统不但

20、包含控制的功能，而且还包含生产管理和指挥调度的功能。第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 计算机控制网络 SCn： 卫 星 计 算 机CC中 央计 算 机SC4SC5SC6SC1SC2SC3由一台中央计算机(CC)和若干台卫星计算机(SC)构成计算机网络，中央计算机配置了齐全的各类外围设备，各个卫星计算机可以共享资源，网络中的设备以及其他资源可以得到充分利用。各个卫星机按照不同单元的功能要求由不同的微处理机进行操作控制；中央计算机用于协调各卫星机之间的工作，并实现生产过程监督控制功能，还能进行最优化计算和计划、调度、库存管理等工作。第第1 1章章 计算机控制系统的基

21、本概念计算机控制系统的基本概念 按照控制规律对计算机控制系统分类1) 程序控制和顺序控制：程序控制是指被控量按照预先规定的时间函数变化，被控制量是时间的函数；顺序控制则可以看作是程序控制的扩展，在各个时期所给出的设定值可以是不同的物理量，而且每次设定值的给出，不仅取决于时间，还取决于对以前的控制结果的逻辑判断。2)比例积分微分控制(简称PID控制)：调节器的输出是调节器输入的比例、积分、微分的函数。3)有限拍控制：有限拍控制的性能指标是调节时间最短，要求设计的系统在尽可能短的时间里完成调节过程。有限拍控制通常在数字随动系统中应用。4)复杂规律的控制：针对生产过程的实际情况引入的各种复杂规律的控

22、制，如串级控制、前馈控制、纯滞后补偿控制、多变量解耦控制以及最优、自适应、自学习控制等。5)智能控制：人工智能、运筹学和控制理论相结合实现的综合自动化系统。第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 1.4 计算机控制系统的发展计算机控制系统的发展计算机技术的发展过程1) 开创时期(19551962)2) 直接数字控制时期(19621967)3) 小型计算机时期(19671972)4) 微型计算机时期(1972)第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 计算机控制理论的发展过程1) 采样定理；2) 差分方程；3) Z变换法；4) 状态空间理论；5)

23、 最优控制与随机控制；6) 代数系统理论；7) 系统辨识与自适应控制；第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 微机控制系统的发展1) 成熟先进技术的推广(PLC、智能调节器、DCS、FCS)2) 智能控制系统研究（人工智能、模糊控制、神经网络）3) 微机控制系统深入发展第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 微机控制系统之成熟先进技术的推广- 普及应用PLC- 广泛使用智能调节器- 采用新型DCS和FCS第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 微机控制系统之智能控制系统研究- 分级阶梯智能控制系统- 模糊控制系统-

24、专家控制系统- 学习控制系统- 神经控制系统第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 微机控制系统之深入发展- 系统辨识（建立模型）- 最优估计（状态变量的估计）- 最优控制（控制参数的最优选择）第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 系统辨识工业过程的数学模型可通过过程的机理分析或实验测试的方法获得，分别称为机理模型和实验模型。系统辨识把工业过程看作“黑盒子”，仅凭借过程的输入输出的测试数据，应用数学方法决定模型的结构和参数。若机理建模提供了模型的结构，测试数据只决定其中的未知参数，则称为参数识别或参数估计。适应性控制就是当系统特性随着负荷、

25、物料性质和操作条件的改变而改变时，为了达到系统的最优控制，要随时改变控制结构与参数，以适应变化了的工况，保持给定的控制指标，因此要求在线实时识别过程模型，以新测数据为依据，用迭代方法为手段，不断更新模型的结构与参数。第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 最优估计工业过程中，除了可测的输入输出参数外，还有无法测量而又对过程操作具有重要意义的参数。现代控制理论引入了系统的状态空间与状态向量的概念，可通过适当选择，将那些不可测的变量定义为状态向量中的元素。状态估计就是以过程数学模型为基础，依据输入输出的在线测量数据来估计不可测的状态变量。对于随机过程，由于测到的输入输出信

26、息和模型本身都会被噪声污染，其真实状态的估计就是最优状态估计。第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 最优控制生产过程中，常会要求以最少的消耗(能量或物料)达到最大的实效。对于大型企业就存在大系统的最优控制问题。最优控制一般采用动态规划、变分法与极大值原理等方法。一个典型的高级控制系统可以过程模型为基础，包括在线参数估计、模型参数的自适应修正、卡尔曼滤波或状态估计的微机综合控制模式等。第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 1.5 工业控制机的组成及特点工业控制机的组成及特点工业控制机的硬件组成第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控

27、制系统的基本概念 系统支持. Watchdog：. 电源监测：MAX708. 掉电保护：电擦除可编程只读存储器EEPROM(X24F008)非易失性随机存储器NOVRAM(X20C04)非易失性数控电位器EEPOT(X9311)闪存器FLASH. 实时时钟：DS1287,DS12887第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 X25045 ：将可编程看门狗、电压监控、E2PROM集于一体的多功能芯片X25045有一个状态寄存器，可以用来提供X25045的状态信息以及设置块保护和看门狗的超时功能。WIP：写进程状态位；WEL：写使能锁存器的状态位；可以由指令进行复位和置位

28、操作。写使能锁存器被复位时向其写操作被禁止。BL0，BL1：确定E2PROM的块保护地址范围；WD0，WD1：看门狗超时功能设定位，可以设置不同的周期（典型值1.4 s、600 ms、200 ms）.当WD0和WD1同时为1时，功能被禁止。芯片引脚功能定义： 1 CS 芯片选择输入 2 SO串行输出 3 -WP写保护输入 4 Vss地 5 SI串行输入 6 SCK串行时钟输入 7 RESET 复位输出 8 Vcc电源电压第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 (1)串行输入子程序unsigned char X25045Rece() unsigned char idat

29、a i;/定义变量 unsigned char idata var=0; for (i=0;i8;i+) /8位带进位左移 var=1; /带进位左移 sck=1 ; sck=0; /产生SCK脉冲 if (so) var+=1; /SO移进位位 return(var); /返回(2)串行输出子程序void X25045Send(unsigned char var) unsigned char data i; for (i=0;i8;i+) / 8位字节输出 sck=0; / 使SCK为低 si=(var&0 x80)?1:0; / 输出高位 sck=1; / 使SCK为高 var=1; /

30、左移1位 si=0; / 清SI(3)看门狗复位程序void Reset()cs=1;cs=0;cs=1; /CS脉冲复位看门狗(4)写状态寄存器子程序void Xwrite(unsigned char var, add) sck=0; / 使SCK为低电平 cs=0; / 芯片选择有效 X25045Send(0 x02); / WREN指令 X25045Send(add); / 调输出子程序 X25045Send(var); / 调输出子程序 sck=0; / 使SCK为低电平 cs=1; / 芯片选择无效 X25045wip-poll(); /看门狗时限子程序(5)读状态寄存器子程序uns

31、igned char XBRead(unsigned char add) unsigned char data i; sck=0; / 使SCK为低电平 cs=0; / 芯片选择有效 X25045Send(0 x03); / READ指令 X25045Send(add); / 调输出子程序 i=X25045Rece(); / 调输入子程序 sck=0; / 使SCK为低电平 cs=1; / 芯片选择无效 return(i); / 返回第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 DS12887实时时钟(RTC)加RAM设计用于直接替代DS1287。在24引脚双列直插式封装中

32、整合了锂电池、石英晶体以及写保护电路，可替代典型应用中的16个元件。独特之处在于能在没有电源的情况下维持日历与存储信息。 直接替代IBM AT计算机时钟/日历 引脚与MC146818B与DS1287兼容 在没有电源的情况下，可以在10年工作中保持完全非易失 包含锂电池、石英晶体和支持电路的完备子系统 计算秒、分、时、星期、日、月、年信息，有效至2100年的闰年补偿 用二进制或BCD表示时间、日历和闹钟信息 配合AM、PM的12小时模式或24小时模式 夏令时选择 可选择Motorola或Intel总线时序 复用总线提高引脚利用率 软件接口类似128个RAM地址 14字节时钟与控制寄存器114字节

33、通用RAM可编程方波输出总线兼容的中断信号(/IRQ) 三路中断可分别通过软件屏蔽与检测 日历闹钟可设置为每秒一次至每天一次周期中断可设置在122ms至500ms时钟刷新结束UL认证 第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 磁盘接口- IDE(Integrated Drive Electronics):- ATA(AT Attachment) : defines the physical, electrical, transport, and command protocols for the internal attachment of storage device

34、s. - ATAPI (AT Attachment Packet Interface) :- SATA(Serial ATA):- SCSI(Small Computer System Interface):第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 IDE interface pin assignmentsAbout IDE第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 About Serial ATA第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 About SCSI第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念

35、工业控制机的软件组成第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 工业控制机的特点第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 1.6 1.6 工业控制机的总线结构工业控制机的总线结构总线就是一组信号线的集合，它定义了各引线的信号、电气和机械特性，使计算机内部各组成部分之间以及不同计算机之间藉此建立联系，实现信息通信。 独享共用！ 第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 Bus TypeBus WidthBus SpeedMB/secISA16 bits8 MHz16 MBpsEISA32 bits8 MHz32 MBpsVL-

36、bus32 bits25 MHz100 MBpsVL-bus32 bits33 MHz132 MBpsPCI32 bits33 MHz132 MBpsPCI64 bits33 MHz264 MBpsPCI64 bits66 MHz512 MBpsPCI64 bits133 MHz1 GBps内部总线：PC总线 早期PC总线对应8088CPU,为62线8位总线系统- ISA=Industry Standard Architecture- EISA=Extended Industry Standard Architecture - VL-bus=Vesa Local Bus (Vesa=Video

37、 Electronics Standards Association)- PCI=Peripheral Component Interconnect 第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 -ISA（industrial standard architecture）总线标准是IBM 公司1984年为推出PC/AT机而建立的系统总线标准，所以也叫AT总线。它是对XT总线的扩展，以适应8/16位数据总线要求。它在80286至80486时代应用非常广泛，以至于现在奔腾机中还保留有ISA总线插槽。ISA总线有98只引脚。 -EISA总线是1988年由Compaq等9家公司联合

38、推出的总线标准。它是在ISA总线的基础上使用双层插座，在原来ISA总线的98条信号线上又增加了98条信号线，也就是在两条ISA信号线之间添加一条EISA信号线。在实用中，EISA总线完全兼容ISA总线信号。 -VESA（video electronics standard association）总线是 1992年由60家附件卡制造商联合推出的一种局部总线，简称为VL(VESA local bus)总线。它的推出为微机系统总线体系结构的革新奠定了基础。该总线系统考虑到CPU与主存和Cache 的直接相连，通常把这部分总线称为CPU总线或主总线，其他设备通过VL总线与CPU总线相连，所以VL总线

39、被称为局部总线。它定义了32位数据线，且可通过扩展槽扩展到64位，使用33MHz时钟频率，最大传输率达132MB/s，可与CPU同步工作。是一种高速、高效的局部总线，可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔腾微处理器。 -PCI（peripheral component interconnect）总线是当前最流行的总线之一，它是由Intel公司推出的一种局部总线。它定义了32位数据总线，且可扩展为64位。PCI总线主板插槽的体积比原ISA总线插槽还小，其功能比VESA、ISA有极大的改善，支持突发读写操作，最大传输速率可达132MB/s，可同时支持多组外围设备。 PCI局部总线

40、不能兼容现有的ISA、EISA、MCA（micro channel architecture）总线，但它不受制于处理器，是基于奔腾等新一代微处理器而发展的总线。 上述几种系统总线一般都用于商用PC机中，在计算机系统总线中，还有另一大类为适应工业现场环境而设计的系统总线，如STD总线、 VME总线、PC/104总线、Compact PCI等 。第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 About PC/104: Bus Signal Assignments早期PC总线第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 About PC/104: Connec

41、tor Dimentions第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 PCI cards use 47 pins to connect (49 pins for a mastering card, which can control the PCI bus without CPU intervention).PCI-104不支持的部分About PCI: Pin ListCompact PCI是当今第一个采用无源总线底板结构的PCI系统，是PCI总线的电气和软件标准加欧式卡的工业组装标准，是当今最新的一种工业计算机标准。Compact PCI是在原来PCI总线基础上改造

42、而来，它利用PCI的优点，提供满足工业环境应用要求的高性能核心系统，同时还考虑充分利用传统的总线产品，如ISA、STD、VME或PC/104来扩充系统的I/O和其他功能。第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 About PCI: Application Structures第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 Plug and Play （PnP）PnP BIOS - The core utility that enables PnP and detects PnP devices. The BIOS also reads the ESC

43、D for configuration information on existing PnP devices. Extended System Configuration Data (ESCD) - A file that contains information about installed PnP devices. PnP operating system - Any operating system, such as Windows 95/98/ME, that supports PnP. PnP handlers in the operating system complete t

44、he configuration process started by the BIOS for each PnP device. About PCI: PnP第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 内部总线：STD总线 - 56根并行总线- 早期为8位总线系统，8根数据线/16根地址线-采用周期窃取和总线复用技术定义成16根数据线/24根地址线，升级为8位/16位微处理器兼容总线第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 About STD: Bus Signal Assignments第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基

45、本概念 About STD: Card Example第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 外部总线：计算机之间或计算机与其它智能设备之间的通信总线- RS232C串行通信总线:EIA(Electronic Industries Association) 1960年提出，最新版本为EIA232E(1991年)。RS232C规定通信距离不大于15m，通信速率不大于20kbps。- IEEE-488并行通信总线:HP公司1970年提出HP-IB(Hewlett-Packard Interface Bus)，1975年IEEE以此为基础制定IEEE-488标准接口总线(G

46、PIB: General-Purpose Interface Bus)。允许最多15台设备互连，总线长度不超过20m，传输速率500kbps，最大1Mbps。DTE Data Terminal EquipmentDCEData Communications Equipment 第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 About RS232第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 About RS232第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 -RS-232-C是美国电子工业协会EIA（Electronic Industr

47、y Association）制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232-C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的

48、电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。 -RS-485总线 。在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485 串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。 RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485 可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。 -IEEE-488总线 是并行总线接口标准。IEEE-488总线用来连接系统，如微计算机、数字电压表、数码显示器等设备及其他仪器仪表均可用IEEE-488总线装配起来。它按照位并行、字节串行双向异步方式传输信号，连接方式为总线方式，仪器设备直接并联于总线上而不需中介单元，但总线上最多可连接15台设备。最大传输距离为20米，信号传输速度一般为500KB/s，最大传输速度为1MB/s。 第第1 1章章 计算机控制系统的基本概念计算机控制系统的基本概念 其它串行设备总线-I2C（Inter-IC）总线10多年前由Philips公司推出，是近年来