第8章 微型计算机应用系统设计案例 8.1 微型计算机应用系统设计 8.2 PCI总线、USB总线接口设计 8.3 Windows驱动程序设计 微型计算机应用系统设计案例全文共85页，当前为第1页。 学习目标 本章通过工程应用实例介绍几种典型微型计算机应用系统及其软硬件设计的一般方法。通过学习，要求读者了解常用的微型计算机应用系统，熟悉其硬件设计方法和软件编程思路。 学习重点 (1) 常用微型计算机应用系统的类型，典型系统的一般设计方法。(2) USB总线接口设计及驱动程序编制方法。 微型计算机应用系统设计案例全文共85页，当前为第2页。 8.1 微型计算机应用系统设计8.1.1 概述 在工业生产上用到的计算机应用系统，其具体组成、硬件部件和软件系统，都因使用的目的、对功能的要求和投资的多少而各不相同。现就系统功能、使用目的介绍几种常见的典型计算机应用系统。 1. 数据采集和数据处理系统 数据采集和数据处理系统结构如图8-1所示。严格地说，这种系统不由计算机控制，因为计算机并不直接参与控制。这种系统的主要作用如下： 微型计算机应用系统设计案例全文共85页，当前为第3页。 图8-1 数据采集和数据处理系统结构 微型计算机应用系统设计案例全文共85页，当前为第4页。 (1) 生产过程的集中监视。计算机对生产过程(被控对象)的不同变量参数进行巡回检测，并将采集到的数据以一定格式在监视器上显示或通过打印机打印出来，实现对生产过程的集中监视。 (2) 操作指导。计算机对采集到的数据进行分析处理，并给出对生产过程控制的建议，由过程的操纵者依给定的建议实现对过程的控制。 微型计算机应用系统设计案例全文共85页，当前为第5页。 2. 直接数字控制系统 直接数字控制(DDC)系统结构如图8-2所示。计算机通过输入通道对被控对象进行实时数据采集，并按控制规律进行实时决策，产生控制指令，再通过输出通道，对被控对象实现直接控制。由于这种系统中的计算机直接参与生产过程的控制，所以要求实时性好、可靠性高并且环境适应性强。 微型计算机应用系统设计案例全文共85页，当前为第6页。 图8-2 直接数字控制系统结构 微型计算机应用系统设计案例全文共85页，当前为第7页。 3. 监督计算机控制系统 监督计算机控制(SCC)系统结构如图8-3所示。该系统是二级计算机控制系统。其中直接数字控制完成生产过程的直接控制；监督计算机根据生产过程工况和已知数学模型进行优化分析，将生产的最优设定值作为直接数字控制的指令信号，由直接数字控制系统执行。监督计算机由于承担上一级控制与管理任务，要求其数据处理功能要强，存储容量要大等。 微型计算机应用系统设计案例全文共85页，当前为第8页。 图8-3 监督计算机控制系统结构 微型计算机应用系统设计案例全文共85页，当前为第9页。 4. 分散型控制系统 随着工业生产过程规模的扩大和综合管理与控制要求的提高，人们开始应用以多台计算机为基础的分散型控制系统(DCS)，如图8-4所示。该系统采用分散控制原理、集中操作、分级管理与控制和综合协调的设计原则，把系统从上而下分成生产管理级、控制管理级和过程控制级等，形成分布式控制。各级之间通过数据传输总线及网络相互连接起来。系统中的过程控制级完成过程的检测任务。控制管理级通过协调过程控制器工作，实现生产过程的动态优化。生产管理级完成制定生产计划和工艺流程以及对产品、人员、财务管理实现静态优化。 微型计算机应用系统设计案例全文共85页，当前为第10页。 随着企业生产规模的逐步扩大，对生产过程自动化各项指标的要求越来越高，系统向着更加复杂、更加高级的方向发展，但同时对其工作可靠性的保证有着更高的要求。 自微型计算机出现后，因其体积减小、成本大幅度下降、可靠性不断提高而改变了以往只使用由一个CPU组成的装置实现对多个回路自动控制的概念。人们通过实践发现，生产过程中的每一个局部使用各自独立的带CPU的控制单元来完成其自动控制作用，其控制功能会得到加强，工作更加可靠，维修更加方便，性能价格比会显著提高，这就是分散型控制系统的设计思想。这一设计思想已被越来越多的人所接受。 微型计算机应用系统设计案例全文共85页，当前为第11页。 图8-4 分散型控制系统 微型计算机应用系统设计案例全文共85页，当前为第12页。 分散型控制系统虽然能完成生产过程中各个局部的控制作用，但是各单元之间并无直接的联系，于是人们又使用一台档次较高的上位计算机对各分散的下位控制单元进行统一的管理。上位机根据接收到各下位控制单元送来的数据，经过分析和处理后对下位控制单元进行监督控制，实现对整个生产过程控制的协调和优化。上位机必要时还可以对生产过程进行编制计划，对原材料及能源的调度、成本核算、库存管理
