机电一体化原理与应用PPT教程-第五章.ppt

 5.1概述 一、工业控制机的定义 工业控制机是以微处理器为核心，专为现场过程控制和机械制造程序控制而设计的计算机，简称“工控机”。 二、工业控制机的组成 1）加固型工业机箱。 2）工业电源。 3）主机板。主机板是工控机的核心部件 4）软盘。 5）硬盘。 6）各类输入输出接口模板。 7）显示器。 8）键盘。 9）鼠标。 三、机电一体化中的计算机分类 1、总线式工控机 IBM-PC总线工控机；STD总线工控机；Multibus工控机。 2、可编程控制器（PLC） 3、单片机 5.1.1 工业控制机的主要特点 工业控制机与信息处理机相比较，具有以下特点。 1）丰富的过程输入/输出功能 2）实时性 3）高可靠性 ●低故障率(MTBF):平均故障间隔时间不低于数千甚至上万小时； ●短的故障修复时间（MTTR）； ●运行效率高：一定时间内，运行时间占整个时间的比率一般要求99％以上。 4）环境适应性 5）丰富的应用软件 6）技术综合性 5.1.2开放式体系结构和总线结构 1、开放式体系结构 1）开放式体系结构特点： 向未来的VLSI开放 向不同用户层次开放； 向用户的特殊要求开放 2）优点： a)将系统分为若干硬件和软件模块，用这些功能模块可以迅速配套成各种用途的应用系统，简化设计工作，缩短设计周期 b)对功能模块可以组织批量生产，使质量稳定并降低成本。结构灵活，便于更新和扩充，使系统适应性强(系统升级比较方便) c)维修方便，大量采用集成芯片，更换时间大大缩短。 2、系统总线（bus） 1）总线的定义 一组信号的集合，是一种传送规定信息的公共通道，也称为数据公路 通过它可以把各种数据和命令传送到各自要去的地方。 2）作用 在计算机领域，总线是通信的工具和手段，包括不同计算机之间，或一台计算机内部各组成部分之间的信息传递。 3）组成 地址总线、数据总线和控制总线。 ◆数据总线 数据总线传递的是数据信息。 通常8位微处理器有8位数据总线，16位微处理器有16位数据总线，32位的微处理器有32位数据总线。 数据总线在其两个端点都有箭头，这意味着数据可以向不同的方向传输，可以输入处理器，也可以从处理器输出。 但是在任何给定时刻，数据流只能往一个方向传送。 数据总线的走向是由地址总线和控制总线控制。 ◆地址总线 地址总线是单向的。 微处理器用地址确定与之通信的外部硬件。 每一个存储单元有一个地址，每一个接口也有一个地址。 8位微处理器通常有16位地址线，具有64K个地址， 16位微处理器有16至24位地址线，它可以访问64K至16M个地址。 ◆控制总线 控制总线是用来确定数据总线上信息流时间序列的。 当微处理器要输出一个数据时， 它要告诉外部硬件数据总线上的信息何时是有效的。 当微处理器要输入一个信息时， 控制总线要使外部硬件告诉微处理器数据已经有效。 ◆总结： 数据总线是“what”总线——它所携带的信息是什么； 地址总线是“where”总线——它确定信息在哪里； 控制总线是“when”总线——它指定数据的传送发生在何时。 5.1.3常用微机总线介绍 在总线标准的发展、演变历程中，比较有名或曾产生一定影响的总线标准还有： Intel MultiBus(IEEE 796); Zilog Z-Bus(122根引线)； IBM PC/XT 总线(IBM 62线总线)； IBM PC/AT 总线（ISA）； PCI 总线； USB 总线等。 1、IBM PC/XT总线 20世纪80年代初期，IBM在推出自己的微机系统IBM PC/XT时，就定义了一种总线结构，称为XT总线。这是8位数据宽度的总线。 它是针对Intel8088微处理器设计的，它有62条信号线，以适应8088的8位数据线和20位地址线。 这种总线是用户在IBM PC/XT机的母板上扩展I/O模板的I/O总线。 IBM PC/XT总线的缺点： I/O扩展能力差； 抗冲击和抗震能力差； 对温度和湿度要求高。 －－无法保证在工业现场可靠运行 2、IBM PC/AT总线 随着IBM采用Intel80286 CPU等16位微处理器，推出IBM PC/AT微机系统，又定义了与XT总线兼容的16位的AT总线。 IBM公司在XT总线基础上增加了一个36引脚的AT扩展插槽而形成AT总线，满足工业标准结构（ISA） ISA总线(Industrial Standard Architecture)即AT总线，它是在8位的XT总线基础上扩展而成的16位的总线体系结构。 3、PCI总线 PCI总线－－对传统总线结构的突破 人们注意到，随着微处理器速度及性能的改进与更新，作为微型计算机重要组成部件的总线也被迫作相应的改进和更新。否则，低速的总线将成为系统性能的瓶颈。 同时，人们也看到了