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2.2.2数字量输出部分 6
2.2.3光耦隔离 7
2.2.4单片机（MCU） 8
2.2.5 W5500模块 8
2.2.6 RS-485模块 9
2.2.7程序下载模块 10
第三章 硬件设计 11
3.1数字量输入模块 11
3.1.1光耦隔离电路 11
3.1.2并行转串行电路 12
3.2数字量输出模块 12
3.2.1串行转并行输出 12
3.2.2光耦隔离晶体管电平输出 13
3.2.3继电器输出 14
3.3通信模块 15
3.3.1W5500以太网模块 15
3.3.2 RS-485模块 16
3.3.3程序下载模块 16
3.4电源模块 17
第四章 软件设计 18
4.1 SPI协议传输模式 18
4.1.1 SPI协议简介 18
4.1.2 SPI数据传输 18
4.1.3 SPI协议工作模式 19
4.1.4 SPI工作模式 19
4.1.5 SPI程序例程 21
4.2数字量输入程序 22
4.3数字量输出程序 24
4.4主函数及以太网模块子函数 26
4.5上位机PC的VC编程设计 27
4.6调试结果 29
第五章 总结与展望 32
5.1设计成果 32
5.2设计不足 32
5.2.1硬件电路 32
5.2.2程序部分 32
5.3后续工作与展望 33
5.3.1后续工作 33
5.3.1设计应用 33
致谢 34
参考文献 35
附录A 37
附录B 40
附录C 43
附录D 44
附录E 49
第一章 绪论
1.1课题研究背景
1.1.1工控机
工控机（Industrial Personal Computer，简称IPC），是一种工业级的控制计算机，采用总线的结构，是一种对现场生产、机电、工艺包装等设备进行检测和控制的工具。其主要的组成部分为工业机箱、无源底板及可插入其上的各种板卡组成，如CPU卡、I/O卡等。工控机主要有以下特点：
1. IPC具有着高可靠性，其MTTR(平均维修时间)可达到5min，MTTF（平均故障间隔时间）可达到10万小时以上，而普通的PC机的MTTF仅为10000～15000小时。
2. IPC具有实时性，工业级PC能够对现场生产过程进行实时检测与控制，能够对工作状态变化给予最快速的反应，能够及时的处理紧急事故。
3. IPC具有扩充性，工业级PC主要采用底板加CPU扩展卡的结构，最多能够扩展20个板卡，能够实现与工业现场设备的各种检查、监控操作。
4. IPC具有兼容性，能够同时利用PCI和ISA以及PICMG资源，支持多种操作系统、多种语言编程。
5. IPC具有广阔的软件资源库，能够对图形、存储数据、网络等进行编辑操作。
现如今，工控机依靠它成熟的技术、智能化的监控、快捷方便的操作方式等优点，在工业领域已经广泛应用。IPC时通过加扩展板卡实现对IO模块的扩展，大部分采用并行接口输入，也有少部分通过串口或以太网模块输入，研究以太网模块的网络通信能够使控制更加方便、快捷。
1.1.2工控机控制方式
在工业领域中，工控机主要采用PCI（Peripheral Component Interconnect）总线连接控制板卡实现数据的传输。PCI总线是一种不依附于某个具体处理器的局部并行总线，而且PCI总线的地址总线与数据总线是分时复用的，能够支持即插即用、中断共享等功能。比如运动速度、位置控制卡，通过PCI总线即直接可以实现对运动速度、位置的控制。同时PCI总线也可通过以太网模块实现与上位机PC的通信。