計算機控制技術第3版李江全習題答案目錄TOC\o"1-1"\h\u18797第1章計算機控制系統(tǒng)概述 28309第2章總線接口與過程通道 1131479第3章計算機控制系統(tǒng)的硬件 2026836第4章計算機控制系統(tǒng)的軟件 274737第5章計算機控制系統(tǒng)的設計與調(diào)試 44第1章計算機控制系統(tǒng)概述1-1測控系統(tǒng)計算機化的重要意義是什么？答：傳統(tǒng)的測控系統(tǒng)主要由“測控電路”組成，所具備的功能較少，也比較弱。隨著計算機技術的迅速發(fā)展，使得傳統(tǒng)的測控系統(tǒng)發(fā)生了根本性變革，即采用微型計算機作為測控系統(tǒng)的主體和核心，替代傳統(tǒng)測控系統(tǒng)的常規(guī)電子線路，從而成為新一代的微機化測控系統(tǒng)。由于微型計算機的速度快、精度高、存儲容量大、功能強及可編程等特點，將微型計算機引入測控系統(tǒng)中，不僅可以解決傳統(tǒng)測控系統(tǒng)不能解決的問題，而且還能簡化電路、增加或增強功能、提高測控精度和可靠性，顯著增強測控系統(tǒng)的自動化、智能化程度，而且可以縮短系統(tǒng)研制周期、降低成本、易于升級換代等。因此，現(xiàn)代測控系統(tǒng)設計，特別是高精度、高性能、多功能的測控系統(tǒng)，目前已很少有不采用計算機技術的了。在當今，完全可以這樣說，沒有微處理器的儀器就不能稱為儀器，沒有微型計算機的測控系統(tǒng)就更不能稱其為現(xiàn)代工業(yè)測控系統(tǒng)。計算機技術的引入，為測控系統(tǒng)帶來以下一些新特點和新功能：1）自動清零功能。在每次采樣前對傳感器的輸出值自動清零，從而大大降低因測控系統(tǒng)漂移變化造成的誤差。2）量程自動切換功能?？筛鶕?jù)測量值和控制值的大小改變測量范圍和控制范圍，在保證測量和控制范圍的同時提高分辨率。3）多點快速測控。可對多種不同參數(shù)進行快速測量和控制。4）數(shù)字濾波功能。利用計算機軟件對測量數(shù)據(jù)進行處理，可抑制各種干擾和脈沖信號。5）自動修正誤差。許多傳感器和控制器的特性是非線性的，且受環(huán)境參數(shù)變化的影響比較嚴重，從而給儀器帶來誤差。采用計算機技術，可以依靠軟件進行在線或離線修正。6）數(shù)據(jù)處理功能。利用計算機技術可以實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器無法實現(xiàn)的各種復雜的處理和運算功能，比如統(tǒng)計分析、檢索排序、函數(shù)變換、差值近似和頻譜分析等。7）復雜控制規(guī)律。利用計算機技術不僅可以實現(xiàn)經(jīng)典的PID控制，還可以實現(xiàn)各種復雜的控制規(guī)律，例如，自適應控制、模糊控制等；同時也能夠?qū)崿F(xiàn)控制方案和控制規(guī)律的在線修改，使整個系統(tǒng)具有很大的靈活性與適應性。8）多媒體功能。利用計算機的多媒體技術，可以使儀器具有聲光、語音、圖像、動畫等功能，增強測控系統(tǒng)的個性或特色。9）通信或網(wǎng)絡功能。利用計算機的數(shù)據(jù)通信功能，可以大大增強測控系統(tǒng)的外部接口功能和數(shù)據(jù)傳輸功能。采用網(wǎng)絡功能的測控系統(tǒng)則將拓展一系列新穎的功能。10）自我診斷功能。采用計算機技術后，可對控制系統(tǒng)進行監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)故障則立即進行報警，并可顯示故障部位或可能的故障原因，對排除故障的方法進行提示。通過應用計算機測控技術，可以穩(wěn)定和優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源和原材料消耗，降低生產(chǎn)成本；更為重要的是通過應用計算機測控技術還可以降低勞動者的生產(chǎn)強度，提高領導者的管理水平，從而帶來極大的社會效益。正因為如此，計算機測控技術得到了迅速的發(fā)展。1-2計算機控制系統(tǒng)能完成哪些任務？答：下面以生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)為例來說明計算機控制系統(tǒng)的任務，因為它比較集中地體現(xiàn)了計算機控制系統(tǒng)的各種功能。如圖1所示，計算機控制系統(tǒng)借助傳感器從生產(chǎn)過程中收集信息，對被控對象進行監(jiān)視并提供控制信號。被收集的信息在不同層次上進行分析計算，得出生產(chǎn)裝置的調(diào)節(jié)量，并驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)動作來完成自動控制，或者為生產(chǎn)管理人員、工程師和操作員提供所需要的信息。圖1某生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)框圖圖1某生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)框圖由此可以看出，計算機控制系統(tǒng)應當完成下列任務：1）檢測生產(chǎn)過程的參數(shù)大小是由傳感器進行檢測的。傳感器產(chǎn)生與被測物理量（如溫度、壓力、流量、液位等）成比例（一般為正比）的電信號。傳感器信號在進入計算機系統(tǒng)的接口之前，首先要轉(zhuǎn)換成一種標準形式，通常是把傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)換成4～20mA電流或1～5V電壓。另一類測量值是關于被控過程的狀態(tài)信息。例如，閥門是否關閉，容器是否注滿，泵是否打開等。這些信息是以開關量的形式提供給計算機的，通過繼電器觸點的開閉或TTL電平的變化來表示。計算機也可通過串行或并行通信口直接接收數(shù)字量信息。目前，很多傳感器都帶有微處理器（例如智能儀表），可以直接給出數(shù)字量信息。2）控制對生產(chǎn)裝置的控制通常是通過對閥門或伺服機構(gòu)等執(zhí)行機構(gòu)進行調(diào)節(jié)，對泵和馬達進行控制來達到的。計算機可以產(chǎn)生一串脈沖去驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)達到所需要的位置，可以通過繼電器接點閉合或產(chǎn)生某個電平的跳變?nèi)踊蛲Ｖ鼓硞€電動機，也可通過D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一個正比于某設定值的電壓或電流去驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。執(zhí)行機構(gòu)在收到控制信號之后，通常還要反饋一個測量信號給計算機，以便檢查控制命令是否被執(zhí)行。在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中常用的控制方案有3種類型：直接數(shù)字控制、順序控制和監(jiān)督控制。大多數(shù)生產(chǎn)過程的控制需要其中一種或幾種控制方案的組合。3）人一機交互計算機控制系統(tǒng)必須為操作員提供關于被控過程和控制系統(tǒng)本身運行情況的全部信息，為操作員直觀地進行操作提供各種手段，例如改變設定值、手動調(diào)節(jié)各種執(zhí)行機構(gòu)、在發(fā)生報警的情況下進行處理等。因此，它應當能顯示各種信息和畫面，打印各種記錄，通過專用鍵盤對被控過程進行操作等。此外，計算機控制系統(tǒng)還必須為管理人員和工程師提供各種信息。例如，生產(chǎn)裝置每天的工作記錄以及歷史情況的記錄，各種分析報表等，以便掌握生產(chǎn)過程的狀況和做出改進生產(chǎn)狀況的各種決策。4）通信現(xiàn)今的工業(yè)過程控制系統(tǒng)一般都采用分級分散式結(jié)構(gòu)，即由多臺計算機組成計算機網(wǎng)絡，共同完成上述的各種任務。因此，各級計算機之間必須能及時地交換信息。此外，有時生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)還需要與其它計算機系統(tǒng)（例如，全廠的綜合信息管理系統(tǒng)）進行數(shù)據(jù)通信。1-3計算機控制系統(tǒng)有哪些特點？答：計算機控制系統(tǒng)和一般常規(guī)控制系統(tǒng)相比，有如下突出特點：1．技術集成和系統(tǒng)復雜程度高計算機控制系統(tǒng)是計算機、控制、通信、電子等多種高新技術的集成，是理論方法和應用技術的結(jié)合。由于信息量大、速度快和精度高，因此能實現(xiàn)復雜的控制規(guī)律，從而達到較高的控制質(zhì)量。計算機控制系統(tǒng)實現(xiàn)了常規(guī)系統(tǒng)難以實現(xiàn)的多變量控制、智能控制、參數(shù)自整定等功能。2．實時性強計算機控制系統(tǒng)是一個實時系統(tǒng)，可以根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，立即采取相應的動作。例如，檢測到化學反應罐的壓力超限，可以立即打開減壓閥，這樣就避免了爆炸的危險。實時性是區(qū)別于普通計算機系統(tǒng)的關鍵特點，也是衡量計算機控制系統(tǒng)性能的一個重要指標。3．可靠性高和可維護性好這兩個因素決定系統(tǒng)的可用程度。由于采取有效的抗干擾、冗余、可靠性技術和系統(tǒng)的自診斷功能，計算機控制系統(tǒng)的可靠性高且可維護性好。如有的工控機一旦出現(xiàn)故障，能迅速指出故障點和處理辦法，便于立即修復。4．環(huán)境適應性強工業(yè)環(huán)境惡劣，要求工業(yè)控制機能適應高溫、高濕、腐蝕、振動、沖擊、灰塵等工業(yè)環(huán)境。一般的工業(yè)控制機有較高的電磁兼容性。5．控制的多功能性計算機控制系統(tǒng)具有集中操作、實時控制、控制管理、生產(chǎn)管理等多種功能。6．應用的靈活性由于軟件功能豐富、編程方便和硬件體積小、重量輕以及結(jié)構(gòu)設計上的模塊化、標準化，使系統(tǒng)配置上有很強的靈活性。如一些工控機有操作簡易的結(jié)構(gòu)化、組態(tài)化控制軟件，硬件的可裝配性、可擴充性也很好。另外，技術更新快，信息綜合性強，內(nèi)涵豐富，操作便利等也都是計算機控制系統(tǒng)的一些特點。1-4對計算機控制系統(tǒng)有哪些基本要求？答：計算機測控系統(tǒng)的測控對象是生產(chǎn)過程，其最終目標是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，提高生產(chǎn)效率，降低能耗，減輕工人的勞動強度，同時，計算機測控系統(tǒng)還應綜合考慮自動化、計算機、檢測及網(wǎng)絡通訊等技術領域的發(fā)展趨勢和系統(tǒng)之間的互連技術需求。一般說來，對計算機測控系統(tǒng)的基本要求如下：1）具有良好的實時性實時性是控制對象按規(guī)定工藝運行的必要條件之一。對于不同的控制對象、不同的控制參數(shù)，其對系統(tǒng)的實時性具有不同的要求。例如，流量、壓力的控制周期小于溫度的控制周期，也就是說，流量和壓力控制對系統(tǒng)的實時性要求高于溫度控制對系統(tǒng)實時性的要求。2）具有高可靠性和較強的環(huán)境適應性可靠性是控制對象或生產(chǎn)過程連續(xù)運行的根本保證，許多生產(chǎn)過程是連續(xù)運行的，計算機測控系統(tǒng)的故障將導致生產(chǎn)過程的中斷。要求計算機系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，能迅速指出故障點和處理辦法，便于立即修復。有的測控對象或生產(chǎn)過程所處的環(huán)境是非常惡劣的，計算機測控系統(tǒng)往往安裝在控制對象的附近（如各種變送器、執(zhí)行機構(gòu)等），這就要求系統(tǒng)能較強的適應高溫、腐蝕、振動、沖擊、灰塵等環(huán)境；工業(yè)環(huán)境電磁干擾嚴重，供電條件不良，要求計算機有較高的電磁兼容性，以確保系統(tǒng)的可靠性不會因環(huán)境的變化而受影響。3）采用標準化部件，便于擴充、升級和維護計算機測控系統(tǒng)應盡量采用標準化部件，以免受到部件供應商的制約，同時便于對系統(tǒng)進行輸入/輸出點數(shù)的擴充和系統(tǒng)的功能性擴充。4）具有良好的人機界面和豐富的監(jiān)視畫面根據(jù)目前的計算機技術，一個良好的計算機測控系統(tǒng)的測控軟件應基于WinNT/Win98/WinXP操作系統(tǒng)平臺或具有圖形界面的多任務操作系統(tǒng)平臺。測控軟件應提供豐富的操作畫面，既要滿足操作人員的操作習慣和較高的操作成功率，又要保證操作人員能夠迅速處理生產(chǎn)過程的突發(fā)事件。5）具有良好的系統(tǒng)組態(tài)和可選的各種控制策略計算機測控系統(tǒng)分為專用和通用兩種類型。一個通用的工業(yè)測控計算機系統(tǒng)往往具有靈活的系統(tǒng)組態(tài)功能和豐富的控制策略。所謂系統(tǒng)組態(tài)，是指系統(tǒng)工程師可以根據(jù)不同的控制對象或生產(chǎn)過程，配置輸入/輸出點數(shù)、過程板卡類型及設備地址、畫面種類形式和畫面數(shù)量以及網(wǎng)絡通訊協(xié)議等。控制策略又稱為控制算法，一個產(chǎn)品化的工業(yè)控制計算機系統(tǒng)具有數(shù)十種控制算法，包括常規(guī)控制算法、模糊控制算法和專家系統(tǒng)等。6）具有網(wǎng)絡通訊功能，便于實現(xiàn)工廠自動化和信息化工廠信息化是信息技術發(fā)展和國民經(jīng)濟信息化的必然要求。工業(yè)控制計算機系統(tǒng)往往采用分層體系結(jié)構(gòu)，其低層網(wǎng)絡使用實時性較高的工業(yè)控制網(wǎng)絡協(xié)議，保證控制任務的實時性；其高層網(wǎng)絡使用計算機通用網(wǎng)絡協(xié)議，便于信息的互通、互聯(lián)和共享。1-5為什么大多數(shù)控制系統(tǒng)采用閉環(huán)負反饋控制系統(tǒng)？答：計算機控制系統(tǒng)由控制計算機本體(包括硬件、軟件和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu))和受控對象兩大部分組成。工業(yè)生產(chǎn)中的自動控制系統(tǒng)隨控制對象、控制算法和采用的控制器結(jié)構(gòu)的不同而有所差別。從常規(guī)來看，控制系統(tǒng)為了獲得控制信號，要將被控量y和給定值w相比較，得到偏差信號e=w-y。然后直接利用e來進行控制，使系統(tǒng)的偏差減小直到消除偏差使被控量等于給定值。這種控制，由于控制量是控制系統(tǒng)的輸出，被控制量的變化值又反饋到控制系統(tǒng)的輸入端，與作為系統(tǒng)輸入量的給定值相減，信號傳遞形成了閉合回路，所以稱為閉環(huán)負反饋系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如習題圖0-1a所示。從圖0-1a可知，該系統(tǒng)通過測量傳感器對被控對象的被控參數(shù)(如溫度、壓力、流量、速度等物理量)進行測量，再由變送單元將這些量變換成一定形式的電信號，反饋給控制器?？刂破鲗⒎答佇盘枌墓こ塘颗c系統(tǒng)給定的設定值工程量比較，形成偏差輸入，控制器就產(chǎn)生控制信號按一定控制規(guī)律驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)進行工作，執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生的操縱變量使被控參數(shù)的值與給定值保持一致。此類負反饋控制是自動控制的基本形式，也是大多數(shù)控制系統(tǒng)具備的結(jié)構(gòu)。圖0-1b是另一種控制結(jié)構(gòu)，即開環(huán)控制系統(tǒng)。它與閉環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別在于它不需要控制對象的反饋信號。它的控制是直接根據(jù)給定值驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)去控制被控對象工作的。這種信號的傳遞是單方向的。被控制量在整個控制過程中對控制量不產(chǎn)生影響。開環(huán)控制系統(tǒng)不能自動消除被控參數(shù)與給定值之間的偏差，控制系統(tǒng)中產(chǎn)生的誤差全部反映在被控參數(shù)上。它與閉環(huán)控制系統(tǒng)相比，控制結(jié)構(gòu)簡單，但性能較差，常用在一些特殊的控制場合。因此，大多數(shù)控制系統(tǒng)均采用帶有負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。1-6如何理解計算機控制系統(tǒng)的實時性？答：所謂“實時”是指信號的輸入、運算處理和輸出都要在一定的時間間隔內(nèi)完成，即要求計算機對輸入信號能以足夠快的速度進行測量與處理，并在一定時間內(nèi)作出反應或產(chǎn)生相應的控制。超出了這個時間，就會失去控制的時機，控制也就失去了意義?！皩崟r”是一個相對的概念，如大型水池的液位控制，由于時間慣性大，延時幾秒乃至幾十秒仍然是“實時”的；而套色印刷機的拖動電機控制，“實時”一般是指幾毫秒或更短時間?！皩崟r”的概念不能脫離具體過程，一個在線的系統(tǒng)不一定是實時系統(tǒng)，但一個實時系統(tǒng)必定是在線系統(tǒng)。所謂在線是指在計算機控制系統(tǒng)中，生產(chǎn)過程與計算機直接連接并受計算機的控制，有時也稱為聯(lián)機方式；如果生產(chǎn)過程不和計算機連接，不受計算機直接控制，而是依靠人工聯(lián)系并作相應操作控制的方式稱為離線方式或脫機方式。所謂實時計算機系統(tǒng)，是指在規(guī)定時間內(nèi)能夠?qū)ν鈦硎录龀龇磻南到y(tǒng)。因此，若一個計算機系統(tǒng)需要在確切的時間內(nèi)從外部環(huán)境輸入數(shù)據(jù)并向它輸出數(shù)據(jù)，或執(zhí)行一些其他的處理，則這個系統(tǒng)就是實時計算機系統(tǒng)。也就是說，如果一個計算機系統(tǒng)需要在確切的時間內(nèi)從外部環(huán)境輸入/輸出數(shù)據(jù)，或者進行一些必要的處理，那么該系統(tǒng)就稱為一個實時計算機系統(tǒng)。例如，在一個鍋爐計算機控制系統(tǒng)中，無論計算機要顯示多么復雜的操作畫面，打印多么復雜的報表，都要保證在規(guī)定的時間內(nèi)巡回采集各個過程信號和輸出控制信號，確保系統(tǒng)的控制效果滿足工藝需求。同時，如果有重要的信號超過報警極限，例如鍋爐的主蒸汽壓力越限，則計算機要及時將報警信息顯示在屏幕上，進行聯(lián)鎖保護和聲光報警，提醒操作人員進行必要的處理，避免惡性事故的發(fā)生。實時計算機系統(tǒng)的實時性是指它對輸入數(shù)據(jù)即時作出反應(響應)的能力，可以用反應（響應）時間這個術語對實時性作定量描述。所謂反應時間是指一個系統(tǒng)對輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生反應所需要的時間。實時計算機系統(tǒng)中的測控對象，可以是溫度、壓力、液位、流量，也可是飛行器的速度及仰角，或數(shù)控機床的坐標等，因此，在不同的作業(yè)過程中，計算機系統(tǒng)的反應時間差異懸殊，從毫秒級到小時級不等。一般而言，實時計算機系統(tǒng)是指在某一環(huán)境下對現(xiàn)場監(jiān)測、控制對象的量值變化、狀態(tài)變化等，能夠在整個系統(tǒng)運作所允許的時間間隔內(nèi)對之進行監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理、即時地改變其控制參數(shù)并導致影響上述環(huán)境的計算機系統(tǒng)。實時計算機系統(tǒng)的例子很多，例如導彈飛行測量控制系統(tǒng)，程控交換機的計算機控制系統(tǒng)，化工生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)控機床的控制系統(tǒng)，高速公路的監(jiān)控系統(tǒng)，各種家用電器的電腦控制系統(tǒng)等。在計算機控制系統(tǒng)中實時性主要體現(xiàn)在下述四個方面：1）實時數(shù)據(jù)采集微型計算機測控系統(tǒng)通過其過程模擬量輸入通道，將系統(tǒng)的模擬測控對象，例如溫度、壓力、液位、流量、成分、轉(zhuǎn)速、位移量等，在當前采樣時刻的瞬時值經(jīng)模擬／數(shù)字轉(zhuǎn)換后進行掃描采樣，將采樣結(jié)果存入內(nèi)存，并依據(jù)需要對采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波及工程量換算等數(shù)據(jù)處理及加工。若測控對象為脈沖量及頻率量信號，例如普通模擬傳感器、測速發(fā)電機等模擬傳感器輸出的模擬信號經(jīng)V／F(電壓／頻率)轉(zhuǎn)換后形成的數(shù)字信號以及數(shù)字式傳感器直接輸出的信號，例如積累式儀表(如電量計、流量計)的變送器輸出信號等均需通過數(shù)字量輸入通道以TTL電平信號送入微型計算機測控系統(tǒng)的計數(shù)器接口，以實現(xiàn)開關量的實時測量。2）實時決策微型計算機測控系統(tǒng)對采集到的樣本數(shù)據(jù)(即反映當前生產(chǎn)過程狀態(tài)的信息)進行比較、分析、判斷后，即可確定哪些生產(chǎn)過程參數(shù)偏離了預定值或者超過安全極限值，據(jù)此給出下一步的處理指令。例如，進行越限報警或按預定的控制規(guī)律(ggPID控制算法)進行運算后給出控制決策。3）實時控制測控系統(tǒng)及時地將控制決策轉(zhuǎn)化為控制量，并通過過程輸出接口作用于受控對象的控制機構(gòu)，例如調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、步進電機等，用來校正被控參數(shù)。4）實時報警及故障處理通常這一步驟是在實時數(shù)據(jù)采集后緊接著進行的，也可以是由故障設備主動向CPU請求中斷處理后進行的。在這種情況下，微型計算機及時給出聲光報警信號，在需要時由CPU執(zhí)行中斷服務程序進行故障處理。通常情況下，以上四項操作反復執(zhí)行就可以使系統(tǒng)按照所期望的最佳方式運行并對被控過程或裝置的異常狀態(tài)進行監(jiān)督、處理，這是實時處理這一術語的主要含義。因此，一般來說，為使計算機測控系統(tǒng)具有實時處理的能力，系統(tǒng)應設有實時時鐘，具有滿足某一特定生產(chǎn)工藝或控制過程所要求的數(shù)據(jù)測量、處理和即時控制的速度，并有能夠及時地響應各種操作所需的多級中斷系統(tǒng)?？貍€系統(tǒng)可以由一個計算機完成，也可以采用雙機冗余、多機冗余系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或分布式測控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。從軟件的角度出發(fā)，要求系統(tǒng)軟件能實時調(diào)度、響應。因此，一般地，應有完備的實時管理程序、中斷管理程序。在較為復雜的應用場合中，微型計算機測控系統(tǒng)還需要配備實時多任務管理軟件，有時則需配備實時操作系統(tǒng)，以允許多道任務并行運行。1-7按應用領域和設備形式，計算機控制系統(tǒng)可分為哪幾種？答：按應用領域分類：1）專用計算機控制系統(tǒng)這類系統(tǒng)的特點是應用領域比較專一，或者是專門為某項應用而設計、開發(fā)的，如各種智能儀器儀表、數(shù)控機床控制器等。帶有智能控制功能的家電產(chǎn)品也可屬這類系統(tǒng)。這些系統(tǒng)偏重于某幾項特定的功能，系統(tǒng)的軟硬件比較簡單和緊湊，常用于批量的定型產(chǎn)品中。硬件完全按系統(tǒng)的要求進行配置，軟件固化于芯片中，一般可采用單片機系統(tǒng)或?qū)Ｓ玫目刂菩酒瑏韺崿F(xiàn)，開發(fā)完成后一般不做較大的改動。對于功能要求較高，但應用領域及目的相當明確的系統(tǒng)，一般也可配置檔次較高的硬件和專用軟件，構(gòu)成高性能專用計算機控制系統(tǒng)。2）通用計算機控制系統(tǒng)這類系統(tǒng)較多應用于功能較全的數(shù)據(jù)采集和過程控制。例如，實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、工業(yè)過程控制計算機系統(tǒng)等。絕大多數(shù)的工業(yè)部門都會遇到這類系統(tǒng)。盡管隨行業(yè)的不同對系統(tǒng)會有不同的具體要求，但在實時數(shù)據(jù)采集和過程控制方面都有很多共性要求。為了降低開發(fā)費用，縮短開發(fā)周期，一般是選用通用的軟硬件資源來構(gòu)成用戶自己的應用系統(tǒng)。為此，一般采用如下的途徑來實現(xiàn)：計算機一般選用工業(yè)級總線式計算機，其具體配置可選；I/O通道多選用工業(yè)化生產(chǎn)的標準板卡或模塊；軟件平臺一般采用較為流行的操作系統(tǒng)，如WindowsNT、WindowsXP等；也可購置通用的數(shù)據(jù)采集/過程控制軟件包，功能較好的軟件包一般都可根據(jù)用戶需求進行相應的組態(tài)和系統(tǒng)生成；利用通信網(wǎng)絡將單個的計算機系統(tǒng)組成規(guī)模更大、功能更全的集散型控制系統(tǒng)。大型的系統(tǒng)可有上千個回路，有數(shù)千個測控點，可用于大型企業(yè)的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控管理、閉環(huán)控制、分級優(yōu)化管理等多種場合。按設備形式分類：無論是簡單的控制系統(tǒng)還是復雜的控制系統(tǒng)，根據(jù)其系統(tǒng)控制設備的結(jié)構(gòu)形式或設備形式，均可將其分解成儀表調(diào)節(jié)器、可編程序控制器、微型計算機等幾種基本的控制設備。一個大型的工業(yè)控制計算機系統(tǒng)可能由這些基本控制設備中的某幾種組成。隨著技術的發(fā)展，幾種基本控制設備之間已經(jīng)互相滲透，如大型PLC系統(tǒng)具有集散型系統(tǒng)的某些功能，集散型系統(tǒng)具有PLC的功能，儀表調(diào)節(jié)器可以和微型計算機組成中小型DCS等。對于最終用戶來說，了解工業(yè)控制計算機系統(tǒng)的設備類型往往勝過了解設備的技術規(guī)格。因此，對工業(yè)控制計算機系統(tǒng)進行設備分類具有更重要的現(xiàn)實意義。1）基于儀表調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)IPC1#IPC1#調(diào)節(jié)儀表2#調(diào)節(jié)儀表n#調(diào)節(jié)儀表······控制級監(jiān)控級圖2儀表調(diào)節(jié)系統(tǒng)2）基于可編程序邏輯控制器的控制系統(tǒng)可編程序邏輯控制器（ProgrammableLogicController，簡稱PLC），是由繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，最初是專門為工業(yè)控制而設計的計算機。PLC的發(fā)展十分迅速，當今的PLC除了執(zhí)行傳統(tǒng)的順序控制和邏輯控制外，也具有過程控制功能，大中型PLC還具有網(wǎng)絡通訊功能和DCS系統(tǒng)的某些功能。目前，三菱、歐姆龍、西門子以及羅克韋爾等幾大公司的PLC在我國的各行各業(yè)得到了廣泛的使用。PLC具有以下優(yōu)點：可靠性特別高、抗干擾能力強，能適應各種惡劣的工業(yè)環(huán)境；采用模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組成靈活方便；主要采用梯形邏輯圖，編程簡單，易學、易懂；安裝簡便、調(diào)試方便、維護工作量小等。圖3PLCs圖3PLCs的組成原理圖計算機作為上位機可以提供良好的人機界面，進行全系統(tǒng)的監(jiān)控和管理；而PLC作為下位機，執(zhí)行可靠有效的分散控制。計算機與PLC,PLC與PLC之間通過通信網(wǎng)絡實現(xiàn)信息的傳送和交換。所有的現(xiàn)場控制都是由PLC完成的，上位機只是作為程序編制、參數(shù)設定和修改、數(shù)據(jù)采集所用。因此，即使是上位機出了故障，也不會影響生產(chǎn)過程的正常進行，這就大大地提高了系統(tǒng)的可靠性。3）基于個人計算機的控制系統(tǒng)個人計算機是目前世界上數(shù)量最多、應用最廣泛的機型，因而將個人計算機應用于控制也是很自然的事情。特別是個人計算機結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，技術開放，并且擁有極為豐富的應用軟件資源，從而深得人們的青睞?；趥€人計算機的控制系統(tǒng)的基本特點是，輸入輸出裝置制作為板卡的形式，并將板卡直接與個人計算機的系統(tǒng)總線相連，即直接插在計算機主機的擴展槽上，如圖4所示。這些輸入輸出板卡往往按照某種標準由第三方批量生產(chǎn)，開發(fā)者或用戶可以直接在市場上購買。早期使用比較多的是STD總線，近年來占主導地位的是ISA總線和PCI總線，且PCI總線有取代ISA總線的趨勢。構(gòu)成基于個人計算機的控制系統(tǒng)的計算機可以用普通的商用機，也可以用DIY的計算機，還可以使用專門用于工業(yè)控制的計算機（簡稱工控機，IPC）。由第三方開發(fā)的輸入輸出板卡可以在市場上購買，也可以由開發(fā)者自行制作。一塊板卡的點數(shù)（指測控信號的數(shù)量）少的有幾點，多的可達16點、24點甚至更多。1-8什么是智能控制？有哪幾種典型的智能控制方法？答：經(jīng)典的反饋控制、現(xiàn)代控制和大系統(tǒng)理論在應用中遇到不少難題。首先，這些控制系統(tǒng)的設計和分析都是建立在精確的系統(tǒng)數(shù)學模型的基礎上的，而實際系統(tǒng)一般難以獲得精確的數(shù)學模型；其次，為了提高控制性能，整個控制系統(tǒng)變得極其復雜，增加了設備的投資，降低了系統(tǒng)的可靠性。人工智能的出現(xiàn)和發(fā)展，促進自動控制向更高的層次發(fā)展，即智能控制。智能控制是一種無需人的干預就能夠自主地驅(qū)動智能機器實現(xiàn)其目標的過程，也是用機器模擬人類智能的又一重要領域。1)模糊控制模糊控制是一種應用模糊集合理論的控制方法。一方面模糊控制提供一種實現(xiàn)基于知識(規(guī)則)的，甚至語言描述的控制規(guī)律的新機理；另一方面，模糊控制提供了一種改進非線性控制器的替代方法，這種非線性控制器一般用于控制含有不確定性和難以用傳統(tǒng)非線性控制理論處理的裝置。模糊控制具有多種控制方案，包括PID模糊控制器、自組織模糊控制器、自矯正模糊控制器、自學習模糊控制器、專家系統(tǒng)模糊控制器以及神經(jīng)網(wǎng)絡模糊控制器等等。2)專家控制專家控制系統(tǒng)所研究的問題一般都具有不確定性，是以模仿人類智能為基礎的。工程控制論與專家系統(tǒng)的結(jié)合，形成了專家控制系統(tǒng)。專家控制系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng)至少有一點是共同的，即兩者都要建立人類經(jīng)驗和人類決策行為的模型。此外，兩者都有知識庫和推理機。而且其中大部分至今仍為基于規(guī)則的系統(tǒng)。因此，模糊邏輯控制器通常又稱為模糊專家控制器。3)學習控制學習是人類的主要智能之一。用機器來代替人類從事體力和腦力勞動，就是用機器代替人的思維。學習控制系統(tǒng)是一個能在其運行過程中逐步獲得被控對象及環(huán)境的非預知信息，積累控制經(jīng)驗，并在一定的評價標準下進行估值、分類、決策和不斷改善系統(tǒng)品質(zhì)的自動控制系統(tǒng)。3)神經(jīng)網(wǎng)絡控制隨著多媒體計算機和人工智能計算機的發(fā)展，應用自動控制理論和智能控制技術來實現(xiàn)先進的計算機控制系統(tǒng)，必將大大推動科學技術的進步和提高工業(yè)自動化系統(tǒng)的水平。1-9通過查閱文獻，了解當前計算機控制技術中的現(xiàn)代控制理論。答：自適應控制、變結(jié)構(gòu)控制、魯棒控制、預測控制等。第2章總線接口與過程通道2-1總線有哪些基本操作？答：廣義上說，總線就是傳輸信息的公共通路，掛在總線上的所有設備都可以發(fā)出信息傳輸命令，進行信息傳送，此時這個設備稱為總線主設備，而其它則被稱為總線從設備。掛在總線上的每個設備都可以成為總線主設備，都可以發(fā)出信息傳輸命令，這就有可能發(fā)生信息傳輸時的沖突。顯然，為了保證信息傳輸?shù)恼_性，某一時刻只允許一個主設備發(fā)布命令，這就需要一個仲裁機構(gòu)解決某時刻總線的占有權問題。當仲裁機構(gòu)決定某設備作為總線主設備占有總線時，其它掛在總線上的設備此刻為從設備。主設備將其地址信息放在總線上，以選擇與其通信的從設備。從設備應具備識別地址的功能，當主設備地址被某一從設備認可，該從設備即可與主設備進行信息交換，被讀或被寫。任何設備都不能長期占用總線，當進行一次或幾次信息交換之后，必須放棄總線占有權。為了解決總線的占有權，就需要有一套總線規(guī)約以管理總線。多數(shù)總線操作都采用定時信號進行同步，定時信號用以指明總線上的數(shù)據(jù)和地址什么時候是有效的。幾乎所有的總線都有中斷處理機構(gòu)，以處理總線上某一設備向另一設備發(fā)出的請求信號，要求后者注意并進行某種服務。還需要提及的是，為了減少總線信號的數(shù)目，有些總線系統(tǒng)采用復用技術，如地址線與數(shù)據(jù)線分階段在同樣的數(shù)據(jù)—地址線上傳輸。顯然，復用技術降低了總線的傳輸速度及性能，但也同樣降低了總線的造價。以下就上述總線的基本操作加以說明。1）總線仲裁一般掛在總線上的每一個主設備都設有專用的總線請求及總線允許線作為應答信號，用以決策總線占有權?？偩€仲裁有三種方案：集中仲裁、鏈路方式及分布式仲裁方式。集中仲裁方式利用優(yōu)先級方案進行仲裁，優(yōu)先級方案則有多種選擇，如有一種方案允許優(yōu)先級高的設備長期占用總線；另一種方案則可按時間仲裁，不允許某設備長期“霸占”總線，這種方案的總線仲裁及數(shù)據(jù)傳送操作并行工作，互不影響，但掛在總線上的設備越多，那么，總線請求，允許線數(shù)目也越多，結(jié)構(gòu)越復雜。鏈路方式中總線請求，允許線是公用的，主設備占用總線的優(yōu)先級按其在鏈路中的位置決定。某一設備占用總線，總線允許信號就不下傳，從而避免了總線沖突，但最大的問題是無法滿足中斷請求優(yōu)先處理問題，離開仲裁電路越遠的設備，總線占有率越低。分布式仲裁方案的特點是仲裁過程在每一個主設備中完成，當某一主設備在總線上置起它的優(yōu)先級代碼時，即開始了一個仲裁周期。仲裁周期結(jié)束，只有最高優(yōu)先級仍放置在總線上，當某一主設備檢測到總線上的優(yōu)先級與自己的級別一致，即認為自己為下一個總線主設備。2）總線定時主設備獲得總線控制權以后，即進入總線操作周期，進行主設備間的信息交換（包括地址信息和數(shù)據(jù)信息的交換)。定時信號即用于指明這些信息何時有效。定時信號有異步與同步兩種。在異步總線系統(tǒng)中，命令者與響應者之間有一對選通／應答定時信號進行握手，以表示信息的有效和接收。在大多數(shù)的同步總線系統(tǒng)中，定時時鐘是由系統(tǒng)統(tǒng)一提供的，總線狀態(tài)的改變只出現(xiàn)在固定的時刻?？偩€周期的持續(xù)時間通常根據(jù)掛在總線上最慢的設備速率決定。為了保證總線的通信速率，在總線標準中規(guī)定了插入等待周期，以為慢速設備信息傳送提供方便。3）尋址尋址是主設備與從設備建立聯(lián)系的一種總線操作，通常有以下方式。（1）物理尋址。該尋址方式通常是用于選擇掛在總線某一特定位置的從設備。大多數(shù)從設備都包含若干個寄存器，這種尋址方式常伴有輔助尋址，最終選擇的是某從設備的特定寄存器或某一功能。（2）邏輯尋址。該尋址方式用于選擇指定存儲單元的某一通用區(qū)，而不考慮這些存儲單元的物理位置，即邏輯尋址是選擇與位置無關的設備。（3）廣播尋址。該尋址方式用于選擇多個從設備作為響應者。為了確保所選從設備都能響應，系統(tǒng)應設這種操作的定時機構(gòu)。4）數(shù)據(jù)傳輸通過尋址，一個主設備可以和一個或多個從設備通過總線溝通，然后進行數(shù)據(jù)的讀／寫操作。這個過程根據(jù)總線的形式不同，傳輸方法也各異，通常有并行和串行兩種傳送方式。并行傳送速度較快，方法簡單；串行傳送還應配置一定的應答信號，所傳信息除有效信息外，還應有起始和結(jié)束的標志位、校驗位等用以保證信息傳送的正確性。5）出錯檢測在總線上進行信息傳送時常常會因噪聲及串擾而出錯。并行傳送由于距離短、出錯率低，不少總線沒設置檢錯糾錯機構(gòu)。但在串行傳送時，一般距離都較遠，發(fā)生錯誤的機會較多，在高性能的總線中都配有奇偶校驗碼產(chǎn)生及校驗電路，以監(jiān)督傳送是否有錯，一般采用重發(fā)方式糾錯，但在要求較高的場合，除總線監(jiān)督外，還應采用其它抗干擾措施，以保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。6）中斷當掛在總線上的某設備需要進行信息傳送或完成某種操作時，即向總線發(fā)出中斷請求。總線采用中斷請求的方法是多樣的，最簡單的方法是采用菊花鏈方式。請求中斷的設備置起此信號，準備響應的某設備則監(jiān)測此信號，當相符時即發(fā)出中斷回答信號并禁止此信號下傳，而把自己的識別碼放在總線上以使中斷處理機構(gòu)加以識別。這種方法連線簡單，但靈活性和可靠性均較差，不宜用于系統(tǒng)具有多個能進行中斷處理的設備。另一種方法是把請求中斷的設備變成總線命令者，然后把中斷信息發(fā)給想知道的設備。這種處理過程是分布式的，把設備指派為中斷處理的設備是動態(tài)進行的。這種方法的缺點是所有申請中斷的設備都應具有主設備的能力，在高性能的總線標準中采用這種方法。7）容錯技術當掛在總線上的設備之間進行信息傳輸時，不可避免地會有差錯，因此如何減少故障對系統(tǒng)的影響，提高系統(tǒng)的重新配置能力，提高總線的容錯技術是必須考慮的，如動態(tài)重配邏輯地址、隔離故障或更換故障單元等軟件措施應受到總線支持。有些總線標準還規(guī)定了串行總線出故障時如何用備用路徑宋代替的條文。這種備用總線在主串行總線工作時，可以傳送中斷信息、監(jiān)視主串行總線工作，隨時準備替代出故障的主串行總線。8）控制信號總線上的控制信號一般有三種類型：第一類是設備的初始化操作，如清零、啟動、停止等，第二類用于改變總線的操作方式，如改變數(shù)據(jù)流向、數(shù)據(jù)字段的寬度和字節(jié)的選擇等；第三類用來指明地址和數(shù)據(jù)的含義，如地址可指定某一地址空間等。2-2總線有哪些性能指標？答：由于用戶往往存在選擇總線標準的問題，不同的總線之間如何進行比較有著現(xiàn)實的意義。以下幾個參數(shù)可以作為衡量總線的指標：1）總線時鐘頻率總線的工作是在時鐘脈沖的作用下進行的，一個任務的完成一般需要一個到幾個時鐘脈沖的周期。因此，總線時鐘頻率可以作為衡量總線工作速度的—個指標。總線時鐘頻率用MHz來表示。2）總線寬度總線寬度用總線中數(shù)據(jù)總線的位數(shù)來表示?？偩€的寬度有8位、16位、32位和64位等。顯然，在同樣的總線時鐘頻率下，總線寬度越大，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣染驮娇臁?）總線（最大）傳輸速率總線（最大）傳輸速率用總線上每秒鐘所能傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù)來表示，單位為MB/s。若總線的時鐘頻率為8MHz，總線的寬度為8位，則其總線傳輸速率為8MB/s。若總線的時鐘頻率為33.3MHz，總線的寬度為32位，則其總線傳輸速率為133MB/s。4）同步方式總線上的主模塊與從模塊之間進行傳輸有同步和異步兩種方式。在同步方式下，總線上的主模塊與從模塊之間進行一次傳輸所需要的時間（即傳輸周期或總線周期）是固定的，并嚴格按照系統(tǒng)的時鐘定時操作主、從模塊之間的傳輸。只要總線上的模塊或設備都是高速的，總線的傳輸速率就會很高，當然，前提是總線上的模塊或設備要以比較高的速度運行。在異步方式下，主模塊與從模塊之間采用應答方式來傳輸數(shù)據(jù)，允許從模塊根據(jù)自己的工作速度來調(diào)整響應時間。顯然，在異步方式下，對從模塊的要求不是很高，但總線的傳輸速率也會下降。5）其它性能指標負載能力：負載能力反映了一個總線允許掛接（插入）擴展模板的數(shù)目。負載能力越大，允許掛接的模板的數(shù)目就越多。信號線數(shù)目：總線的信號線數(shù)目反映了總線的技術復雜程度。信號線數(shù)目越大，總線就越復雜。總線控制方式：總線控制方式包括：傳輸方式、并發(fā)方式、中斷分配與仲裁方式等。電源電壓等級：—般來說，電源電壓越低，總線的負載能力也就越高。使用的普及程度：—種總線標準使用得越普及，在市場上支持該總線的模板也就越多，用戶的選擇面就越大。2-3I/O接口的功能是什么？答：接口的基本功能就是根據(jù)CPU的要求對外設進行管理與控制，實現(xiàn)信號邏輯及工作時序的轉(zhuǎn)換，保證CPU與外設之間能進行可靠有效的信息交換。具體來說，接口部件應該具有以下功能：1．數(shù)據(jù)緩沖功能計算機的工作速度很快，過程通道和外部設備的工作速度相比則是比較慢的，為了避免因速度不一致而丟失數(shù)據(jù)，利用接口電路進行數(shù)據(jù)緩沖，協(xié)調(diào)兩者的工作。接口電路設置有數(shù)據(jù)寄存器或者鎖存器，以解決高速的主機與低速的外設之間的速度匹配問題。計算機工作時從寄存器取數(shù)據(jù)，而寄存器數(shù)據(jù)是由外部電路或計算機定時刷新，所以計算機的工作不受寄存器數(shù)據(jù)和外部電路影響。2．設備選擇功能一個接口往往會連接多個外部設備，而CPU在同一時間里只能與一臺外設交換信息，因此需要通過接口的地址譯碼對外設進行尋址。一般來說，通過高位地址產(chǎn)生外設的片選信號，低位地址作為芯片內(nèi)部寄存器或鎖存器尋址，以選定所需的設備，只有被選中的設備才能與CPU交換數(shù)據(jù)信息。3．信號轉(zhuǎn)換功能由于外部設備所需的控制信號和所能提供的狀態(tài)信號與計算機能識別的信號往往是不一致的，特別是連接不同公司生產(chǎn)的芯片時，進行信號之間的轉(zhuǎn)換是不可避免的。信號的轉(zhuǎn)換包括：時序的配合、電平的轉(zhuǎn)換、信號類型的轉(zhuǎn)換（模擬量變數(shù)字量或數(shù)字量變模擬量）、數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換（并行變串行或串行變并行）等。4．提供信息交換的握手信號CPU對外設的各種命令和數(shù)據(jù)都是以代碼的形式發(fā)送到接口電路，再由接口電路解讀后，形成一系列控制信號去控制外設。為了CPU與外設之間的聯(lián)絡，接口電路要提供寄存器或鎖存器“空”、“滿”、“準備好”、“忙”、“不忙”等狀態(tài)信息，以便程序能夠了解是否可以發(fā)送數(shù)據(jù)到外設或從外設讀取數(shù)據(jù)。5．驅(qū)動功能由于計算機總線的信號驅(qū)動能力有限，當要連接多臺外部設備時，總線資源可能不夠。利用接口電路可以提高總線的負載能力，使一個接口與多臺外部設備相連接，充分利用計算機的硬件資源。6．中斷管理功能當外部設備需要及時得到計算機的服務時，特別是一些隨機需要與CPU交換信息的外設，就要求接口設備具有中斷控制管理功能。此時，接口為CPU處理有關中斷事務，如提出中斷請求，中斷優(yōu)先級排隊，提供中斷向量等。這樣既加快了計算機對外部的響應速度，又使CPU與外部設備能并行工作，從而提高了CPU的效率。7．可編程功能可編程是指用程序來改變接口的工作方式。目前大多數(shù)接口芯片是可編程的，這樣在不改動硬件電路的情況下通過修改接口驅(qū)動程序就可以改變接口的工作方式，從而大大增強了接口的靈活性和適應性，使接口向智能化方向發(fā)展?？傊?，I/O接口的功能就是完成數(shù)據(jù)、地址和控制三總線的轉(zhuǎn)換和連接任務。當然并非所有接口電路都同時具備以上功能，需根據(jù)完成的任務而定。2-4I/O接口有哪幾種實現(xiàn)方式？答：計算機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，相應的I/O接口裝置也各不相同，歸納起來基本上有以下3種形式。整體方式將控制系統(tǒng)制作成一個獨立的裝置，在這種方式中，計算機（CPU）與I/O接口是安裝在同一塊印制電路板上的，例如，用單片機開發(fā)的系統(tǒng)。這種方式的特點是體積小、重量輕，成本也比較低。由于接口裝置與CPU是放在一起的，一旦系統(tǒng)開發(fā)完成，就不能輕易改變。這種方式一般用于小型的計算機控制系統(tǒng)，特別是嵌入式系統(tǒng)中。板卡方式利用計算機的擴展功能，將I/O接口裝置按照計算機擴展槽的標準開發(fā)，并根據(jù)實際需要制成多種類型的板卡，有的板卡同時包含了A-D和D-A功能。板卡直接插在個人計算機的擴展槽上，通過總線與計算機互連和傳輸信息。這種方式與前一種方式相比，系統(tǒng)的構(gòu)成相對要靈活得多，可靠性適中。但是，由于所有的板卡都插在一個機箱內(nèi)，不適合遠程和大范圍的監(jiān)控，而且，由于計算機插槽的數(shù)目也有限，因此輸入、輸出的點數(shù)也有限。這種方式一般用于中小型的計算機監(jiān)控系統(tǒng)。模塊方式這種方式將各種I/O功能以模塊的形式來實現(xiàn)。I/O模塊與計算機之間以及I/O模塊與I/O模塊之間的物理連接可以很靈活，例如，可以采用雙絞線或同軸電纜連接，也可以采用并行總線連接。由于生產(chǎn)廠家已經(jīng)生產(chǎn)了許多類型的I/O模塊，因此，系統(tǒng)的構(gòu)成與擴充非常方便。這種方式非常適合于大、中型的計算機監(jiān)控系統(tǒng)以及遠程監(jiān)控。目前，無論是集散控制系統(tǒng)，還是可編程序控制器以及現(xiàn)場總線都使用該方式。2-5串口通信有哪幾種工作模式？答：通過單線傳輸信息是串行數(shù)據(jù)通信的基礎。數(shù)據(jù)通常是在兩個站（點對點）之間進行傳送，按照數(shù)據(jù)流的方向可分成三種傳送模式：單工、半雙工、全雙工。1）單工形式單工形式的數(shù)據(jù)傳送是單向的。通信雙方中，一方固定為發(fā)送端，另一方則固定為接收端。信息只能沿一個方向傳送，使用一根傳輸線，如圖1所示。發(fā)送器發(fā)送器接收器圖1單工形式地線單工形式一般用在只向一個方向傳送數(shù)據(jù)的場合。例如計算機與打印機之間的通信是單工形式，因為只有計算機向打印機傳送數(shù)據(jù)，而沒有反方向的數(shù)據(jù)傳送。還有在某些通信信道中，如單工無線發(fā)送等也是采用單工形式。2）半雙工形式半雙工通信使用同一根傳輸線，既可發(fā)送數(shù)據(jù)又可接收數(shù)據(jù)，但不能同時發(fā)送和接收。在任何時刻只能由其中的一方發(fā)送數(shù)據(jù)，另一方接收數(shù)據(jù)。因此半雙工形式既可以使用一條數(shù)據(jù)線，也可以使用兩條數(shù)據(jù)線，如圖2所示。圖2半雙工形式圖2半雙工形式地線發(fā)送器接收器發(fā)送器接收器半雙工通信中每端需有一個收/發(fā)切換電子開關，通過切換來決定數(shù)據(jù)向哪個方向傳輸。因為有切換，所以會產(chǎn)生時間延遲，信息傳輸效率低些。但是對于象打印機這樣單方向傳輸?shù)耐鈬O備，用半雙工方式就能滿足要求了，不必采用全雙工方式，可省一根傳輸線。3）全雙工形式全雙工數(shù)據(jù)通信分別由兩根可以在兩個不同的站點同時發(fā)送和接收的傳輸線進行傳送，通信雙方都能在同一時刻進行發(fā)送和接收操作，如圖3所示。在全雙工方式中，每一端都有發(fā)送器和接收器，有兩條傳送線，可在交互式應用和遠程控制系統(tǒng)中使用，信息傳輸效率較高。圖3全雙工形式圖3全雙工形式地線發(fā)送器接收器接收器發(fā)送器2-6如何查看計算機上的串口設備信息？進入Windows操作系統(tǒng)，右鍵單擊“我的電腦”，如圖2-11所示。在“系統(tǒng)屬性”對話框中選擇“硬件”項，單擊“設備管理器”按鈕，出現(xiàn)“設備管理器”對話框。在列表中有端口COM和LPT設備信息，如圖2-12所示。圖2-11“我的電腦”屬性圖2-12查看串口設備選擇“通訊端口（COM1）”，單擊右鍵，選擇“屬性”，進入“通信端口（COM1）屬性”對話框，在這里可以查看端口的低級設置，也可查看其資源。在“端口設置”選項卡中，可以看到缺省的波特率和其它設置，如圖2-13所示，這些設置可以在這里改變，也可以在應用程序中很方便地修改。在“資源”選項卡中，可以看到，COM1口的輸入/輸出范圍（03F8-03FF）和中斷請求號（04），如圖2-14所示。圖2-13查看端口設置圖2-14查看端口資源2-7查閱文獻，了解PCI總線標準及其特點。答：PCI（PeripheralComponentInterconnect）是計算機外圍設備互連的意思。1992年由Intel發(fā)布，很快就成為了商用計算機的總線標準。發(fā)展至今，PCI實際上已經(jīng)不是一個簡單的總線標準，而是一類標準。PCI總線的提出極大地擴展了PC機的數(shù)據(jù)傳輸能力，使PC機對高速外設如圖形顯示器、硬盤等的支持能力極大提高，它是目前各種總線標準中定義最完善、性能價格比最高的一種總線標準，除在PC機中廣泛應用和普及外，在小型工作站等高檔計算機中也得到日益推廣。歸納起來，PCI總線具有以下特點：總線傳輸速率高，可達528MB/s，不受處理器限制，兼容性強，自動配置功能，支持即插即用，高性能價格比，是立足現(xiàn)在放眼未來的標準。PCI總線的接口芯片將大量系統(tǒng)功能高度集成，節(jié)省了邏輯電路，耗用較小的電路板空間，使成本降低。PCI總線采用地址/數(shù)據(jù)總線復用方式，使PCI總線上的接口引腳數(shù)減至50以下。PCI局部總線既迎合了當今的技術要求，又能滿足未來的發(fā)展需要，是計算機界公認的最具發(fā)展前景的局部總線標準。PCI總線的高性能、高效率及與現(xiàn)有總線標準的兼容性和充裕的發(fā)展?jié)摿?，是其它總線不可及的。電氣特性：2-8查閱文獻，了解RS-232總線標準及其特點。答：RS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA（ElectronicIndustryAssociation）于1962年公布，并于1969年修訂的串行接口標準。它已經(jīng)成為國際上通用的標準。RS-232C標準（協(xié)議）的全稱是EIA-RS-232C標準，其中RS（recommendedstandard）代表推薦標準，232是標識號，C代表RS-232的最新一次修改（1969），它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在0～20000bit/s范圍內(nèi)的通信。這個標準對串行通信接口的有關問題，如信號電平、信號線功能、電氣特性、機械特性等都作了明確規(guī)定。目前RS-232C已成為數(shù)據(jù)終端設備（DataTerminalEquipment，簡稱DTE，如計算機）和數(shù)據(jù)通信設備（DataCommunicationEquipment，簡稱DCE，如Modem）的接口標準。目前RS-232C是PC與通信工業(yè)中應用最廣泛的一種串行接口，在IBMPC上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。利用RS-232C串行通信接口可實現(xiàn)兩臺個人計算機的點對點的通信；可與其它外設（如打印機、邏輯分析儀、智能調(diào)節(jié)儀、PLC等）近距離串行連接；連接調(diào)制解調(diào)器可遠距離地與其它計算機通信；將其轉(zhuǎn)換為RS-422或RS-485接口，可實現(xiàn)一臺個人計算機與多臺現(xiàn)場設備之間的通信。RS-232C的每一支腳都有它的作用，也有它信號流動的方向。原來的RS-232C是設計用來連接調(diào)制解調(diào)器作傳輸之用的，因此它的腳位意義通常也和調(diào)制解調(diào)器傳輸有關。從功能來看，全部信號線分為三類，即數(shù)據(jù)線（TXD、RXD）、地線（GND）和聯(lián)絡控制線（DSR、DTR、RI、DCD、RTS、CTS），各信號線的作用描述如下：DCD：用來表示DCE已經(jīng)接收到滿足要求的載波信號，已經(jīng)接通通信鏈路，告知DTE準備接收數(shù)據(jù)。RXD：作用是接收DCE發(fā)送的串行數(shù)據(jù)。TXD：作用是將串行數(shù)據(jù)發(fā)送到DCE。在不發(fā)送數(shù)據(jù)時，TXD保持邏輯“1”。DTR：當該信號有效時，表示DTE準備發(fā)送數(shù)據(jù)至DCE，可以使用。GND：作用是為其他信號線提供參考電位。DSR：當該信號有效時，表示DCE已經(jīng)與通信的信道接通，可以使用。RTS：該信號用來表示DTE請求向DCE發(fā)送信號。當DTE欲發(fā)送數(shù)據(jù)時，將該信號置為有效，向DCE提出發(fā)送請求。CTS：該信號是DCE對RTS的響應信號。當DCE已經(jīng)準備好接收DTE發(fā)送的數(shù)據(jù)時，將該信號置為有效，通知DTE可以通過TXD發(fā)送數(shù)據(jù)。RI：當Modem（DCE）收到交換臺送來的振鈴呼叫信號時，該信號被置為有效，通知DTE對方已經(jīng)被呼叫。控制信號線何時有效，何時無效的順序表示了接口信號的傳送過程。例如，只有當DSR和DTR都處于有效（ON）狀態(tài)時，才能在DTE和DCE之間進行傳送操作。若DTE要發(fā)送數(shù)據(jù)，則預先將DTR線置成有效(ON)狀態(tài)，等CTS線上收到有效(ON)狀態(tài)的回答后，才能在TXD線上發(fā)送串行數(shù)據(jù)。這種順序的規(guī)定對半雙工的通信線路特別有用，因為半雙工的通信才能確定DCE已由接收方向改為發(fā)送方向，這時線路才能開始發(fā)送。EIA-RS-232C對電氣特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規(guī)定。在TXD和RXD上：邏輯1為-3V～-15V；邏輯0為+3～+15V。在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上：信號有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）為+3V～+15V；信號無效（斷開，OFF狀態(tài)，負電壓）為-3V～-15V。以上規(guī)定說明了RS-232C標準對邏輯電平的定義。對于數(shù)據(jù)（信息碼）：邏輯“1”的電平低于-3V，邏輯“0”的電平高于+3V。對于控制信號：接通狀態(tài)（ON）即信號有效的電平高于+3V，斷開狀態(tài)（OFF）即信號無效的電平低于-3V，也就是當傳輸電平的絕對值大于+3V時，電路可以有效地檢查出來，介于-3～+3V之間的電壓無意義，低于-15V或高于+15V的電壓也認為無意義，因此，實際工作時，應保證電平在±（3～15）V之間。RS-232C是用正負電壓來表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同，因此，為了能夠同計算機接口或終端的TTL器件連接，必須在RS-232C與TTL電路之間進行電平和邏輯關系的變換，實現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯片。目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件，如MAX232芯片可完成TTL電平到EIA電平的轉(zhuǎn)換。2-9查閱文獻，了解RS-485總線標準及其特點。答：RS-422由RS-232發(fā)展而來，它是為彌補RS-232之不足而提出的。為改進RS-232抗干擾能力差、通信距離短、速率低的缺點，RS-422定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mbit/s，傳輸距離延長到1219m（速率低于100kbit/s時），并允許在一條平衡總線上連接最多10個接收器。RS-422是一種單機發(fā)送、多機接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為TIA/EIA-425-A標準。為擴展應用范圍，EIA又于1983年在RS-422基礎上制定了RS-485標準，增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA-485-A標準。由于EIA提出的建議標準都是以“RS”作為前綴，所以在通信工業(yè)領域，仍然習慣將上述標準以RS作前綴稱謂。RS-232、RS-422與RS-485標準只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。有關電氣參數(shù)見表5-2。表5-2RS-232、RS-422、RS-485電氣參數(shù)比較規(guī)定RS-232RS-422RS-485工作方式單端差分差分節(jié)點數(shù)1收、1發(fā)1發(fā)10收1發(fā)32收最大傳輸電纜長度/m15121121最大傳輸速率20Kbit/s10Mbit/s10Mbit/s最大驅(qū)動輸出電壓/V±25-0.25～+6-7V～+12驅(qū)動器輸出信號電平(負載最小值)/V負載±5～±15±2.0±1.5驅(qū)動器輸出信號電平(空載最大值)/V空載±25±6±6驅(qū)動器負載阻抗/Ω3000～700010054接收器輸入電壓范圍/V±15-10～+10-7～+12接收器輸入門限/mV±3000±200±200接收器輸入電阻/Ω3000～70004000(最小)≥12000驅(qū)動器共模電壓/V

-3～+3-1～+3接收器共模電壓/V

-7～+7-7～+12由于RS-485是從RS-422基礎上發(fā)展而來的，所以RS-485許多電氣規(guī)定與RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式，都需要在傳輸線上接終端匹配電阻等。RS-485可以采用二線與四線方式，二線制可實現(xiàn)真正的多點雙向通信。其主要特點有：1）RS-485的接口信號電平比RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。2）RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbit/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100Kbit/s速率以下，才可能使用規(guī)定最長的電纜長度。只有在很短的距離下才能獲得最高傳輸速率。一般100m長的雙絞線最大傳輸速率僅為1Mbit/s。因為RS-485接口組成的半雙工網(wǎng)絡，一般只需二根連線，所以RS-485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。3）RS-485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強，即抗噪聲干擾性好，抗干擾性能大大高于RS-232接口,因而通信距離遠，RS-485接口的最大傳輸距離大約為1200m，實際上可達3000m。4）RS-485需要接2個終端電阻，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗。在短距離傳輸時可不接終端電阻，即在300m以下可不接終端電阻，終端電阻接在傳輸總線的兩端。理論上，在每個接收數(shù)據(jù)信號的中點進行采樣時，只要反射信號在開始采樣時衰減到足夠低就可以不考慮匹配。5）RS-485接口在總線上是允許連接多達128個收發(fā)器，即具有多站能力，這樣用戶可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設備網(wǎng)絡。RS-485協(xié)議可以看作是RS-232協(xié)議的替代標準，與傳統(tǒng)的RS-232協(xié)議相比，其在通信速率、傳輸距離、多機連接等方面均有了非常大的提高，這也是工業(yè)系統(tǒng)中使用RS-485總線的主要原因。由于RS-485總線是RS-232總線的改良標準，所以在軟件設計上它與RS-232總線基本上一致，如果不使用RS-485接口芯片提供的接收器、發(fā)送器選通的功能，為RS-232總線系統(tǒng)設計的軟件部分完全可以不加修改直接應用到RS-485網(wǎng)絡中。RS-485總線工業(yè)應用成熟，而且大量的已有工業(yè)設備均提供RS-485接口，因而時至今日，RS-485總線仍在工業(yè)應用中具有十分重要的地位。第3章計算機控制系統(tǒng)的硬件3-5查閱文獻或網(wǎng)絡搜索（/），了解研華ADAM-4000系列遠程I/O模塊產(chǎn)品介紹及配置。答：1.安裝驅(qū)動程序在使用研華ADAM4000系列遠程I/O模塊編程之前必須安裝研華設備DLL驅(qū)動程序和設備管理程序DeviceManager。進入研華公司官方網(wǎng)站找到并下載下列程序：ADAM_DLL.exe、DevMgr.exe、ADAM-4000-5000Utility.exe等。依次安裝上述程序。2.配置模塊配置模塊使用Utility.exe程序。運行Utility.exe程序，出現(xiàn)如圖C-1所示的畫面。圖C-1圖C-1Utility程序畫面選中COM1，點擊工具欄快捷鍵search，出現(xiàn)“SearchInstalledmodules”對話窗口，如圖C-2所示。提示掃描模塊的范圍，允許輸入0~255，確定一個值后，單擊“OK”按鈕開始掃描。圖C-2掃描安裝的模塊圖C-2掃描安裝的模塊如果計算機COM1口安裝有模塊，將在程序右側(cè)COM1下方出現(xiàn)已安裝的模塊名稱，如圖C-3所示。圖C-3中顯示COM1口安裝了4012和4050兩個模塊。點擊模塊名稱“4012”，進入測試/配置界面，如圖C-4所示。設置模塊的地址值（1）、波特率（9600）、電壓輸入范圍等，完成后，單擊“Update”按鈕。圖C-4中模塊名稱4012前顯示其地址值01，AI通道的輸入電壓是1.4635V。點擊模塊名稱“4050”，進入測試/配置界面，如圖C-5所示。設定波特率和校驗和應注意：在同一485總線上的所有模塊和主計算機的波特率和校驗和必須相同。連網(wǎng)前分別設置好2個模塊的地址，不能重復。3．模塊測試運行設備管理程序DevMgr.exe，在出現(xiàn)的對話框中從SupportedDevices列表中選擇“AdvantechCOMDevices”，單擊“Add”按鈕，出現(xiàn)“CommunicationPortConfiguration”對話框，設置串口通信參數(shù)，如圖C-6所示。完成后，單擊“OK”按鈕。展開“AdvantechCOMDevices”項，選擇“AdvantechADAM-4000ModulesforRS-485”項，單擊“Add”按鈕，出現(xiàn)“AdvantechADAM-4000ModulesParameters”對話框，如圖C-7所示。在ModuleType下拉框選擇ADAM4012，在ModuleAddress文本框中設置地址值，如1（必須和模塊的配置值一致）。圖C-3顯示已安裝的模塊圖C-3顯示已安裝的模塊圖C-44012模塊配置與測試圖C-54050模塊配置與測試圖C-54050模塊配置與測試圖C-6添加串口圖C-6添加串口圖C-7添加模塊同樣添加模塊ADAM4050，地址值設為2。完成后單擊“OK”按鈕，這時在InstalledDevices列表中出現(xiàn)模塊ADAM4012與模塊ADAM4050的信息，如圖C-8所示。在InstalledDevices列表中選擇模塊“000<ADAM4012Address=1Dec.>”，單擊右側(cè)“Test”按鈕，出現(xiàn)“AdvantechDevicesTest”對話框，如圖C-9所示。在AnalogInput選項卡中，顯示模擬輸入電壓值，圖C-9中，ADAM-4012模塊的輸入電壓是1.4235V。至此，可以用開發(fā)軟件對I/O模塊編程。圖C-8模塊添加完成圖C-8模塊添加完成圖C-9測試模塊3-6查閱文獻或網(wǎng)絡搜索（/），了解研華PCI-1710系列數(shù)據(jù)采集卡產(chǎn)品介紹及配置。答：1.驅(qū)動程序安裝在使用研華PCI1710數(shù)據(jù)采集卡編程之前必須安裝研華設備DLL驅(qū)動程序和設備管理程序DeviceManager。首先進入研華公司官方網(wǎng)站找到并下載下列程序：PCI1710.exe、DevMgr.exe、PortIO.exe、All_Examples.exe、Utility.exe等。首先執(zhí)行DevMgr.exe程序，根據(jù)安裝向?qū)瓿膳渲霉芾碥浖陌惭b；接著執(zhí)行PCI1710.exe程序，按照提示完成驅(qū)動程序的安裝。安裝完DeviceManager后，相應的設備驅(qū)動手冊DeviceDriver’sManual也會自動安裝。有關研華32bitDLL驅(qū)動程序的函數(shù)說明、例程說明等資料在此獲取?？旖莘绞降奈恢脼椋洪_始/程序/AdvantechAutomation/DeviceManager/DeviceDriver’smanual。圖D-1PCI圖D-1PCI-1710板卡安裝關閉計算機電源，打開機箱，將PCI1710板卡正確地插到一空閑的PCI插槽中，如圖D-1所示，檢查無誤后合上機箱。注意：在用手持板卡之前，請先釋放手上的靜電（例如：通過觸摸電腦機箱的金屬外殼釋放靜電），不要接觸易帶靜電的材料（如塑料材料），手持板卡時只能握它的邊沿，以免手上的靜電損壞面板上的集成電路或組件。重新開啟計算機，進入WindowsXP系統(tǒng)，首先出現(xiàn)“找到新的硬件向?qū)А睂υ捒?，選擇“自動安裝軟件”項，點擊“下一步”按鈕，計算機將自動完成PCI1710數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序的安裝。系統(tǒng)自動地為PCI板卡設備分配中斷和基地址，用戶無需關心。注：其它公司的PCI設備一般都會提供相應的.inf文件，用戶可以在安裝板卡的時候指定相應的.inf文件給安裝程序。檢查板卡是否安裝正確：右擊“我的電腦”，點擊“屬性”項，彈出“系統(tǒng)屬性”對話框，選中“硬件”項，點擊“設備管理器”按鈕，進入“設備管理器”畫面，若板卡安裝成功后會在設備管理器列表中出現(xiàn)PCI1710的設備信息，如圖D-2所示。查看板卡屬性“資源”選項中，可查看計算機分配給板卡的地址，輸入輸出范圍：C000-C0FF，其中首地址為C000（組態(tài)程序設計時板卡的地址），分配的中斷號為22，如圖D-3所示。圖D-3圖D-3板卡資源信息圖D-2設備管理器中的板卡信息3.板卡配置在測試板卡和使用研華驅(qū)動編程之前必須首先對板卡進行配置，通過研華板卡配置軟件DeviceManager來實現(xiàn)。從開始菜單/所有程序/AdvantechAutomation/DeviceManager打開設備管理程序AdvantechDeviceManager，如圖D-4所示。當您的計算機上已經(jīng)安裝好某個產(chǎn)品的驅(qū)動程序后，設備管理軟件支持的設備列表前將沒有紅色叉號，說明驅(qū)動程序已經(jīng)安裝成功，比如圖D-4中SupportedDevices列表的AdvantechPCI-1710/L/HG/HGL前面就沒有紅色叉號，選中該板卡，單擊“Add”按鈕，該板卡信息就會出現(xiàn)在InstalledDevices列表中。PCI總線的插卡插好后計算機操作系統(tǒng)會自動識別，在DeviceManagerde的InstalledDevices欄中MyComputer下會自動顯示出所插入的器件，這一點和ISA總線的板卡不同。圖D-4圖D-4配置板卡點擊“Setup”按鈕，彈出“PCI-1710HGDeviceSetting”對話框，如圖D-5所示，在對話框中可以設置A/D通道是單端輸入還是差分輸入，可以選擇兩個D/A轉(zhuǎn)換輸出通道通用的基準電壓來自外部還是內(nèi)部，也可以設置基準電壓的大小（0∽5V還是0∽10V），設置好后，點擊“OK”按鈕即可。圖D-5圖D-5板卡A/D、D/A通道配置到此，PCI1710數(shù)據(jù)采集卡的硬件和軟件已經(jīng)安裝完畢，可以進行板卡測試。4.功能測試可以利用板卡附帶的測試程序?qū)Π蹇ǖ母黜椆δ苓M行測試。運行設備測試程序：在研華設備管理程序AdvantechDeviceManager對話框中點擊“Test”按鈕，出現(xiàn)“AdvantechDeviceTest”對話框，通過不同選項卡可以對板卡的“AnalogInput”、“AnalogOutput”、“DigitalInput”、“DigitalOutput”、“Counter”等功能進行測試。圖D-6模擬量輸入功能測試界面圖D-6模擬量輸入功能測試界面選擇“AnalogInput”項，如圖D-6所示。測試界面說明：ChannelNo：模擬量輸入通道號（0-16）；Inputrange：輸入電壓范圍選擇；Analoginputreading：模擬量輸入通道讀取的電壓數(shù)值；Channelmode：通道設定模式；Samplingperiod：采樣時間間隔。測試時可用PCL-10168電纜將PCI-1710HG板卡與ADAM-3968接線端子板連接，這樣PCL-10168的68個針腳就和ADAM-3968的68個接線端子一一對應，可通過將輸入信號連接到接線端子來測試PCI-1710HG的管腳。例如：在單端輸入模式下，測試通道1，需將待測信號接至通道1所對應接線端子的34（AI1）與60（AIGND）管腳，在通道1對應的Analoginputreading框中將顯示輸入信號的電壓值。2）模擬量輸出功能測試選擇“AnalogOutput”項，如圖D-7所示。圖D-7圖D-7模擬量輸出功能測試界面兩個模擬輸出通道可以通過軟件設置選擇輸出正弦波、三角波、方波、也可以設置輸出波形頻率以及輸出電壓幅值。例如：要使通道0輸出4.5V電壓，在“ManualOutput”中設置輸出值為4.5V，點擊“Out”按鈕，即可在管腳58（AO0_OUT）與57（AOGND）之間輸出4.5V電壓，這個值可用萬用表測得。3）數(shù)字量輸入功能測試選擇“DigitalInput”項，如圖D-8所示。用戶可以方便地通過程序畫面中各數(shù)字量輸入通道指示燈的顏色，判斷相應數(shù)字量輸入通道輸入的是低電平還是高電平（紅色為高，綠色為低）。例如：將通道0對應管腳DI0與數(shù)字地DGND短接，則通道0對應的狀態(tài)指示燈（Bit0）變綠；在DI0與數(shù)字地之間接入+5V電壓，則指示燈變紅。圖D-8圖D-8數(shù)字量輸入功能測試界面4）數(shù)字量輸出功能測試選擇“DigitalOutput”項，如圖D-9所示。用戶可以通過點擊界面中的方框?qū)妮敵鐾ǖ涝O為高電平或低電平，高電平為+5V，低電平為0V。用電壓表測試相應管腳，可以測出電壓值。圖D-9圖D-9數(shù)字量輸出功能測試界面3-7查閱文獻或網(wǎng)絡搜索，了解當前國內(nèi)外計算機控制領域主要的設備商。答：作為計算機控制系統(tǒng)設計人員，應及時當前國內(nèi)外計算機控制設備的主要生產(chǎn)廠商及其產(chǎn)品，以便熟練選用，構(gòu)成滿足設計要求的計算機控制設備?？梢圆殚單墨I或搜索網(wǎng)絡，了解下面幾家公司及其產(chǎn)品：美國霍尼威爾（HoneyWell）公司，美國羅克韋爾（RockWell）公司，日本歐姆龍（Omron）公司，日本西門子公司，中國研華公司。。。。第4章計算機控制系統(tǒng)的軟件4-1計算機操作系統(tǒng)有哪些功能？答：計算機操作系統(tǒng)（簡稱為操作系統(tǒng)），是指用于管理和控制計算機軟硬件資源，并且能為用戶創(chuàng)造便利的工作環(huán)境的一組計算機程序的集合。計算機操作系統(tǒng)的功能：一個操作系統(tǒng)主要有進程管理、作業(yè)管理、文件管理、設備管理和存儲器管理5種基本功能。1）進程管理進程和作業(yè)是計算機系統(tǒng)資源的分配對象，也是系統(tǒng)中的運行單位。進程可以定義為“是程序關于某個數(shù)據(jù)集合的可并發(fā)的一次運行活動”。這樣的定義可能抽象了一點，但也可以這樣來理解：首先，進程是一個動態(tài)的概念，也就是說進程是程序運行的動態(tài)過程，而程序是進程的靜態(tài)文本；其次，進程的實體是程序和數(shù)據(jù)的集合；再者，進程是可并發(fā)的運行單位。讀者還應該清楚的是，進程和程序之間并不存在一一對應的關系，多個進程可以執(zhí)行同一個程序；反之，一個進程也可以包括多個程序，即多個程序共同組成一次運行活動。由于現(xiàn)代計算機系統(tǒng)多數(shù)為多任務系統(tǒng)，也就是說計算機往往要“同時”運行多個程序，所以，操作系統(tǒng)要對這些程序的運行進行管理。操作系統(tǒng)對進程的管理包括：進程的建立、終止、掛起、激活、阻塞和喚醒。同時，操作系統(tǒng)還要為運行的程序以及相關的數(shù)據(jù)分配內(nèi)存空間，并為各進程間的通信進行管理。在相當長的一段時間內(nèi)，進程都是可調(diào)度的最小單位，直到Microsoft在WindowsNT中提出了線程的概念。關于線程的概念本書將在稍后介紹。2）作業(yè)管理作業(yè)就是用戶為完成一次事務處理而交給計算機的一項任務。它是系統(tǒng)中最大的工作單位。例如，用戶為了完成某種科學汁算；首先用C語言編制一個源程序USER.C，完成編輯后，再利用編譯程序?qū)SER.C進行編譯，從而得到目標程序USER.OBJ，再利用連接程序進行連接后，得到可執(zhí)行文件USER.EXE，最后運行USER.EXE，即可得到運算結(jié)果。完成以上全過程的工作就稱為一次作業(yè)，而其中的各步驟就稱為作業(yè)步。確切地說，一次作業(yè)可能需要執(zhí)行為完成同一任務的若干個程序，這些程序不僅包括用戶自己編寫的程序，也包括為用戶服務的系統(tǒng)程序。作業(yè)管理的任務就是為方便用戶建立作業(yè)，組織調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)部資源執(zhí)行，并在完成任務后將其撤消。3）存儲器管理存儲器是計算機系統(tǒng)重要的硬件資源，任何程序和數(shù)據(jù)都必須占有一定的存儲空間。存儲器分為內(nèi)存和外存兩部分，存儲器管理主要是指內(nèi)存管理。存儲器管理的兩個基本目的：一是為用戶使用存儲器提供方便，二是充分提高內(nèi)存的利用率。存儲器管理涉及以下4個問題：（1）內(nèi)存分配：主要是解決如何為多個程序（確切地說是進程或作業(yè)）分配其運行所需要的內(nèi)存空間。有靜態(tài)分配和動態(tài)分配兩種方法。（2）地址映射：作用是將用戶給出的邏輯地址變換成內(nèi)存空間中的物理地址。地址映射也有靜態(tài)映射和動態(tài)映射兩種方式。（3）內(nèi)存保護：內(nèi)存保護為多個進程共存于內(nèi)存提供了保證，確保各個進程的內(nèi)存區(qū)不受其他進程侵犯。僅靠內(nèi)存分配和地址映射并不能完全解決內(nèi)存保護問題，必須在程序執(zhí)行過程中隨時檢查對內(nèi)存的訪問，以保證各個程序都在自己所屬的內(nèi)存空間中工作。（4）內(nèi)存擴充：由于內(nèi)存空間是有限的，為了既滿足大作業(yè)存儲的需要，又能夠在內(nèi)存中盡可能多些用戶程序，給它們分配能夠有效運行的內(nèi)存空間，許多計算機系統(tǒng)都采用內(nèi)存擴充技術。這種擴充并不是增大內(nèi)存的物理容量，而是對內(nèi)存空間的邏輯擴充，即通過軟件方法將內(nèi)存空間擴充成比實際容量更大的邏輯存儲空間。4）設備管理設備管理的任務是根據(jù)用戶的需求接入外部設備，并盡可能地提高設備的利用率。設備管理的功能包括：按照一定的算法分配設備；控制和實現(xiàn)輸入輸出操作，如通道程序控制、啟動設備、及時響應及處理中斷信號；對輸入輸出緩沖區(qū)進行管理；實現(xiàn)虛擬設備技術。5）文件管理程序、數(shù)據(jù)等在計算機系統(tǒng)中都以文件的形式存放，計算機操作系統(tǒng)的一項重要任務就是對其進行管理。文件管理的功能包括：文件目錄管理、文件存儲空間管理、文件的保護與保密、文件系統(tǒng)的使用與執(zhí)行。4-2計算機操作系統(tǒng)有哪些種類？答：按照不同的分類方法，可以將操作系統(tǒng)進行不同的分類，一般分為以下6類：1）順序執(zhí)行系統(tǒng)即系統(tǒng)內(nèi)只含一個運行程序，該程序獨占CPU的時間，并按程序語句的順序執(zhí)行，直至執(zhí)行完畢，另一程序才能啟動執(zhí)行。例如，DOS操作系統(tǒng)就屬于這種類型。2）分時操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)將時間分為多個時間片。例如，每個時間片的時間為幾十到幾百毫秒。由于CPU的運行速度非?？?，而用戶的操作速度和反應速度相對比較緩慢。因此，只要用戶的數(shù)目不是很多，每個用戶都會感到自己是在獨享計算機的全部資源。UNIX就是典型的分時操作系統(tǒng)。只要不是實時性要求非常強的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，也可以使用分時操作系統(tǒng)。3）實時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)內(nèi)可以“