潘新民 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)(第二版)課件 第1章

1、第一章第一章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述 1.1 1.1 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成 1.2 1.2 微型機(jī)控制系統(tǒng)的分類(lèi)微型機(jī)控制系統(tǒng)的分類(lèi) 1.3 1.3 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展 概況及趨勢(shì)概況及趨勢(shì) 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件由以下部分組成：微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件由以下部分組成： 微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī) 接口電路接口電路 外部通用設(shè)備外部通用設(shè)備 和工業(yè)生產(chǎn)對(duì)象等組成和工業(yè)生產(chǎn)對(duì)象等組成1.1 微型計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)統(tǒng)的組組成微機(jī)控制技術(shù)圖圖1.1 1.1 典型微機(jī)控制系統(tǒng)原理圖典型微機(jī)控制系統(tǒng)原理圖 圖圖1.1 1.1 典型微機(jī)

2、控制系統(tǒng)原理圖典型微機(jī)控制系統(tǒng)原理圖 1.1 微型計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)統(tǒng)的組組成1.1.1 1.1.1 微型機(jī)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)微型機(jī)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)1.1.2 1.1.2 微型機(jī)控制系統(tǒng)的軟件微型機(jī)控制系統(tǒng)的軟件1.1.1 微型機(jī)控制系統(tǒng)統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)1 11 11 1 微型機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)微型機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 一一. .主機(jī)主機(jī)( ( CPU CPU ) ) 指揮部指揮部 1 1向系統(tǒng)的各個(gè)部分發(fā)出命令；向系統(tǒng)的各個(gè)部分發(fā)出命令； 2 2對(duì)被測(cè)參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、對(duì)被測(cè)參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、 控制計(jì)算、邏輯判斷控制計(jì)算、邏輯判斷 及報(bào)警處理等。及報(bào)警處理等。 微機(jī)控制技術(shù)

3、1.1.1 微型機(jī)控制系統(tǒng)統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)二、二、 接口及接口及 I/O 通道通道 1. 1. 常用接口常用接口 (1)(1)并行接口并行接口 82558255、81558155 (2) (2)串行接口串行接口 82518251 (3) (3)直接存儲(chǔ)器傳送接口直接存儲(chǔ)器傳送接口 82378237 (4) (4)中斷控制接口中斷控制接口 82598259 (5) (5)定時(shí)器計(jì)數(shù)器接口定時(shí)器計(jì)數(shù)器接口 82538253 (6) (6)模擬量與數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換接口模擬量與數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換接口 DAC0832DAC0832， ADC0809 ADC0809 等。等。 微機(jī)控制技術(shù)1.1.1 微型機(jī)控制

4、系統(tǒng)統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 2 2I/O I/O 通道通道 (1) (1) 模擬量輸入通道模擬量輸入通道 關(guān)鍵部件關(guān)鍵部件 A/DA/D（把模擬量變成數(shù)字量）（把模擬量變成數(shù)字量） (2) (2) 模擬量輸出通道模擬量輸出通道 關(guān)鍵部件關(guān)鍵部件 D/AD/A（把數(shù)字量變成模擬量）（把數(shù)字量變成模擬量） (3) (3) 數(shù)字量輸入數(shù)字量輸入/ /輸出通道輸出通道三三. . 通用外部設(shè)備，用以擴(kuò)大主機(jī)的功能通用外部設(shè)備，用以擴(kuò)大主機(jī)的功能 顯示、打印、存儲(chǔ)等顯示、打印、存儲(chǔ)等微機(jī)控制技術(shù)1.1.1 微型機(jī)控制系統(tǒng)統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)四檢測(cè)元件及執(zhí)行機(jī)構(gòu)四檢測(cè)元件及執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1 1檢測(cè)元件：檢測(cè)元件： 把非電

5、量變成電量（傳感器）。把非電量變成電量（傳感器）。 如：熱電偶、節(jié)流裝置、壓力變送器如：熱電偶、節(jié)流裝置、壓力變送器 2 2變送器：變送器： 把傳感器的輸出信號(hào)變成把傳感器的輸出信號(hào)變成 CPU 所能接收的電壓信號(hào)。所能接收的電壓信號(hào)。 3 3執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 接收接收 CPU 輸輸出的控制量并加以動(dòng)作，出的控制量并加以動(dòng)作， 以對(duì)生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行控制的機(jī)構(gòu)。以對(duì)生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行控制的機(jī)構(gòu)。 如：閥、開(kāi)關(guān)、電機(jī)等。如：閥、開(kāi)關(guān)、電機(jī)等。微機(jī)控制技術(shù)1.1.1 微型機(jī)控制系統(tǒng)統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)五、操作臺(tái)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘五、操作臺(tái)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘 1 1操作臺(tái)的組成操作臺(tái)的組成 （1 1）作用開(kāi)關(guān)：電源開(kāi)關(guān)；數(shù)據(jù)、

6、地址選擇開(kāi)關(guān)；）作用開(kāi)關(guān)：電源開(kāi)關(guān)；數(shù)據(jù)、地址選擇開(kāi)關(guān)； 操作方式選擇開(kāi)關(guān)，等。操作方式選擇開(kāi)關(guān)，等。 （2 2）功能鍵：向）功能鍵：向 CPU 申請(qǐng)中斷、復(fù)位鍵、啟動(dòng)鍵、申請(qǐng)中斷、復(fù)位鍵、啟動(dòng)鍵、 打印鍵、顯示鍵、連接、單步工作方式鍵等。打印鍵、顯示鍵、連接、單步工作方式鍵等。 （3 3）顯示：）顯示：LED/CRT 顯示器件顯示器件 顯示數(shù)據(jù)，圖、表、流程圖等。顯示數(shù)據(jù)，圖、表、流程圖等。 （4 4）數(shù)字鍵：用以送入數(shù)據(jù)或修改控制系統(tǒng)參數(shù)。）數(shù)字鍵：用以送入數(shù)據(jù)或修改控制系統(tǒng)參數(shù)。 2 2實(shí)時(shí)時(shí)鐘實(shí)時(shí)時(shí)鐘微機(jī)控制技術(shù)1.1.2 微型機(jī)控制系統(tǒng)統(tǒng)的軟軟件1 11 12 2 軟件軟件 完成各種

7、功能的計(jì)算機(jī)程序的總和。完成各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和。 系統(tǒng)軟件：由廠家提供系統(tǒng)軟件：由廠家提供 用以管理計(jì)算機(jī)本身的程序。用以管理計(jì)算機(jī)本身的程序。 應(yīng)用軟件：由用戶根據(jù)控制系統(tǒng)的需要設(shè)計(jì)。應(yīng)用軟件：由用戶根據(jù)控制系統(tǒng)的需要設(shè)計(jì)。 面向用戶的程序。面向用戶的程序。 微機(jī)控制技術(shù)1.2 微型機(jī)控制系統(tǒng)統(tǒng)的分類(lèi)類(lèi) 根據(jù)被控對(duì)象的特點(diǎn)根據(jù)被控對(duì)象的特點(diǎn) 環(huán)境環(huán)境 要求要求, , 可采用不同類(lèi)型的控制系統(tǒng)。可采用不同類(lèi)型的控制系統(tǒng)。微機(jī)控制技術(shù)1.2 微型機(jī)控制系統(tǒng)統(tǒng)的分類(lèi)類(lèi)1.2.1 1.2.1 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)（操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)（OPSOPS）1.2.2 1.2.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng)（直接數(shù)字

8、控制系統(tǒng)（DDCDDC）1.2.3 1.2.3 計(jì)算機(jī)監(jiān)督系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)監(jiān)督系統(tǒng)（SCCSCC）1.2.4 1.2.4 嵌入式系統(tǒng)（嵌入式系統(tǒng)（EMSEMS）1.2.5 1.2.5 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（ITSITS）1.2.6 1.2.6 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCSFCS） 121 操作指導(dǎo)導(dǎo)系統(tǒng)統(tǒng) 圖圖1-2 1-2 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) 微機(jī)控制技術(shù)121 操作指導(dǎo)導(dǎo)系統(tǒng)統(tǒng) 1 1操作過(guò)程操作過(guò)程： （1 1）計(jì)算機(jī)只對(duì)系統(tǒng)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行收集、）計(jì)算機(jī)只對(duì)系統(tǒng)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行收集、 加工處理，而后輸出（顯示或打印）。加工處理，而后輸出（顯示或打?。?。 （提供準(zhǔn)確的參

9、照數(shù)據(jù)）。（提供準(zhǔn)確的參照數(shù)據(jù)）。 （2 2）現(xiàn)場(chǎng)人員參照顯示的數(shù)據(jù)，）現(xiàn)場(chǎng)人員參照顯示的數(shù)據(jù)， 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)微機(jī)控制技術(shù)121 操作指導(dǎo)導(dǎo)系統(tǒng)統(tǒng)2 2應(yīng)用場(chǎng)合：應(yīng)用場(chǎng)合： 尚未摸清控制規(guī)律的系統(tǒng)，尚未摸清控制規(guī)律的系統(tǒng)， （計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的初級(jí)階段）。（計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的初級(jí)階段）。 用來(lái)摸索新系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和控制規(guī)律。用來(lái)摸索新系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和控制規(guī)律。 3 3特點(diǎn)：特點(diǎn)： 簡(jiǎn)單、可靠簡(jiǎn)單、可靠 人工操作、慢人工操作、慢 不能同時(shí)控制幾個(gè)回路。不能同時(shí)控制幾個(gè)回路。 微機(jī)控制技術(shù)122 直接數(shù)數(shù)字控制系統(tǒng)統(tǒng)（DDC）圖圖1-3 DDC1-3 DDC控制系統(tǒng)原理圖控制系

10、統(tǒng)原理圖微機(jī)控制技術(shù)122 直接數(shù)數(shù)字控制系統(tǒng)統(tǒng)（DDC） 作法：作法： 計(jì)算機(jī)對(duì)多個(gè)參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)；計(jì)算機(jī)對(duì)多個(gè)參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)； 將檢測(cè)值與給定值加以比較；將檢測(cè)值與給定值加以比較； 根據(jù)偏差，按適當(dāng)?shù)目刂埔?guī)律對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。根據(jù)偏差，按適當(dāng)?shù)目刂埔?guī)律對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 一臺(tái)計(jì)算機(jī)可同時(shí)控制多回路；一臺(tái)計(jì)算機(jī)可同時(shí)控制多回路； 可靠?？煽?。 控制靈活：控制靈活： 每個(gè)參數(shù)的控制可各異；每個(gè)參數(shù)的控制可各異； 各參數(shù)在不同情況下可采用不同的控制規(guī)律；各參數(shù)在不同情況下可采用不同的控制規(guī)律； 應(yīng)用廣泛。應(yīng)用廣泛。微機(jī)控制技術(shù)使檢測(cè)值使檢測(cè)值給定值給定值 123 計(jì)計(jì)算機(jī)監(jiān)監(jiān)督系統(tǒng)

11、統(tǒng)（SCC）作法：作法： 系統(tǒng)中，給定值不是人為預(yù)先給定，系統(tǒng)中，給定值不是人為預(yù)先給定， 而是由計(jì)算機(jī)按照描述生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，而是由計(jì)算機(jī)按照描述生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型， 計(jì)算出最佳給定值。計(jì)算出最佳給定值。 送給模擬調(diào)節(jié)器送給模擬調(diào)節(jié)器 或或 DDCDDC 單片機(jī)，單片機(jī)， 對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制。對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制。 微機(jī)控制技術(shù)SCC+DDC控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)1 1作法：兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：作法：兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)： （1 1）SCCSCC （2) DDC 2) DDC 與前者相比：控制由與前者相比：控制由 DDC DDC 機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)實(shí)現(xiàn) 實(shí)時(shí)性好、靈活，實(shí)時(shí)性好、靈活， 一臺(tái)單片機(jī)代替多臺(tái)調(diào)

12、節(jié)器，可控制多個(gè)回路。一臺(tái)單片機(jī)代替多臺(tái)調(diào)節(jié)器，可控制多個(gè)回路。 （ 如圖如圖1-5 SCC + DDC 1-5 SCC + DDC 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) ）2 2特點(diǎn)：更接近于生產(chǎn)的實(shí)際情況，增加了特點(diǎn)：更接近于生產(chǎn)的實(shí)際情況，增加了“冗余量冗余量”，更可靠。，更可靠。3 3應(yīng)用范圍：因?yàn)閿?shù)學(xué)模型難以建立，所以此法用起來(lái)有困難。應(yīng)用范圍：因?yàn)閿?shù)學(xué)模型難以建立，所以此法用起來(lái)有困難。 微機(jī)控制技術(shù)123 計(jì)計(jì)算機(jī)監(jiān)監(jiān)督系統(tǒng)統(tǒng)（SCC） 圖圖1-4 1-4 SCC + DDCSCC + DDC控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 微機(jī)控制技術(shù)1.2.4 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng) 一般指非一般指非 PC

13、PC 系統(tǒng)，系統(tǒng)， 有計(jì)算機(jī)功能有計(jì)算機(jī)功能 但又不稱(chēng)之為計(jì)算機(jī)的但又不稱(chēng)之為計(jì)算機(jī)的 設(shè)備或器材。設(shè)備或器材。1.2.4 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng) 包括硬件和軟件兩部分。包括硬件和軟件兩部分。 硬件部分硬件部分: : 處理器處理器/ /微處理器微處理器 存儲(chǔ)器（存儲(chǔ)器（ EPROMEPROM、EEPROMEEPROM、 Flash Memory Flash Memory ） 外部設(shè)備外部設(shè)備 I/O I/O 接口接口 圖形控制器等。圖形控制器等。微機(jī)控制技術(shù)存儲(chǔ)容量有限存儲(chǔ)容量有限1.2.4 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng) 軟件部分：軟件部分： 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) ( ( 要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)操作要求實(shí)時(shí)和多任

14、務(wù)操作 ) ) 控制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互作用?？刂浦鴳?yīng)用程序編程與硬件的交互作用。 應(yīng)用程序。應(yīng)用程序。 控制著系統(tǒng)的運(yùn)作和行為；控制著系統(tǒng)的運(yùn)作和行為； 嵌入式系統(tǒng)集系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與硬件于一體，類(lèi)似于嵌入式系統(tǒng)集系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與硬件于一體，類(lèi)似于PCPC中中 BIOSBIOS 的工作方式，是獨(dú)立工作的的工作方式，是獨(dú)立工作的“器件器件”。 具有軟件代碼少、高度自動(dòng)化、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，具有軟件代碼少、高度自動(dòng)化、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，特別適合于要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)的體系。特別適合于要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)的體系。微機(jī)控制技術(shù) 嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器特點(diǎn):

15、:（1 1）對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力。能完成多任務(wù)并且有較）對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力。能完成多任務(wù)并且有較 短的中斷響應(yīng)時(shí)間，從而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時(shí)內(nèi)核的執(zhí)行時(shí)間短的中斷響應(yīng)時(shí)間，從而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時(shí)內(nèi)核的執(zhí)行時(shí)間 減少到最低限度。減少到最低限度。（2 2）具有很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能。）具有很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能。 由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化，而為了避免在軟件由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化，而為了避免在軟件 模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用，需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲(chǔ)區(qū)保模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用，需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲(chǔ)區(qū)保 護(hù)功能，同時(shí)也有利于軟件診斷。護(hù)功能，同時(shí)也有利于軟件診斷。（3 3）可

16、擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，以能最迅速地開(kāi)發(fā)出滿足應(yīng)用的最）可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，以能最迅速地開(kāi)發(fā)出滿足應(yīng)用的最 高性能的嵌入式微處理器。高性能的嵌入式微處理器。（4 4）功耗低。尤其是用于便攜式的無(wú)線及移動(dòng)的計(jì)算和通信設(shè)）功耗低。尤其是用于便攜式的無(wú)線及移動(dòng)的計(jì)算和通信設(shè) 備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此，如需要功耗只有備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此，如需要功耗只有 mW 甚至甚至 W 級(jí)。級(jí)。微機(jī)控制技術(shù)1.2.4 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng) 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)：嵌入式處理器的品種已超過(guò)據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)：嵌入式處理器的品種已超過(guò)10001000多種，多種， 流行體系結(jié)構(gòu)有流行體系結(jié)構(gòu)有 30 30 幾個(gè)系列，幾

17、個(gè)系列， 其中其中 8051 8051 體系的占有半數(shù)以上，體系的占有半數(shù)以上， 共共 350 350 多種衍生產(chǎn)品。多種衍生產(chǎn)品。 嵌入式處理器的尋址空間一般從嵌入式處理器的尋址空間一般從 64kB 64kB 到到 16MB16MB， 處理速度從處理速度從 0.1 MIPS 0.1 MIPS 到到 2000 MIPS2000 MIPS 常用封裝從常用封裝從 8 8 個(gè)引腳到個(gè)引腳到 144 144 個(gè)個(gè)引腳。引腳。 嵌入式計(jì)算機(jī)可以分成下面幾類(lèi)嵌入式計(jì)算機(jī)可以分成下面幾類(lèi)XXXX。 微機(jī)控制技術(shù)1.2.4 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)1. 1. 嵌入式微處理器嵌入式微處理器 ( ( E Embedd

18、ed mbedded MMicroicrop processor rocessor U Unitnit）（1 1）與）與 CPU CPU 比：比： 在應(yīng)用中，將在應(yīng)用中，將 EMPU EMPU 裝在專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的電路板上，裝在專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的電路板上， 只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的母板功能，這樣可以只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的母板功能，這樣可以大幅度減小系統(tǒng)體積和功耗。大幅度減小系統(tǒng)體積和功耗。 為了滿足嵌入式應(yīng)用的特殊要求，為了滿足嵌入式應(yīng)用的特殊要求， EMPU EMPU 在功能上和標(biāo)準(zhǔn)微處理器基本一樣，在功能上和標(biāo)準(zhǔn)微處理器基本一樣， 但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面有所但在工作溫度、抗電磁干擾、可

19、靠性等方面有所增強(qiáng)。增強(qiáng)。微機(jī)控制技術(shù)1.2.4 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng) （2 2）和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比：）和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比： 嵌入式微處理器體積小、重量輕、成本低、可靠性高嵌入式微處理器體積小、重量輕、成本低、可靠性高 由于電路板上必須包括由于電路板上必須包括 ROM、RAM、總線接口、各種、總線接口、各種外設(shè)等器件，所以降低了系統(tǒng)的可靠性，技術(shù)保密性外設(shè)等器件，所以降低了系統(tǒng)的可靠性，技術(shù)保密性也較差。也較差。 嵌入式處理器主要有嵌入式處理器主要有 Am186/88、386EX、 SC-400、 Power PC、68000、MIPS、ARM系列等。系列等。 在一塊電路板上裝有嵌入式微處

20、理器、存儲(chǔ)器、總線、在一塊電路板上裝有嵌入式微處理器、存儲(chǔ)器、總線、外設(shè)等構(gòu)成單板計(jì)算機(jī)。外設(shè)等構(gòu)成單板計(jì)算機(jī)。 如如 STD-BUS、PC104、 等。等。 德國(guó)、日本的一些公司又開(kāi)發(fā)出了類(lèi)似德國(guó)、日本的一些公司又開(kāi)發(fā)出了類(lèi)似“火柴盒火柴盒”式式 名片大小的嵌入式計(jì)算機(jī)系列名片大小的嵌入式計(jì)算機(jī)系列 OEM 產(chǎn)品。產(chǎn)品。 我國(guó)也有此類(lèi)產(chǎn)品。我國(guó)也有此類(lèi)產(chǎn)品。微機(jī)控制技術(shù)1.2.4 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)2 2、嵌入式微控制器、嵌入式微控制器 ( ( MMicroicroc controller ontroller U Unit )nit ) 嵌入式微控制器又稱(chēng)單片機(jī)。嵌入式微控制器又稱(chēng)單片機(jī)。

21、 為適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，一個(gè)系列的單片機(jī)為適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，一個(gè)系列的單片機(jī)具有多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的處理器具有多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的處理器內(nèi)核都是一樣的，不同的是存儲(chǔ)器和外設(shè)的內(nèi)核都是一樣的，不同的是存儲(chǔ)器和外設(shè)的配置及封裝。配置及封裝。 和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點(diǎn)是單片化，體積小，功耗和成本低、可靠點(diǎn)是單片化，體積小，功耗和成本低、可靠性高。性高。 微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微機(jī)控制技術(shù)1.2.4 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng) 嵌入式微控制器目前的品種和數(shù)量最多：嵌入式微控制器目前的品種

22、和數(shù)量最多： 通用系列：通用系列： 8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、 C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。等。 半通用系列：半通用系列： USB 接口：接口： MCU 8XC930/931、C540、C541； I2C、CAN-Bus、LCD及眾多專(zhuān)用及眾多專(zhuān)用 MCU 和兼容系列。和兼容系列。目前目前 MCU 占嵌入式系統(tǒng)約占嵌入式系統(tǒng)約 70 的市場(chǎng)份額。的市場(chǎng)份額。 微機(jī)控制技術(shù)1.2.4 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng) AMD 公司，將公司，將 Am186CC/CH/CU 等嵌入式等嵌入式 處理器稱(chēng)之為處理器稱(chēng)之為 Microc

23、ontroller 。 MOTOROLA 公司把以公司把以 Power PC 為基礎(chǔ)的為基礎(chǔ)的 PPC505 和和 PPC555 亦列入單片機(jī)行列。亦列入單片機(jī)行列。 TI 公司亦將其公司亦將其 TMS320C2XXX 系列系列 DSP 作為作為 MCU 進(jìn)行推廣進(jìn)行推廣。 微機(jī)控制技術(shù)1.2.4 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)3 3、嵌入式、嵌入式 DSP 處理器處理器( ( Embedded Digital Signal Processor, EDSP ) ) （）處理器的特點(diǎn)（）處理器的特點(diǎn)DSP 處理器對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)處理器對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì): : 使其適合于執(zhí)行使其適

24、合于執(zhí)行 DSP 算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也 較高。較高。數(shù)字濾波、數(shù)字濾波、F F T、譜分析等方面、譜分析等方面 DSP 算法正在大量進(jìn)入嵌入算法正在大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域。式領(lǐng)域。DSP 應(yīng)用正從在通用單片機(jī)中以普通指令實(shí)現(xiàn)應(yīng)用正從在通用單片機(jī)中以普通指令實(shí)現(xiàn) DSP 功能，過(guò)功能，過(guò)渡到采用嵌入式渡到采用嵌入式 DSP 處理器。處理器。微機(jī)控制技術(shù) （）嵌嵌入式入式 DSP 處理器構(gòu)成處理器構(gòu)成 DSP 處理器經(jīng)過(guò)單片化、處理器經(jīng)過(guò)單片化、EMC 改造、改造、 增加片上外設(shè)成為嵌入式增加片上外設(shè)成為嵌入式 DSP 處理器。處理器。 如：如：TI 的

25、的 TMS320C2000/C5000。 在通用單片機(jī)或在通用單片機(jī)或 SOC 中增加中增加 DSP 協(xié)處協(xié)處 理器。理器。 如：如：Intel 的的 MCS-296 Infineon ( Siemens ) 的的 TriCore。1.2.4 嵌入式系統(tǒng)統(tǒng)1.2.4 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)（）推動(dòng)嵌入式（）推動(dòng)嵌入式 DSP 處理器發(fā)展的因素：處理器發(fā)展的因素： 嵌入式系統(tǒng)的智能化。嵌入式系統(tǒng)的智能化。 如：各種帶有智能邏輯的消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品如：各種帶有智能邏輯的消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品 生物信息識(shí)別終端生物信息識(shí)別終端 帶有加解密算法的鍵盤(pán)帶有加解密算法的鍵盤(pán) ADSL 接入接入 實(shí)時(shí)語(yǔ)音壓解系統(tǒng)實(shí)時(shí)語(yǔ)音壓解系統(tǒng)

26、 虛擬現(xiàn)實(shí)顯示等。虛擬現(xiàn)實(shí)顯示等。 向量運(yùn)算、向量運(yùn)算、 指針線性尋址等指針線性尋址等微機(jī)控制技術(shù)DSP DSP 處理器的長(zhǎng)處處理器的長(zhǎng)處1.2.4 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng) 4 4、嵌入式片上系統(tǒng)、嵌入式片上系統(tǒng) ( ( S Systemystem O On n C Chip hip ) ) 隨著隨著 EDI 的推廣和的推廣和 VLSI 設(shè)計(jì)的普及化，及半設(shè)計(jì)的普及化，及半導(dǎo)體工藝的迅速發(fā)展，在一個(gè)硅片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)導(dǎo)體工藝的迅速發(fā)展，在一個(gè)硅片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)更為復(fù)雜的系統(tǒng)的時(shí)代已來(lái)臨，這就是更為復(fù)雜的系統(tǒng)的時(shí)代已來(lái)臨，這就是 System On Chip ( SOC )。 各種通用處理器內(nèi)核作為各種通

27、用處理器內(nèi)核作為 SOC 設(shè)計(jì)公司的標(biāo)設(shè)計(jì)公司的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，成為準(zhǔn)庫(kù)，成為 VLSI 設(shè)計(jì)中一種標(biāo)準(zhǔn)的器件，用設(shè)計(jì)中一種標(biāo)準(zhǔn)的器件，用標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的 VHDL 等語(yǔ)言描述，存儲(chǔ)在器件庫(kù)中。等語(yǔ)言描述，存儲(chǔ)在器件庫(kù)中。 用戶只需定義出其整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，仿真通過(guò)后用戶只需定義出其整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，仿真通過(guò)后就可以將設(shè)計(jì)圖交給半導(dǎo)體工廠制作。就可以將設(shè)計(jì)圖交給半導(dǎo)體工廠制作。微機(jī)控制技術(shù)1.2.4 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)幾乎包括了生活中的所有電器設(shè)備，如嵌入式系統(tǒng)幾乎包括了生活中的所有電器設(shè)備，如掌上掌上 PDAPDA、移動(dòng)計(jì)算設(shè)備移動(dòng)計(jì)算設(shè)備、電視機(jī)頂盒電視機(jī)頂盒、手機(jī)上網(wǎng)手機(jī)上網(wǎng)、數(shù)字電、數(shù)字電視

28、、多媒體、汽車(chē)、微波爐、數(shù)碼相機(jī)、家庭自動(dòng)化系視、多媒體、汽車(chē)、微波爐、數(shù)碼相機(jī)、家庭自動(dòng)化系統(tǒng)、電梯、空調(diào)、安全系統(tǒng)、自動(dòng)售貨機(jī)、蜂窩式電話、統(tǒng)、電梯、空調(diào)、安全系統(tǒng)、自動(dòng)售貨機(jī)、蜂窩式電話、消費(fèi)電子設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化儀表與醫(yī)療儀器等。消費(fèi)電子設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化儀表與醫(yī)療儀器等。 與通用型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，嵌入式系統(tǒng)功耗低、可與通用型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，嵌入式系統(tǒng)功耗低、可靠性高；功能強(qiáng)大、性能價(jià)格比高；實(shí)時(shí)性強(qiáng)，支持多靠性高；功能強(qiáng)大、性能價(jià)格比高；實(shí)時(shí)性強(qiáng)，支持多任務(wù)；占用空間小，效率高；面向特定應(yīng)用，可根據(jù)需任務(wù)；占用空間小，效率高；面向特定應(yīng)用，可根據(jù)需要靈活定制。要靈活定制。微機(jī)控制技術(shù)1.

29、2.4 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng) 本書(shū)后面的內(nèi)容主要以嵌入式系統(tǒng)為主，雖本書(shū)后面的內(nèi)容主要以嵌入式系統(tǒng)為主，雖然以然以 8051 8051 系列單片機(jī)為主進(jìn)行講述，系列單片機(jī)為主進(jìn)行講述， 所涉及的基本原理所涉及的基本原理 可適合任何一種嵌入式可適合任何一種嵌入式 CPUCPU。微機(jī)控制技術(shù)1.2.5 物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)統(tǒng)（ITS） 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（Internet of Things System，ITS） 第三次信息革命。 該系統(tǒng)通過(guò)射頻自動(dòng)識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)（GPS）、激光掃描器、環(huán)境傳感器、圖像感知器等信息設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，

30、以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。實(shí)際上它也是一種微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，只不過(guò)更加龐大而已。1.2.5 物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)統(tǒng)（ITS）1.2.5 物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)統(tǒng)（ITS）1.2.5 物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)統(tǒng)（ITS）1.2.5 物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)統(tǒng)（ITS） 物聯(lián)網(wǎng)終端主要由外圍接口模塊、核心處理模塊以及網(wǎng)絡(luò)通信模塊組成。通過(guò)外圍感知接口與傳感設(shè)備連接，如RFID讀卡器，紅外感應(yīng)器，環(huán)境傳感器等，將這些傳感設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取并通過(guò)中央處理模塊處理后，按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，通過(guò)外部通訊接口，如：GPRS模塊、以太網(wǎng)接口、WIFI等方式發(fā)送到以太網(wǎng)的指定中心處理平臺(tái)。1.2.5 物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)統(tǒng)（ITS

31、） 物聯(lián)網(wǎng)終端屬于傳感網(wǎng)絡(luò)層和傳輸網(wǎng)絡(luò)層的中間設(shè)備，也是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，通過(guò)他的轉(zhuǎn)換和采集，才能將各種外部感知數(shù)據(jù)匯集和處理，并將數(shù)據(jù)通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò)接口方式傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)中。如果沒(méi)有他的存在，傳感數(shù)據(jù)將無(wú)法送到指定位置，“物”的聯(lián)網(wǎng)將不復(fù)存在。 12 現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)統(tǒng)（FCS） 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在 20 20 世紀(jì)世紀(jì) 90 90 年代興起，年代興起， 將網(wǎng)絡(luò)通信與管理的概念聯(lián)系起來(lái)，將網(wǎng)絡(luò)通信與管理的概念聯(lián)系起來(lái)， 采用數(shù)字通信，采用數(shù)字通信， 改變了傳統(tǒng)的信息傳送方式。改變了傳統(tǒng)的信息傳送方式。 微機(jī)控制技術(shù)126 現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)統(tǒng)（FCS）一、現(xiàn)場(chǎng)總線

32、控制系統(tǒng)是分布式控制系統(tǒng)的換代一、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是分布式控制系統(tǒng)的換代 產(chǎn)品產(chǎn)品1 1系統(tǒng)全部采用數(shù)字信息傳遞系統(tǒng)全部采用數(shù)字信息傳遞 （傳統(tǒng)的 DCS（分布式系統(tǒng)）中， 底層到控制站之間用 420mA 電流傳送） 信息傳遞數(shù)字化后，在通信質(zhì)量和連線方式信息傳遞數(shù)字化后，在通信質(zhì)量和連線方式上有重大突破。上有重大突破。微機(jī)控制技術(shù)126 現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)統(tǒng)（FCS） 2 2分散的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分散的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （1 1）DCS DCS 中：中： 采用采用“操作站操作站- -控制站控制站- -現(xiàn)場(chǎng)儀表現(xiàn)場(chǎng)儀表”的三層主從結(jié)構(gòu)的三層主從結(jié)構(gòu) （2 2）FCSFCS中：中： 把把 I/O I/O

33、單元、控制站的功能分散到智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表單元、控制站的功能分散到智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表 每個(gè)儀表都含有每個(gè)儀表都含有 CPUCPU 具有測(cè)量、校正、調(diào)節(jié)、診斷等功能；具有測(cè)量、校正、調(diào)節(jié)、診斷等功能； 靠網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將各節(jié)點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)統(tǒng)籌工作；靠網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將各節(jié)點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)統(tǒng)籌工作； 節(jié)點(diǎn)出問(wèn)題只影響其本身，不影響全局。節(jié)點(diǎn)出問(wèn)題只影響其本身，不影響全局。微機(jī)控制技術(shù)126 現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)統(tǒng)（FCS）3 3方便的互操作性方便的互操作性 不同結(jié)構(gòu)的不同結(jié)構(gòu)的 FCS FCS 產(chǎn)品，可組成統(tǒng)一的系統(tǒng)。產(chǎn)品，可組成統(tǒng)一的系統(tǒng)。4 4開(kāi)放的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) （1 1）FCS FCS 技術(shù)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)均采用開(kāi)放式

34、政策，面向技術(shù)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)均采用開(kāi)放式政策，面向 所有的產(chǎn)品制造商和用戶。所有的產(chǎn)品制造商和用戶。 （2 2）通信網(wǎng)絡(luò)可以和其它系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、高速網(wǎng)絡(luò)）通信網(wǎng)絡(luò)可以和其它系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、高速網(wǎng)絡(luò) 相連，即用戶可共享網(wǎng)絡(luò)資源相連，即用戶可共享網(wǎng)絡(luò)資源。微機(jī)控制技術(shù)126 現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)統(tǒng)（FCS）5 5傳輸媒介和拓樸結(jié)構(gòu)傳輸媒介和拓樸結(jié)構(gòu) FCS FCS 采用數(shù)字通信方式：采用數(shù)字通信方式： 改變了傳統(tǒng)的信息交換方式、信號(hào)形式改變了傳統(tǒng)的信息交換方式、信號(hào)形式 和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 改變了傳統(tǒng)的自動(dòng)化儀表功能概念和結(jié)構(gòu)形式。改變了傳統(tǒng)的自動(dòng)化儀表功能概念和結(jié)構(gòu)形式。 改變了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及調(diào)試方法，開(kāi)

35、創(chuàng)了控制領(lǐng)域改變了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及調(diào)試方法，開(kāi)創(chuàng)了控制領(lǐng)域 的新紀(jì)元的新紀(jì)元。微機(jī)控制技術(shù)二二FCS控制結(jié)構(gòu)控制結(jié)構(gòu)微機(jī)控制技術(shù)圖圖1-8 1-8 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)126 現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)統(tǒng)（FCS） 現(xiàn)場(chǎng)總線的節(jié)點(diǎn)設(shè)備稱(chēng)為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表，現(xiàn)場(chǎng)總線的節(jié)點(diǎn)設(shè)備稱(chēng)為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表， 用于過(guò)程自動(dòng)化構(gòu)成用于過(guò)程自動(dòng)化構(gòu)成 FCS FCS 的基本設(shè)備如下：的基本設(shè)備如下： 變送器變送器 功能：檢測(cè)、變換和補(bǔ)償，功能：檢測(cè)、變換和補(bǔ)償， PID PID 控制和運(yùn)算功能?？刂坪瓦\(yùn)算功能。 如：溫度、壓力、流量、物位、分析類(lèi)變送器。如：溫度、壓力、流量、物位、分析類(lèi)變送器

36、。 執(zhí)行器；執(zhí)行器； 功能：信號(hào)驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行功能功能：信號(hào)驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行功能 閥門(mén)特性自校驗(yàn)和自診斷功能閥門(mén)特性自校驗(yàn)和自診斷功能 輸出特性補(bǔ)償（內(nèi)含調(diào)節(jié)閥）功能輸出特性補(bǔ)償（內(nèi)含調(diào)節(jié)閥）功能 PID PID 控制和運(yùn)算等功能控制和運(yùn)算等功能 分類(lèi)：電動(dòng)、氣動(dòng)兩大類(lèi)。分類(lèi)：電動(dòng)、氣動(dòng)兩大類(lèi)。微機(jī)控制技術(shù)126 現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)統(tǒng)（FCS） 服務(wù)器和網(wǎng)橋服務(wù)器和網(wǎng)橋 服務(wù)器下接服務(wù)器下接 Hl Hl 和和 H2H2， 上接局域網(wǎng)上接局域網(wǎng) LAN (Local area network)LAN (Local area network)； 網(wǎng)橋上接網(wǎng)橋上接 H2H2，下接，下接 HlHl。 輔助

37、設(shè)備輔助設(shè)備 H1/H1/氣壓、氣壓、HlHl電流、電流電流、電流HlHl轉(zhuǎn)換器、安全柵、轉(zhuǎn)換器、安全柵、 總線電源、便攜式編程器等?？偩€電源、便攜式編程器等。 監(jiān)監(jiān)控設(shè)備控設(shè)備 工程師站：供現(xiàn)場(chǎng)總線組態(tài)工程師站：供現(xiàn)場(chǎng)總線組態(tài) 操作員站：供工藝操作與監(jiān)視操作員站：供工藝操作與監(jiān)視 計(jì)算機(jī)站：用于優(yōu)化控制和建模。計(jì)算機(jī)站：用于優(yōu)化控制和建模。微機(jī)控制技術(shù)126 現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)統(tǒng)（FCS） FCSFCS 的核心是現(xiàn)場(chǎng)總線（的核心是現(xiàn)場(chǎng)總線（5.45.4） 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是 90 90年代興起的一種先進(jìn)的年代興起的一種先進(jìn)的工業(yè)控制技術(shù)，它將當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)通信與管理工業(yè)控制技術(shù)，它

38、將當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)通信與管理的觀念引入工業(yè)控制領(lǐng)域。的觀念引入工業(yè)控制領(lǐng)域。 微機(jī)控制技術(shù)126 現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)統(tǒng)（FCS）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 是一種數(shù)字通信協(xié)議，是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)是一種數(shù)字通信協(xié)議，是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng) 化系統(tǒng)的數(shù)字式、全分散、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)的數(shù)字式、全分散、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu) 的通信網(wǎng)絡(luò)。的通信網(wǎng)絡(luò)。 是控制技術(shù)、儀表工業(yè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)三者是控制技術(shù)、儀表工業(yè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)三者 的結(jié)合。的結(jié)合。 具有現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連、互操作性、分具有現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連、互操作性、分 散的功能模塊、通信線供電、開(kāi)放式互連

39、網(wǎng)絡(luò)等技散的功能模塊、通信線供電、開(kāi)放式互連網(wǎng)絡(luò)等技 術(shù)特點(diǎn)。術(shù)特點(diǎn)。 126 現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)統(tǒng)（FCS） 保證控制系統(tǒng)可以適應(yīng)目前工業(yè)界對(duì)保證控制系統(tǒng)可以適應(yīng)目前工業(yè)界對(duì) 數(shù)字通信和自動(dòng)控制的需求，且使其數(shù)字通信和自動(dòng)控制的需求，且使其 與與 InternetInternet網(wǎng)網(wǎng) 互連構(gòu)成不同層次的互連構(gòu)成不同層次的 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)成為可能。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)成為可能。 代表了工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的一種代表了工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的一種 方向。方向。13 單單片微型計(jì)計(jì)算機(jī)統(tǒng)統(tǒng)的發(fā)發(fā)展概況概況及趨勢(shì)趨勢(shì)1.3.1 1.3.1 單片微型計(jì)算機(jī)單片微型計(jì)算機(jī)1.3.2 1.3.2 可編程邏輯控制器可編程

40、邏輯控制器1.3.3 FPGA1.3.3 FPGA系統(tǒng)系統(tǒng)1.3.4 1.3.4 工業(yè)工業(yè)PCPC1.3.5 1.3.5 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)131 單單片微型計(jì)計(jì)算機(jī) 單片微型計(jì)算機(jī)單片微型計(jì)算機(jī) ( (Single Chip MicrocomputerSingle Chip Microcomputer) )， 是工業(yè)控制和智能化系統(tǒng)中應(yīng)用最多的模式。是工業(yè)控制和智能化系統(tǒng)中應(yīng)用最多的模式。 特點(diǎn)是設(shè)計(jì)者可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)特點(diǎn)是設(shè)計(jì)者可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)，因而更加方便、靈活，且成本低。發(fā)、設(shè)計(jì)，因而更加方便、靈活，且成本低。微

41、機(jī)控制技術(shù)131 單單片微型計(jì)計(jì)算機(jī) 與微型計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：與微型計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)具有以下特點(diǎn)： 1 1集成度高，功能強(qiáng)集成度高，功能強(qiáng) 2 2結(jié)構(gòu)合理結(jié)構(gòu)合理 3 3抗干擾能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng) 4 4指令豐富指令豐富 5. 5. 省電省電微機(jī)控制技術(shù)132 可編編程邏輯邏輯控制器1 13 32 2 可編程邏輯控制器可編程邏輯控制器可編程控制邏輯器可編程控制邏輯器 ( ( P Programmable rogrammable L Logical ogical C Controller )ontroller )，簡(jiǎn)稱(chēng)，簡(jiǎn)稱(chēng) PLCPLC。 是繼電器邏輯控制系統(tǒng)是繼電器邏輯控制系統(tǒng)

42、 與與 微型計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。微型計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。PLCPLC 采用微處理器作為主控制器，大規(guī)模集成電路作為采用微處理器作為主控制器，大規(guī)模集成電路作為 存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)器及I/OI/O接口。接口。其可靠性、功能、價(jià)格、體積都達(dá)到了較成熟和完美其可靠性、功能、價(jià)格、體積都達(dá)到了較成熟和完美 的境界。并以其卓越的技術(shù)指標(biāo)和優(yōu)異的抗干擾能力的境界。并以其卓越的技術(shù)指標(biāo)和優(yōu)異的抗干擾能力 得到廣泛的應(yīng)用，受到工業(yè)界人士的矚目。得到廣泛的應(yīng)用，受到工業(yè)界人士的矚目。應(yīng)用：?jiǎn)螜C(jī)自動(dòng)化、工廠自動(dòng)化，從柔性制造系統(tǒng)、應(yīng)用：?jiǎn)螜C(jī)自動(dòng)化、工廠自動(dòng)化，從柔性制造系統(tǒng)、 機(jī)器人到工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)無(wú)不有它的蹤影

43、。機(jī)器人到工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)無(wú)不有它的蹤影。微機(jī)控制技術(shù)132 可編編程邏輯邏輯控制器一、一、PLC PLC 的功能的功能 (1) (1) 條件控制條件控制 (2) (2) 定時(shí)控制定時(shí)控制 (3) (3) 計(jì)數(shù)控制計(jì)數(shù)控制 (4) (4) 順序控制順序控制 (5) (5) 模數(shù)模數(shù)(A/D)(A/D)、數(shù)模、數(shù)模(D/A)(D/A)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 (6) (6) 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 (7) (7) 通訊與聯(lián)網(wǎng)通訊與聯(lián)網(wǎng)微機(jī)控制技術(shù)廣泛應(yīng)用在控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用在控制系統(tǒng)中132 可編編程邏輯邏輯控制器2 2PLC PLC 的特點(diǎn)的特點(diǎn) (1)(1)可靠性高可靠性高 (2)(2)編程容易編程容易 (3)(3)

44、組合靈活組合靈活 (4)(4)輸入輸出功能模塊齊全輸入輸出功能模塊齊全 (5)(5)安裝方便安裝方便 (6)(6)運(yùn)行速度快運(yùn)行速度快 微機(jī)控制技術(shù)單片機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用更增強(qiáng)了單片機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用更增強(qiáng)了 P PLC LC 的功能的功能132 可編編程邏輯邏輯控制器 3 3PLCPLC的分類(lèi)的分類(lèi) 根據(jù)根據(jù) PLC PLC 的功能，可分為三類(lèi)：的功能，可分為三類(lèi)： (1 (1）低檔）低檔PLCPLC (2 (2）中檔）中檔PLCPLC (3 (3）高檔）高檔PLCPLC微機(jī)控制技術(shù)133 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA（Field Programmable Gate Arra

45、y）是美國(guó)Xilinx公司于1984年首先開(kāi)發(fā)的一種通用型用戶可編程器件。FPGA由可編程邏輯單元陣列、布線資源和可編程的IO單元陣列構(gòu)成，一個(gè)FPGA包含豐富的邏輯門(mén)、寄存器和IO資源。一片F(xiàn)PGA芯片就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)百片甚至更多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字集成電路所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)。FPGA能完成任何數(shù)字器件的功能，上至高性能CPU,下至簡(jiǎn)單的74系列電路，都可以用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)。微機(jī)控制技術(shù)133 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA） 1FPGA的特點(diǎn) （1）采用FPGA設(shè)計(jì)ASIC電路，用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。 （2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。 （3）FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器

46、和IO引腳。 （4）FPGA是ASIC電路中設(shè)計(jì)周期最短、開(kāi)發(fā)費(fèi)用最低、風(fēng)險(xiǎn)最小的器件之一。 （5）FPGA采用高速CHMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。 可以說(shuō)，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。 133 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA） 2片上可編程系統(tǒng)（SOPC） SOPC（System on a Progrmmable Chip，系統(tǒng)可編程芯片 設(shè)計(jì)人員開(kāi)始利用現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的片上設(shè)計(jì)。 133 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA） SOPC迅速發(fā)展的原因（1）密度在100萬(wàn)門(mén)以上的現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯芯片已經(jīng)面市；（2）第4代現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件的開(kāi)發(fā)工具已經(jīng)成形 。（3）提高他們的設(shè)計(jì)效率并縮短上市時(shí)間；（4）封裝體積減小，產(chǎn)品尺寸也減少了，性能 增強(qiáng)。133 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA） SOPC設(shè)計(jì)軟件 3FPGA與單片機(jī)FPGA取代現(xiàn)有的全部微型機(jī)接口芯片，實(shí)現(xiàn)微型機(jī)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器、地址譯碼等多種功能。利用FPGA可以把多個(gè)微型機(jī)系統(tǒng)的功能電路集成在一塊芯片上。 圖1.10 PC機(jī)、單片機(jī)和F