1、工控机的主要特点及结构工控机的主要特点及结构 PCPC总线标准规范总线标准规范 PCPC总线工控机主要类型、主板及扩展板卡总线工控机主要类型、主板及扩展板卡第第2 2章章 工业控制计算机工业控制计算机教学重点教学重点:微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机工业控制计算机概述 工业个人计算机工业个人计算机Industrial Personal ComputerIndustrial Personal Computer（简称（简称IPCIPC）是一种加固的增强型个人计算机，是指对工业生产过程及其机电设是一种加固的增强型个人计算机，是指对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进
2、行测量与控制用的计算机，简称工控机，它可以作备、工艺装备进行测量与控制用的计算机，简称工控机，它可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行。为一个工业控制器在工业环境中可靠运行。早在早在2020世纪世纪8080年代初期，美国年代初期，美国ADAD公司就推出了类似公司就推出了类似IPCIPC的的MAC-MAC-150150工控机，随后美国工控机，随后美国IBMIBM公司正式推出工业个人计算机公司正式推出工业个人计算机IBM7532IBM7532。由于由于IPCIPC的性能可靠、软件丰富、价格低廉，而在工控机中异军突的性能可靠、软件丰富、价格低廉，而在工控机中异军突起，后来居上，应用日趋广泛。起，
3、后来居上，应用日趋广泛。微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机 用于工业控制的计算机称为工业计算机（用于工业控制的计算机称为工业计算机（Industrial Personal Industrial Personal ComputerComputer），简称工控机（），简称工控机（IPCIPC），主要用于工业过程测量、控制、），主要用于工业过程测量、控制、数据采集等工作。数据采集等工作。工控机的分类方式很多，按照所采用的总线标准可将工控机分为工控机的分类方式很多，按照所采用的总线标准可将工控机分为以下四类：以下四类：（1 1）PCPC总线工控机总线工控机 有有ISAI
4、SA总线、总线、VESAVESA局部总线（局部总线（VLVLBUSBUS）、）、PCIPCI总线、总线、PC104PC104总线等几种类型工控机，主机总线等几种类型工控机，主机CPUCPU类型有类型有8038680386、8048680486、PentiumPentium等。本章将详细介绍此类工控机。等。本章将详细介绍此类工控机。（2 2）STDSTD总线工控机总线工控机 它采用它采用STDSTD总线，主机总线，主机CPUCPU类型有类型有8038680386、8048680486、PentiumPentium等，另外与等，另外与STDSTD总线相类似的还有总线相类似的还有STESTE总线工控
5、机。总线工控机。（3 3）VMEVME总线工控机总线工控机 它采用它采用VMEVME总线，主机总线，主机CPUCPU类型以类型以MotorolaMotorola公司的公司的M68000M68000、M68020M68020和和M68030M68030为主。为主。（4 4）多总线工控机多总线工控机 它采用它采用MULTIBUSMULTIBUS总线，以总线，以IntelIntel工控机为代工控机为代表，主机表，主机CPUCPU类型有类型有8038680386、8048680486、PentiumPentium等。等。微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机工控机示意图西门
6、子工控机研华工控机微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机2.1 2.1 工控机的主要特点及结构工控机的主要特点及结构（1 1）可靠性高）可靠性高 可内装电子盘以取代机械磁盘，使可内装电子盘以取代机械磁盘，使PCPC机在工业环境下的操作具机在工业环境下的操作具有高速有高速高可靠性。高可靠性。（2 2）实时性好）实时性好（3 3）环境适应性强）环境适应性强 机箱采用全钢机构，可防止电磁干扰；采用机箱采用全钢机构，可防止电磁干扰；采用150W-350W150W-350W带除尘带除尘过滤器的工业开关电源，具有足够地负载驱动能力。机箱内装有过滤器的工业开关电源，具有足够地负载
7、驱动能力。机箱内装有双风扇，正压对流排风，并装有滤尘网用以防尘。软盘、硬盘驱双风扇，正压对流排风，并装有滤尘网用以防尘。软盘、硬盘驱动器安装采用橡皮缓冲防震，并有防尘门。动器安装采用橡皮缓冲防震，并有防尘门。（4 4）过程输入和输出配套较好）过程输入和输出配套较好2.1.1 2.1.1 工控机的特点工控机的特点微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机（5 5）系统扩充性好）系统扩充性好 支持各种模块化支持各种模块化CPUCPU卡和所有的卡和所有的IBM-PC/XT/ATIBM-PC/XT/AT总线接口板。总线接口板。模块化模块化插板式，以便安装插板式，以便安装更换和升
8、级换代。更换和升级换代。（6 6）系统开放性）系统开放性 开放性好，兼容性好，吸收了开放性好，兼容性好，吸收了PCPC机的全部功能，可直接运行机的全部功能，可直接运行PCPC机的各种机的各种应用软件。应用软件。（7 7）控制软件包功能强）控制软件包功能强（8 8）系统通信功能强）系统通信功能强 （9 9）后备措施齐全）后备措施齐全 （1010）具有冗余性）具有冗余性微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机 典型的工业控制计算机实物图，结构原理图 2.1.2 2.1.2 工控机的结构工控机的结构 工控机主要由以下几个部分构成：工控机主要由以下几个部分构成：（1 1）加固
9、型工业机箱加固型工业机箱（2 2）工业电源）工业电源（3 3）主板主板（4 4）无源底板无源底板（5 5）软盘）软盘（6 6）硬盘）硬盘（7 7）各类输入和输出接口模）各类输入和输出接口模（8 8）彩色显示器）彩色显示器（9 9）键盘）键盘（1010）鼠标）鼠标（1111）打印机）打印机微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机常用的工业控制机简介常用的工业控制机简介 当前国内外工控机型号很多，下面简要介绍主要常用的工控机：当前国内外工控机型号很多，下面简要介绍主要常用的工控机：工控机的生产厂家很多，国外有美国工控机的生产厂家很多，国外有美国IBMIBM、ICS ICS
10、、德国西门子、日、德国西门子、日本康泰克等，这些产品可靠性好、市场定位高。本康泰克等，这些产品可靠性好、市场定位高。我国台湾地区是工控机的主要生产区，其品牌主要有研华、威达、我国台湾地区是工控机的主要生产区，其品牌主要有研华、威达、艾讯、磐仪、大众、博文等厂家，其中，研华是世界三大工控厂商艾讯、磐仪、大众、博文等厂家，其中，研华是世界三大工控厂商之一，在中国大陆及台湾市场均有较高的市场占有率。之一，在中国大陆及台湾市场均有较高的市场占有率。国内也有很多工控机品牌，如研祥、华控、康拓、艾雷斯、北京华国内也有很多工控机品牌，如研祥、华控、康拓、艾雷斯、北京华北等。北等。微微型型计计算算机机控控制制
11、技技术术 工业控制计算机工业控制计算机2.2 PC2.2 PC总线标准规范总线标准规范 目前市场上目前市场上PCPC总线类型有：总线类型有：XTXT总线、总线、ISAISA总线、总线、EISAEISA总线、总线、VESAVESA总线（总线（VLVLBUSBUS）以及）以及PCIPCI总线。总线。ISAISA（Industrial Standard ArchitectureIndustrial Standard Architecture）总线就是）总线就是ATAT总线，它是在总线，它是在XTXT总总线基础上扩充设计的线基础上扩充设计的1616位总线，其寻址空间最大位总线，其寻址空间最大16MB1
12、6MB，操作速度，操作速度8MHz8MHz，数据，数据传输率传输率16Mbps16Mbps。EISAEISA（Extend Industrial Standard ArchitectureExtend Industrial Standard Architecture）总线是一个）总线是一个3232位总线，位总线，它支持总线主控，其数据传输率可达它支持总线主控，其数据传输率可达32Mbps32Mbps。VLVLBUSBUS也称也称VESAVESA总线，它是局部总线（总线，它是局部总线（Local BUSLocal BUS）标准，是）标准，是ISAISA总线的简总线的简单扩展，可以与单扩展，可以与
13、ISAISA或或EISAEISA总线同时使用。总线同时使用。PCIPCI总线（总线（Peripheral Component InterconnectPeripheral Component Interconnect）是）是19931993年年IntelIntel公司主导公司主导推出的。它支持并发推出的。它支持并发CPUCPU和总线主控部件操作，支持和总线主控部件操作，支持6464位奔腾（位奔腾（PentiumPentium）处）处理器。这是目前普遍应用的总线，在工控机上已有理器。这是目前普遍应用的总线，在工控机上已有Compact PCICompact PCI产品。产品。2.2.1 2.2.
14、1 概述概述微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机 在工控机的市场上，还是以在工控机的市场上，还是以ISAISA（ATAT）总线和）总线和PCIPCI总线为主，下总线为主，下图这是一块图这是一块1313槽槽PICMG PCI/ISAPICMG PCI/ISA底板，产品型号：底板，产品型号：IM247IM247。PCI插槽ISA插槽微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机2.2.2 ISA2.2.2 ISA总线标准总线标准1.1.概述概述ISAISA总线是在总线是在XTXT总线基础上扩充的，即它把总线基础上扩充的，即它把XTXT总线的总线的6
15、262线信号扩充为线信号扩充为9898线。线。ISAISA所扩充的所扩充的3636线信号主要用于寻址范围、数据位数、中断资源以及线信号主要用于寻址范围、数据位数、中断资源以及DMADMA传传输资源的扩充。输资源的扩充。2.2.主要性能指标主要性能指标ISAISA总线的主要性能指标如下：总线的主要性能指标如下：I/O I/O地址空间地址空间0100H0100H03FFH 03FFH 24 24位地址线可直接寻址的内存容量为位地址线可直接寻址的内存容量为16MB16MB 8/16 8/16位数据线位数据线 62+36 62+36引脚引脚 最大位宽最大位宽1616位位(bit)(bit)最高时钟频率
16、最高时钟频率8MHz8MHz 最大稳态传输率最大稳态传输率16MB/s 16MB/s 中断功能中断功能 DMA DMA通道功能通道功能 开放式总线结构，允许多个开放式总线结构，允许多个CPUCPU共享系统资源共享系统资源微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机3.ISA3.ISA总线信号定义总线信号定义 ISAISA总线的引脚定义如总线的引脚定义如图图2-42-4所示。所示。ISAISA总线各引脚的功能见总线各引脚的功能见表表2-12-1、表表2-22-24.ISA4.ISA总线的电气规范总线的电气规范 （1 1）总线驱动能力）总线驱动能力 （2 2）容性总线负载容性
17、总线负载 （3 3）系统电源系统电源5.ISA5.ISA总线的机械规范总线的机械规范微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机2.2.3 PCI2.2.3 PCI总线标准总线标准1.1.概述概述 PCIPCI总线（总线（Peripheral Component Interconnect Special Interest GroupPeripheral Component Interconnect Special Interest Group）简称简称PCISIGPCISIG，是先进的高性能局部总线，可同时支持多组外围设备。，是先进的高性能局部总线，可同时支持多组外围设备
18、。PCIPCI总线不总线不受制于处理器，为中央处理器及高速外围设备提供一座桥梁，提高数据吞吐量。受制于处理器，为中央处理器及高速外围设备提供一座桥梁，提高数据吞吐量。PCIPCI局部总线的扩展槽口短，最大可支持局部总线的扩展槽口短，最大可支持l0l0多个外设，易于插拔，现有的多个外设，易于插拔，现有的PCI PCI 2.02.0标准虽然是标准虽然是3232位的，但它可以向位的，但它可以向6464位扩展位扩展.PCI PCI在在CPUCPU和外设间插入了一个复杂的管理层，用以协调数据传输，提供一和外设间插入了一个复杂的管理层，用以协调数据传输，提供一个一致的总线接口，这个管理层提供信号的缓冲，透
19、过缓冲线路将驱动力放大，个一致的总线接口，这个管理层提供信号的缓冲，透过缓冲线路将驱动力放大，因此因此PCIPCI能支持能支持l0l0多个外设。多个外设。PCIPCI还支持总线主控技术（还支持总线主控技术（Bus MasterBus Master），允许智能设备在适当的时候取得），允许智能设备在适当的时候取得总线控制权以加速数据传送，即数据会以猝发形式输送到各外围卡。总线控制权以加速数据传送，即数据会以猝发形式输送到各外围卡。PCIPCI具有自适配特点，使外设适配器在和系统连接时，能自动配置并决定中具有自适配特点，使外设适配器在和系统连接时，能自动配置并决定中断设置和软件默认的中断，而不需要用
20、户去调跳线来设置断设置和软件默认的中断，而不需要用户去调跳线来设置IRQIRQ，PCIPCI总线在技术总线在技术上完全克服了上完全克服了VLVLBUSBUS（VESA Local BusVESA Local Bus）的各种缺点，使）的各种缺点，使PCIPCI能与能与ISAISA，EISAEISA，MCAMCA等总线连接，还可支持奔腾等总线连接，还可支持奔腾6464位系统。位系统。微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机2.PCI2.PCI局部总线的主要特点局部总线的主要特点（1 1）高性能高性能 PCIPCI总线以总线以33MHz33MHz的时钟频率操作。采用的时钟频
21、率操作。采用3232位数据总线，可支持多位数据总线，可支持多 组外组外 围部件及附加卡，数据传输速率高达围部件及附加卡，数据传输速率高达132Mbps132Mbps。（2 2）线性突发传输线性突发传输 PCIPCI能支持一种称为线性突发的数据传输模式，可确保总线不断满载数据能支持一种称为线性突发的数据传输模式，可确保总线不断满载数据。（3 3）极小的存取延迟极小的存取延迟 支持支持PCIPCI的设备，存取延迟很小，能够大幅度减少外围设备取得总线控制权所的设备，存取延迟很小，能够大幅度减少外围设备取得总线控制权所 需的时间。需的时间。（4 4）采用总线主控和同步操作采用总线主控和同步操作 PCI
22、PCI的总线主控和同步操作功能有利于的总线主控和同步操作功能有利于PCIPCI性能的改善性能的改善（5 5）不受处理器限制不受处理器限制 PCIPCI独立于处理器的结构，形成一种独特的中间缓冲器设计方式，将中央处独立于处理器的结构，形成一种独特的中间缓冲器设计方式，将中央处 理器子系统与外围设备分开。理器子系统与外围设备分开。微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机（6 6）适合于各种机型适合于各种机型 PCIPCI总线适合于桌面（台式）计算机、便携式计算机、服务器。它可为便总线适合于桌面（台式）计算机、便携式计算机、服务器。它可为便携式计算机及笔记本计算机提供台式计
23、算机的图形性能，又可支持携式计算机及笔记本计算机提供台式计算机的图形性能，又可支持3.3V3.3V的电的电源环境，延长电池寿命，为计算机的小型化创造了良好的实现条件源环境，延长电池寿命，为计算机的小型化创造了良好的实现条件。（7 7）兼容性强兼容性强 由于由于PCIPCI的设计要辅助现有的扩展总线标准，因此它与的设计要辅助现有的扩展总线标准，因此它与ISAISA，EISAEISA以及以及MCAMCA总线完全兼容。总线完全兼容。（8 8）低成本和高效益低成本和高效益 PCIPCI芯片将大量系统功能高度集成，节省了逻辑电路，使用较小的线路板芯片将大量系统功能高度集成，节省了逻辑电路，使用较小的线路
24、板空间，成本降低。空间，成本降低。（9 9）预留发展空间预留发展空间 PCIPCI总线既兼顾了当今技术要求，又能满足未来的需要，预留了充足的发总线既兼顾了当今技术要求，又能满足未来的需要，预留了充足的发展空间。展空间。微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机3.PCI3.PCI总线信号定义总线信号定义 PCIPCI总线的引脚定义如图总线的引脚定义如图2-62-6所示。由于不同的微机生产商在生产所示。由于不同的微机生产商在生产过程中可能对总线信号略有改动（主要是使用未定义引脚），因此表过程中可能对总线信号略有改动（主要是使用未定义引脚），因此表2-32-3所示信号可能与
25、其他资料中提供的信号略有差异，请读者使用时所示信号可能与其他资料中提供的信号略有差异，请读者使用时予以注意。予以注意。PCIPCI总线各引脚的功能如表总线各引脚的功能如表2-42-4所示所示微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机 PCI总线的信号线共有总线的信号线共有100根根,这里按功能分组进行说明这里按功能分组进行说明:（1 1）系统信号定义）系统信号定义CLKCLK（ININ）：系统时钟信号，对所有的）：系统时钟信号，对所有的PCIPCI设备都是输人信号。设备都是输人信号。RST#RST#（ININ）：复位信号）：复位信号。（2）地址和数据信号）地址和数据信号
26、AD31AD31AD00AD00（T TS S）：它们是地址、数据多路复用的输入）：它们是地址、数据多路复用的输入/输出输出信号。信号。C/BE3C/BE3C/BE0C/BE0（T TS S）：它们是总线命令和字节使能多路复）：它们是总线命令和字节使能多路复用信号线用信号线。（3）接口控制信号）接口控制信号FRAME#FRAME#（S ST TS S）：帧周期信号。由当前主设备驱动，表示一次访问）：帧周期信号。由当前主设备驱动，表示一次访问的开始和持续时间。的开始和持续时间。IRDYIRDY（S ST TS S）：主设备准备好信号。该信号有效表示发起本次传）：主设备准备好信号。该信号有效表示发
27、起本次传输的设备能够完成输的设备能够完成个数据期。个数据期。微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机TRDYTRDY（S ST TS S）：从设备准备好信号。该信号有效表示从设备已做好完成当）：从设备准备好信号。该信号有效表示从设备已做好完成当前数据传输的准备工作，即可以进行相应的数据传输。前数据传输的准备工作，即可以进行相应的数据传输。STOP#STOP#（S ST TS S）：停止数据传送信号。该信号应由从设备发出，它有效时表示）：停止数据传送信号。该信号应由从设备发出，它有效时表示从设备要求主设备终止当前的数据传送。从设备要求主设备终止当前的数据传送。LOCKL
28、OCK（S ST TS S）：锁定信号。它有效时表示驱动它的设备所进行的操作可能）：锁定信号。它有效时表示驱动它的设备所进行的操作可能需要多个传输才能完成。需要多个传输才能完成。IDSELIDSEL（ININ）：初始化设备选择信号。在参数配置读写传输期间，用做片选信号。）：初始化设备选择信号。在参数配置读写传输期间，用做片选信号。DEVSELDEVSEL（S ST TS S）：设备选择信号。它有效时表示驱动它的设备已成为当前）：设备选择信号。它有效时表示驱动它的设备已成为当前访问的从设备，即总线上某处的某设备已被选中。访问的从设备，即总线上某处的某设备已被选中。（4）仲裁信号）仲裁信号REQR
29、EQ（T TS S）：总线占用请求信号。它有效表明驱动它的设备要求使用总线。它）：总线占用请求信号。它有效表明驱动它的设备要求使用总线。它是一个点到点的信号线，任何主设备都有其是一个点到点的信号线，任何主设备都有其REQ#REQ#信号。信号。GNTGNT（T TS S）：总线占用允许信号。用于向申请占用总线的设备表示其请求已获）：总线占用允许信号。用于向申请占用总线的设备表示其请求已获得批准。它是得批准。它是个点到点的信号线，任何主设备都应有自己的个点到点的信号线，任何主设备都应有自己的GNTGNT 信号。信号。微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机（5）错误报告信
30、号）错误报告信号PERRPERR（S ST TS S）：数据奇偶校验错误报告信号。但该信号不报告特殊周）：数据奇偶校验错误报告信号。但该信号不报告特殊周期中的数据奇偶错。期中的数据奇偶错。SERRSERR（O OD D）：系统错误报告信号，报告地址奇偶错，特殊命令序列中）：系统错误报告信号，报告地址奇偶错，特殊命令序列中的数据奇偶错，以及其他可能引起灾难性后果的系统错误。的数据奇偶错，以及其他可能引起灾难性后果的系统错误。（6）中断信号）中断信号 中断信号属电平敏感性，低电平有效，使用漏板开路方式驱动，且该类信号中断信号属电平敏感性，低电平有效，使用漏板开路方式驱动，且该类信号的建立和撤消与时
31、钟不同步。的建立和撤消与时钟不同步。PCIPCI总线中共有总线中共有4 4条中断线：条中断线：INTA#INTA#、INTB#INTB#、INTC#INTC#、INTD#INTD#，均为，均为O OD D（漏级开路）。其作用是：用以请求一个中断。后（漏级开路）。其作用是：用以请求一个中断。后3 3个只能用于个只能用于多功能设备。一个多功能设备上的任何功能都可以连接到多功能设备。一个多功能设备上的任何功能都可以连接到4 4条中断线的任意一条，条中断线的任意一条，即各功能与中断线之间的连接是任意的，无附加限制。若一个设备要实现一个中即各功能与中断线之间的连接是任意的，无附加限制。若一个设备要实现一
32、个中断，就定义为断，就定义为INTA#INTA#；要实现二个中断，就定义为；要实现二个中断，就定义为INTA#INTA#和和INTBINTB，依此类推。，依此类推。微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机（7）高速缓存支持信号）高速缓存支持信号可缓存的可缓存的PCIPCI存储器应能实现两条高速缓存（存储器应能实现两条高速缓存（CacheCache）支持信号的输入。）支持信号的输入。SBOSBO（I/OI/O）：试探返回信号。它有效时表示命中了一个修改过的行；它无）：试探返回信号。它有效时表示命中了一个修改过的行；它无 效而效而SDONESDONE信号有效时，表示一个信
33、号有效时，表示一个“干净干净”的试探结果。的试探结果。SDONESDONE（I/OI/O）：监听完成信号。它表示当前的监听状态。它无效时，表示监）：监听完成信号。它表示当前的监听状态。它无效时，表示监听仍在进行；否则，表示监听已经完成。听仍在进行；否则，表示监听已经完成。（8）64位总线扩展信号位总线扩展信号AD63AD63AD32AD32（T TS S）：扩展的）：扩展的3232位地址和数据多路复用线。位地址和数据多路复用线。C/BE7C/BE7C/BE4C/BE4（T TS S）：总线命令和字节使能多路复用信号线。）：总线命令和字节使能多路复用信号线。REQ64REQ64（S ST TS
34、S）：）：6464位传输请求。它由当前主设备驱动，并表示本设备要位传输请求。它由当前主设备驱动，并表示本设备要求采用求采用6464位通路传输数据，它与位通路传输数据，它与FRAME#FRAME#有相同的时序。有相同的时序。ACK64ACK64（S ST TS S）：）：6464位传输认可。位传输认可。PAR64PAR64（T TS S）：奇偶双字节校验。它是）：奇偶双字节校验。它是AD63AD63AD32AD32和和C/BE7C/BE7C/BE4C/BE4的的校验位。校验位。微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机4.PCI4.PCI总线的电气规范总线的电气规范 PC
35、I PCI总线规范中提供了总线规范中提供了5V5V和和3.3V3.3V两种信号环境两种信号环境,信号环境不能混合使用信号环境不能混合使用.PCI PCI总线是一个总线是一个CMOSCMOS总线，也就是说其静态电流非常小。总线，也就是说其静态电流非常小。PCIPCI总线的信号驱动采用反射波方式而不是入射波方式。总线的信号驱动采用反射波方式而不是入射波方式。PCIPCI总线驱动器在瞬变开关上花费了较多的时间，并且直流电流很小，总线驱动器在瞬变开关上花费了较多的时间，并且直流电流很小，从而使按直流驱动源的能力定义缓冲区的传统方法不能使用从而使按直流驱动源的能力定义缓冲区的传统方法不能使用。5.PCI
36、5.PCI总线的机械规范总线的机械规范 PCI PCI总线的底板连接器及机械规范如图总线的底板连接器及机械规范如图2-92-9所示，所示，PCIPCI总线板卡连接器总线板卡连接器及其机械规范如图及其机械规范如图2-102-10所示。所示。微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机2.3 PC2.3 PC总线工控机主要类型、主板及扩展总线工控机主要类型、主板及扩展2.3.1 PC2.3.1 PC总线工业控制机主要类型总线工业控制机主要类型 相应于不同的应用场合，相应于不同的应用场合，PCPC总线工控机具有多种类型的结构，总线工控机具有多种类型的结构，主要有下列几种类型：主
37、要有下列几种类型：（1 1）BOX-PCBOX-PC（盒式工业（盒式工业PCPC机）机）（2 2）PANEL-PCPANEL-PC（盘式工业（盘式工业PCPC）（3 3）ISAISA总线工业总线工业PCPC（4 4）VESAVESA总线工业总线工业PCPC（5 5）PCIPCI总线工业总线工业PCPC（6 6）新型工业）新型工业PCPC（7 7）工业工作站（）工业工作站（Industrial WorkstationIndustrial Workstation）（8 8）PC-104PC-104总线工控机总线工控机微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机微微型型计计算算
38、机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机2.3.2 PC2.3.2 PC总线工业控制机主板总线工业控制机主板 工业工业PCPC的核心部件是的核心部件是ALL-IN-ONEALL-IN-ONE一体化主板，一体化主板，CPUCPU具有具有8048680486、PentiumPentium（包括：（包括：PentiumPentium、PentiumPentium）等机型。）等机型。一体化主板就是将一体化主板就是将CPUCPU、协处理器、主存储器、软盘及硬盘驱动器、协处理器、主存储器、软盘及硬盘驱动器接口、键盘接口、串行通信口（接口、键盘接口、串行通信口（RS-232CRS-232C）、打印
39、并行口（）、打印并行口（CentronicsCentronics标准）、喇叭驱动、标准）、喇叭驱动、WatchDogWatchDog Timer Timer（监视定时器）等安装在一块模板（监视定时器）等安装在一块模板上，有的一体化模板上还带有上，有的一体化模板上还带有ROM DISK ROM DISK（电子盘）或（电子盘）或 CacheCache（高速缓（高速缓冲存储器）等。一体化主板采用冲存储器）等。一体化主板采用ISAISA总线或者总线或者PCIPCI总线，插入无源总线地总线，插入无源总线地板上的一个总线槽。板上的一个总线槽。一体化主板按主机结构尺寸来划分，主要有半长板（一体化主板按主机结
40、构尺寸来划分，主要有半长板（half-sizehalf-size）和全长板（和全长板（full-sizefull-size）两种形式。）两种形式。微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机2.3.3 PC2.3.3 PC总线工业控制机总线工业控制机I/OI/O板卡板卡 由于工控机整机性能提高的幅度远大于工程实际的需求，因此在组由于工控机整机性能提高的幅度远大于工程实际的需求，因此在组建系统时，重点应当放在与工控机配套的外部设备上，特别是各种高性建系统时，重点应当放在与工控机配套的外部设备上，特别是各种高性能能I/OI/O模板产品的选择上。模板产品的选择上。应用工控机对工
41、业现场进行测控，首先要采集各种被测量。计算机应用工控机对工业现场进行测控，首先要采集各种被测量。计算机对这些被测量进行一系列处理后，将结果数据输出。计算机输出的数字对这些被测量进行一系列处理后，将结果数据输出。计算机输出的数字量还必须转换成可对生产过程进行控制的量。因此，构成一个工业测控量还必须转换成可对生产过程进行控制的量。因此，构成一个工业测控系统，除了工控机主机之外，还需要配备各种用途的系统，除了工控机主机之外，还需要配备各种用途的I/OI/O接口产品。这接口产品。这类产品的性能优劣对整个系统举足轻重。选购时不仅要考虑其价格，更类产品的性能优劣对整个系统举足轻重。选购时不仅要考虑其价格，
42、更要综合考虑、比较其质量、软件支持能力、后继开发和服务能力。要综合考虑、比较其质量、软件支持能力、后继开发和服务能力。微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机 基于基于PCPC总线的板卡是指计算机厂商为了满足用户需要，利用总线的板卡是指计算机厂商为了满足用户需要，利用总线模板化结构设计的通用功能模板。总线模板化结构设计的通用功能模板。基于基于PCPC总线的板卡种类很多，其分类方法也有很多种。按照总线的板卡种类很多，其分类方法也有很多种。按照板卡处理信号的不同可以分为模拟量输入板卡（板卡处理信号的不同可以分为模拟量输入板卡（A/DA/D卡）、模拟量卡）、模拟量输出板卡（
43、输出板卡（D/AD/A卡）、开关量输入板卡、开关量输出板卡、脉冲量卡）、开关量输入板卡、开关量输出板卡、脉冲量输入板卡、多功能板卡等，其中多功能板卡可以集成多个功能，。输入板卡、多功能板卡等，其中多功能板卡可以集成多个功能，。下面以研华下面以研华PCIPCI系列测控板卡为例介绍一下不同种类的典型板卡的系列测控板卡为例介绍一下不同种类的典型板卡的性能和特点。性能和特点。微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机 基于基于PCPC总线的总线的A/DA/D板卡是基于板卡是基于PCPC系列总线，如系列总线，如ISAISA、PCIPCI等等总线标准设计的，板卡通常有单端输入和差分
44、输入以及两种方总线标准设计的，板卡通常有单端输入和差分输入以及两种方式组合输入三种。板卡内部通常设置一定的式组合输入三种。板卡内部通常设置一定的采样缓冲器采样缓冲器，对采，对采样数据进行缓冲处理，缓冲器的大小也是板卡的性能指标之一。样数据进行缓冲处理，缓冲器的大小也是板卡的性能指标之一。在在抗干扰抗干扰方面，方面，A/DA/D板卡通常采取光电隔离技术，实现信号的板卡通常采取光电隔离技术，实现信号的隔离。板卡的模拟信号采集精度和速度指标通常由板卡所采用隔离。板卡的模拟信号采集精度和速度指标通常由板卡所采用的的A/DA/D转换芯片决定。转换芯片决定。1.1.模拟量输入板卡（模拟量输入板卡（A/DA
45、/D卡）卡）微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机 例如研华PCI-1710数据采集卡，如图8.2所示。该板卡具有32路单端或16路差分模拟量输入或组合方式输入等三种输入方式，它带有 2500 VDC 隔离保护；采用12位A/D转换器，采样数率可达100kHZ；板载4K采样FIFO缓冲器；每个输入通道的增益可编程。研华研华PCI-1713PCI-1713数据采集卡数据采集卡微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机2.2.模拟量输出板卡（模拟量输出板卡（D/AD/A卡）卡）模拟量输出板卡完成数字量到模拟量的转换，模拟量输出板卡完成数字量到模拟
46、量的转换，D/AD/A转换板转换板卡同样依据其采用的卡同样依据其采用的D/AD/A转换芯片的不同，其转换性能指标有转换芯片的不同，其转换性能指标有很大的差别。很大的差别。D/AD/A转换除了具有分辨率、转换精度等性能指标转换除了具有分辨率、转换精度等性能指标外，还有建立时间、温度系数等指标约束。模拟量输出板卡外，还有建立时间、温度系数等指标约束。模拟量输出板卡通常还要考虑输出形式以及负载能力。通常还要考虑输出形式以及负载能力。微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机 模拟量输出板卡完成数字量模拟量输出板卡完成数字量到模拟量的转换，到模拟量的转换，D/AD/A转换板卡转
47、换板卡同样依据其采用的同样依据其采用的D/AD/A转换芯片转换芯片的不同，其转换性能指标有很大的不同，其转换性能指标有很大的差别。的差别。D/AD/A转换除了具有分辨转换除了具有分辨率、转换精度等性能指标外，还率、转换精度等性能指标外，还有建立时间、温度系数等指标约有建立时间、温度系数等指标约束。模拟量输出板卡通常还要考束。模拟量输出板卡通常还要考虑输出形式以及负载能力。虑输出形式以及负载能力。研华研华PCI-1720PCI-1720模拟量输出卡模拟量输出卡微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机3.3.数字量输入数字量输入/输出板卡（输出板卡（I/OI/O板卡）板卡
48、）数字量输入输出接口相对简单，一般都需要缓冲电路和光电数字量输入输出接口相对简单，一般都需要缓冲电路和光电隔离部分，输入通道需要输入缓冲器和输入调理电路，输出通道隔离部分，输入通道需要输入缓冲器和输入调理电路，输出通道需要有输出锁存器和输出驱动器。需要有输出锁存器和输出驱动器。微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机 数字量输入输出接口相对简单，数字量输入输出接口相对简单，一般都需要缓冲电路和光电隔离部一般都需要缓冲电路和光电隔离部分，输入通道需要输入缓冲器和输分，输入通道需要输入缓冲器和输入调理电路，输出通道需要有输出入调理电路，输出通道需要有输出锁存器和输出驱动器
49、。锁存器和输出驱动器。PCI-1760 PCI-1760数字量输入输出卡数字量输入输出卡微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机4.4.脉冲量输入板卡脉冲量输入板卡 工业控制现场有许多高速的脉冲信号，如旋转编码器、流量工业控制现场有许多高速的脉冲信号，如旋转编码器、流量检测信号等，这些都要脉冲量输入板卡或一些专用测量模块进行检测信号等，这些都要脉冲量输入板卡或一些专用测量模块进行测量。脉冲量输入板卡可以实现脉冲数字量的输出和采集，并可测量。脉冲量输入板卡可以实现脉冲数字量的输出和采集，并可以通过跳线器选择计数、定时、测频等不同工作方式。考虑到现以通过跳线器选择计数、定
50、时、测频等不同工作方式。考虑到现场强电的干扰，该类型板卡多采用光电隔离技术，使计算机与现场强电的干扰，该类型板卡多采用光电隔离技术，使计算机与现场信号之间全部隔离，来提高板卡测量的抗干扰能力。场信号之间全部隔离，来提高板卡测量的抗干扰能力。微微型型计计算算机机控控制制技技术术 工业控制计算机工业控制计算机 例如研华例如研华PCI-1780PCI-1780计数计数/定时卡，定时卡，如图如图8.58.5所示，是基于所示，是基于PCIPCI总线设计总线设计的接口卡，该卡使用了的接口卡，该卡使用了AM9513AM9513芯片，芯片，能够通过能够通过CPLDCPLD实现计数器实现计数器/定时器定时器功能
