第3章硬件设计基础ppt课件.ppt

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1、第3章硬件设计基础3.1总线技术3.2数字量输入输出通道3.3计算机控制系统常用主控制器模拟量输入输出通道3.4输入输出板卡举例3.5计算机控制系统基本硬件结构主要包括主控机、人机接口、模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道、数字量输出通道、测量变送环节、执行机构、输入电气开关、输出电气开关、被控制对象，以及其他特殊功能扩展板卡等。因此，计算机控制系统的硬件设计主要包括：主控机的选型；输入/输出过程通道的设计；系统各类总线形式的选择；特殊功能板卡的设计；执行机构的选择；测量变送环节的选择；接口电路的设计；系统

2、的抗干扰技术设计等。图3.1计算机控制系统基本硬件结构3.1计算机控制系统常用主控制器在计算机控制系统中，常用主控制器包括：工业控制计算机（IPC）、可编程序控制器（PLC）、智能工业调节器、数字信号处理器（DSP）、单片机（MCU）、ARM处理器等。3.1.1工业控制计算机工业控制计算机即工控机（IPC：IndustryPersonalComputer），就是专门为工业现场而设计的计算机，是一种加固的增强型个人计算机，它可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行，如图3.2所示，也叫产业电脑或工业电脑。3.1.2可

3、编程序控制器PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。a.整体式b.组合式3.1.3智能工业调节器智能工业调节器是一种基于数字集成技术的过程控制智能型仪表，采用专用微处理器或单片机作为调节器的核心，硬件采用电擦除存储器、开关电源、高速A/D转换器等设计而成，常嵌入有成熟的PID算法及PID自整定技术，从而保证智能型工业调节器具有

4、测控精度高，抗干扰性能强，功能完备，操作简单等特点，具有广泛的适用性。硬件多采用模块方式设计，可根据需要进行灵活配置；软件采用组态方式，可通过按键操作对仪表功能进行组态编程，以实现多种信号类型输入和多种调节、控制输出。3.1.4数字信号处理器数字信号处理器（DSP：DigitalSignalProcessor）是进行数字信号实时处理的微处理器，是伴随着微电子学、数字信号处理技术、计算机技术的发展而产生的器件，如图3.5所示。它可以快速的实现对信号的采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信

5、号形式。DSP处理器的品种繁多，四大DSP生产商主要有：TexasInstruments（德州仪器）公司、LucentTechnologies（朗讯技术）公司、AnalogDevies（模拟设备）公司和Motorola（摩托罗拉）公司，其中TI占有最大的市场份额。在工程应用中，DSP的选型主要考虑处理速度、功耗、程序存储器和数据存储器的容量、片内的资源，如定时器的数量、I/O口数量、中断数量、DMA通道数等。3.1.5单片机单片机是典型的嵌入式微控制器（MCU：MicrocontrollerUnit），是采用超大规模

6、集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口、中断系统、定时器/计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。有些型号的单片机甚至还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等功能电路等。单片机的种类非常多，常用单片机有几下几种：1）STC单片机5）PHLIPIS51LPC系列单片机2）PIC单片机6）TI公司单片机3）EMC单片机4）ATMEL单片机3.1.6ARM处理器ARM（AdvancedRISCMachines）处理器由A

7、RM公司设计，采用发放许可方式，由其它公司生产。它是一个32位精简指令集RISC（ReducedInstructionSetComputer，精简指令集计算机）处理器架构，具有性能高、成本低和耗能省的特点，适用于多种领域，如嵌入式实时控制系统、消费或教育类多媒体、移动式应用设备等。ARM内核分为ARM7、ARM9、ARM10以及StrongARM等几类。每一类又根据各自包含的功能模块而具有多种构成。各类ARM处理器流水线如图3.7所示。图3.7ARM处理器流水线3.2总线技术所谓总线就是计算机各功能部件之间互联和传送

8、信息的一组信号线，按照所传输的信息种类，总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线按功能和规范可分为三大类型：片总线、内总线和外总线。(1)片总线又称元件级总线，是把各种不同的芯片连接在一起构成特定功能模块的信息传输通路。包括数据总线、地址总线、控制总线、I2C（Inter-IntegratedCir