,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,North China Electric,Power University,一是作为领导干部一定要树立正确的权力观和科学的发展观，权力必须为职工群众谋利益，绝不能为个人或少数人谋取私利,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一是作为领导干部一定要树立正确的权力观和科学的发展观，权力必须为职工群众谋利益，绝不能为个人或少数人谋取私利,测控技术与仪器概论,(一),华北电力大学 控制与计算机工程学院,/,信息科学技术,信息工程,通信工程,电子信息工程,自动化,电气工程及其自动化,电子科学与技术,测控技术与仪器,计算机科学与技术,生物医学工程,软件工程,电子信息科学与技术,光信息科学与技术,。,当今社会起主导作用的科学技术,/,测控技术与仪器,测控技术与仪器,专业是教育部根据21世纪信息时代的市场要求，于98年确立的,仪器仪表类较宽口径专业,。,研究的对象,信号的测量与自动控制。,相关学科,电子信息工程、自动化、通信工程等。,/,测控专业主要课程,专业基础：,电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、数字信号处理、微机原理及应用、误差理论与数据处理、自动控制理论,专业必修：,传感器原理与应用、过程参数检测及仪表、过程控制系统、,计量测试技术,、智能仪表设计。,专业选修：,测控专题,、单片机原理及应用、电厂热力设备及运行、电磁测量、电子测量原理及仪器、分散控制系统及现场总线技术、,工程光学、工程力学、流体力学,、核电站参数检测与控制、火电厂顺序控制与保护、计算机测量与显示技术、,检测新技术,、控制电机。,物理对象,电厂、工业生产过程,参数检测,电压、电流、温度、,压力、流量、水位,信号处理,模拟、数字电信号,传感器,滤波、放大、A/D,微弱信号,计算与控制,作用于控制对象,信息传输,传感器原理与应用,过程参数检测及仪表,单片机原理及应用,智能仪表设计,电子测量原理及仪器,电磁测量,电子测量原理及仪器,电厂热力设备及运行,过程控制系统、火电厂顺序控制与保护、核电站参数检测与控制、分散控制系统及现场总线技术,计算机测量与显示技术,控制电机,人机接口,控制作用,I/O驱动、PID,/,信息技术,即有关信息的获取、传递、处理和控制技术。,信息获取技术：,如传感技术、检测技术等；,信息处理技术,：,即计算机软件和硬件技术；,信息传输技术,：,如网络通信技术、微波通信技术、卫星通信技术,；,信息控制技术,：,如反馈控制技术、现代控制技术。,/,/,/,信息存储技术,（1）半导体存储技术,ROM、RAM、EEPROM、FLASH等,高技术半导体芯片:小型化、低能耗、高精度、高可靠性.,美国英特尔公司半导体芯片技术处于世界领先地位,（2）光学存储技术,CD-ROM（只读光盘）、DVD（数字化视频光盘）等,/,嵌入式系统,定义：,以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。,系统组成：,1、嵌入式微处理器 2、存储器 3、通用设备接口和I/O接口,特点,：1、系统内核小。2、专用性强。3、系统精简。4、高实时性的系统软件。5、嵌入式系统开发需要开发工具和环境。,4个特征：1、用来执行特定功能；,2、以微控制器及周边构成核心；,3、有严格的时序及稳定性；,4、全自动循环操作。,嵌入式系统包括,：,嵌入式硬件,与,嵌入式软件,两部分,问题：什么是嵌入式系统？,Embedded System,/,嵌入式系统,应用领域：,工业控制：,工业,过程控制,、数字机床、电力系统、发电设备、石油化工冶金等系统。,交通管理：,在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，嵌入式系统技术已经获得了广泛的应用。,信息家电：,嵌入式系统最大的应用领域，冰箱、空调等的网络化、智能化。可以通过电话线、网络进行远程控制。,家庭智能管理系统：,水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统。,POS网络及电子商务：,公共交通无接触智能卡发行系统，公共电话卡发行系统，自动售货机，各种智能ATM终端等，手持一卡就可以行遍天下。,环境工程与自然：,水文资料实时监测，防洪体系及水土质量监测、堤坝安全，地震监测网，实时气象信息网，水源和空气污染监测。在很多环境恶劣，地况复杂的地区，嵌入式系统将实现无人监测。,机器人：,嵌入式芯片的发展将使机器人在微型化，高智能方面优势更加明显，同时会大幅度降低机器人的价格，使其在工业领域和服务领域获得更广泛的应用。,医疗仪器,：,军事武器：,消费类多媒体设备：,手机、掌上电脑、游戏机,Embedded System,/,嵌入式硬件,与,嵌入式软件,嵌入式硬件：,CPU,ROM,RAM,I/O驱动,嵌入式软件：,AI,AO,DI,D0,PWM,操作系统,应用程序,接,口,驱,动,ARM微处理器、X86微处理器,（Advanced RISC Machines）,DSP数字信号微处理器,（digital signal processor）,CPLD复杂可编程逻辑器件,(Complex Programmable Logic Device),单片机,（微控制器）（8051、8096等）,（Single Chip Microcomputer）（Microcontroler）,。,Linux,WinCE,VxWORK,QNX,.,可定制,注：区别于PC机 注：区别于windows,/,嵌入式系统的特殊性,复杂的算法：,程序可能面对复杂的控制对象，编程人员必须了解相关背景知识。,灵活的用户接口：,不同产品的人机接口可能都不一样。,实时性要求,：,循环运行的系统必须在规定时间处理并响应外界要求。,多重速度匹配,：,系统可能要同时对速度有要求的多个过程进行处理。,量身定做的硬件,：,考虑到功能、成本、环境等因素，每个系统的硬件都是不一样的。,电源,：,考虑省电、散热、体积、电力来源等。,困难的验证,：,需要真实的信号与严格的时序。,难以观察,：,调试中可能没有普通微机那样的可视化环境。,苛刻的开发环境,：,微机不能完全模拟仿真，需下装到目标机中运行调试。,是否真的可靠,：,这是挑战性工作。维修与信誉的成本可能非常高。,高的开发门槛,：对技术人员掌握的技术要求高。需要有微控制器结构、软硬件总线时序与接口技术、实时操作系统、数据处理技术、控制理论、电子电路抗干扰技术等背景知识，高层应掌握传感器技术、人工智能的专业知识。,/,智能仪器的结构,智能仪器的核心是微控制器.,基本部分：,微处理器、ROM、RAM、键盘、显示器等。,特殊部分：,模拟量输入、输出，数字量输入、输出，标准的串行或并行通信接口等。,另外，智能仪器的键盘、显示器等亦会根据仪器功能、用途的不同而有别于通用计算机的键盘、显示器等。,/,智能仪器的特点,仪器的功能丰富、性价较高,智能仪器具有自校准、自检和自诊断功能,智能仪器能实现复杂的运算和控制功能,智能仪器的人机对话能力强,单个仪器自动化水平高、多个仪器可构成自动测试系统,问题：智能仪器有何特点？,/,单片机芯片,STC,单片机,（51单片机）,STC公司的单片机是基于,8051,内核指令代码完全兼容传统8051，速度快812倍，带ADC,4路PWM，双串口，加密性好，抗干扰强.,PIC,单片机,：,是MICROCHIP公司的产品，特点是体积小，功耗低，精简指令集，抗干扰性好，可靠性高，有较强的模拟接口，代码保密性好.,EMC,单片机,：,是台湾义隆公司的产品，与PIC 8位单片机兼容，价格便宜，有很多系列可选，但抗干扰较差.,ATMEL,单片机,（51单片机）,：,Atmel公司的AT89系列是8位Flash单片机，与8051系列单片机相兼容；,PHLIPIS 51LPC系列,单片机,（51单片机）,：,PHILIPS公司的单片机是基于80C51内核的单片机，嵌入了掉电检测、模拟以及片内RC振荡器等功能，这使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求.,HOLTEK,单片机,：,台湾盛扬半导体的单片机，价格便宜，种类较多，但抗干扰较差，适用于消费类产品.,TI公司,单片机,（51单片机）,：,德州仪器提供了TMS370和MSP430两大系列通用单片机.TMS370系列单片机是8位CMOS单片机，具有多种存储模式、多种外围接口模式，适用于复杂的实时控制场合；MSP430系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的16位低功耗单片机，特别适用于要求功耗低的场合,松翰单片机,（SONIX）：,是台湾松翰公司的单片机，部分与PIC 8位单片机兼容，价格便宜，滤波功能，抗干扰较好。缺点RAM空间过小。,飞思卡尔单片机,飞思卡尔 8 位单片机系列主要包括 RS08 类、HCS08 类、HC08 类、HC08 汽车类、HCS08 汽车类。,英飞凌单片机,英飞凌单片机的XC82x和XC83x单片机系列经过专门设计，可进一步在各种工业领域内降低系统成本，提高能效。,深联华单片机,（51单片机）,深联华公司的单片机基于8051内核，加密好，速度快812倍，带有62 K FLASH ROM，内置256字节RAM和集成外置1024字节RAM，,台湾新唐科技（华邦电子）,（51单片机）,W79E51单片机，全面兼容AT89C2051/AT89C4051。保密性好、工业级别-4585、内置高精度RC晶振、dataflash。,/,单片机,AT89C51,微型机系统,微型机软件,微型机硬件,主机,外部设备,系统软件,应用软件,CPU,存储器,输入/输出接口,运算器,控制器,寄存器,/,51单片机结构,RESET,INT,电源,地,系统时钟,ROM,CPU,RAM,定时/计数器,串行I/O,并行I/O,/,/,单片机开发,通讯电缆,目标系统,仿,真,头,仿真器,/,单片机编程与调试,/,芯片编程,/,智能仪器的一般性结构,信号,输入电路,AI、DI,放大电路,A/D,采集电路,微控制器,（单片机）,驱动电路,AO、DO,显示电路,LED/LCD,键盘、语音、打印等电路,输出,网络通信,电源,/,嵌入式主板,/,智能仪器举例,汽轮机齿轮,电磁传感器,整形电路,51单片机,数码显示器,直流电源,/,汽车中的嵌入式监控系统,/,手机嵌入式硬件结构,/,嵌入式监控系统,/,完,/,