《工业PC及测控系统》-教学讲稿

《工业PC及测控系统》教学讲稿1课程概述：介绍一门培养电气工程与自动化人才的新课程和与之配套的实验系统。目的是使学生获得IPC（IndustrialPersonalComputer工业PC机，其应用极为广泛，尤其在电力系统中）及其在工业测控系统中应用的基本知识。以IPC为中心构成工业测控系统，在此基础上介绍IPC的基本概念，C语言编程和各种接口模板的基本结构、工作原理和使用方法。本课程特别强调建立系统概念，在实际装置的基础上，描述了单CPU系统在MROS（MultitaskReal-timeOperatingSystem多任务实时操作系统）管理下的任务调度及多任务并发操作，介绍如何设计在IPC测控系统上运行调度程序，包括基本概念和编程思路。这也是本课程的特点之一。在工科大学开设介绍工业控制计算机（尤其是IPC）方面的实用课程是非常必要的，而且必须配合强有力的、接近实际应用的实验手段；把多任务实时操作系统的基本概念、多任务并发操作的概念以及测控系统的概念生动、形象、具体地融合在实验和课程中。IPC（工业PC）？IPCIndustrialPersonal

ComputerIPCIndustrialPersonal

ComputerPCPersonal

Computer恶劣的工业现场办公室，家庭恶劣的工业现场办公室，家庭PCPC的强大的人力、物力和现有技术，以及潜在的人力、物力和技术，IPC都可以享用。2为什么要开设《IPC及测控系统》这门课程一门全新的课程Z80时代MCS-51单片机流行时PLC在市场上崭露头角时80X86IPC及其构成的测控系统，早就在测控领域大显身手，但是在大专院校中几乎没有“反响”：几乎没有相应的教材；几乎没有相应的实验装置；几乎没有相应的课程！我们希望能够开设出具有特色的课程，设计并制作配套的实验系统2）一门十分有特色的课程工科学生把计算机用在工业测控现场中，存在两方面的困难：（1）何快速地构成一个测控系统的硬件环境？（2）何快速地完成相应的软件？市场上已有各种商品化的工业控制机、各种过程I/O模板（板卡）（1）如何快速构成一个测控系统的硬件环境？（1）如何快速构成一个测控系统的硬件环境？开关量模板开关量模板定时器/计数器模板定时器/计数器模板模拟量模板工控机模拟量模板工控机驱动模板驱动模板信号调理模板信号调理模板通信模板通信模板搭积木构成硬件环境这项工作简化为：根据现场需要选购工控主机和I/O模板（2）如何快速完成相应的软件？（1）“软件文学（2）如何快速完成相应的软件？学文学的三步曲：熟读优秀范文、模仿范文写作文，创作。“软件文学”的三步曲：熟读典型的（当然也是入门的）测控程序、上机运行；模仿编写或改动这些程序；自己创作编写测控程序。（2）“组合软件”尽可能选用现成的程序，把现成程序作适当的修改，暂不涉及作为自己程序的一部分暂不涉及（3）利用高性能的开发工具和平台如：组态软件，LabVIEW…..。*C语言用于测控领域的一次实践*为使用商品化的多任务实时操作系统、组态软件、LabVIEW等工业软件和开发平台奠定一点基础3）形成“计算机测控系统系列化课程”本课程与《C程序设计》，《计算机软件基础》，《计算机技能训练1》，《计算机硬件基础》，《单片机原理及应用》，《电子技术综合设计》等课程，形成计算机测控系统系列化课程。而本课程在一定程度上，起着“承上启下”的作用。下图可以给出一个大致的说明：研究生课程实验基地C程序设计培养硕士生的基地研究生课程实验基地C程序设计培养硕士生的基地电子技术综合设计《IPC及测控系统》IPC实验室电子技术综合设计《IPC及测控系统》IPC实验室计算机技能训练1计算机技能训练1课程设计，毕业设计单片机原理及应用计算机硬件基础课程设计，毕业设计单片机原理及应用计算机硬件基础（1）在学习《C程序设计》后，补充一些作图函数和相关内容，即可在《计算机技能训练1》中，完成《IPC及测控系统》课程中所需的测控图形画面；补充访问接口的函数及相关知识，也就具备了本课程的数据采集和控制编程基础。（2）《计算机硬件基础》为本课程打下了硬件基础（包括：CPU，接口，总线，接口芯片）。这样，本课程既以前面的三门课程为支撑，又为它们提供了综合应用的环境。（3）本课程完成后，又作为其后的计算机类课程和教学环节的基础：*与《单片机原理及应用》配合，介绍以单片机为前台机、IPC为后台机的两级DCS系统；*与《电子技术综合设计》配合，介绍并实际完成多机测控；*以IPC为平台，完成课程设计和毕业设计（如：在IPC测控系统中的直流机控制，步进机控制，谐波分析，在电力系统中的应用…..。）。IPC系统IPC系统主机RS-232/RS-485转换器RS-232/RS-485转换器RS-485RS-232/RS-485转换器RS-232/RS-485转换器RS-232/RS-485转换器RS-232/RS-485转换器RS-232/RS-485转换器RS-232/RS-485转换器工业PC从机3号工业PC从机2号工业PC从机1号实验箱实验箱实验箱工业PC从机3号工业PC从机2号工业PC从机1号实验箱实验箱实验箱由四台IPC构成的两级DCS实验系统研究生的教学和研究基地利用本课程提供的硬件和软件环境，提供作为研究生的任选课和完成课题的基地，如：Linux在IPC测控系统中的应用，LabVIEW在IPC测控系统中的应用…..等。3这门课程讲什么？IＰＣ及测控系统是一个广阔的领域涉及到多方面的知识IＰＣ及测控系统是一个广阔的领域涉及到多方面的知识总线接口技术传感技术通信技术，控制方法编程技术多任务实时操作系统……主题？建立系统概念从什么角度切入？从具体应用这一角度切入4学生实验用的实验系统实验系统介绍IPC直流机测量电路步进机IPC直流机测量电路步进机驱动电路LCD开关量接口模板扩展插口24-位开关量信号线16-位LED16-位LED24-24-位开关量信号线16路模拟量信号源16位模拟量信号线A/DD/A模板16路模拟量信号源16位模拟量信号线A/DD/A模板16位开关量信号源定时器/计数器模板16位开关量信号源定时器/计数器模板测试插口定时/计数信号线测试插口定时/计数信号线IPC实验箱IPC主机JP5JP5JP4JP6P09P10P11P12P13P14P15P16P01P02P03P04P05P06P07P08S2-1S2-2S2-3S2-4S2-5S2-6S2-7S2-8JP2S1-1S1-2S1-3S1-4S1-5S1-6S1-7S1-8key变压器LCD步进机开入开出模板LCD步进机信号线直流机直流机LED组2LED组1开入开出模板LED组2LED组1信号线模入模出模板信号线定时/计数模板信号线IPC实验箱简介:*提供16个开关量（S1-1~S1-8,S2-1~S2-8）和16个模拟量(P01~P16),用以模拟一个小型电站的电气信号；*提供16个LED和1个2X16的LCD作为输出显示；*提供一个模拟的温度测控子系统（步进机控制子系统）；*一个直流机控制子系统；一个交流信号源；*4个D型插座，与IPC主机连接;*3个D型插座，作为扩展口，完成实际传感器信号的输入和对实际执行机构的控制。对外提供24条开入/开出引线、16路A/D输入引线、2路D/A输出引线、1路计数脉冲输入引线；一个20条插针的信号观测点，供示波器观测整个系统中各种重要信号。IPC测控系统框图小型电站模拟量信号温度测量子系统小型电站模拟量信号温度测量子系统温度信号CPU板通讯接口硬盘接口软盘接口光盘接口通讯接口硬盘接口软盘接口光盘接口CPUPII128CPUPII128M打印机接口模入/模出模板485485ISA总线IRQ2定时器/计数器模板1OUT22OUT21CLK02OUT11CLK12OUT21CLK02OUT11CLK1开入/开出模板1PA1PB2PB2PA开入/开出模板1PA1PB2PB2PA2PC52PC6小型电站开关量信号源8888小型电站开关量信号源LED2组步进步进PWMLED2组脉冲回送脉冲脉冲温度测量子系统步进机及驱动电路直流电机及测速子系统温度测量子系统步进机及驱动电路直流电机及测速子系统LED1组正反转控制LED1组则重点：软件则重点：软件主要工作:运行示范程序，以熟悉和学习I/O模板、测控环节、编程思路和方法。按自己的意图修改示范程序、模仿编写程序。3、用一个简化的多任务实时操作系统把14个任务程序有机地组合成所谓“管控一体化运行软件”，在系统上运行。供学生实验用的工业ＰＣ机测控系统电路原理图16LEDLCDRSR/W16LEDLCDRSR/WED016路开入PIN4PIN91PA1PB1PC01PC11PA1PB1PC01PC11PC22PA开入/开出模板2PB1PC71PC6A/DD/A模板16路+5V74LS194100+12Vch0：ch15DA0DA1VccDSLAQABQBCQCDQDMRDSRch0：ch15DA0DA1VccDSLAQABQBCQCDQDMRDSRS0CLKS11673KA：315B414A0.0475133KB脉冲源12k612脉冲源129O108254_1或32GATE0CLK0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT2或32GATE0CLK0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT2CLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLKCLK0GATE0OUT0CLK1GATE1OUT1CLK2GATE2OUT2PIN5步进机停止控制或32PIN9或32PIN10事件计数OIPC步进脉冲IRQ2IPCPC7PC6PC5PC4PC3PC2PC1PC7PC6PC5PC4PC3PC2PC1+5V+12V.+*1K1N4001*LED7404_OOTIP122100直流电机轴上的带孔园盘+5V+5V开入/开出模板8255_2红外红外探测器+5V+5V+5V35841LED38414358410.047+12K5610K22050K--820K22K71.8K39K1/67414*任务程序1）、三个定时任务：0点制表，8点制表，16点制表。2）、四个周期任务：*每10ms对16个开关量采样一次，并启动8个LED(组1)闪烁一次。*每秒对16个模拟量采样一次，并启动8个LED（组2）闪烁一次。*每250毫秒测量一次直流机的转速并按设定值调整转速，在屏幕上显示速度值和偏差值。*每0.5秒对温度测控子系统的温度值采样一次，控制步进机按采样结果正转或反转若干步，并在屏幕上显示步进方向和步数。3）、六个键盘任务：a键---把模拟量采样结果在屏幕上排列显示。s键---把开关量采样结果在屏幕上排列显示。d键---小型电站电气主接线图各模拟量的动态显示。t键---小型电站电气主接线图各开关量的动态显示。m键---直流机运行速度曲线的动态显示。b键---步进机变速运行速度曲线q键---退回到TurboC集成开发环境。4)、一个北京时间显示任务：在每一画面上均有北京时间的动态显示。简化的多任务实时操作系统+14个任务有机地组合为所谓“管控一体化运行软件”多任务并发运行过程：从容调度，井然有序；实时处理，面面俱到。频率f（步/秒）频率f（步/秒）FHF0步数步进机变速运行速度曲线35335535kV3513521B2B635636635163526.3kVⅠ6.3kVⅡ63116321633163416316326336344F3F1FF4F3F1FF2F转/分转/分tt直流机运行曲线5．教学实践读程序、上机运行程序和模仿编写程序;认真了解主机、I/O模板、步进机和直流机的驱动电路以及一些接口芯片;学习多任务并发操作的基本概念和任务调度程序的编写。*重视实验：这是一门实践性很强的工程技术课程，认真上机实践以强实战能力。*时间安排，18学时讲课，18学时实验。*“集中优势兵力”**不平均分配时间**对于重点和难点，重点讲解；**对于“轻点”和“易点”，少讲、自学。其它：考试方法：开卷。熟悉和理解教材内容、熟悉方法。实验安排时间学时数内容第一次2学时系统运行演示，复习作图程序第二次4学时开关量采集及处理第三次4学时模拟量采集及处理第四次4学时步进机（直流机）控制第五次4学时实时多任务系统接口函数、字符屏幕和图形函数选用什么函数？补充接口函数和图形函数先介绍一些在本课程中使用最频繁的TurboC函数。关于第一次实验2.1.接口函数与常用函数介绍inportb()2.outportb()clrscr()4.getch()kbhit().6.printf()puts().8.fprintf()scanf()10.gotoxy()11.delay()12.sound()1.inportb()原型：inportb(intport);头文件：dos.h说明：此函数在输入接口控制时使用，从port所指的输入端口读取1字节的数据，返回值为所读取到的数据。inport()则为读取2个字节。输入口地址实例：Main(){unsignedcharc;c=inportb(0x222);printf("data=%02x",c);}2.outportb()原型：voidoutportb(intprot，unsignedcharvalue)；头文件：dos.h说明：此函数将一字节的数据输出到port所指的输出端口。实例：输出口地址Main(){outportb(0x280,0xff)}其它函数，包括字符屏幕函数和图形函数自己看讲义。通过第一次实验来学习、复习其中涉及到的图形函数。第一次实验：P28~P45的图形程序实验预习：阅读讲义上给出的源程序和注释，不清楚的地方查讲义的相关部分。上机操作：编辑、编译、运行，以了解如何使用各个函数；然后通过修改函数的参数以加深对各个函数的理解。补充：TurboC作图基础1、TurboC为用户提供了功能很强的作图软件库，称为BorLand图形接口（BorLandGraphicsInterface）——BGI图形库文件（图形库文件（graphics.lib）图形头文件（graphics.h）多种图形显示器的驱动程序字符集的字体驱动程序BGI包括.BGI包括*编写图形程序时用到的图形库函数都在graphics.lib中*执行库函数所需的有关信息则包括在graphics.h中象素和坐标象素、象点*组成图形的最小单位*象素在屏幕上的数目越多，分辨率越高。图形显示的坐标（倒置的直角坐标系）分辨率为640X480绝对坐标分辨率为640X480。（0，0）。（0，0）（320，240）（639，479）。。。。。。相对坐标（200，50）（200，50）（320，240）（400，150）。。（0，0）（0，0）（200，100）。。以(200，50)象元点上为左上角，(400，150)象元点为右下角的图形窗口，红色为相对坐标.图形显示器与适配器*待显示的字符和图形均以数字形式储存在存储器中，而显示器需要的是模拟信号*适配器的作用：把以数字形式表示的待显字符和图形储存在适配卡上的VRAM（VisualRAM）中，再将其变为视频模拟信号送显示器数字形式模拟信号CRT显示控制器VRAM图形CRT显示控制器VRAM图形控制器主机适配器*显示器的种类不同，相应的适配器也不同*显示器工作方式：文本方式（字符方式），图形显示方式4．TurboC支持的适配器和图形模式P22表2-2gdrivergraphicdriver图形驱动器表2-2中的图形驱动器符号常数赋给gdrivergmodegraphicmode图形模式表2-2中的图形模式符号常数赋给gmode5．图形系统的初始化*编制图形程序，进入图形方式之前，应首先对图形系统进行初始化用什么类型的图形适配器的驱动程序用什么类型的图形适配器的驱动程序？采用什么模式的图形方式？适配器驱动程序的寻找路径？例如：对于EGA、VGA图形适配器，就应当调用驱动程序：EGAVGA.BGI图形系统初始化要解决的问题图形系统初始化要解决的问题P21~22例2-1：例2-1：使用图形初始化函数设置VGA高分辨率图形模式#include<graphics.h>main()intgdriver,gmod;gdriver=VGA;/*采用VGA图形驱动器程序*/gmode=VGAHI;/*选VGA高分辨率图形模式，表2-2VGAHI：16色，640X480分辨率*/initgraph(&gdriver,&gmode,c:\\tc):/*沿C：根tc的路径寻找并执行初始化相关的程序*/：：问题：*编程者不知道所用的图形显示器适配器种类，怎么办？*需要把编写的程序用于不同图形驱动器，怎么办？无法书写无法书写gdriver和gmode即：无法给这两个变量赋值6．图形系统检测函数*TurboC提供了一个自动检测显示器硬件的函数（detectgraph）以完成对适配器的检测并得到显示器的类型号和相应的最高分辨率模式*detectgraph函数把检测到的显示器类型赋给gdriver，把该类型适配器支持的最高分辨率模式赋给gmode例：：intgdriver,gmode;detectgraph(&gdriver,&gmode);/*自动测试硬件*/initgraph（&gdriver,&gmode,“C:\\tc”）;/*根据测试结果进行图形初始化*/*TurboC允许作如下的简化intgdriver=DETECT,gmode;initgraph(&gdriver,&gmode,c:\\tc);我们在进行初始化时，就采用此法7.建立独立图形运行程序*不需要TurboC环境的支持，可在DOS下独立运行*仅需做以下工作：TurboC中规定用下述步骤(这里以EGA、VGA显示器适配器为例)：1）在C：\TC子目录下输入命令：BGIOBJEGAVGA此命令将驱动程序EGAVGA.BGI转换成EGAVGA.OBJ的目标文件。2）在C：\TC子目录下输入命令；TLIBLIB\GRAPHICS.LIB+EGAVGA此命令的意思是将EGAVGA.OBJ的目标模块装入GRAPHICS.LIB库文件中。3）在程序中initgraph()函数调用之前加上一句：registerbgidriver(EGAVGA_driver);该函数告诉链接程序在链接时把EGAVGA的驱动程序装入到用户的执行程序中。经过上面处理，编译链接后的执行程序可在任何目录或其它兼容机上运行。假设已作了前两个步骤，若再加入registerbgidriver()函数,则变成：例2-4：#inclde<graphics.h>main()intgdriver=DETECT,gmode;registerbgidriver(EGAVGA_driver);/*建立独立图形运行程序*/initgraph(&gdriver,&gmode,c:\\tc);bar3d(50,50,250,150,20,1);；画长方体getch();closegraph();上例编译链接后产生的执行程序可独立运行。第三章开关量输入/输出模板及其应用通读：通读：5.15.25.3开关量I/O模板介绍杂志的广告页、各个公司的产品资料上可以查到各种模板的有关信息杂志的广告页、各个公司的产品资料上可以查到各种模板的有关信息电子技术应用工业控制计算机测控技术微型计算机计算机工程：网上补充：关于开关量采集及处理的基本知识判断开关变位的快速方法*规定断开0闭合1旧态：上一次采样时开关的状态新态：本次采样时开关的状态*方法：仅用“异或”（^）和“与”（&）操作，即可确定一组开关（8个）是否发生了变位以及发生了何种变位：1001判断开关变位逻辑操作表开关旧态SO开关新态SN是否变位SX=SO^SN断开(1-0)SX&SO闭合(0-1)SX&SN00110101011000100100异或结果为1，必有变位异或结果为1，必有变位异或结果同新态进行“异或结果同新态进行“与”操作，为1，闭合异或结果同旧态进行“与”操作，为1，断开一、带光隔离的开关量I/O模板（P68）图5-3是某公司的商品化的开关量I/O模板。（一）概述：本接口板符合PC总线标准，可在各种PC/386、486、586、Pll、Plll等机型上工作。输入输出采用光电隔离技术，隔离耐压为500V。输入\出各16路，每8路分为一组，每组共用一根地线。本板高抗干扰，高可靠性，操作简便，适用于各种现场测控。（二）主要性能指标：1、输入部分：输入通道:16路，分为两组，每组8路共用一根地线。输入电压：3~50V输入电流：5~10mA隔离耐压：两组之间隔离耐压<500V，输入与主机之间隔离耐压<500V。2、输出部分：输出通道:16路，分为两组，每组8路共用一根地线。输出状态：上电截止态、输出保持式。输出方式：集电极开路式。输出负载电流：<1500mA（可直接驱动中间继电器）输出负载电压：3~50V隔离耐压：两组之间隔离耐压<500V 输出与主机之间隔离耐压<500V（三）本板输出插头引线排布如下图：O11~O18为第一组输出，共用地线GNDO1；O21~O28为第二组输出，共用地线GNDO2；I11~I18为第一组输入，共用地线GNDI1；I21~I28为第二组输入，共用地线GNDI2。373:8位锁存器。输入开关信号光隔离373245PC数据线245：8位双向驱动器。PC数据线245245光隔离开关量输出8路开关量输入8路开关量输入8路开关量输出8路开关量输出8路光隔离8路光隔离8路光隔离8路光隔离8路光隔离8路光隔离8路光隔离8路光隔离8888输出2组245输出1组245输出2组245输出1组245输入2组373输入1组3738译码逻辑缓冲器译码逻辑缓冲器SW1SW1地址选择开关地址选择开关……数据线A9A8A7A6A5…A1APC总线图5-3某成品开关量I/O模板电路框图（四）使用方法：1、板（基）地址及板内地址：(P69)本板用I/O方式寻址； 当A0为“0”时，选择第一组输出或 当A0为“1”时，选择第二组输出或A1、A2、A3定义为“0”：A4、A5定义为“1A6、A7、A8、A9由用户选择，其状态用开关SW1各位的状态确定。当开关掷“ON”时，对应地址为“1”；当开关掷“OFF”时，对应地址位为“0本板可以选择的口地址与对应操作如下表：设定用户自选设定用户自选A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0IORIOW口地址对应操作1111110000103F0写第一组输出1111110001103F1写第二组输出1111110000013F0读第一组输入1111110001013F1读第二组输入通过设置四个开关还可以有其它的口地址。3、C编程举例：（设基地址为230H）#include<stdio.h>#defineaddrg10x230 /*定义开关1组地址*/#defineaddrg20x231 /*定义开关2组地址*/unsigedcharsd1,sd2;/*变量sd1：存放开关1组8位开关量新态*//*变量sd2：存放开关2组8位开关量新态*/main(){sd1=inportb(addrg1); /*读入开关入1组新态并赋给变量sd1*/sd2=inportb(addrg2); /*读入开关入2组新态并赋给变量sd2*/outportb(addrg1,sd1); /*把读入的1组状态送开关输出1组*/outportb(addrg2,sd2); /*把读入的2组状态送开关输出2组*/}三、可编程芯片的开关量I/O模板图5-7是WJ-KG48开关量I/O模板原理图，可在各种PC/386，486，586，Pll，Plll等机型上工作。本课程中有关开关量I/O的所有实验均在本板上完成。元件面元件面26插针8255_126插针8255_12525D8255_28255_1D8255_28255_2头（26）（26）头母公（一）主要性能：48通道，可由用户自行设定输入/输出，通过两个25针D型插座引出PA0—PA7PB0—PB7PC0—PC7GNDPin1—Pin8Pin9—Pin16…Pin17—Pin24Pin25（二）使用方法：1）本板口地址通过GAL译码确定，现已设定为280H––287H。2）C程序举例。开关量I/O模板实验1，2，3，4，5。3）使用本板必须了解8255，请复习。4）工控机实验箱中，开入/开出模板上所需的无抖动开关信号，由图5-9所示电路提供，按键开关上带有一个LED，以显示开关的通断。本模板在实验系统中的作用，可参看图1-5，1-6。24路开关量24路开关量入/出PAPBCS8255(2)PCRDWRA1A0D0….D7284H~287H8PAPA8255（1）PBCSPCRDWRA1A0D0..D724路开关量入/出280H~283H280H~283HCS2CS1CS2CS1A1，A0确定片内地址A1，A0确定片内地址GAL16V8GAL16V8A2..A9AENIORIOW.A1A0D0….D7PC总线图5-7开关量I/O模板WJ-KG48的内部结构A9:::::::::::::A2A10100000001PA10100000011PB10100000101PC1010000011控制280H~283H寄存器280H~283HA9:::::::::::::A2A10100001002PA10100001012PB10100001102PC1010000111控制284H~287H寄存器284H~287HLED组1LED组1PAPBCS.PC,PC8255_28255_2284H285H286H287HLEDLED组2*控制定时/计数器模板上8254的GATE引脚*控制步进机的正反转*控制定时/计数器模板上8254的GATE引脚*控制步进机的正反转8路开关量输入PAPB8路开关量输入PAPBCS.PC8255_18255_1280H281H282H283H8路开关量输入8路开关量输入LCD控制。LCD控制。或门控制按键开关开关量信号:未按下“0”按下“1”1PA1PB12开关量信号:未按下“0”按下“1”1PA1PB+5V45+5VLED窗口1k678O+5V1kO图5-9向开入/开出模板提供无抖动开关信号的电路图+5v为0，发光为1，熄灭为0，发光为1，熄灭2PA0….2PA72PB0……2PB7图5-10开入/开出模板的输出信号驱动LED第四节开关量采集及处理实验注意：由于在本实验系统中，已经把8255_1的A口和B口（1PA和1PB）与16位开关连接在一起了，同时也把8255_2的A口和B口（2PA和2PB）与16位LED连接在一起了，所以在实验中只能把注意：由于在本实验系统中，已经把8255_1的A口和B口（1PA和1PB）与16位开关连接在一起了，同时也把8255_2的A口和B口（2PA和2PB）与16位LED连接在一起了，所以在实验中只能把1PA和1PB设为输入口，而把2PA和2PB设为输出口。一、开关量采集及处理实验1（一）实验目的1）学习在IPC测控系统中开关量的采集和输出；2）学习开关量I/O板卡的使用方法。（二）实验步骤1）对实验1源程序进行编辑、编译、连接、运行，通过预习和实验过程读懂全部程序。2）在程序处于运行过程中，调整各个开关（S1-8～S1-1，S2-8～S2-1），观察现象。3）把采集到的开关量信号取反后输出，观察现象。4）注意：由于在本实验系统中，已经把8255_1的A口和B口（1PA和1PB）与16位开关连接在一起了，同时也把8255_2的A口和B口（2PA和2PB）与16位LED连接在一起了，所以在实验中只能把1PA和1PB设为输入口，而把2PA和2PB设为输出口。5）在本实验的基础上，自行构思修改方案、改编程序、调试并运行。（三）实验结果屏幕上用两位16进制数显示16位开关当前状态,LED也显示16位开关当前状态，改变开关状态,屏幕和LED的显示随之作相应改变。例如:开关组1（S1-8～S1-1）设置：闭，断，闭，断，闭，断，闭，断。开关组2（S2-8～S2-1）设置：断，闭，断，闭，断，闭，断，闭。则CRT（实线）上显示如图5-12所示。16个LED的状态是：灭，亮，灭，亮，灭，亮，灭，亮，亮，灭，亮，灭，亮，灭，亮，灭。CRTCRTCRTCRTNo.0断开No.1闭合No.2断开No.0断开No.1闭合No.2断开No.3闭合No.4断开No.5闭合No.6断开No.7闭合开关输入组1状态AAH开关输入组2状态55HCPU板卡CPU板卡ISA总线1PA0开入/开出板卡：1PA0开入/开出板卡：1PA72PB0:1PA0~1PA71PB0~1PB72PB7.↖↖L16去抖动电路去抖动电路去抖动电路………..S1-1S2-8图5-12实验1，实验2原理及显示简图二、开关量采集及处理实验2（一）实验目的1）复习开关语句switch（）的使用。2）学习在开关量处理过程中switch（）的作用。（二）实验步骤1）对实验2源程序进行编辑、编译、连接、运行，通过预习和实验过程读懂全部程序。2）不改变变量sd1之值，运行程序，观察结果；3）调整变量sd1的值，观察结果。（三）实验结果本实验中，开关量信号不是从实验箱中取得，而是由实验者自己设定，例如，给sd1赋值为aaH，则屏幕上出现如图5-12中CRT（虚线）所示的信息。/*开关量I/O模板实验3*/本实验程序较为复杂，为阅读方便先给出实验程序的流程图，见图5-13。读入开关1，2组开闭状态读入开关1，2组开闭状态①1组有变位开关N②1组有变位开关N2组有无变位开关Y2组有无变位开关1组有闭合开关Y③NNY1组有闭合开关.2组处理.2组处理1组有断开逐位查找8个开关中有哪些闭合，确定分支变量Y⑤N1组有断开逐位查找8个开关中有哪些闭合，确定分支变量⑥逐位查找8个开关中有哪些断开，确定分支变量逐位查找8个开关中有哪些断开，确定分支变量进入处理闭合的CASE④进入处理闭合的CASE结束结束进入处理断开的CASE进入处理断开的CASE8个开关查完8个开关查完8个开关处理完NY8个开关处理完NY实现流程图各框内功能的应用语句①sd1=inportb(PA1_addr)；/*读入1组的8位开关新态*/sd2=inportb(PB1_addr)；/*读入2组的8位开关新态*/②sd1xor=sd1^old_sd1；/*“新”、“旧”异或操作，判断1组有无开关变位？*/if(sd1xor==0)gotogroup2；/*异或结果为0，组1无变位查组2*/elsegotock1close；/*有变位，查组1闭合开关*/③sd1c=sd1xor&sd1；/*“异或结果”、“新”与操作判断1组有无开关闭合？*/if(sd1c!=0)gotobitclose1；/*结果不为0，有闭合开关，转，逐位查找有多少闭合开关*/elsegotock1open；/*无，查组1断开*/④bitclose1:for(x=0；x<=7；x++；)/*8次循环，确定开关组1有哪些开关闭合*/{sd=sd1c&0x01；/*每一位开关状态均移入D0位来判断*/if(sd==0)gotorot1c；/*此位未闭合，转*/elsei=x；/*此位闭合，循环变量赋给分支变量i*/switch(i)/*以下是8个处理闭合的分支程序*/{case0::case7}rot1c:sd1c=sd1c>>1；/*把某一位开关是否闭合的判据移入D0*/}gotock1open；/*8位已经处理完毕，查组1断开情况*/⑤sd1o=sd1xor&old_sd1；/*“异或结果”、“旧态”进行与操作，组1有无断开开关？*/if(sd1o!=0)gotobitopen1；/*有，转。逐位查找8位开关中有哪些断开*/elsegotogroup2；/*组1闭合、断开已经处理完毕转查组2*/⑥bitopen1:for(x=0；x<=7；x++)/*8次循环，确定开关组1有哪些开关断开，以确定进入相应的断开case*/{sd=sd1o&0x01if(sd==0)gotorot1oelsei=x/*此位断开，循环变量赋给分支变量i*/switch(i)/*以下是8个处理断开的分支程序*/{case0::case7}rot1o:sd1o=sd1o>>1；/*把某一开关是否断开的判据移入D0*/}gotogroup2；/*组1已经处理完毕，查组2*/在标号中：“1”，“2”分别表示开关1组、2组；close,c表示“闭合”；open,o表示“断开”*整个程序的大结构main（）{while(1);/*while循环*/{判断是否退出while循环开关量采集判变位在屏幕上显示某一开关的当前状态}/*while循环结束*/}/*main函数结束*/（一）实验目的1）进一步学习开关量I/O板卡的使用方法；2）动态采集开关信号，应用switch（）进行简单处理；3）为实验5打下基础。（二）实验步骤1）对实验3源程序进行编辑、编译、连接、运行，通过预习和实验读懂全部程序。2）在程序运行的情况下，改变实验箱上S1-1~S1-8开关的开、闭状态，观察结果；3）模仿实验3源程序编写处理S2-1~S2-8的程序并调试、运行。（三）实验结果本实验中，开关量信号从实验箱中采集，然后仅对所采集到的开关信号作简单处理：如果使实验箱中的S1-1闭合，则屏幕上显示“S1-1闭合”；如果使实验箱中的S1-7断开，则屏幕上显示“S1-7断开”…。四、开关量采集及处理实验4（一）实验目的1）动态采集开关信号，用动画方式显示开关的当前状态；2）为实验5打下基础。（二）实验步骤1）对实验4源程序进行编辑、编译、连接、运行，通过预习和实验读懂全部程序。2）在程序运行的情况下，改变实验箱上S1-1~S1-8开关的开闭状态，观察结果；3）模仿实验4源程序编写处理S2-1~S2-8的程序并调试、运行。（三）实验结果本实验对所采集到的开关信号作简单的动画处理：运行程序，平面上排列出8个开关的图形，改变实验箱上开关的开闭状态则屏幕上的开关图形随之作相应的变化。例如：使实验箱中的S1-1~S1-4断开，S1-5~S1-8闭合，则屏幕上出现如图5-14所示的图形。图5-14实验4画面五、开关量采集及处理实验5整个程序的大结构main（）{subdl（）；/*调子程序绘制电气主接线图*/while(1);/*while循环*/{subtime();/*调子程序，在屏幕正上方显示时间*/判断是否退出while循环开关量采集判断开关变位情况开关量在电气主接线图上的动态显示}/*while循环结束*/}/*main函数结束*/voidsubtime()/*自定义函数，显示北京时间*/{:}voidsubdl()/*自定义函数，绘制电气主接线图*/{：}（一）实验目的1）学习在IPC测控系统中开关量采集和处理；2）学习开关量信号的采集及其在小型电站的电气主接线图上的动态显示。（二）实验步骤1）对实验5程序进行编辑、编译、连接、运行，通过预习和实验读懂全部程序。2）在程序运行的情况下，改变实验箱上S1-1~S2-8开关的开、闭状态，观察结果；（三）实验结果运行本程序，在计算机屏幕上将出现一个小型电站的电气主接线图，如图1-7所示。该图表明：与1号、2号发电机，1号主变压器相关的所有断路器和隔离开关都断开了，其余各个断路器和隔离开关都闭合。改变实验箱上各开关的开闭状态（模拟电站的开关信号），则电气主接线图上的断路器或隔离开关的开闭状态随之作相应的变化，各断路器或隔离开关的变位时间同时显示在相应器件的旁边,北京时间在屏幕正上方动态显示。.╳╳353355（35kV）.╳╳3513521B2B.╳….╳6356366362（6.3kVⅠ）（6.3kVⅡ）6311.6321.63316341.╳631.╳632.╳633...╳6343F3F4F2F1F4F2F1F图1-7小型电站电气主接线图第四章模拟量板卡及其应用6.1一、A/DD/A子系统的组成模拟量输入/输出是工业测控系统的重要组成部分，也是微型机与控制对象之间的一种非常重要的接口方式。V/I变换功率放大隔离V/I变换功率放大隔离滤波保护隔离线性化补偿放大滤波保护隔离线性化补偿放大图6-1典型工业测控系统应强调信号调理的特殊地位，信号调理部分的成本几乎占整个系统硬件成本的40%左右！应强调信号调理的特殊地位，信号调理部分的成本几乎占整个系统硬件成本的40%左右！二、A/D模板的主要指标①输入信号量程：0~5V，0~10V，±2.5V，±5V，±10V，4mA~20mA，即所能转换的电压（电流）范围。②分辨率：对输入电压微小变化响应能力的度量。有8、10、12、16位之分，分辨率越高，转换时对输入模拟信号变化的反应就越灵敏。8位分辨率表示可对满量程的1/256的增量作出反应。以5V为例：输入每变化19.53mV，输出数字量变化一个最低有效位。12位分辨率表示可对满量程的1/4096的增量作出反应。以5V为例：输入每变化1.22mV，输出数字量变化一个最低有效位③精度：指转换的结果相对于实际值的接近程度。精度是指准确度，而分辨率是指灵敏度。这是两个指标概念，例如分辨率即使很高，但由于温度漂移、线性不良等原因使得精度并不相应很高。④转换时间和转换速率：转换时间定义为A/D转换器完成一次完整的测量所需的时间。即：从启动A/D转换器开始转换到输出端输出相应的数字量所需的时间。不同的A/D芯片有不同的转换时间：毫秒、微秒甚至纳秒。转换速率为转换时间的倒数，如30000采样点/秒，50000采样点/秒，甚至最高达20~200M采样点/秒。⑤输入信号类型：电压或电流环；单端输入或差分输入。⑥输入通道数：有8路或16路单端/差分通道，与扩充端子板连接后可扩充至128路输入。⑦可编程增益：1~1000增益系数编程选择。⑧支持软件：性能良好的模板还应支持多种应用软件和带有多种语言的接口及驱动程序。⑨智能化板卡：为提高数据传输速率，有的产品，如CONTEC公司的ADC100板卡，上面带有DMA（直接内存存取方式）功能。有的板卡上带有CPU，以提高采集、处理和传输速度。了解以上指标后对选购合适的A/D模板大有裨益了解以上指标后对选购合适的A/D模板大有裨益三、A/D的输入/输出1.输入电压的范围和极性单极性：0~+5V，0~+10V，0~+20V双极性：±5V，±10V2.输入模拟量与输出数字量的关系（以12位A/D为例）①单极性0~5V输入电压转换数据HexD11D10D9D8D7D6D5