《工業(yè)PC及測控系統(tǒng)》

教學講稿

1課程概述：

介紹一門培養(yǎng)電氣工程與自動化人才的新課程和與之配套的實

驗系統(tǒng)。目的是使學生獲得IPC（IndustrialPersonalComputerZC

業(yè)PC機，其應用極為廣泛，尤其在電力系統(tǒng)中）及其在工業(yè)測控系

統(tǒng)中應用的基本知識。

以IPC為中心構成工業(yè)測控系統(tǒng)，在此基礎上介紹IPC的基本

概念，C語言編程和各種接口模板的基本結構、工作原理和使用方

法。本課程特別強調建立系統(tǒng)概念，在實際裝置的基礎上，描述了

單CPU系統(tǒng)在MROS（MultitaskReal-timeOperatingSystem多任

務實時操作系統(tǒng)）管理下的任務調度及多任務并發(fā)操作，介紹如何

設計在IPC測控系統(tǒng)上運行調度程序，包括基本概念和編程思路。

這也是本課程的特點之一。

在工科大學開設介紹工業(yè)控制計算機（尤其是IPC）方面的實

用課程是非常必要的，而且必須配合強有力的、接近實際應用的實

驗手段；把多任務實時操作系統(tǒng)的基本概念、多任務并發(fā)操作的概

念以及測控系統(tǒng)的概念生動、形象、具體地融合在實驗和課程中。

IPC（工業(yè)PC）?

PC轉向工控大市場IPC

PersonalIndustrial

ComputerPersonal

Computer

辦公室，家庭惡劣的工業(yè)現場

PC的強大的人力、物力和現有技術，以及潛在的人力、

物力和技術，IPC都可以享用。

2為什么要開設《IPC及測控系統(tǒng)》這門課程

1)一門全新的課程

Z80時代

MCS-51單片機流行時

PLC在市場上嶄露頭角時

80X86

IPC及其構成的測控系統(tǒng)，早就在測控領域大顯身手，但是在

大專院校中幾乎沒有“反響”：

幾乎沒有相應的教材；

幾乎沒有相應的實驗裝置；

幾乎沒有相應的課程！

我們希望能夠開設出具有特色的課程，設計并制作配套的實驗系統(tǒng)

2)一門十分有特色的課程

工科學生把計算機用在工業(yè)測控現場中，存在兩方面的困難:

(1)何快速地構成一個測控系統(tǒng)的硬件環(huán)境？

(2)何快速地完成相應的軟件？

市場上已有各種商品化的工業(yè)控制機、各種過程I/O模板(板卡)

<D

如

何開關量模板

快

速

構

成定時器/計數器模板

一

個模擬量模板工控機

測

控十

系

統(tǒng)驅動模板

的

硬

件

環(huán)信號調理模板

圜

？

通信模板

搭積木

構成硬件環(huán)境這項工作簡化為：根據現場需要選購工控主機和I/O模板

(1)“軟件文學”

1

2)學文學的三步曲：

何

如熟讀優(yōu)秀范文、模仿范文寫作文，創(chuàng)作。

速

快“軟件文學”的三步曲：

成

完熟讀典型的(當然也是入門的)測控程序、上機運行;

應

相模仿編寫或改動這些程序；自己創(chuàng)作編寫測控程序。

的

軟(2)“組合軟件”

件盡可能選用現成的程序，把現成程序作適當的修改,

？

作為自己程序的一部分

(3)利用高性能的開發(fā)工具和平臺如:暫不涉及

組態(tài)軟件，LabVIEW.....o

*c語言用于測控領域的一次實踐

*為使用商品化的多任務實時操作系統(tǒng)、組態(tài)軟件、LabVIEW

等工業(yè)軟件和開發(fā)平臺奠定一點基礎

3)形成“計算機測控系統(tǒng)系列化課程”

本課程與《C程序設計》，《計算機軟件基礎》，《計算機技能訓

練1》，《計算機硬件基礎》，《單片機原理及應用》，《電子技術綜合

設計》等課程，形成計算機測控系統(tǒng)系列化課程。而本課程在一定

程度上，起著“承上啟下”的作用。下圖可以給出一個大致的說明:

(1)在學習《C程序設計》后，補充一些作圖函數和相關內容,

即可在《計算機技能訓練1》中，完成《IPC及測控系統(tǒng)》課程中所

需的測控圖形畫面；補充訪問接口的函數及相關知識，也就具備了

本課程的數據采集和控制編程基礎。

(2)《計算機硬件基礎》為本課程打下了硬件基礎(包括：CPU,

接口，總線，接口芯片)。

這樣，本課程既以前面的三門課程為支撐，又為它們提供了綜

合應用的環(huán)境。

(3)本課程完成后，又作為其后的計算機類課程和教學環(huán)節(jié)的

基礎：

*與《單片機原理及應用》配合，介紹以單片機為前臺機、IPC

為后臺機的兩級DCS系統(tǒng)；

*與《電子技術綜合設計》配合，介紹并實際完成多機測控；

*以IPC為平臺，完成課程設計和畢業(yè)設計(如：在IPC測控

系統(tǒng)中的直流機控制，步進機控制，諧波分析，在電力系統(tǒng)中的應

用...)o

IPC系統(tǒng)

RS-232/RS-485轉換器

主機

實

工業(yè)=實實

PC工業(yè)PC工業(yè)PC驗

驗

從機i號=驗從機2號從機3號箱

?箱箱

由四臺IPC構成的兩級DCS實驗系統(tǒng)

4）研究生的教學和研究基地

利用本課程提供的硬件和軟件環(huán)境，提供作為研究生的任選課

和完成課題的基地，如：Linux在IPC測控系統(tǒng)中的應用，LabVIEW

在IPC測控系統(tǒng)中的應用…等。

3這門課程講什么？

工控機

總線

IPC及測控接口技術

系統(tǒng)是一個傳感技術

廣闊的領域通信技術，

涉及到多方控制方法

編程技術

面的知識

多任務實時操作系統(tǒng)

主題？建立系統(tǒng)概念

從什么角度切入？—》從具體應用這一角度切入

4學生實驗用的實驗系統(tǒng)

實驗系統(tǒng)介紹

LCD

24■?位開關量信號線

直流機步進機

驅動電路24-位開關量信號

測量電路

16位模擬量信號線

16路模擬量信號源

16位開關量信號源定時/計數信號線

測試插口

IPC實驗箱IPC主機

JP5廠

加變壓器步進機開入開出模板

信號線

JP4■|__|

???

直流機開入開出模板

LED組1LED組2

??信號線

JP6

P09PIOPllP12P13P14P15P16

模入模出模板

信號線

P01P02P03P04P05P06P07P08

OOOO

息息息息息s息息曇口口□□定時/計數模板

信號線

□□E3□OGJ□E3JP2

Sl-1Sl-2Sl-3Sl-4Sl-5Sl-6Sl-7S1-8□

key

IPC實驗箱簡介：

*提供16個開關量(SL1?SL8,S2-1?S2-8)和16個模擬量(P01~P16),

用以模擬一個小型電站的電氣信號；

*提供16個LED和1個2X16的LCD作為輸出顯示；

*提供一個模擬的溫度測控子系統(tǒng)(步進機控制子系統(tǒng))；

*一個直流機控制子系統(tǒng)；一個交流信號源；

*4個D型插座，與IPC主機連接；

*3個D型插座，作為擴展口，完成實際傳感器信號的輸入和對實際

執(zhí)行機構的控制。對外提供24條開入/開出引線、16路A/D輸入引線、2

路D/A輸出引線、1路計數脈沖輸入引線；一個20條插針的信號觀測點,

供示波器觀測整個系統(tǒng)中各種重要信號。

IPC測控系統(tǒng)框圖

主要工作：

1、運行示范程序，以熟悉和學習I/O模板、測控環(huán)節(jié)、編

程思路和方法。

2、"按自己的餐圖修改示范程序、模仿編寫程序。

3、用一個簡化的多任務實時操作系統(tǒng)把14個任務程序有

機地組合成所謂“管控一體化運行軟件”，在系統(tǒng)上運行。

供學生實驗用的工業(yè)Pc機測控系統(tǒng)電路原理圖

74327432

LCDRSR/WEDO—D7LED

16路開入PIN4PIN9

--1PA1PB1PC01PC11PC22PA開入/開出模板2PB1PC71PC6

A/DD/A模板16路+5V74LS194100+12V

模擬量輸入

VccDSL

165A

A

315_rwy—B

chl5474

|_卒.^YYV

DAO1513B

D

DAI6

MRDSR

2

9

脈沖源

1082541

8254_211GATEO

或步進脈沖回送

CLKOPIN4CLKO

32

GATEOPIN5|步進機停止控制OUTO

PIN9?

OUTO或CLK1

j?____PINlOp

CLK132GATE1

GATE1事件計數OUT1

OUT1CLK2

CLK2GATE2

GATE2OUT2

OUT2

步進脈沖IRQ2

IPC

ISA息線PC7

+5V+12VPC6

PC5

1N4001PC4

PC3

TIP122PC2

PCI

直流電機軸上的帶孔園盤

+5V開入/開出模板8255_2

紅外紅外探測器+5V

LED

220[358

I820K口

1.8K39K1/67414

*任務程序

1）、三個定時任務：0點制表，8點制表，16點制表。

2）、四個周期任務：

*每10ms對16個開關量采樣一次,并啟動8個LED（組1）閃爍一次。

*每秒對16個模擬量采樣一次，并啟動8個LED（組2）閃爍一次。

*每250毫秒測量一次直流機的轉速并按設定值調整轉速，在屏幕

上顯示速度值和偏差值。

*每0.5秒對溫度測控子系統(tǒng)的溫度值采樣一次，控制步進機按采

樣結果正轉或反轉若干步，并在屏幕上顯示步進方向和步數。

3）、六個鍵盤任務：

a鍵…把模擬量采樣結果在屏幕上排列顯示。

s鍵一把開關量采樣結果在屏幕上排列顯示。

d鎮(zhèn)…小型電站電氣主接線圖各模擬量的動態(tài)顯示。

t鍵…小型電站電氣主接線圖各開關量的動態(tài)顯示。

m鍵一直流機運行速度曲線的動態(tài)顯示。

b鍵一步進機變速運行速度曲線

…退回到TurboC集成開發(fā)環(huán)境。

4）、一個北京時間顯示任務:在每一畫面上均有北京時間的動態(tài)顯示。

簡化的多任務實時操作系統(tǒng)+14個任務有機地組合為所謂

“管控一體化運行軟件”

多任務并發(fā)運行過程：

從容調度，井然有序；實時處理，面面俱到。

5.教學實踐

讀程序、上機運行程序和模仿編寫程序；認真了解主機、I/O模

板、步進機和直流機的驅動電路以及一些接口芯片；學習多任務并發(fā)

操作的基本概念和任務調度程序的編寫。

*重視實驗：這是一門實踐性很強的工程技術課程，認真上機實踐以

強實戰(zhàn)能力。

*時間安排，18學時講課，18學時實驗。

*“集中優(yōu)勢兵力”

**不平均分配時間

**對于重點和難點，重點講解；

**對于“輕點”和“易點”，少講、自學。

其它：

1、考試方法：

開卷。熟悉和理解教材內容、熟悉方法。

實驗安排

時間學時數內容

學

時

次2

一系統(tǒng)運行演示，

學

次復習作圖程序

時

二4

學

次開關量采集及處理

時

三4

學

次模擬量采集及處理

時

四4

學

次步進機（直流機）控制

時

五4

實時多任務系統(tǒng)

第二章接口函數、字符屏幕和圖形函數

選用什么函數?

補充接口函數和圖形函數

先介紹一些在本課程中使用最頻繁的TurboC函數。

關于第一次實驗

2.1.接口函數與常用函數介紹

1.inportb()2.outportb()

3.clrscr()4.getch()

5.kbhit().6.printf()

7.puts().8.fprintf()

9.scanf()10.gotoxy()

11.delay()12.sound()

l.inportb()

原型:inportb(intport);

頭c戈^彳牛：dos.h

說明：正函數在輸入接口控制時使用，從port所指的輸

入端口讀取1字節(jié)的數據,返回值為所讀取到的數據。inport()

則為讀取2個字節(jié)。

2.outportb()

原型：voidoutportb(intprot>unsignedcharvalue)；

頭文件：dos.h

說明：此函數將一字節(jié)的數據輸出到port所指的輸出端口。

實例：/輸出口地址

Main()/~

outportb(0x280,Oxff)

}

其它函數，包括字符屏幕函數和圖形函數自己看講義。

通過第一次實驗來學習、復習其中涉及到的圖形函數。

第一次實驗：P28?P45的圖形程序

實驗預習：閱讀講義上給出的源程序和注釋，不清楚的

地方查講義的相關部分。

上機操作：編輯、編譯、運行，以了解如何使用各個函

數；然后通過修改函數的參數以加深對各個函數的理解。

補充：TurboC作圖基礎

1、ThrboC為用戶提供了功能很強的作圖軟件庫，稱為

BorLand圖形接口(BorLandGraphicsInterface)------BGI

圖形庫文件(graphics.lib)

B圖形頭文件(graphics.h)

!!多種圖形顯示器的驅動程序

H字符集的字體驅動程序

*編寫圖形程序時用到的圖形庫函數都在graphics.lib中

*執(zhí)行庫函數所需的有關信息則包括在graphics.h中

2、象素和坐標

1)象素、象點

*組成圖形的最小單位

*象素在屏幕上的數目越多，分辨率越高。

2)

以(200,50)象元點上為左上角，(400,150)象元點為右下角

的圖形窗口，紅色為相對坐標.

3、圖形顯示器與適配器

*待顯示的字符和圖形均以數字形式儲存在存儲器中，而

顯示器需要的是模擬信號

*適配器的作用：把以數字形式表示的待顯字符和圖形儲

存在適配卡上的VRAM(VisualRAM)中，再將其變?yōu)橐?/p>

頻模擬信號送顯示器

數字形式模擬信號

圖顯示

主機形VRAM

控制器

適配器

*顯示器的種類不同，相應的適配器也不同

*顯示器工作方式：文本方式(字符方式)，圖形顯示方式

4.TurboC支持的適配器和圖形模式

P22表2-2

gdrivergraphicdriver圖形驅動器

表2-2中的圖形驅動器符號常數賦給gdriver

gmodegraphicmode圖形模式

表2-2中的圖形模式符號常數賦給gmode

5.圖形系統(tǒng)的初始化

*編制圖形程序，進入圖形方式之前，應首先對圖形系統(tǒng)

進行初始化

圖形

：

例如

圖形適

類型的

系統(tǒng)用什么

序？

動程

的驅

配器

VGA

GA、

初始對于E

化要

就

器，

適配

圖形

的圖形

么模式

解決采用什

程

驅動

調用

應當

？

的問方式

題序：

.BGI

VGA

EGA

序的尋

驅動程

適配器

：

例2”

22

P21~

模式

圖形

辨率

高分

VGA

設置

函數

始化

形初

用圖

1：使

例2-

.h>

phics

<gra

lude

#inc

()

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drive

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程序

動器

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A圖

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/*采

GA;

er=V

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，

模式

圖形

辨率