本书从工程实际出发，详细介绍了工控机测控系统的组成、各功能部件的结构、使用方法和应用。本书共有四个学习情境，分别是计算机测控系统概述、计算机测控系统的硬件和软件、数据采集卡的应用、运动控制卡的应用。全书共包含13个项目，31个任务。在理论方面，主要介绍计算机测控系统、工控机的组成、总线结构、I/O接口和过程通道。在实践方面，以PCI数据采集卡和PCI运动控制卡的应用为主线，串联了数字量输入/输出通道项目、模拟量输入/输出通道项目、数据采集综合项目、运动控制卡的点对点操作项目、回原点项目等。通过这些项目，详细介绍了工控机测控系统的软、硬件设计方法和实现。

本书适合作为高等职业院校智能控制专业教材，也可作为成人教育、自学考试、企业培训、职业技能培训的教材，以及智能制造领域人员的参考书。

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本书是国家职业教育智能控制技术专业教学资源库建设的成果之一，也是基于新专业教学标准的专业课程建设和资源开发实践的新教材。

近年来，随着新兴产业的蓬勃发展，我国工业自动化控制技术、产业和应用有了很大发展。特别是当前以多技术融合为基础的第四次工业革命，使集成大量计算机、通信和控制技术为一体的智能制造成为中国制造强国战略的主攻方向。在各类新技术高度集成的行业发展背景下，工控机的应用技术将越来越广泛。工控机的组成、以工控机为核心的智能制造设备的基本理论、工控解决方案、工控设备的软硬件结合方法等，已成为智能制造领域人才必备的知识。

本书适应智能控制技术专业建设和改革发展的需要，编写注重以下几点：

1. 项目化教材

本书采用“项目化教学模式”，先给出“学习目标”，按照“项目描述”→“相关知识”→“项目实施”的方式组织，在“项目实施”中安排由浅入深、由简单到复杂的递进式任务。本书共有四个学习情境，分别是计算机测控系统概述、计算机测控系统的硬件和软件、数据采集卡的应用、运动控制卡的应用。各学习情境内包含独立的项目，在项目实施中穿插相关知识点和知识拓展，任务是具体实施的案例。

2. 注重实践

本书以实践项目为主导，理论融于实践当中，从实践当中获取知识。实践项目的软件采用当今工业控制领域广泛应用的 C#编程语言，程序框架、界面编辑和编程语句都易于理解。每个案例在软件编程方面有分步的指导，初学者也能够接受。

3. 立体化教材

本书也是立体化教材的一部分。在微知库网站，有本课程的资源链接，包括电子课件、授课视频、实训案例、知识拓展、源程序、习题等，满足师生在线教学和学习的多种功能。

本书从工程实际出发，详细介绍了工控机测控系统的组成、各功能部件的结构、使用方法和应用。全书共包含31个任务，包含了工控板卡的API链接、PCI数据采集卡中模拟和数字量输入/输出通道的特点和应用方法、运动控制卡的点对点、回原点等操作，详细介绍了数据采集卡和运动控制卡组成的测控系统的软硬件设计方法。



本书由苏州工业园区职业技术学院栾伟峰担任主编，苏州大学应用技术学院王文明、苏州工业园区职业技术学院王海燕担任副主编。具体编写分工如下：栾伟峰编写项目1、项目6～项目11，王海燕编写项目2～项目5，王文明编写项目12和项目13。栾伟峰对全书进行统稿定稿。

由于编者水平有限，书中难免存在不妥及疏漏之处，恳请读者批评指正。



编 者

2022年6月





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学习情境1 计算机测控系统概述

项目1 认识计算机测控系统 2

1.1 项目描述 2

1.2 相关知识 3

1.2.1 计算机控制的概念 3

1.2.2 计算机测控系统的发展 3

1.2.3 计算机测控系统的工作过程 4

1.2.4 与计算机测控系统相关的主要概念 4

1.2.5 计算机测控系统的软件 4

1.2.6 计算机测控系统具有的特点 6

1.2.7 计算机测控系统的典型分类 6

1.3 项目实施 12

任务1-1 分析系统的工作原理和各部件功能 12

任务1-2 描述计算机温度控制系统的工作原理 12

任务1-3 描述计算机测控系统的硬件组成 13

思考与习题 13

学习情境2 计算机测控系统的硬件和软件

项目2 工控机的组成 15

2.1 项目描述 15

2.2 相关知识 15

2.2.1 工控机的机箱结构 15

2.2.2 工控机的硬件组成 16

2.2.3 工控机的主要模块 17

2.2.4 工控机的基本特点 20

2.3 项目实施 21

任务 识别工控机内部结构 21

思考与习题 22



项目3 工控机的总线 23

3.1 项目描述 23

3.2 相关知识 23

3.2.1 总线的概念和分类 23

3.2.2 工控机的总线分类 24

3.3 项目实施 27

任务 识别各种总线接口 27

思考与习题 28

项目4 I/O接口和过程通道 29

4.1 项目描述 29

4.2 相关知识 29

4.2.1 I/O接口 29

4.2.2 过程通道 31

4.3 项目实施 35

任务4-1 识别过程通道 35

任务4-2 识别模拟量输入通道 35

思考与习题 35

项目5 计算机测控系统的软件 36

5.1 项目描述 36

5.2 相关知识 36

5.2.1 计算机测控系统的软件概述 36

5.2.2 C#编程语言概述 39

5.2.3 Visual Studio集成开发环境 40

5.3 项目实施 41

任务5-1 个人信息表的制作 41

任务5-2 为个人信息表添加照片 41

学习情境3 数据采集卡的应用

项目6 认识研华PCI-1710数据采集卡 44

6.1 项目描述 44

6.2 相关知识 45

6.2.1 数据采集卡 45

6.2.2 研华PCI-1710/U数据采集卡的主要功能 47

6.2.3 研华DAQNavi SDK开发工具包 49

6.3 项目实施 50

任务6-1 安装PCI-1710/U数据采集卡 50

任务6-2 配置PCI-1710/U数据采集卡 52

项目7 数字量输出控制 55

7.1 项目描述 55

7.2 相关知识 56

7.2.1 数字量输出的类型 56

7.2.2 数字量输出的驱动电路 56

7.2.3 研华PCI-1710/U数据采集卡的数字量输出端口 60

7.2.4 与数字量输出相关的软件编程 61

7.3 项目实施 62

任务7-1 4位LED灯控制项目 62

任务7-2 8位LED灯控制项目 64

项目8 数字量输入控制 68

8.1 项目描述 68

8.2 相关知识 69

8.2.1 数字量输入信号调理电路 69

8.2.2 数字量输入方式 71

8.2.3 研华PCI-1710/U数据采集卡的数字量输入通道 71

8.2.4 与数字量输入相关的软件编程 72

8.3 项目实施 73

任务8-1 按键读取项目 73

任务8-2 定时读取项目 75

项目9 模拟量输入控制 79

9.1 项目描述 79

9.2 相关知识 80

9.2.1 模拟量输入的性能指标 80

9.2.2 研华PCI-1710/U数据采集卡的模拟量输入通道 82

9.2.3 与模拟量输入相关的软件编程 84

9.3 项目实施 85

任务9-1 简易数字电压表项目 85

任务9-2 可选量程和通道数字电压表项目 88

任务9-3 数字示波器项目 92

项目10 模拟量输出控制 98

10.1 项目描述 98

10.2 相关知识 99

10.2.1 模拟量输出的性能指标 99

10.2.2 研华PCI-1710/U数据采集卡的模拟量输出通道 99

10.2.3 与模拟量输出相关的软件编程 101

10.3 项目实施 103

任务10-1 简易电压输出项目 103

任务10-2 可视化电压输出项目 106

任务10-3 波形发生器项目 111

项目11 工业微机控制实训台综合项目 116

11.1 项目描述 116

11.2 项目实施 116

任务11-1 Do、Di、Ai简易综合控制项目 116

任务11-2 霓虹灯显业项目 118

任务11-3 可控霓虹灯项目 121

任务11-4 变频器控制项目 123

任务11-5 外部可调频率控制项目 128

任务11-6 水塔自动供水项目 130

学习情境4 运动控制卡的应用

项目12 认识研华PCI-1245运动控制卡 135

12.1 项目描述 135

12.2 相关知识 136

12.2.1 运动控制板卡概述 136

12.2.2 研华PCI-1245运动控制卡的主要功能 138

12.2.3 信号连接 142

12.2.4 通用运动API 145

12.3 项目实施 146

任务12-1 安装PCI-1245运动控制卡 146

任务12-2 测试PCI-1245运动控制卡 147

项目13 运动控制板卡的单轴运动 149

13.1 项目描述 149

13.2 相关知识 150

13.2.1 步进电机工作原理 150

13.2.2 伺服控制系统概述 153

13.2.3 伺服控制系统中传感器 156

13.3 项目实施 158

任务13-1 运动控制卡点对点项目 158

任务13-2 运动控制卡回原点项目 168

参考文献 180

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栾伟峰，1994年毕业于黑龙江商学院，电子信息工程专业，2009年取得上海交通大学软件工程专业工程硕士学位。副教授/高级工程师。1994~2003年在苏州半导体总厂光电技术研究所工作，主要负责光电产品测试设备的研发，参与高可靠光耦微机测试仪器和老化设备的研制项目、16X16点阵参数测试仪项目等。2003~在苏州工业园区职业技术学院工作，担任光电技术专业教师，教授“光电技术”、“射频技术”、单片机技术与应用”等课程。2013年开发并担任电气自动化技术专业主任，2018年开发并担任智能控制技术专业主任，负责专业建设、课程开发和实训室建设。开发新课程“控制原理”、“工业微机控制技术”、筹建“自动化控制”实训室。2019年负责国家级智能控制技术专业资源库子项目—“工业微机控制技术”课程建设。在国家期刊上发表专业和教学论文10多篇，负责省市级项目7个，参加项目10多项目。

本书采用“项目化教学模式”，先给出“学习目标”，按照“项目描述”→“相关知识”→“项目实施”的方式组织，在“项目实施”中安排由浅入深、由简单到复杂的递进式任务。