測控技術與儀器專業(yè)概論

1、測控技術與儀器專業(yè)概論,,應用,沒有測量就沒有科學，至少是沒有真正意義上的科學。,緒論,業(yè)務培養(yǎng)目標：本專業(yè)培養(yǎng)具備精密儀器設計制造以及測量與控制方面基礎知識與應用能力，能在國民經濟各部門從事測量與控制領域內有關技術、儀器與系統(tǒng)的設計制造、科技開發(fā)、應用研究、運行管理等方面的高級工程技術人才。,專業(yè)簡介,專業(yè)簡介  本專業(yè)是以高新技術綜合運用和系統(tǒng)集成為特點的寬口徑工科專業(yè)，以微機化智能化電子儀器和測控系統(tǒng)設計為專業(yè)特色，并向

2、光、機、電相結合的精密儀器方向拓展。培養(yǎng)具有扎實的數(shù)學、物理和電子信息基礎知識，具備現(xiàn)代測控系統(tǒng)和智能儀器儀表設計研發(fā)能力的復合型高級專門人才 。,主干課程,主干課程  電路分析、模擬電子技術、數(shù)字電子技術、信號系統(tǒng)與信號處理、微機接口技術、電子測量、自動控制原理、傳感器與檢測技術、智能儀器、精密儀器設計。,就業(yè)方向,就業(yè)方向  適合到信息產業(yè)、測量與控制等高新技術領域內從事儀器裝備設計制造、科技開發(fā)、運行管理等工作

3、，適宜到科研部門和學校從事科研或教學，也可攻讀儀器科學與技術及相關學科的研究生。,,,,,我校,一、人才培養(yǎng)目標： 本專業(yè)培養(yǎng)測控技術與儀器的基本知識、基本理論、基本方法，面向現(xiàn)代儀器儀表和測控技術裝備，具有創(chuàng)新能力和工程實踐能力，能從事現(xiàn)代測量、控制與儀器儀表工作的維護、設計的應用型高級專門人才，和在中、高等職業(yè)技術學校從事測控技術與儀器教學工作的“一體化”職教師資。,業(yè)務培養(yǎng)要求,二、業(yè)務培養(yǎng)要求：1、

4、具有良好的思想道德品質、較好的文化修養(yǎng)以及較好的身心素質，具有較好的專業(yè)素質、較好的工程素質，具有較強的獲取知識的能力以及應用知識的能力，具有一定的創(chuàng)新能力；,業(yè)務培養(yǎng)要求,2、畢業(yè)生應具有較扎實的自然科學基礎，較好的人文社會科學基礎和外語綜合能力，在掌握專業(yè)知識，并具有現(xiàn)代儀器儀表和測控技術與系統(tǒng)的應用、維護、維修、設計、實施、開發(fā)能力，在本專業(yè)領域內具備一定的科學研究、科技開發(fā)和組織管理能力，具有較強的工作適應能力；,業(yè)務培養(yǎng)要求,

5、3、獲得較好的技能和工程實踐訓練，依據(jù)學校相關規(guī)定獲得至少一個與本專業(yè)相關的中級職業(yè)技能資格證書（或專業(yè)資格、水平證書）；,業(yè)務培養(yǎng)要求,4、具有良好的教師職業(yè)道德素養(yǎng)，熟悉教育法規(guī)和教育教學規(guī)律，掌握并能夠初步運用職業(yè)教育心理學、職業(yè)教育學和自動化技術相關教育學的理論，具有運用現(xiàn)代教育技術、從事測控技術與儀器及相關專業(yè)教學的基本能力。,,三、主干學科：儀器科學與技術、控制科學與工程、光學工程、計算機科學與技術。四、主要課程：電路原理

6、、模擬電子技術、數(shù)字電子技術、光學基礎、機械設計基礎、信號與系統(tǒng)、誤差理論與數(shù)據(jù)處理、微機原理及接口、傳感器原理、控制工程基礎、現(xiàn)代檢測技術、智能儀器及應用、測控與系統(tǒng)、過程控制。,,五、主要實踐教學環(huán)節(jié)：金工實習、電子技術課程設計、儀器儀表技能訓練、專業(yè)綜合設計、教育實習、畢業(yè)實習、畢業(yè)設計及大學生創(chuàng)新實踐等。六、修業(yè)年限：標準學制四年。七、授予學位：工學學士。八、學時與學分: 總學分 203理論課最低學時/學分 2523/1

7、58集中實踐環(huán)節(jié)周數(shù)/學分 39/39課外活動與社會實踐學分 10,華北地區(qū),【北京市】清華大學、北京科技大學、北京交通大學、北京理工大學、北京航空航天大學、北京化工大學、北京工業(yè)大學、中國地質大學、北京機械工業(yè)學院、北京郵電大學、北京石油化工學院　　【天津市】天津大學、天津理工學院、天津科技大學、天津工程師范學院　　【河北省】河北工業(yè)大學、華北電力大學、河北科技大學、燕山大學、河北理工學院、河北大學、河北建筑科技學院、石家莊鐵

8、道學院、河北農業(yè)大學　　【山西省】太原理工大學、華北工學院、太原重型機械學院　　【內蒙古自治區(qū)】內蒙古工業(yè)大學、包頭鋼鐵學院,東北地區(qū),【遼寧省】東北大學、遼寧大學、沈陽工業(yè)大學、遼寧工程技術大學、大連鐵道學院、沈陽工業(yè)學院、沈陽化工學院、遼寧工學院、遼寧石油化工大學、鞍山科技大學　　【吉林省】吉林大學、長春理工大學、東北電力學院、長春工業(yè)大學、吉林化工學院　　【黑龍江省】哈爾濱工業(yè)大學、哈爾濱工程大學、哈爾濱理工大學、大慶石油

9、學院,華東地區(qū),【上海市】上海交通大學、華東理工大學、上海大學、上海理工大學、上海電力學院　　【江蘇省】東南大學、中國礦業(yè)大學、南京理工大學、南京航空航天大學、南京郵電學院、南京工程學院、南京師范大學、蘇州大學、揚州大學、南京工業(yè)大學、南通工學院、常州工學院、華東船舶工業(yè)學院、淮陰工學院、南京林業(yè)大學　　【浙江省】浙江大學、中國計量學院、杭州電子工業(yè)學院、浙江工業(yè)大學、浙江工程學院　　【安徽省】中國科學技術大學、合肥工業(yè)大學、安徽

10、工業(yè)大學、安徽理工大學、安徽工程科技學院,陜甘寧,【陜西省】西安交通大學、西北工業(yè)大學、西安電子科技大學、西安理工大學、陜西科技大學、西安工業(yè)學院、西安石油大學、西安工程科技學院、陜西理工學院、西安郵電學院、西安建筑科技大學、西安科技學院　　【甘肅省】蘭州交通大學、蘭州理工大學　　【寧夏回族自治區(qū)】西北第二民族學院,西南地區(qū),【重慶市】重慶大學、重慶工商大學、重慶郵電學院、重慶工學院　　【四川省】四川大學、電子科技大學、西南交通大

11、學、成都理工大學、西南石油學院、成都信息工程學院、西華大學、四川理工學院　　【貴州省】貴州工業(yè)大學　　【云南省】昆明理工大學,中原地區(qū),【山東省】山東大學、青島科技大學、山東科技大學、煙臺大學、山東理工大學　　【河南省】河南大學、鄭州大學、河南科技大學、鄭州輕工業(yè)學院、中原工學院　　【湖北省】武漢大學、華中科技大學、武漢理工大學、湖北工學院、武漢化工學院、湖北科技大學、中國地質大學、江漢大學、武漢科技學院,兩廣,【廣東省】廣東工

12、業(yè)大學　　【廣西壯族自治區(qū)】桂林電子工業(yè)學院、廣西工學院,,【湖南省】湖南大學、湘潭大學、湖南科技大學【福建省】廈門大學、華僑大學、集美大學【江西省】南昌航空工業(yè)學院、華東交通大學、南方冶金學院、南昌大學、東華理工學院,推薦報考院校：,,清華大學、浙江大學、哈爾濱工業(yè)大學、天津大學、北京航空航天大學,數(shù)學,高等數(shù)學數(shù)學實驗線性代數(shù)復變函數(shù)與積分變換概率論與數(shù)理統(tǒng)計,,大學物理,力學熱學電磁學光學近代物

13、理學,,學科基礎課程,數(shù)學英語計算機基礎大學物理機械制圖機械設計概論,專業(yè)基礎課程,電路原理模擬電子技術數(shù)字電子技術光學基礎微機原理及接口信號與系統(tǒng)傳感器原理誤差理論與數(shù)據(jù)處理,專業(yè)課程,必修:虛擬儀器技術現(xiàn)代檢測技術測控與系統(tǒng)智能儀器及應用專業(yè)英語,技術模塊1,限選:單片機原理及應用PLC原理及應用控制儀表與裝置 至少選二門 CPLD設計數(shù)字信號處理智能機器人過程控制測控電路

14、計算機網絡,技術模塊2,限選：機電控制元件現(xiàn)場與測試總線（至少選二門）控制工程基礎圖像采集及處理精密機械與儀器設計精密光電測量技術,學科專業(yè)課,選修課教育模塊現(xiàn)代教育技術教育科研方法教育測量與評價德育與班主任,管理模塊,經濟管理概論人力資源管理市場營銷財務會計經濟法基礎,實踐環(huán)節(jié),必修：軍訓金工實習計算機繪圖訓練電子技術課程設計儀器儀表技能訓練工藝實習儀器儀表技能訓練專業(yè)綜合設計畢業(yè)設計學科

15、教學法(含微格教學)教育實習畢業(yè)實習,電路原理,（1）電路原理具有很強的數(shù)學特點，電路模型的建立與分析，除了常規(guī)的微積分等計算外，還要用到線性代數(shù)、圖論、集合論等，但大家若把它作為數(shù)學來學習，那大為不妙！因為這里的數(shù)學概念是與專業(yè)物理概念緊密結合在一起的；,本課程與普通物理有著密切的聯(lián)系，許多概念直接來自物理學中的電磁學和波動力學，其它概念的建立也以此為基礎，但本課程的專業(yè)特色要比普通物理更鮮明、直接，概念也更多、更具體；,電路原理

16、,電路原理,本課程作為第一門專業(yè)基礎課，與專業(yè)課和有些專業(yè)基礎課相比，其基礎性更強。,電路原理,主要內容包括：直流電路、含有運算放大器電路、正弦交流穩(wěn)態(tài)電路、非正弦交流電路、三相電路、暫態(tài)電路、二端口網絡、非線性電路、分布參數(shù)電路等。通過本課程的學習，學生可以掌握后續(xù)課程所必須的電路的基本理論知識、基本分析方法和初步的實驗技能，培養(yǎng)學生分析、解決和處理電路問題的能力，為后續(xù)課程的學習打下堅實的電路理論基礎。,電路原理,基爾霍夫電流定律、

17、基爾霍夫電壓定律戴維南定理、諾頓定理三要素法三相電源的Y接和?接線電壓(電流)與相電壓（電流）傅里葉級數(shù)拉普拉斯變換二端口網絡,,電子技術,電子技術的基本任務可稱之為“信號的產生、信號的傳輸、信號的處理”，任務的完成取決于對電子器件、電子電路、電子系統(tǒng)的性能的研究。 按照功能和構成原理的不同，電子電路可分為模擬電路和數(shù)字電路兩大類。,電子技術,1.1.1 模擬量與數(shù)字量模擬量：時間和數(shù)值連續(xù)的物理量。

18、 時間的連續(xù)函數(shù)數(shù)字量：時間和幅度都是離散的。,模擬電子技術,本課程著重討論模擬電路的基本概念、基本原理、基本分析方法及基本應用。 主要內容:(1)簡要地介紹信號與電子系統(tǒng)的基本概念，(2)討論模擬電路的基本單元電路——放大器（模型）及其性能。 基本要求:(1)了解電子系統(tǒng)的基本概念及組成(2)了解信號的分類方法及放大電路的分類(3)熟悉放大電路的主要性能指標。,模擬電子技術,第一章 半導體二極管及其

19、基本電路第二章 半導體三極管及放大電路第三章 場效應管放大電路第四章 功率放大電路第五章 集成運算放大電路第六章 反饋放大電路第七章 信號的運算與處理電路第八章 信號產生電路第九章 直流穩(wěn)壓電源,數(shù)字電子技術,一、數(shù)字邏輯電路⒈數(shù)字信號⑴ 數(shù)字量：在時間和幅度上不連續(xù)變化的物理量。⑵數(shù)字信號：表示數(shù)字量的信號例：燈的開關－－2種取值 人的性別－－2種取值學生的籍貫－－32種取值

20、 學生的民族－－56種取值東西南北方位－－4種取值產品的計數(shù)－－N個種取值,（1）工作信號是二進制的數(shù)字信號，在時間上和數(shù)值上是離散的（不連續(xù)），反映在電路上就是低電平和高電平兩種狀態(tài)（即0和1兩個邏輯值）。（2）在數(shù)字電路中，研究的主要問題是電路的邏輯功能，即輸入信號的狀態(tài)和輸出信號的狀態(tài)之間的關系。 （3）對組成數(shù)字電路的元器件的精度要求不高，只要在工作時能夠可靠地區(qū)分0和1兩種狀態(tài)即可。,1、數(shù)字電路的特點,數(shù)字

21、電子技術,數(shù)字電子技術,第一章 邏輯代數(shù)基礎第二章 門電路第三章 組合邏輯電路第四章 觸發(fā)器第五章 時序邏輯電路第六章 脈沖波形的產生和整形第七章 半導體存儲器第八章 可編程邏輯器件,,C P L D,COMPLEX PROGRAMMABLE LOGIC DEVICE,PLD,,CPLD,FPGA,FLIED PROGRAMMABLE GATE ARRAY,現(xiàn)場,可編程,門,陣列,,DEVICE,: 集成電路（

22、IC）,ASIC :Application Specific IC,產 生：,存儲器,,,,,發(fā)展：,1. PROM、EPROM 、EEPROM,2. 專業(yè)的PLD芯片：PAL(可編程陣列邏輯)和 GAL(通用陣列邏輯)。,3. 復雜的PLD芯片：CPLD和FPGA。,：ALTERA公司,：XILINEX公司,；乘積項技術,；查找表技術,；基于Flash rom或EEPROM,；基于SRAM,掉電后程序丟失！,廠家：,Latti

23、ce的ISP技術,Lattice的世界第一個模擬PLD器件,萊迪思的可編程模擬集成電路：ispPAC 器件,ALTERA公司的開發(fā)工具 ：,Altera公司推出的的第三代PLD開發(fā)系統(tǒng),MAX+PLUSII,QuartusII,新一代FPGA/PLD開發(fā)軟件，適合新器件和大規(guī)模FPGA的開發(fā)，將逐步取代MaxplusII。,常見英文縮寫解釋：ASIC: Application Specific Integrated Circuit.

24、 專用ICEDA: Electronic Design Automation. 電子設計自動化PAL: Programmable Array Logic. 可編程陣列邏輯GAL: Generic Array Logic. 通用陣列邏輯CPLD:Complex Programmable Logic Device. 復雜可編程邏輯器件FPGA:Field

25、Programmable Gate Array. 現(xiàn)場可編程門陣列SOC: System On a Chip. 片上系統(tǒng)HDL: Hardware Description Language. 硬件描述語言VHDL:Very high speed integrated circuit Hardware Description Language. 超高速集成電路硬件描述語

26、言,微機原理,《微機原理及接口技術》是計算機應用及其相關專業(yè)本科的專業(yè)基礎課。它以《計算機概論》、《計算機原理》、《電路分析》、《電子技術》等課程為先修課程，與《匯編語言程序設計》、《微機接口實驗》相互配合，形成完整的教學和實踐體系，是一門具有重要地位的主干課程。掌握微型計算機原理及接口技術，可為今后單片機、DSP原理、檢測、控制等后續(xù)課程學習以及開發(fā)應用打下基礎。,微機原理,微型計算機的基礎知識,微型計算機系統(tǒng)的組成微型計算機的工

27、作原理微型計算機的特點、應用及發(fā)展計算機運算基礎,微機原理,計算機的產生與發(fā)展電子計算機，它是一種能夠自動、高速、精確地完成各種信息的存儲、處理和控制功能的電子器件。電子計算機的產生社會需求電子器件,微機原理,計算機的產生與發(fā)展電子計算機的幾個階段電子計算機和電子器件相互影響、相互促進電子器件的發(fā)展 電子管--晶體管--集成電路--大規(guī)模集成電路電子計算機的發(fā)展 電子管計算機--晶

28、體管計算機--集成電路計算機 --大規(guī)模集成電路計算機--人工智能計算機,微機原理,計算機的產生與發(fā)展微型計算機的發(fā)展第一代(1971━1974年)主要是4位和低檔8位微型機。（4004）第二代(1974-1978年)主要是中高檔8位微型機。（8080、8085、Z80）第三代(1978-1981年)主要為16位微型機（8086）第四代(1981-1993年)主要為32位高檔微型機。（80386、80486）第五代

29、(1993年至今)主要為64位高檔微機。（Pentium、 Pentium‖）,微機原理,微處理器與系統(tǒng)結構微處理器的發(fā)展微處理器的基本結構Intel 8086微處理器80386微處理器80486微處理器Pentium 處理器,微機原理,指令系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳送指令數(shù)據(jù)加工類指令： 算術指令：＋、－ 、×、 ÷、增量、減量 邏輯指令：AND、OR、NOT、XOR、移位、循環(huán) 串處理指令：數(shù)據(jù)塊的

30、傳送、比較、搜索控制轉移指令：程序的轉移、子程序的調用、返回CPU控制指令：標志的處理、CPU的狀態(tài)控制其它指令：如高速緩存處理指令等,微機原理,匯編語言及其程序設計匯編語言的特點格式編輯環(huán)境基本程序設計： 順序結構，分支結構，循環(huán)結 構，子程序結構,微機原理,半導體存儲器存儲器接口技術 存儲器接口中應考慮的問題 存儲器地址譯碼方法主存儲器接口 EPROM與CPU的接口（以I

31、ntel 2716為例） SRAM與CPU的接口（以Intel 2114為例） DRAM與CPU的接口（以Intel 2164為例）高速緩沖存儲器接口虛擬存儲器,微機原理,總線技術總線與接口總線的分類、特點系統(tǒng)總線：ISA PCI串行總線：USB,微機原理,I/O接口與中斷技術I/O接口中斷的基本原理8086中斷系統(tǒng)8259中斷控制器,微機原理,接口技術,計時器并行接口串行接口DMA

32、D/A 與A/D,單片機原理,主要介紹微型計算機應用形態(tài)、單片機的特點及應用領域、單片機應用系統(tǒng)開發(fā)方式。1.1 電子計算機的發(fā)展概述1.2 單片機的發(fā)展過程及產品近況1.3 單片機的特點及應用領域1.4 單片機應用系統(tǒng)開發(fā)簡介,1.1 電子計算機發(fā)展概述,1.1.1 電子計算機的問世及其經典結構,,,1946年2月15日，第一臺電子數(shù)字計算機ENIAC問世，這標志著計算機時代的到來。（CALCULATOR）,EN

33、IAC是電子管計算機，時鐘頻率僅有100 KHz，但能在1秒鐘的時間內完成5000次加法運算。 與現(xiàn)代的計算機相比，有許多不足，但它的問世開創(chuàng)了計算機科學技術的新紀元，對人類的生產和生活方式產生了巨大的影響 。,,,匈牙利籍數(shù)學家馮·諾依曼在方案的設計上做出了重要的貢獻。1946年6月，他又提出了“程序存儲”和“二進制運算”的思想，進一步構建了計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備組成這一計算機的經典結構。,,1

34、.1 單片機的概念,控制器,運算器,存儲器,輸入/輸出設備,,CPU,,單片機,電子管,晶體管,集成電路,大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路,,甚大規(guī)模集成電路,發(fā)展方向：,1.高速度、大容量、高性能,2.體積小、價格廉、穩(wěn)定可靠,1.1 單片機的概念,1.1.1 單片機的名稱,一片芯片相當于一個計算機系統(tǒng),,單片機Single Chip MicroComputer,微控制器Micro Control Unit,,國內通稱,國際通稱,嵌

35、入式微控制器Embed,1.1 單片機的概念,1.1.1 單片機的名稱,1.1.2 通用單片機和專用單片機,,ASIC,1.1.3 單片機和單片機系統(tǒng),（1）單片機：芯片本身,（2）單片機系統(tǒng)：以單片機為中心組成的一定功能的 計算機系統(tǒng)。,1.1.5 單片機的程序設計語言和軟件,（1）單片機的程序設計語言：,機器語言、,匯編語言、,C語言,（2）單片機的軟件：,編程

36、軟件、,仿真軟件、,編譯軟件、,寫入軟件、,監(jiān)控軟件。,1.1.4 單片機的應用系統(tǒng)和開發(fā)系統(tǒng),（1）應用系統(tǒng),（2）開發(fā)系統(tǒng)：仿真器,1.1 單片機的概念,1.2 單片機的發(fā)展,1.2.1 單片機的發(fā)展概述,1946 第一臺計算機誕生,1971 第一個微處理器誕生,1976 MCS-48(8位),1980 MCS-51(8位),80年代末 Motorola 680X Zilog Z-8 Ro

37、ckwell 650X???,1983 MCS-96(16位),當前：,(1) MCS-51、MCS-96系列發(fā)展。,(2) PIC (Microchip公司),(6) DSP,(3) ARM,(5) AVR,(4) 凌陽單片機,,二、微型計算機的應用形態(tài)從應用形態(tài)上，微型計算機可以分成三種：（1）多板機（系統(tǒng)機） 將CPU、存儲器、I/O接口電路和總線接口等組裝在一塊主機板（即微機主板）上，再通過系統(tǒng)總線和其它多塊外設適配板卡

38、連接鍵盤、顯示器、打印機、軟/硬盤驅動器及光驅等設備。各種適配板卡插在主機板的擴展槽上并與電源、軟/硬盤驅動器及光驅等裝在同一機箱內，再配上系統(tǒng)軟件，就構成了一臺完整的微型計算機系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)機）。工業(yè)PC機 也屬于多板機。,,（2） 單板機將CPU芯片、存儲器芯片、I/O接口芯片和簡單的I/O設備（小鍵盤、LED顯示器）等裝配在一塊印刷電路板上，再配上監(jiān)控程序（固化在ROM中），就構成了一臺單板微型計算機（簡稱單板機）。,,,單板

39、機的I/O設備簡單，軟件資源少，使用不方便。早期主要用于微型計算機原理的教學及簡單的測控系統(tǒng)，現(xiàn)在已很少使用。,,單片機在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲器、I/O接口電路，從而構成了單芯片微型計算機，即單片機。三種應用形態(tài)的比較 ：,,系統(tǒng)機（多板機）,單板機,單片機,3.1 可編程控制器概述,可編程控制器的英文名稱是Programmable Controller，早期簡稱PC，后來為了與個人計算機（PC）區(qū)分，在行業(yè)中多稱

40、之為Programmable Logic Controller，即可編程邏輯控制器，簡稱PLC，而這種稱呼又與可編程控制器的起源和它本身的特點有關。,返回,3.1.1 可編程控制器的產生與發(fā)展,美國數(shù)字設備公司（DEC）根據(jù)提出10項指標，于1969年研制出第一臺控制器，型號為PDP-14，它的開創(chuàng)性意義在于引入了程序控制功能，為計算機技術在工業(yè)控制領域的應用開辟了空間。,至上世紀70年代，PLC技術已經進入成熟期。推動PLC技術發(fā)展

41、的動力主要來自于兩個方面：其一是企業(yè)對高性能、高可靠性自動控制系統(tǒng)的客觀需要和追求；其次，大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術的飛速發(fā)展，微處理器性能的不斷提高，為PLC技術的發(fā)展奠定了基礎并開拓了空間 。,返回,3.1.2 可編程控制器的特點,可編程控制器的產生是基于工業(yè)控制的需要，是面向工業(yè)控制領域的專用設備，它具有以下特點：,CPU為可靠性高，抗干擾能力強；靈活性強，控制系統(tǒng)具有良好的柔性；編程簡單，使用方便；控制系統(tǒng)易于實現(xiàn)，開

42、發(fā)工作量少，周期短；維修方便；體積小，能耗低；功能強，性能價格比高 。,3.2 可編程控制器的組成,PLC的基本組成部件如下圖所示：,,返回,3.2.1 中央處理單元（CPU）,中央處理單元是PLC的核心部件，負責完成邏輯運算、數(shù)字運算以及協(xié)調系統(tǒng)內各部分的工作。它在系統(tǒng)程序的管理下運行，主要功能有 ：,接受并存儲由編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；診斷電源故障以及用戶程序的語法錯誤；讀取輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)并存儲到相應的存儲區(qū)；讀

43、取用戶程序指令，解釋執(zhí)行用戶程序，完成邏輯運算、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)傳遞等任務，刷新輸出映像，將輸出映像內容送至輸出單元。,返回,3.2.2 存儲器單元,PLC的存儲器單元分成兩個部分：,系統(tǒng)程序存儲器；用于存放PLC生產廠家編寫的系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序在出廠時已經被固化在PROM或EPROM中。 用戶程序存儲器。可分為程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)，程序存儲器用于存放用戶編寫的控制程序，數(shù)據(jù)存儲區(qū)存放的是程序執(zhí)行過程中所需要的或者所產生的中間數(shù)據(jù)。

44、,3.2.3 電源單元,電源單元將外界提供的電源轉換成PLC的工作電源后，提供給PLC。有些電源單元也可以作為負載電源，通過PLC的I/O接口向負載提供直流24V電源。,電源單元還提供掉電保護電路和后備電池電源，以維持部分RAM存儲器的內容在外界電源斷電后不會丟失。在面板上通常有發(fā)光二極管（LCD）指示電源的工作狀態(tài)，便于判斷電源工作是否正常。,3.2.4 輸入輸出單元,PLC的輸入、輸出單元也叫I/O單元，對于模塊式的PLC來說，

45、I/O單元以模塊形式出現(xiàn)，所以又稱為I/O模塊。 I/O單元是PLC與工業(yè)現(xiàn)場的接口，現(xiàn)場信號與PLC之間的聯(lián)系通過I/O單元實現(xiàn)。,工業(yè)現(xiàn)場的輸入和輸出信號包括數(shù)字量和模擬量兩類，因此I/O單元也有數(shù)字I/O和模擬I/O兩種，前者又稱為DI/DO，后者又稱為AI/AO。PLC的輸入、輸出單元還應包括一些功能模塊，所謂功能模塊就是一些智能化了的輸入和輸出模塊。,3.2.5 接口單元,接口單元包括擴展接口、通信接口、編程器接口和存儲器接

46、口及其它外部設備接口等。,PLC的I/O單元也屬于接口單元的范疇，它完成PLC與工業(yè)現(xiàn)場之間電信號的往來聯(lián)系。除此之外，PLC與其它外界設備和信號的聯(lián)系都需要相應的接口單元 。,3.2.6 外部設備,PLC的外部設備種類很多，可以概括為以下四類：,編程設備；除了用于編程，還可對系統(tǒng)作一些設定，以確定PLC的工作方式。 監(jiān)控設備；將現(xiàn)場數(shù)據(jù)動態(tài)實時顯示出來，以便操作人員隨時掌握系統(tǒng)運行的情況。 存儲設備；用于保存用戶數(shù)據(jù)，避免程序丟

47、失。 輸入輸出設備。用于接受信號和輸出信號的專用設備。,返回,測量與傳感技術,,,參考書籍,,測量與傳感技術,是自動化技術的重要組成部分。是機械、電子、計算機有機結合的中間環(huán)節(jié)。專業(yè)基礎課程——電工學、電子技術、光學等。,一、傳感器的作用,測量與傳感技術,人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官，而單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律及生產活動中它們的功能遠遠不夠。為適應這種情況，傳感器就應運而生了。因此可以說，傳感

48、器是人類五官的延長， 又稱為電五官。,新技術革命的到來，世界開始進入信息時代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準確可靠的信息，而傳感器是獲取自然領域中信息的主要途徑與手段。,測量與傳感技術,目前，傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調查、健康管理、生物工程、甚至文物保護等及其廣泛的領域。,可以毫不夸張地說，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項目，都離不開各種各樣的傳

49、感器。,可見，傳感器技術在發(fā)展經濟、推動社會進步方面的重要作用是十分明顯的。世界各國都十分重視這一領域的發(fā)展。相信不久的將來，傳感器技術將會出現(xiàn)一個飛躍，達到與其重要地位相稱的新水平。,測量與傳感技術,沒有測量就沒有科學，至少是沒有真正意義上的科學。,常見的傳感器,智能儀器,一、 智能儀器的典型結構,,智能儀器由硬件和軟件兩大部分組成。 硬件部分主要包括主機電路、模擬量輸入/輸出通道、人機接口電路、通信接口電路。

50、 智能儀器的軟件分為監(jiān)控程序和接口管理程序兩部分。監(jiān)控程序是面向儀器面板鍵盤和顯示器的管理程序；接口管理程序是面向通信接口的管理程序，接收并分析來自通信接口總線的遠控命令。,智能儀器,二、 智能儀器的主要特點,(1)、智能儀器使用鍵盤代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器中的旋轉式或琴鍵式切換開關來實施對儀器的控制，從而使儀器面板的布置和儀器內部有關部件的安排不再相互限制和牽連。有利于提高儀器技術指標，并方便了儀器的操作。 例如，傳

51、統(tǒng)儀器中與衰減器相連的旋轉式開關必須安裝在衰減器正前方的面板上，這樣，可能由于面板的布置受儀器內部結構的限制，不能充分考慮用戶使用的方便性；也可能由于衰減器的安裝位置必須服從面板布局的需要，而給內部電氣連接帶來許多的不便。,二、 智能儀器的主要特點,(2) 微處理器的運用極大地提高了儀器的性能。 例如：利用微處理器的運算和邏輯判斷功能，按照一定的算法可以方便地消除由于漂移、增益的變化和干擾等因素所引起的誤差，從而提高了儀

52、器的測量精度。 例如：傳統(tǒng)的數(shù)字多用表(DMM)只能測量電阻、交直流電壓、電流等， 而智能型的數(shù)字多用表不僅能進行上述測量，而且還能對測量結果進行諸如零點平移、平均值、極值、統(tǒng)計分析以及更加復雜的數(shù)據(jù)處理功能，使用戶從繁重的數(shù)據(jù)處理中解放出來。 目前有些智能儀器還運用了專家系統(tǒng)技術，使儀器具有更深層次的分析能力，解決專家才能解決的問題。,二、 智能儀器的主要特點,(3) 智能儀器運用微處理器的控制功能，

53、可以方便地實現(xiàn)量程自動轉換、自動調零、觸發(fā)電平自動調整、自動校準、自診斷等功能，有力地改善了儀器的自動化測量水平。 例如：智能型的數(shù)字示波器有一個自動分度鍵(Autoset)，測量時只要一按這個鍵， 儀器就能根據(jù)被測信號的頻率及幅度，自動設置好最合理的垂直靈敏度、時基以及最佳的觸發(fā)電平，使信號的波形穩(wěn)定地顯示在屏幕上。 例如：智能儀器一般都具有自診斷功能，當儀器發(fā)生故障時，可以自動檢測出故障的部位并能協(xié)助診斷

54、故障的原因，甚至有些智能儀器還具有自動切換備件進行自維修功能，極大地方便了儀器的維護。,二、 智能儀器的主要特點,(4) 智能儀器具有友好的人機對話的能力，使用人員只需通過鍵盤打入命令， 儀器就能實現(xiàn)某種測量和處理功能，與此同時，智能儀器還通過顯示屏將儀器運行情況、工作狀態(tài)以及對測量數(shù)據(jù)的處理結果及時告訴使用人員，使人機之間的聯(lián)系非常密切。,(5) 智能儀器一般都配有GPIB或RS232等通信接口，使智能儀器具有可程控操作的能力

55、。 從而可以很方便地與計算機和其他儀器一起組成用戶所需要的多種功能的自動測量系統(tǒng)，來完成更復雜的測試任務。,,典型智能儀器 — 數(shù)字多用表,,典型智能儀器 — 函數(shù)信號發(fā)生器,,典型智能儀器 — 數(shù)字存貯示波器,,典型智能儀器 — 頻譜分析儀,2、自動測試系統(tǒng),,自動測量系統(tǒng),被測器件或過程,,,,GP-IB儀器總線,…,,,,,A/D轉換器,D/A轉換器,輸入電路,模擬執(zhí)行器,I/O接口,,,,,,,被測量,智能儀器

56、 卡式儀器的演變,,計算機部分,,測試部分,虛擬儀器,虛擬儀器概述,虛擬儀器通常是指以通用計算機作為控制器，添加必要的模塊化硬件來完成數(shù)據(jù)采集，由高效、功能強大的軟件系統(tǒng)完成人機交互及數(shù)據(jù)處理的一種計算機系統(tǒng)。　　虛擬儀器的出現(xiàn)使測量儀器與計算機之間的界限模糊了，用戶操作這臺計算機就像操作一臺他自己專門設計的傳統(tǒng)電子儀器一樣。,虛擬儀器概念是在個人儀器和計算機軟件不斷發(fā)展的基礎上提出來的。它更加強調軟件的作用，提出了“軟件

57、就是儀器”的思想?！　∮脩敉ㄟ^在已建立的通用儀器平臺上，調用不同的測試軟件就可以構成各種功能的虛擬儀器。這個概念克服了傳統(tǒng)儀器的功能在制造時就被限定而不能變動的限制，打破了儀器功能只能由廠家定義，用戶無法改變的模式。,虛擬儀器設計舉例,本節(jié)擬通過虛擬電子實驗室系統(tǒng)的設計說明虛擬儀器的設計方法,儀器功能：示波器動態(tài)信號分析儀任意波形發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器數(shù)字萬用表數(shù)字記錄儀等精度頻率計,軟件平臺： LabVie

58、w,硬件平臺： NI-6024E DAQ 板　　自研信號調理器,設計目標：把電子實驗室的主要儀器功能”裝進”計算機內部,基于 LabView 虛擬電子實驗室系統(tǒng)的設計,計算機,信號調理器,NI-6024E,自制,通用計算機(LabVIEW),“虛擬電子實驗室系統(tǒng)”的整體結構,DAQ板采用NI公司生產的PCI—6024E DAQ多功能數(shù)據(jù)采集板，它具有16個模擬輸入的程控放大器；一個12bit A/D轉換器；兩個12bi

59、t的D/A轉換器；兩個24bit的定時器/計數(shù)器以及8個TTL電平的數(shù)字I/O端口等資源?！　∷捎昧讼冗M的即插即用，不需要任何開關與跨接器，僅通過安裝驅動程序即可實現(xiàn)設備的完全配置。驅動程序可以從NI網站上下載。,下圖為虛擬電子實驗室系統(tǒng)的總面板，選擇不同的“軟鍵”，便可以進入不同的虛擬儀器的環(huán)境。,EDA,系統(tǒng)工具軟件：C、VB、VC專業(yè)設計軟件：Protel、DXP專業(yè)仿真軟件：EWB、 Multisim

60、專業(yè)工具軟件：Matlab專業(yè)配套軟件： PLD設計 MaxplusII、QuartusII PLC設計 Step 7 虛擬儀器 Labview 單片機 Keil c,EDA,,集成計數(shù)器構成任意進制計數(shù)器,1、用復位法組成N進制計數(shù)器,例:用復位法將CT74LS161組成十二進制計數(shù)器。,,2、用置數(shù)法組成N進制計數(shù)器,例:用置數(shù)法將CT74LS161組成十二進制計數(shù)器。,,集成計數(shù)器構成任

61、意進制計數(shù)器,1、用復位法組成N進制計數(shù)器,OFFICE工具,WordExcelPowerpointViso,主要內容概述自動控制的一般概念控制系統(tǒng)的數(shù)學模型線性系統(tǒng)的時域分析法頻域響應法控制系統(tǒng)補償和綜合,EDA,測控與系統(tǒng),控制工程問題的提出控制對象：實實在在的 事物例：水鐘（如右圖所示）,例：飛球調節(jié)器 機械裝置用來測量驅動桿的轉速并利用飛球的轉動來控制閥門，

62、進而控制進入蒸汽機的蒸汽流量。,測控與系統(tǒng),1769年：James Watt發(fā)明飛球調節(jié)器，用來控制蒸汽機的轉速1868年：J. C. Maxwell發(fā)表《調速器》，提出反饋控制的概念及穩(wěn)定性條件1884年：E. J. Routh提出勞斯穩(wěn)定性判據(jù)1892年：A. M. Lyapunov提出李雅普諾夫穩(wěn)定性理論1895年：A. Hurwifz提出赫爾維茨穩(wěn)定性判據(jù),自動控制理論發(fā)展簡史,自動控制理論發(fā)展簡史,1932年：H. N

63、yquist提出奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)1945年：H. W. Bode提出反饋放大器的一般設計方法1948年：N. Wiener發(fā)表《控制論》，標志經典控制理論基本形成1950年：W. R. Evans提出根軌跡法，并應用于反饋控制系統(tǒng)的設計 1954年：錢學森發(fā)表《工程控制論》,自動控制理論發(fā)展簡史,1956年：蓬特里亞金（Pontryagin）提出極大值原理1957年：R. I. Bellman提出動態(tài)規(guī)劃理論1960年：R

64、. E. Kalman提出卡爾曼濾波理論1960～1980年：確定性系統(tǒng)的最優(yōu)控制、隨機系統(tǒng)的最優(yōu)控制、復雜系統(tǒng)的自適應和自學習控制1980迄今：魯棒控制、H∞控制、非線性控制、智能控制等,測控與系統(tǒng),本課程主要任務控制系統(tǒng)性能分析 動態(tài)性能：過渡過程分析、穩(wěn)定性分析等 穩(wěn)態(tài)性能：控制精度（穩(wěn)態(tài)誤差）控制系統(tǒng)設計 選擇適當?shù)目刂破骷翱刂埔?guī)律以改善控制系統(tǒng)的性能使其滿足控制要求。,光學基礎,輻射度學起源于物理學上

65、對物體熱輻射特性的研究。隨著光學輻射在工業(yè)、農業(yè)、軍事和科學研究等方面的應用日益廣泛，輻射測量的重要性也與日俱增。使光度技術從以目視法占統(tǒng)治的狀態(tài)，逐漸過渡到使用各種光電和熱電接收器的物理方法，大大改善了測量精度和提高了工作效率。另一方面，在輻射度技術中，也借用了光度學的表達方法來描述輻射源和輻照場的各種輻射度特性，而建立起與光度學相似的理論體系。這兩門學科之間建立了緊密的聯(lián)系。,光學基礎,一、基本概念 在光度學和輻射度學中，測量

66、對象都是光學輻射，僅僅是所依據(jù)的評價標準不同。常用的光度量和輻射度量如表。,光學基礎,光學基礎,光學輻射是指波長為 1納米到1毫米范圍的電磁輻射,它包括真空紫外輻射、紫外輻射、可見輻射和紅外輻射等部分。輻射度學就是對光學輻射進行定量評價的一門實驗科學?？梢娸椛渥饔糜谌搜鬯鸬摹肮狻备杏X，是一種生理效應，它與輻射的組成、強弱及人的視覺器官的生理特性和人的心理活動都有關系；光度學就是根據(jù)人類視覺器官的生理特性和某些約定的規(guī)范來評價輻射

67、所產生的視覺效應。,光學基礎,對于具有連續(xù)光譜的輻射，某種輻射度量Χe（如輻射強度、輻射亮度等）的光譜密集度定義為：在包含給定波長λ的無限小波長間隔內，相應的輻射度量與該波長間隔之商，Χe,λ= dΧe /dλ。輻射度量的光譜密集度與波長的函數(shù)關系叫做該輻射度量的光譜分布。對于光度量也可給出類似的定義。光度量和輻射度量之間的關系可以表示為： ΧV = K m ∫Χe,λV(λ)dλ

68、 Χ’V = K’m ∫Χe,λV’(λ)dλ式中ΧV和Χ’V分別為與Χe,相對應的明視覺光度量和暗視覺光度量，K m ＝683流明／瓦，K’m≈1700流明／瓦，分別為明視覺和暗視覺的最大光譜光視效能。,光學基礎,二、基本原理 光度學和輻射度學的研究對象主要是非相干光學輻射，并且認為輻射的傳播服從幾何光學定律。 1、距離平方反比法則和照度的余弦法則： 點輻射(光)源在處于某方向的面元上建立的照度與點源朝該方向的