第2章-工業(yè)控制計(jì)算機(jī)課件

工控機(jī)的主要特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)PC總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

PC總線工控機(jī)主要類型、主板及擴(kuò)展板卡第2章工業(yè)控制計(jì)算機(jī)教學(xué)重點(diǎn):工控機(jī)的主要特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)第2章工業(yè)控制計(jì)算機(jī)教學(xué)重點(diǎn)1工業(yè)控制計(jì)算機(jī)概述工業(yè)個(gè)人計(jì)算機(jī)IndustrialPersonalComputer（簡(jiǎn)稱IPC）是一種加固的增強(qiáng)型個(gè)人計(jì)算機(jī)，是指對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程及其機(jī)電設(shè)備、工藝裝備進(jìn)行測(cè)量與控制用的計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱工控機(jī)，它可以作為一個(gè)工業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運(yùn)行。早在20世紀(jì)80年代初期，美國(guó)AD公司就推出了類似IPC的MAC-150工控機(jī)，隨后美國(guó)IBM公司正式推出工業(yè)個(gè)人計(jì)算機(jī)IBM7532。由于IPC的性能可靠、軟件豐富、價(jià)格低廉，而在工控機(jī)中異軍突起，后來(lái)居上，應(yīng)用日趨廣泛。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)概述工業(yè)個(gè)人計(jì)算機(jī)Industrial2用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)稱為工業(yè)計(jì)算機(jī)（IndustrialPersonalComputer），簡(jiǎn)稱工控機(jī)（IPC），主要用于工業(yè)過(guò)程測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)采集等工作。工控機(jī)的分類方式很多，按照所采用的總線標(biāo)準(zhǔn)可將工控機(jī)分為以下四類：（1）PC總線工控機(jī)有ISA總線、VESA局部總線（VL－BUS）、PCI總線、PC104總線等幾種類型工控機(jī)，主機(jī)CPU類型有80386、80486、Pentium等。本章將詳細(xì)介紹此類工控機(jī)。（2）STD總線工控機(jī)它采用STD總線，主機(jī)CPU類型有80386、80486、Pentium等，另外與STD總線相類似的還有STE總線工控機(jī)。（3）VME總線工控機(jī)它采用VME總線，主機(jī)CPU類型以Motorola公司的M68000、M68020和M68030為主。（4）多總線工控機(jī)它采用MULTIBUS總線，以Intel工控機(jī)為代表，主機(jī)CPU類型有80386、80486、Pentium等。用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)稱為工業(yè)計(jì)算機(jī)（Indust3工控機(jī)示意圖西門子工控機(jī)研華工控機(jī)工控機(jī)示意圖西門子工控機(jī)研華工控機(jī)42.1工控機(jī)的主要特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)

（1）可靠性高可內(nèi)裝電子盤以取代機(jī)械磁盤，使PC機(jī)在工業(yè)環(huán)境下的操作具有高速﹑高可靠性。（2）實(shí)時(shí)性好（3）環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)機(jī)箱采用全鋼機(jī)構(gòu)，可防止電磁干擾；采用150W-350W帶除塵過(guò)濾器的工業(yè)開關(guān)電源，具有足夠地負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力。機(jī)箱內(nèi)裝有雙風(fēng)扇，正壓對(duì)流排風(fēng)，并裝有濾塵網(wǎng)用以防塵。軟盤、硬盤驅(qū)動(dòng)器安裝采用橡皮緩沖防震，并有防塵門。（4）過(guò)程輸入和輸出配套較好2.1.1工控機(jī)的特點(diǎn)2.1工控機(jī)的主要特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)（1）可靠性高2.1.1工5（5）系統(tǒng)擴(kuò)充性好支持各種模塊化CPU卡和所有的IBM-PC/XT/AT總線接口板。模塊化﹑插板式，以便安裝﹑更換和升級(jí)換代。（6）系統(tǒng)開放性

開放性好，兼容性好，吸收了PC機(jī)的全部功能，可直接運(yùn)行PC機(jī)的各種應(yīng)用軟件。（7）控制軟件包功能強(qiáng)（8）系統(tǒng)通信功能強(qiáng)（9）后備措施齊全（10）具有冗余性（5）系統(tǒng)擴(kuò)充性好6典型的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)實(shí)物圖，結(jié)構(gòu)原理圖

2.1.2工控機(jī)的結(jié)構(gòu)工控機(jī)主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：（1）加固型工業(yè)機(jī)箱（2）工業(yè)電源（3）主板（4）無(wú)源底板（5）軟盤（6）硬盤（7）各類輸入和輸出接口模（8）彩色顯示器（9）鍵盤（10）鼠標(biāo)（11）打印機(jī)典型的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)實(shí)物圖，結(jié)構(gòu)原理圖2.1.2工控機(jī)的7常用的工業(yè)控制機(jī)簡(jiǎn)介當(dāng)前國(guó)內(nèi)外工控機(jī)型號(hào)很多，下面簡(jiǎn)要介紹主要常用的工控機(jī)：工控機(jī)的生產(chǎn)廠家很多，國(guó)外有美國(guó)IBM、ICS、德國(guó)西門子、日本康泰克等，這些產(chǎn)品可靠性好、市場(chǎng)定位高。我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)是工控機(jī)的主要生產(chǎn)區(qū)，其品牌主要有研華、威達(dá)、艾訊、磐儀、大眾、博文等廠家，其中，研華是世界三大工控廠商之一，在中國(guó)大陸及臺(tái)灣市場(chǎng)均有較高的市場(chǎng)占有率。國(guó)內(nèi)也有很多工控機(jī)品牌，如研祥、華控、康拓、艾雷斯、北京華北等。常用的工業(yè)控制機(jī)簡(jiǎn)介當(dāng)前國(guó)內(nèi)外工控機(jī)型號(hào)很多，下面簡(jiǎn)要介紹主82.2PC總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范目前市場(chǎng)上PC總線類型有：XT總線、ISA總線、EISA總線、VESA總線（VL－BUS）以及PCI總線。ISA（IndustrialStandardArchitecture）總線就是AT總線，它是在XT總線基礎(chǔ)上擴(kuò)充設(shè)計(jì)的16位總線，其尋址空間最大16MB，操作速度8MHz，數(shù)據(jù)傳輸率16Mbps。EISA（ExtendIndustrialStandardArchitecture）總線是一個(gè)32位總線，它支持總線主控，其數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)32Mbps。VL－BUS也稱VESA總線，它是局部總線（LocalBUS）標(biāo)準(zhǔn)，是ISA總線的簡(jiǎn)單擴(kuò)展，可以與ISA或EISA總線同時(shí)使用。

PCI總線（PeripheralComponentInterconnect）是1993年Intel公司主導(dǎo)推出的。它支持并發(fā)CPU和總線主控部件操作，支持64位奔騰（Pentium）處理器。這是目前普遍應(yīng)用的總線，在工控機(jī)上已有CompactPCI產(chǎn)品。2.2.1概述2.2PC總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范目前市場(chǎng)上PC總線類型有：X9

在工控機(jī)的市場(chǎng)上，還是以ISA（AT）總線和PCI總線為主，下圖這是一塊13槽PICMGPCI/ISA底板，產(chǎn)品型號(hào)：IM247。PCI插槽ISA插槽在工控機(jī)的市場(chǎng)上，還是以ISA（AT）總線和PC102.2.2ISA總線標(biāo)準(zhǔn)1.概述ISA總線是在XT總線基礎(chǔ)上擴(kuò)充的，即它把XT總線的62線信號(hào)擴(kuò)充為98線。ISA所擴(kuò)充的36線信號(hào)主要用于尋址范圍、數(shù)據(jù)位數(shù)、中斷資源以及DMA傳輸資源的擴(kuò)充。2.主要性能指標(biāo)ISA總線的主要性能指標(biāo)如下：①I/O地址空間0100H－03FFH②24位地址線可直接尋址的內(nèi)存容量為16MB③8/16位數(shù)據(jù)線④62+36引腳⑤最大位寬16位(bit)⑥最高時(shí)鐘頻率8MHz⑦最大穩(wěn)態(tài)傳輸率16MB/s⑧中斷功能⑨DMA通道功能⑩開放式總線結(jié)構(gòu)，允許多個(gè)CPU共享系統(tǒng)資源2.2.2ISA總線標(biāo)準(zhǔn)1.概述2.主要性能指標(biāo)113.ISA總線信號(hào)定義

ISA總線的引腳定義如圖2-4所示。ISA總線各引腳的功能見表2-1、表2-24.ISA總線的電氣規(guī)范

（1）總線驅(qū)動(dòng)能力（2）容性總線負(fù)載（3）系統(tǒng)電源5.ISA總線的機(jī)械規(guī)范3.ISA總線信號(hào)定義4.ISA總線的電氣規(guī)范5.IS122.2.3PCI總線標(biāo)準(zhǔn)1.概述

PCI總線（PeripheralComponentInterconnectSpecialInterestGroup）簡(jiǎn)稱PCISIG，是先進(jìn)的高性能局部總線，可同時(shí)支持多組外圍設(shè)備。PCI總線不受制于處理器，為中央處理器及高速外圍設(shè)備提供一座橋梁，提高數(shù)據(jù)吞吐量。PCI局部總線的擴(kuò)展槽口短，最大可支持l0多個(gè)外設(shè)，易于插拔，現(xiàn)有的PCI2.0標(biāo)準(zhǔn)雖然是32位的，但它可以向64位擴(kuò)展.PCI在CPU和外設(shè)間插入了一個(gè)復(fù)雜的管理層，用以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳輸，提供一個(gè)一致的總線接口，這個(gè)管理層提供信號(hào)的緩沖，透過(guò)緩沖線路將驅(qū)動(dòng)力放大，因此PCI能支持l0多個(gè)外設(shè)。PCI還支持總線主控技術(shù)（BusMaster），允許智能設(shè)備在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候取得總線控制權(quán)以加速數(shù)據(jù)傳送，即數(shù)據(jù)會(huì)以猝發(fā)形式輸送到各外圍卡。PCI具有自適配特點(diǎn)，使外設(shè)適配器在和系統(tǒng)連接時(shí)，能自動(dòng)配置并決定中斷設(shè)置和軟件默認(rèn)的中斷，而不需要用戶去調(diào)跳線來(lái)設(shè)置IRQ，PCI總線在技術(shù)上完全克服了VL－BUS（VESALocalBus）的各種缺點(diǎn)，使PCI能與ISA，EISA，MCA等總線連接，還可支持奔騰64位系統(tǒng)。2.2.3PCI總線標(biāo)準(zhǔn)1.概述PCI總線132.PCI局部總線的主要特點(diǎn)（1）高性能PCI總線以33MHz的時(shí)鐘頻率操作。采用32位數(shù)據(jù)總線，可支持多組外圍部件及附加卡，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)132Mbps。（2）線性突發(fā)傳輸PCI能支持一種稱為線性突發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸模式，可確保總線不斷滿載數(shù)據(jù)。

（3）極小的存取延遲支持PCI的設(shè)備，存取延遲很小，能夠大幅度減少外圍設(shè)備取得總線控制權(quán)所需的時(shí)間。

（4）采用總線主控和同步操作

PCI的總線主控和同步操作功能有利于PCI性能的改善

（5）不受處理器限制

PCI獨(dú)立于處理器的結(jié)構(gòu)，形成一種獨(dú)特的中間緩沖器設(shè)計(jì)方式，將中央處理器子系統(tǒng)與外圍設(shè)備分開。

2.PCI局部總線的主要特點(diǎn)（1）高性能（2）線性突發(fā)14（6）適合于各種機(jī)型

PCI總線適合于桌面（臺(tái)式）計(jì)算機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)、服務(wù)器。它可為便攜式計(jì)算機(jī)及筆記本計(jì)算機(jī)提供臺(tái)式計(jì)算機(jī)的圖形性能，又可支持3.3V的電源環(huán)境，延長(zhǎng)電池壽命，為計(jì)算機(jī)的小型化創(chuàng)造了良好的實(shí)現(xiàn)條件。

（7）兼容性強(qiáng)

由于PCI的設(shè)計(jì)要輔助現(xiàn)有的擴(kuò)展總線標(biāo)準(zhǔn)，因此它與ISA，EISA以及MCA總線完全兼容。

（8）低成本和高效益

PCI芯片將大量系統(tǒng)功能高度集成，節(jié)省了邏輯電路，使用較小的線路板空間，成本降低。

（9）預(yù)留發(fā)展空間

PCI總線既兼顧了當(dāng)今技術(shù)要求，又能滿足未來(lái)的需要，預(yù)留了充足的發(fā)展空間。

（6）適合于各種機(jī)型（7）兼容性強(qiáng)（8）低成本和高效益153.PCI總線信號(hào)定義

PCI總線的引腳定義如圖2-6所示。由于不同的微機(jī)生產(chǎn)商在生產(chǎn)過(guò)程中可能對(duì)總線信號(hào)略有改動(dòng)（主要是使用未定義引腳），因此表2-3所示信號(hào)可能與其他資料中提供的信號(hào)略有差異，請(qǐng)讀者使用時(shí)予以注意。PCI總線各引腳的功能如表2-4所示3.PCI總線信號(hào)定義PCI總線的引腳定義如圖2-16

PCI總線的信號(hào)線共有100根,這里按功能分組進(jìn)行說(shuō)明:（1）系統(tǒng)信號(hào)定義CLK（IN）：系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，對(duì)所有的PCI設(shè)備都是輸人信號(hào)。RST#（IN）：復(fù)位信號(hào)。

（2）地址和數(shù)據(jù)信號(hào)AD[31]～AD[00]（T／S）：它們是地址、數(shù)據(jù)多路復(fù)用的輸入/輸出信號(hào)。C/BE[3]?！獵/BE[0]＃（T／S）：它們是總線命令和字節(jié)使能多路復(fù)用信號(hào)線。

（3）接口控制信號(hào)FRAME#（S／T／S）：幀周期信號(hào)。由當(dāng)前主設(shè)備驅(qū)動(dòng)，表示一次訪問的開始和持續(xù)時(shí)間。IRDY＃（S／T／S）：主設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)。該信號(hào)有效表示發(fā)起本次傳輸?shù)脑O(shè)備能夠完成—個(gè)數(shù)據(jù)期。

PCI總線的信號(hào)線共有100根,這里按功能分組進(jìn)行說(shuō)明:（17TRDY＃（S／T／S）：從設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)。該信號(hào)有效表示從設(shè)備已做好完成當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)備工作，即可以進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸。STOP#（S／T／S）：停止數(shù)據(jù)傳送信號(hào)。該信號(hào)應(yīng)由從設(shè)備發(fā)出，它有效時(shí)表示從設(shè)備要求主設(shè)備終止當(dāng)前的數(shù)據(jù)傳送。LOCK＃（S／T／S）：鎖定信號(hào)。它有效時(shí)表示驅(qū)動(dòng)它的設(shè)備所進(jìn)行的操作可能需要多個(gè)傳輸才能完成。IDSEL（IN）：初始化設(shè)備選擇信號(hào)。在參數(shù)配置讀寫傳輸期間，用做片選信號(hào)。DEVSEL＃（S／T／S）：設(shè)備選擇信號(hào)。它有效時(shí)表示驅(qū)動(dòng)它的設(shè)備已成為當(dāng)前訪問的從設(shè)備，即總線上某處的某設(shè)備已被選中。（4）仲裁信號(hào)REQ＃（T／S）：總線占用請(qǐng)求信號(hào)。它有效表明驅(qū)動(dòng)它的設(shè)備要求使用總線。它是一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的信號(hào)線，任何主設(shè)備都有其REQ#信號(hào)。GNT＃（T／S）：總線占用允許信號(hào)。用于向申請(qǐng)占用總線的設(shè)備表示其請(qǐng)求已獲得批準(zhǔn)。它是—個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的信號(hào)線，任何主設(shè)備都應(yīng)有自己的GNT＃信號(hào)。TRDY＃（S／T／S）：從設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)。該信號(hào)有效表示從18（5）錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào)PERR＃（S／T／S）：數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào)。但該信號(hào)不報(bào)告特殊周期中的數(shù)據(jù)奇偶錯(cuò)。SERR＃（O／D）：系統(tǒng)錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào)，報(bào)告地址奇偶錯(cuò)，特殊命令序列中的數(shù)據(jù)奇偶錯(cuò)，以及其他可能引起災(zāi)難性后果的系統(tǒng)錯(cuò)誤。

（6）中斷信號(hào)中斷信號(hào)屬電平敏感性，低電平有效，使用漏板開路方式驅(qū)動(dòng)，且該類信號(hào)的建立和撤消與時(shí)鐘不同步。PCI總線中共有4條中斷線：INTA#、INTB#、INTC#、INTD#，均為O／D（漏級(jí)開路）。其作用是：用以請(qǐng)求一個(gè)中斷。后3個(gè)只能用于多功能設(shè)備。一個(gè)多功能設(shè)備上的任何功能都可以連接到4條中斷線的任意一條，即各功能與中斷線之間的連接是任意的，無(wú)附加限制。若一個(gè)設(shè)備要實(shí)現(xiàn)一個(gè)中斷，就定義為INTA#；要實(shí)現(xiàn)二個(gè)中斷，就定義為INTA#和INTB＃，依此類推。

（5）錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào)PERR＃（S／T／S）：數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤19（7）高速緩存支持信號(hào)可緩存的PCI存儲(chǔ)器應(yīng)能實(shí)現(xiàn)兩條高速緩存（Cache）支持信號(hào)的輸入。SBO＃（I/O）：試探返回信號(hào)。它有效時(shí)表示命中了一個(gè)修改過(guò)的行；它無(wú)效而SDONE信號(hào)有效時(shí)，表示一個(gè)“干凈”的試探結(jié)果。SDONE（I/O）：監(jiān)聽完成信號(hào)。它表示當(dāng)前的監(jiān)聽狀態(tài)。它無(wú)效時(shí)，表示監(jiān)聽仍在進(jìn)行；否則，表示監(jiān)聽已經(jīng)完成。（8）64位總線擴(kuò)展信號(hào)AD[63]～AD[32]（T／S）：擴(kuò)展的32位地址和數(shù)據(jù)多路復(fù)用線。C/BE[7]?！獵/BE[4]＃（T／S）：總線命令和字節(jié)使能多路復(fù)用信號(hào)線。REQ64＃（S／T／S）：64位傳輸請(qǐng)求。它由當(dāng)前主設(shè)備驅(qū)動(dòng)，并表示本設(shè)備要求采用64位通路傳輸數(shù)據(jù)，它與FRAME#有相同的時(shí)序。ACK64＃（S／T／S）：64位傳輸認(rèn)可。PAR64（T／S）：奇偶雙字節(jié)校驗(yàn)。它是AD[63]～AD[32]和C/BE[7]～C/BE[4]的校驗(yàn)位。

（7）高速緩存支持信號(hào)可緩存的PCI存儲(chǔ)器應(yīng)能實(shí)現(xiàn)兩條高速緩204.PCI總線的電氣規(guī)范PCI總線規(guī)范中提供了5V和3.3V兩種信號(hào)環(huán)境,信號(hào)環(huán)境不能混合使用.PCI總線是一個(gè)CMOS總線，也就是說(shuō)其靜態(tài)電流非常小。PCI總線的信號(hào)驅(qū)動(dòng)采用反射波方式而不是入射波方式。PCI總線驅(qū)動(dòng)器在瞬變開關(guān)上花費(fèi)了較多的時(shí)間，并且直流電流很小，從而使按直流驅(qū)動(dòng)源的能力定義緩沖區(qū)的傳統(tǒng)方法不能使用。

5.PCI總線的機(jī)械規(guī)范PCI總線的底板連接器及機(jī)械規(guī)范如圖2-9所示，PCI總線板卡連接器及其機(jī)械規(guī)范如圖2-10所示。4.PCI總線的電氣規(guī)范PCI總線規(guī)范中提供了5V和212.3PC總線工控機(jī)主要類型、主板及擴(kuò)展2.3.1PC總線工業(yè)控制機(jī)主要類型相應(yīng)于不同的應(yīng)用場(chǎng)合，PC總線工控機(jī)具有多種類型的結(jié)構(gòu)，主要有下列幾種類型：（1）BOX-PC（盒式工業(yè)PC機(jī)）（2）PANEL-PC（盤式工業(yè)PC）（3）ISA總線工業(yè)PC（4）VESA總線工業(yè)PC（5）PCI總線工業(yè)PC（6）新型工業(yè)PC（7）工業(yè)工作站（IndustrialWorkstation）（8）PC-104總線工控機(jī)2.3PC總線工控機(jī)主要類型、主板及擴(kuò)展2.3.1PC總22第2章-工業(yè)控制計(jì)算機(jī)課件232.3.2PC總線工業(yè)控制機(jī)主板工業(yè)PC的核心部件是ALL-IN-ONE一體化主板，CPU具有80486、Pentium（包括：PentiumⅢ、PentiumⅣ）等機(jī)型。一體化主板就是將CPU、協(xié)處理器、主存儲(chǔ)器、軟盤及硬盤驅(qū)動(dòng)器接口、鍵盤接口、串行通信口（RS-232C）、打印并行口（Centronics標(biāo)準(zhǔn)）、喇叭驅(qū)動(dòng)、WatchDogTimer（監(jiān)視定時(shí)器）等安裝在一塊模板上，有的一體化模板上還帶有ROMDISK（電子盤）或Cache（高速緩沖存儲(chǔ)器）等。一體化主板采用ISA總線或者PCI總線，插入無(wú)源總線地板上的一個(gè)總線槽。一體化主板按主機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)劃分，主要有半長(zhǎng)板（half-size）和全長(zhǎng)板（full-size）兩種形式。2.3.2PC總線工業(yè)控制機(jī)主板工業(yè)PC的核心部件是A242.3.3PC總線工業(yè)控制機(jī)I/O板卡由于工控機(jī)整機(jī)性能提高的幅度遠(yuǎn)大于工程實(shí)際的需求，因此在組建系統(tǒng)時(shí)，重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)放在與工控機(jī)配套的外部設(shè)備上，特別是各種高性能I/O模板產(chǎn)品的選擇上。應(yīng)用工控機(jī)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)控，首先要采集各種被測(cè)量。計(jì)算機(jī)對(duì)這些被測(cè)量進(jìn)行一系列處理后，將結(jié)果數(shù)據(jù)輸出。計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量還必須轉(zhuǎn)換成可對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制的量。因此，構(gòu)成一個(gè)工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)，除了工控機(jī)主機(jī)之外，還需要配備各種用途的I/O接口產(chǎn)品。這類產(chǎn)品的性能優(yōu)劣對(duì)整個(gè)系統(tǒng)舉足輕重。選購(gòu)時(shí)不僅要考慮其價(jià)格，更要綜合考慮、比較其質(zhì)量、軟件支持能力、后繼開發(fā)和服務(wù)能力。2.3.3PC總線工業(yè)控制機(jī)I/O板卡由于工控機(jī)整機(jī)性25基于PC總線的板卡是指計(jì)算機(jī)廠商為了滿足用戶需要，利用總線模板化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的通用功能模板。基于PC總線的板卡種類很多，其分類方法也有很多種。按照板卡處理信號(hào)的不同可以分為模擬量輸入板卡（A/D卡）、模擬量輸出板卡（D/A卡）、開關(guān)量輸入板卡、開關(guān)量輸出板卡、脈沖量輸入板卡、多功能板卡等，其中多功能板卡可以集成多個(gè)功能，。下面以研華PCI系列測(cè)控板卡為例介紹一下不同種類的典型板卡的性能和特點(diǎn)。基于PC總線的板卡是指計(jì)算機(jī)廠商為了滿足用戶需要，利26

基于PC總線的A/D板卡是基于PC系列總線，如ISA、PCI等總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，板卡通常有單端輸入和差分輸入以及兩種方式組合輸入三種。板卡內(nèi)部通常設(shè)置一定的采樣緩沖器，對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖處理，緩沖器的大小也是板卡的性能指標(biāo)之一。在抗干擾方面，A/D板卡通常采取光電隔離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離。板卡的模擬信號(hào)采集精度和速度指標(biāo)通常由板卡所采用的A/D轉(zhuǎn)換芯片決定。1.模擬量輸入板卡（A/D卡）基于PC總線的A/D板卡是基于PC系列總線，如27

例如研華PCI-1710數(shù)據(jù)采集卡，如圖8.2所示。該板卡具有32路單端或16路差分模擬量輸入或組合方式輸入等三種輸入方式，它帶有2500VDC隔離保護(hù)；采用12位A/D轉(zhuǎn)換器，采樣數(shù)率可達(dá)100kHZ；板載4K采樣FIFO緩沖器；每個(gè)輸入通道的增益可編程。

研華PCI-1713數(shù)據(jù)采集卡例如研華PCI-1710數(shù)據(jù)采集卡，如圖8282.模擬量輸出板卡（D/A卡）

模擬量輸出板卡完成數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，D/A轉(zhuǎn)換板卡同樣依據(jù)其采用的D/A轉(zhuǎn)換芯片的不同，其轉(zhuǎn)換性能指標(biāo)有很大的差別。D/A轉(zhuǎn)換除了具有分辨率、轉(zhuǎn)換精度等性能指標(biāo)外，還有建立時(shí)間、溫度系數(shù)等指標(biāo)約束。模擬量輸出板卡通常還要考慮輸出形式以及負(fù)載能力。2.模擬量輸出板卡（D/A卡）模擬量輸出板29

模擬量輸出板卡完成數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，D/A轉(zhuǎn)換板卡同樣依據(jù)其采用的D/A轉(zhuǎn)換芯片的不同，其轉(zhuǎn)換性能指標(biāo)有很大的差別。D/A轉(zhuǎn)換除了具有分辨率、轉(zhuǎn)換精度等性能指標(biāo)外，還有建立時(shí)間、溫度系數(shù)等指標(biāo)約束。模擬量輸出板卡通常還要考慮輸出形式以及負(fù)載能力。研華PCI-1720模擬量輸出卡模擬量輸出板卡完成數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，D/A303.數(shù)字量輸入/輸出板卡（I/O板卡）數(shù)字量輸入輸出接口相對(duì)簡(jiǎn)單，一般都需要緩沖電路和光電隔離部分，輸入通道需要輸入緩沖器和輸入調(diào)理電路，輸出通道需要有輸出鎖存器和輸出驅(qū)動(dòng)器。

3.數(shù)字量輸入/輸出板卡（I/O板卡）數(shù)字量31

數(shù)字量輸入輸出接口相對(duì)簡(jiǎn)單，一般都需要緩沖電路和光電隔離部分，輸入通道需要輸入緩沖器和輸入調(diào)理電路，輸出通道需要有輸出鎖存器和輸出驅(qū)動(dòng)器。

PCI-1760數(shù)字量輸入輸出卡數(shù)字量輸入輸出接口相對(duì)簡(jiǎn)單，一般都需要緩沖電路324.脈沖量輸入板卡工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)有許多高速的脈沖信號(hào)，如旋轉(zhuǎn)編碼器、流量檢測(cè)信號(hào)等，這些都要脈沖量輸入板卡或一些專用測(cè)量模塊進(jìn)行測(cè)量。脈沖量輸入板卡可以實(shí)現(xiàn)脈沖數(shù)字量的輸出和采集，并可以通過(guò)跳線器選擇計(jì)數(shù)、定時(shí)、測(cè)頻等不同工作方式。考慮到現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電的干擾，該類型板卡多采用光電隔離技術(shù)，使計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)之間全部隔離，來(lái)提高板卡測(cè)量的抗干擾能力。

4.脈沖量輸入板卡工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)有許多高速的脈沖33

例如研華PCI-1780計(jì)數(shù)/定時(shí)卡，如圖8.5所示，是基于PCI總線設(shè)計(jì)的接口卡，該卡使用了AM9513芯片，能夠通過(guò)CPLD實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器/定時(shí)器功能，此外，該卡還提供8個(gè)16位計(jì)數(shù)器通道，該卡具有8通道可編程時(shí)鐘資源，8路TTL數(shù)字量輸出/8路TTL數(shù)字量輸入，最高輸入頻率達(dá)20MHz，多種時(shí)鐘可以選擇，可編程計(jì)數(shù)器輸出，計(jì)數(shù)器門選通功能。

PCI-17808通道定時(shí)/計(jì)數(shù)卡例如研華PCI-1780計(jì)數(shù)/定時(shí)卡，如圖8.5342.4習(xí)題1.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與普通個(gè)人計(jì)算機(jī)相比較，有何不同。2.對(duì)于惡劣的現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，工控機(jī)應(yīng)具有什么要求。3.試簡(jiǎn)要說(shuō)明工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。4.目前工業(yè)控制計(jì)算機(jī)常用的總線標(biāo)準(zhǔn)有哪些。2.4習(xí)題1.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與普通個(gè)人計(jì)算機(jī)相比較，有35第2章-工業(yè)控制計(jì)算機(jī)課件36第2章-工業(yè)控制計(jì)算機(jī)課件37第2章-工業(yè)控制計(jì)算機(jī)課件38類型信號(hào)名稱I/O引腳功能說(shuō)明時(shí)鐘與定時(shí)OSCOB30周期為70ns的振蕩信號(hào)，占空比1:2CLKOB20周期為167ns的系統(tǒng)時(shí)鐘，占空比1:2RESDRVOB2上電復(fù)位或初始化系統(tǒng)邏輯OWSIB8零等待狀態(tài)，無(wú)需插入等待周期即可完成總線周期數(shù)據(jù)總線SD0～SD7I/OA2～A9雙向數(shù)據(jù)位0～7位，為處理器、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備提供數(shù)據(jù)地址總線SA0～SA19OA12～A31地址0～19位，提供對(duì)存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備尋址，SA0為最低有效位ALEOB28由8288總線控制器提供，允許縮存來(lái)自處理器的有效地址AENOA11允許DMA控制器控制地址總線，數(shù)據(jù)總線以及讀/寫命令線進(jìn)行DMA傳輸控制總線IRQ3~7,2IB21~25,B4I/O設(shè)備的中斷請(qǐng)求線DRQ1~3IB18,B6,B16I/O設(shè)備的DMA請(qǐng)求線OB17,B26,B15DMA應(yīng)答線，分別對(duì)應(yīng)于DRQ1~3T/COB27當(dāng)在一通道的計(jì)數(shù)終結(jié)時(shí)，由DMA控制器送出I/OB14對(duì)指定的I/O設(shè)備讀命令I(lǐng)/OB13對(duì)指定的I/O設(shè)備寫命令OB12對(duì)讀寫和只讀存儲(chǔ)器讀命令（小于1MB空間）OB11對(duì)讀寫存儲(chǔ)器寫命令（小于1MB空間）IA1向CPU提供I/O設(shè)備或擴(kuò)充存儲(chǔ)器奇偶錯(cuò)IA0I/O通道就緒，若是低速的I/O設(shè)備或存儲(chǔ)器，則在檢測(cè)到一個(gè)有效地址和一個(gè)讀寫命令時(shí)，使信號(hào)變低，總線周期用時(shí)鐘周期的整數(shù)倍來(lái)延長(zhǎng)IB19該信號(hào)用來(lái)指示刷新周期電源和地線+5VB3,B29+5V電源-5VB5-5V電源+12VB9+12V電源-12VB7-12V電源GNDB1,B10,B31地線表2-1ISA總線前62個(gè)引腳功能說(shuō)明類型信號(hào)名稱I/O引腳功能說(shuō)明時(shí)鐘與OSCOB30周期為7039類型信號(hào)名稱I/O引腳功能說(shuō)明數(shù)據(jù)總線SD8～SD15I/OC11～C18雙向數(shù)據(jù)位8～15位，為處理器、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備提供高8位SBHEI/OC1數(shù)據(jù)高位允許信號(hào)ID1存儲(chǔ)器16位芯片選擇信號(hào)ID2I/O16位芯片選擇信號(hào)地址總線LA17～LA23I/OC2～C8存儲(chǔ)器與I/O設(shè)備的最高7位地址，LA23為最高有效位控制總線IRQ10~12ID3～5中斷請(qǐng)求信號(hào)IRQ14~15ID6～7中斷請(qǐng)求信號(hào)DRQ0ID9DMA請(qǐng)求信號(hào)DRQ5～7ID11,D13,D15DMA請(qǐng)求信號(hào)OD8對(duì)DRQ0請(qǐng)求的應(yīng)答信號(hào)OD10,D12,D14DRQ5～7請(qǐng)求的應(yīng)答信號(hào)ID17控制系統(tǒng)總線處于三態(tài)I/OC9對(duì)所有存儲(chǔ)器的讀命令I(lǐng)/OC10對(duì)所有存儲(chǔ)器的寫命令電源和地線＋5VD16電源GNDD18地線表2-2ISA總線后36個(gè)引腳功能說(shuō)明類型信號(hào)名稱I/O引腳功能說(shuō)明數(shù)據(jù)總線SD8～SD15I/O40帶有冗余電源的機(jī)架安裝5U工業(yè)電腦機(jī)箱主要特點(diǎn)

◆支持20槽BP和MB版本。M/B版本支持最新的高性能服務(wù)器主板

◆通過(guò)熱插拔部件提供最高的可靠性和最長(zhǎng)的正常運(yùn)行時(shí)間

◆對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)的前端可視化系統(tǒng)報(bào)警通知LED指示燈

◆海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)箱，符合SAF-TE規(guī)格

◆高密度擴(kuò)展槽

◆先進(jìn)的流線型冷卻設(shè)計(jì)帶有冗余電源的機(jī)架安裝5U工業(yè)電腦機(jī)箱41研華PCE-5120是一款支持支持LGA775奔騰/奔騰/賽揚(yáng)處理器板卡,主板集成VGA控制器，共享內(nèi)存架構(gòu)。Intel945G芯片組，支持800MHz前端總線。支持多達(dá)4個(gè)串行,1個(gè)ATA設(shè)備。最大支持4GB容量的雙通道DDR2533、667SDRAM，最多8個(gè)USB2.0端口。CMOS具有自動(dòng)備份/恢復(fù)功能，防止BIOS設(shè)置的數(shù)據(jù)丟失。研華PCE-5120是一款支持支持LGA775奔42無(wú)源底板無(wú)源底板43工控機(jī)的主要特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)PC總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

PC總線工控機(jī)主要類型、主板及擴(kuò)展板卡第2章工業(yè)控制計(jì)算機(jī)教學(xué)重點(diǎn):工控機(jī)的主要特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)第2章工業(yè)控制計(jì)算機(jī)教學(xué)重點(diǎn)44工業(yè)控制計(jì)算機(jī)概述工業(yè)個(gè)人計(jì)算機(jī)IndustrialPersonalComputer（簡(jiǎn)稱IPC）是一種加固的增強(qiáng)型個(gè)人計(jì)算機(jī)，是指對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程及其機(jī)電設(shè)備、工藝裝備進(jìn)行測(cè)量與控制用的計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱工控機(jī)，它可以作為一個(gè)工業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運(yùn)行。早在20世紀(jì)80年代初期，美國(guó)AD公司就推出了類似IPC的MAC-150工控機(jī)，隨后美國(guó)IBM公司正式推出工業(yè)個(gè)人計(jì)算機(jī)IBM7532。由于IPC的性能可靠、軟件豐富、價(jià)格低廉，而在工控機(jī)中異軍突起，后來(lái)居上，應(yīng)用日趨廣泛。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)概述工業(yè)個(gè)人計(jì)算機(jī)Industrial45用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)稱為工業(yè)計(jì)算機(jī)（IndustrialPersonalComputer），簡(jiǎn)稱工控機(jī)（IPC），主要用于工業(yè)過(guò)程測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)采集等工作。工控機(jī)的分類方式很多，按照所采用的總線標(biāo)準(zhǔn)可將工控機(jī)分為以下四類：（1）PC總線工控機(jī)有ISA總線、VESA局部總線（VL－BUS）、PCI總線、PC104總線等幾種類型工控機(jī)，主機(jī)CPU類型有80386、80486、Pentium等。本章將詳細(xì)介紹此類工控機(jī)。（2）STD總線工控機(jī)它采用STD總線，主機(jī)CPU類型有80386、80486、Pentium等，另外與STD總線相類似的還有STE總線工控機(jī)。（3）VME總線工控機(jī)它采用VME總線，主機(jī)CPU類型以Motorola公司的M68000、M68020和M68030為主。（4）多總線工控機(jī)它采用MULTIBUS總線，以Intel工控機(jī)為代表，主機(jī)CPU類型有80386、80486、Pentium等。用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)稱為工業(yè)計(jì)算機(jī)（Indust46工控機(jī)示意圖西門子工控機(jī)研華工控機(jī)工控機(jī)示意圖西門子工控機(jī)研華工控機(jī)472.1工控機(jī)的主要特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)

（1）可靠性高可內(nèi)裝電子盤以取代機(jī)械磁盤，使PC機(jī)在工業(yè)環(huán)境下的操作具有高速﹑高可靠性。（2）實(shí)時(shí)性好（3）環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)機(jī)箱采用全鋼機(jī)構(gòu)，可防止電磁干擾；采用150W-350W帶除塵過(guò)濾器的工業(yè)開關(guān)電源，具有足夠地負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力。機(jī)箱內(nèi)裝有雙風(fēng)扇，正壓對(duì)流排風(fēng)，并裝有濾塵網(wǎng)用以防塵。軟盤、硬盤驅(qū)動(dòng)器安裝采用橡皮緩沖防震，并有防塵門。（4）過(guò)程輸入和輸出配套較好2.1.1工控機(jī)的特點(diǎn)2.1工控機(jī)的主要特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)（1）可靠性高2.1.1工48（5）系統(tǒng)擴(kuò)充性好支持各種模塊化CPU卡和所有的IBM-PC/XT/AT總線接口板。模塊化﹑插板式，以便安裝﹑更換和升級(jí)換代。（6）系統(tǒng)開放性

開放性好，兼容性好，吸收了PC機(jī)的全部功能，可直接運(yùn)行PC機(jī)的各種應(yīng)用軟件。（7）控制軟件包功能強(qiáng)（8）系統(tǒng)通信功能強(qiáng)（9）后備措施齊全（10）具有冗余性（5）系統(tǒng)擴(kuò)充性好49典型的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)實(shí)物圖，結(jié)構(gòu)原理圖

2.1.2工控機(jī)的結(jié)構(gòu)工控機(jī)主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：（1）加固型工業(yè)機(jī)箱（2）工業(yè)電源（3）主板（4）無(wú)源底板（5）軟盤（6）硬盤（7）各類輸入和輸出接口模（8）彩色顯示器（9）鍵盤（10）鼠標(biāo)（11）打印機(jī)典型的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)實(shí)物圖，結(jié)構(gòu)原理圖2.1.2工控機(jī)的50常用的工業(yè)控制機(jī)簡(jiǎn)介當(dāng)前國(guó)內(nèi)外工控機(jī)型號(hào)很多，下面簡(jiǎn)要介紹主要常用的工控機(jī)：工控機(jī)的生產(chǎn)廠家很多，國(guó)外有美國(guó)IBM、ICS、德國(guó)西門子、日本康泰克等，這些產(chǎn)品可靠性好、市場(chǎng)定位高。我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)是工控機(jī)的主要生產(chǎn)區(qū)，其品牌主要有研華、威達(dá)、艾訊、磐儀、大眾、博文等廠家，其中，研華是世界三大工控廠商之一，在中國(guó)大陸及臺(tái)灣市場(chǎng)均有較高的市場(chǎng)占有率。國(guó)內(nèi)也有很多工控機(jī)品牌，如研祥、華控、康拓、艾雷斯、北京華北等。常用的工業(yè)控制機(jī)簡(jiǎn)介當(dāng)前國(guó)內(nèi)外工控機(jī)型號(hào)很多，下面簡(jiǎn)要介紹主512.2PC總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范目前市場(chǎng)上PC總線類型有：XT總線、ISA總線、EISA總線、VESA總線（VL－BUS）以及PCI總線。ISA（IndustrialStandardArchitecture）總線就是AT總線，它是在XT總線基礎(chǔ)上擴(kuò)充設(shè)計(jì)的16位總線，其尋址空間最大16MB，操作速度8MHz，數(shù)據(jù)傳輸率16Mbps。EISA（ExtendIndustrialStandardArchitecture）總線是一個(gè)32位總線，它支持總線主控，其數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)32Mbps。VL－BUS也稱VESA總線，它是局部總線（LocalBUS）標(biāo)準(zhǔn)，是ISA總線的簡(jiǎn)單擴(kuò)展，可以與ISA或EISA總線同時(shí)使用。

PCI總線（PeripheralComponentInterconnect）是1993年Intel公司主導(dǎo)推出的。它支持并發(fā)CPU和總線主控部件操作，支持64位奔騰（Pentium）處理器。這是目前普遍應(yīng)用的總線，在工控機(jī)上已有CompactPCI產(chǎn)品。2.2.1概述2.2PC總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范目前市場(chǎng)上PC總線類型有：X52

在工控機(jī)的市場(chǎng)上，還是以ISA（AT）總線和PCI總線為主，下圖這是一塊13槽PICMGPCI/ISA底板，產(chǎn)品型號(hào)：IM247。PCI插槽ISA插槽在工控機(jī)的市場(chǎng)上，還是以ISA（AT）總線和PC532.2.2ISA總線標(biāo)準(zhǔn)1.概述ISA總線是在XT總線基礎(chǔ)上擴(kuò)充的，即它把XT總線的62線信號(hào)擴(kuò)充為98線。ISA所擴(kuò)充的36線信號(hào)主要用于尋址范圍、數(shù)據(jù)位數(shù)、中斷資源以及DMA傳輸資源的擴(kuò)充。2.主要性能指標(biāo)ISA總線的主要性能指標(biāo)如下：①I/O地址空間0100H－03FFH②24位地址線可直接尋址的內(nèi)存容量為16MB③8/16位數(shù)據(jù)線④62+36引腳⑤最大位寬16位(bit)⑥最高時(shí)鐘頻率8MHz⑦最大穩(wěn)態(tài)傳輸率16MB/s⑧中斷功能⑨DMA通道功能⑩開放式總線結(jié)構(gòu)，允許多個(gè)CPU共享系統(tǒng)資源2.2.2ISA總線標(biāo)準(zhǔn)1.概述2.主要性能指標(biāo)543.ISA總線信號(hào)定義

ISA總線的引腳定義如圖2-4所示。ISA總線各引腳的功能見表2-1、表2-24.ISA總線的電氣規(guī)范

（1）總線驅(qū)動(dòng)能力（2）容性總線負(fù)載（3）系統(tǒng)電源5.ISA總線的機(jī)械規(guī)范3.ISA總線信號(hào)定義4.ISA總線的電氣規(guī)范5.IS552.2.3PCI總線標(biāo)準(zhǔn)1.概述

PCI總線（PeripheralComponentInterconnectSpecialInterestGroup）簡(jiǎn)稱PCISIG，是先進(jìn)的高性能局部總線，可同時(shí)支持多組外圍設(shè)備。PCI總線不受制于處理器，為中央處理器及高速外圍設(shè)備提供一座橋梁，提高數(shù)據(jù)吞吐量。PCI局部總線的擴(kuò)展槽口短，最大可支持l0多個(gè)外設(shè)，易于插拔，現(xiàn)有的PCI2.0標(biāo)準(zhǔn)雖然是32位的，但它可以向64位擴(kuò)展.PCI在CPU和外設(shè)間插入了一個(gè)復(fù)雜的管理層，用以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳輸，提供一個(gè)一致的總線接口，這個(gè)管理層提供信號(hào)的緩沖，透過(guò)緩沖線路將驅(qū)動(dòng)力放大，因此PCI能支持l0多個(gè)外設(shè)。PCI還支持總線主控技術(shù)（BusMaster），允許智能設(shè)備在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候取得總線控制權(quán)以加速數(shù)據(jù)傳送，即數(shù)據(jù)會(huì)以猝發(fā)形式輸送到各外圍卡。PCI具有自適配特點(diǎn)，使外設(shè)適配器在和系統(tǒng)連接時(shí)，能自動(dòng)配置并決定中斷設(shè)置和軟件默認(rèn)的中斷，而不需要用戶去調(diào)跳線來(lái)設(shè)置IRQ，PCI總線在技術(shù)上完全克服了VL－BUS（VESALocalBus）的各種缺點(diǎn)，使PCI能與ISA，EISA，MCA等總線連接，還可支持奔騰64位系統(tǒng)。2.2.3PCI總線標(biāo)準(zhǔn)1.概述PCI總線562.PCI局部總線的主要特點(diǎn)（1）高性能PCI總線以33MHz的時(shí)鐘頻率操作。采用32位數(shù)據(jù)總線，可支持多組外圍部件及附加卡，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)132Mbps。（2）線性突發(fā)傳輸PCI能支持一種稱為線性突發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸模式，可確保總線不斷滿載數(shù)據(jù)。

（3）極小的存取延遲支持PCI的設(shè)備，存取延遲很小，能夠大幅度減少外圍設(shè)備取得總線控制權(quán)所需的時(shí)間。

（4）采用總線主控和同步操作

PCI的總線主控和同步操作功能有利于PCI性能的改善

（5）不受處理器限制

PCI獨(dú)立于處理器的結(jié)構(gòu)，形成一種獨(dú)特的中間緩沖器設(shè)計(jì)方式，將中央處理器子系統(tǒng)與外圍設(shè)備分開。

2.PCI局部總線的主要特點(diǎn)（1）高性能（2）線性突發(fā)57（6）適合于各種機(jī)型

PCI總線適合于桌面（臺(tái)式）計(jì)算機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)、服務(wù)器。它可為便攜式計(jì)算機(jī)及筆記本計(jì)算機(jī)提供臺(tái)式計(jì)算機(jī)的圖形性能，又可支持3.3V的電源環(huán)境，延長(zhǎng)電池壽命，為計(jì)算機(jī)的小型化創(chuàng)造了良好的實(shí)現(xiàn)條件。

（7）兼容性強(qiáng)

由于PCI的設(shè)計(jì)要輔助現(xiàn)有的擴(kuò)展總線標(biāo)準(zhǔn)，因此它與ISA，EISA以及MCA總線完全兼容。

（8）低成本和高效益

PCI芯片將大量系統(tǒng)功能高度集成，節(jié)省了邏輯電路，使用較小的線路板空間，成本降低。

（9）預(yù)留發(fā)展空間

PCI總線既兼顧了當(dāng)今技術(shù)要求，又能滿足未來(lái)的需要，預(yù)留了充足的發(fā)展空間。

（6）適合于各種機(jī)型（7）兼容性強(qiáng)（8）低成本和高效益583.PCI總線信號(hào)定義

PCI總線的引腳定義如圖2-6所示。由于不同的微機(jī)生產(chǎn)商在生產(chǎn)過(guò)程中可能對(duì)總線信號(hào)略有改動(dòng)（主要是使用未定義引腳），因此表2-3所示信號(hào)可能與其他資料中提供的信號(hào)略有差異，請(qǐng)讀者使用時(shí)予以注意。PCI總線各引腳的功能如表2-4所示3.PCI總線信號(hào)定義PCI總線的引腳定義如圖2-59

PCI總線的信號(hào)線共有100根,這里按功能分組進(jìn)行說(shuō)明:（1）系統(tǒng)信號(hào)定義CLK（IN）：系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，對(duì)所有的PCI設(shè)備都是輸人信號(hào)。RST#（IN）：復(fù)位信號(hào)。

（2）地址和數(shù)據(jù)信號(hào)AD[31]～AD[00]（T／S）：它們是地址、數(shù)據(jù)多路復(fù)用的輸入/輸出信號(hào)。C/BE[3]?！獵/BE[0]＃（T／S）：它們是總線命令和字節(jié)使能多路復(fù)用信號(hào)線。

（3）接口控制信號(hào)FRAME#（S／T／S）：幀周期信號(hào)。由當(dāng)前主設(shè)備驅(qū)動(dòng)，表示一次訪問的開始和持續(xù)時(shí)間。IRDY＃（S／T／S）：主設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)。該信號(hào)有效表示發(fā)起本次傳輸?shù)脑O(shè)備能夠完成—個(gè)數(shù)據(jù)期。

PCI總線的信號(hào)線共有100根,這里按功能分組進(jìn)行說(shuō)明:（60TRDY＃（S／T／S）：從設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)。該信號(hào)有效表示從設(shè)備已做好完成當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)備工作，即可以進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸。STOP#（S／T／S）：停止數(shù)據(jù)傳送信號(hào)。該信號(hào)應(yīng)由從設(shè)備發(fā)出，它有效時(shí)表示從設(shè)備要求主設(shè)備終止當(dāng)前的數(shù)據(jù)傳送。LOCK＃（S／T／S）：鎖定信號(hào)。它有效時(shí)表示驅(qū)動(dòng)它的設(shè)備所進(jìn)行的操作可能需要多個(gè)傳輸才能完成。IDSEL（IN）：初始化設(shè)備選擇信號(hào)。在參數(shù)配置讀寫傳輸期間，用做片選信號(hào)。DEVSEL＃（S／T／S）：設(shè)備選擇信號(hào)。它有效時(shí)表示驅(qū)動(dòng)它的設(shè)備已成為當(dāng)前訪問的從設(shè)備，即總線上某處的某設(shè)備已被選中。（4）仲裁信號(hào)REQ＃（T／S）：總線占用請(qǐng)求信號(hào)。它有效表明驅(qū)動(dòng)它的設(shè)備要求使用總線。它是一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的信號(hào)線，任何主設(shè)備都有其REQ#信號(hào)。GNT＃（T／S）：總線占用允許信號(hào)。用于向申請(qǐng)占用總線的設(shè)備表示其請(qǐng)求已獲得批準(zhǔn)。它是—個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的信號(hào)線，任何主設(shè)備都應(yīng)有自己的GNT＃信號(hào)。TRDY＃（S／T／S）：從設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)。該信號(hào)有效表示從61（5）錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào)PERR＃（S／T／S）：數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào)。但該信號(hào)不報(bào)告特殊周期中的數(shù)據(jù)奇偶錯(cuò)。SERR＃（O／D）：系統(tǒng)錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào)，報(bào)告地址奇偶錯(cuò)，特殊命令序列中的數(shù)據(jù)奇偶錯(cuò)，以及其他可能引起災(zāi)難性后果的系統(tǒng)錯(cuò)誤。

（6）中斷信號(hào)中斷信號(hào)屬電平敏感性，低電平有效，使用漏板開路方式驅(qū)動(dòng)，且該類信號(hào)的建立和撤消與時(shí)鐘不同步。PCI總線中共有4條中斷線：INTA#、INTB#、INTC#、INTD#，均為O／D（漏級(jí)開路）。其作用是：用以請(qǐng)求一個(gè)中斷。后3個(gè)只能用于多功能設(shè)備。一個(gè)多功能設(shè)備上的任何功能都可以連接到4條中斷線的任意一條，即各功能與中斷線之間的連接是任意的，無(wú)附加限制。若一個(gè)設(shè)備要實(shí)現(xiàn)一個(gè)中斷，就定義為INTA#；要實(shí)現(xiàn)二個(gè)中斷，就定義為INTA#和INTB＃，依此類推。

（5）錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào)PERR＃（S／T／S）：數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤62（7）高速緩存支持信號(hào)可緩存的PCI存儲(chǔ)器應(yīng)能實(shí)現(xiàn)兩條高速緩存（Cache）支持信號(hào)的輸入。SBO＃（I/O）：試探返回信號(hào)。它有效時(shí)表示命中了一個(gè)修改過(guò)的行；它無(wú)效而SDONE信號(hào)有效時(shí)，表示一個(gè)“干凈”的試探結(jié)果。SDONE（I/O）：監(jiān)聽完成信號(hào)。它表示當(dāng)前的監(jiān)聽狀態(tài)。它無(wú)效時(shí)，表示監(jiān)聽仍在進(jìn)行；否則，表示監(jiān)聽已經(jīng)完成。（8）64位總線擴(kuò)展信號(hào)AD[63]～AD[32]（T／S）：擴(kuò)展的32位地址和數(shù)據(jù)多路復(fù)用線。C/BE[7]?！獵/BE[4]＃（T／S）：總線命令和字節(jié)使能多路復(fù)用信號(hào)線。REQ64＃（S／T／S）：64位傳輸請(qǐng)求。它由當(dāng)前主設(shè)備驅(qū)動(dòng)，并表示本設(shè)備要求采用64位通路傳輸數(shù)據(jù)，它與FRAME#有相同的時(shí)序。ACK64＃（S／T／S）：64位傳輸認(rèn)可。PAR64（T／S）：奇偶雙字節(jié)校驗(yàn)。它是AD[63]～AD[32]和C/BE[7]～C/BE[4]的校驗(yàn)位。

（7）高速緩存支持信號(hào)可緩存的PCI存儲(chǔ)器應(yīng)能實(shí)現(xiàn)兩條高速緩634.PCI總線的電氣規(guī)范PCI總線規(guī)范中提供了5V和3.3V兩種信號(hào)環(huán)境,信號(hào)環(huán)境不能混合使用.PCI總線是一個(gè)CMOS總線，也就是說(shuō)其靜態(tài)電流非常小。PCI總線的信號(hào)驅(qū)動(dòng)采用反射波方式而不是入射波方式。PCI總線驅(qū)動(dòng)器在瞬變開關(guān)上花費(fèi)了較多的時(shí)間，并且直流電流很小，從而使按直流驅(qū)動(dòng)源的能力定義緩沖區(qū)的傳統(tǒng)方法不能使用。

5.PCI總線的機(jī)械規(guī)范PCI總線的底板連接器及機(jī)械規(guī)范如圖2-9所示，PCI總線板卡連接器及其機(jī)械規(guī)范如圖2-10所示。4.PCI總線的電氣規(guī)范PCI總線規(guī)范中提供了5V和642.3PC總線工控機(jī)主要類型、主板及擴(kuò)展2.3.1PC總線工業(yè)控制機(jī)主要類型相應(yīng)于不同的應(yīng)用場(chǎng)合，PC總線工控機(jī)具有多種類型的結(jié)構(gòu)，主要有下列幾種類型：（1）BOX-PC（盒式工業(yè)PC機(jī)）（2）PANEL-PC（盤式工業(yè)PC）（3）ISA總線工業(yè)PC（4）VESA總線工業(yè)PC（5）PCI總線工業(yè)PC（6）新型工業(yè)PC（7）工業(yè)工作站（IndustrialWorkstation）（8）PC-104總線工控機(jī)2.3PC總線工控機(jī)主要類型、主板及擴(kuò)展2.3.1PC總65第2章-工業(yè)控制計(jì)算機(jī)課件662.3.2PC總線工業(yè)控制機(jī)主板工業(yè)PC的核心部件是ALL-IN-ONE一體化主板，CPU具有80486、Pentium（包括：PentiumⅢ、PentiumⅣ）等機(jī)型。一體化主板就是將CPU、協(xié)處理器、主存儲(chǔ)器、軟盤及硬盤驅(qū)動(dòng)器接口、鍵盤接口、串行通信口（RS-232C）、打印并行口（Centronics標(biāo)準(zhǔn)）、喇叭驅(qū)動(dòng)、WatchDogTimer（監(jiān)視定時(shí)器）等安裝在一塊模板上，有的一體化模板上還帶有ROMDISK（電子盤）或Cache（高速緩沖存儲(chǔ)器）等。一體化主板采用ISA總線或者PCI總線，插入無(wú)源總線地板上的一個(gè)總線槽。一體化主板按主機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)劃分，主要有半長(zhǎng)板（half-size）和全長(zhǎng)板（full-size）兩種形式。2.3.2PC總線工業(yè)控制機(jī)主板工業(yè)PC的核心部件是A672.3.3PC總線工業(yè)控制機(jī)I/O板卡由于工控機(jī)整機(jī)性能提高的幅度遠(yuǎn)大于工程實(shí)際的需求，因此在組建系統(tǒng)時(shí)，重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)放在與工控機(jī)配套的外部設(shè)備上，特別是各種高性能I/O模板產(chǎn)品的選擇上。應(yīng)用工控機(jī)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)控，首先要采集各種被測(cè)量。計(jì)算機(jī)對(duì)這些被測(cè)量進(jìn)行一系列處理后，將結(jié)果數(shù)據(jù)輸出。計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量還必須轉(zhuǎn)換成可對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制的量。因此，構(gòu)成一個(gè)工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)，除了工控機(jī)主機(jī)之外，還需要配備各種用途的I/O接口產(chǎn)品。這類產(chǎn)品的性能優(yōu)劣對(duì)整個(gè)系統(tǒng)舉足輕重。選購(gòu)時(shí)不僅要考慮其價(jià)格，更要綜合考慮、比較其質(zhì)量、軟件支持能力、后繼開發(fā)和服務(wù)能力。2.3.3PC總線工業(yè)控制機(jī)I/O板卡由于工控機(jī)整機(jī)性68基于PC總線的板卡是指計(jì)算機(jī)廠商為了滿足用戶需要，利用總線模板化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的通用功能模板?；赑C總線的板卡種類很多，其分類方法也有很多種。按照板卡處理信號(hào)的不同可以分為模擬量輸入板卡（A/D卡）、模擬量輸出板卡（D/A卡）、開關(guān)量輸入板卡、開關(guān)量輸出板卡、脈沖量輸入板卡、多功能板卡等，其中多功能板卡可以集成多個(gè)功能，。下面以研華PCI系列測(cè)控板卡為例介紹一下不同種類的典型板卡的性能和特點(diǎn)?；赑C總線的板卡是指計(jì)算機(jī)廠商為了滿足用戶需要，利69

基于PC總線的A/D板卡是基于PC系列總線，如ISA、PCI等總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，板卡通常有單端輸入和差分輸入以及兩種方式組合輸入三種。板卡內(nèi)部通常設(shè)置一定的采樣緩沖器，對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖處理，緩沖器的大小也是板卡的性能指標(biāo)之一。在抗干擾方面，A/D板卡通常采取光電隔離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離。板卡的模擬信號(hào)采集精度和速度指標(biāo)通常由板卡所采用的A/D轉(zhuǎn)換芯片決定。1.模擬量輸入板卡（A/D卡）基于PC總線的A/D板卡是基于PC系列總線，如70

例如研華PCI-1710數(shù)據(jù)采集卡，如圖8.2所示。該板卡具有32路單端或16路差分模擬量輸入或組合方式輸入等三種輸入方式，它帶有2500VDC隔離保護(hù)；采用12位A/D轉(zhuǎn)換器，采樣數(shù)率可達(dá)100kHZ；板載4K采樣FIFO緩沖器；每個(gè)輸入通道的增益可編程。

研華PCI-1713數(shù)據(jù)采集卡例如研華PCI-1710數(shù)據(jù)采集卡，如圖8712.模擬量輸出板卡（D/A卡）

模擬量輸出板卡完成數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，D/A轉(zhuǎn)換板卡同樣依據(jù)其采用的D/A轉(zhuǎn)換芯片的不同，其轉(zhuǎn)換性能指標(biāo)有很大的差別。D/A轉(zhuǎn)換除了具有分辨率、轉(zhuǎn)換精度等性能指標(biāo)外，還有建立時(shí)間、溫度系數(shù)等指標(biāo)約束。模擬量輸出板卡通常還要考慮輸出形式以及負(fù)載能力。2.模擬量輸出板卡（D/A卡）模擬量輸出板72

模擬量輸出板卡完成數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，D/A轉(zhuǎn)換板卡同樣依據(jù)其采用的D/A轉(zhuǎn)換芯片的不同，其轉(zhuǎn)換性能指標(biāo)有很大的差別。D/A轉(zhuǎn)換除了具有分辨率、轉(zhuǎn)換精度等性能指標(biāo)外，還有建立時(shí)間、溫度系數(shù)等指標(biāo)約束。模擬量輸出板卡通常還要考慮輸出形式以及負(fù)載能力。研華PCI-1720模擬量輸出卡模擬量輸出板卡完成數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，D/A733.數(shù)字量輸入/輸出板卡（I/O板卡）數(shù)字量輸入輸出接口相對(duì)簡(jiǎn)單，一般都需要緩沖電路和光電隔離部分，輸入通道需要輸入緩沖器和輸入調(diào)理電路，輸出通道需要有輸出鎖存器和輸出驅(qū)動(dòng)器。

3.數(shù)字量輸入/輸出板卡（I/O板卡）數(shù)字量74

數(shù)字量輸入輸出接口相對(duì)簡(jiǎn)單，一般都需要緩沖電路和光電隔離部分，輸入通道需要輸入緩沖器和輸入調(diào)理電路，輸出通道需要有輸出鎖存器和輸出驅(qū)動(dòng)器。

PCI-1760數(shù)字量輸入輸出卡數(shù)字量輸入輸出接口相對(duì)簡(jiǎn)單，一般都需要緩沖電路754.脈沖量輸入板卡工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)有許多高速的脈沖信號(hào)，如旋轉(zhuǎn)編碼器、流量檢測(cè)信號(hào)等，這些都要脈沖量輸入板卡或一些專用測(cè)量模塊進(jìn)行測(cè)量。脈沖量輸入板卡可以實(shí)現(xiàn)脈沖數(shù)字量的輸出和采集，并可以通過(guò)跳線器選擇計(jì)數(shù)、定時(shí)、測(cè)頻等不同工作方式。考慮到現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電的干擾，該類型板卡多采用光電隔離技術(shù)，使計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)之間全部隔離，來(lái)提高板卡測(cè)量的抗干擾能力。

4.脈沖量輸入板卡工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)有許多高速的脈沖76

例如研華PCI-1780計(jì)數(shù)/定時(shí)卡，如圖8.5