工業(yè)PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮和解決方案

【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】工業(yè)PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮和解決方案ADuC7124/ADuC7126均為完全集成的1MSPS、12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在單芯片內(nèi)集成高性能多通道ADC、16位/32位MCU和Flash/EE存儲(chǔ)器。ADC具有多達(dá)12路單端輸入。另外還有4個(gè)ADC輸入通道也可以和4個(gè)DAC的輸出引腳復(fù)用。ADC可以在單端模式或差分輸入模式下工作，ADC輸入電壓范圍為0V至VREF。低漂移帶隙基準(zhǔn)電壓源、溫度傳感器和電壓比較器完善了ADC的外設(shè)設(shè)置。通過編程可以將DAC輸出范圍設(shè)置為三種電壓范圍之一。DAC輸出具有一個(gè)增強(qiáng)特性，能夠在看門狗或軟件復(fù)位時(shí)序中保持其輸出電壓。

這些器件通過一個(gè)片內(nèi)振蕩器和鎖相環(huán)（PLL）產(chǎn)生41.78MHz的內(nèi)部高頻時(shí)鐘信號(hào)。該時(shí)鐘信號(hào)通過一個(gè)可編程時(shí)鐘分頻器開展中繼，在其中產(chǎn)生MCU內(nèi)核時(shí)鐘工作頻率。微控制器內(nèi)核為ARM7TDMI?，它是一個(gè)16位/32位RISC機(jī)器，峰值性能可達(dá)41MIPS。片內(nèi)集成有32KBSRAM和126KB非易失性Flash/EE存儲(chǔ)器。ARM7TDMI內(nèi)核將所有存儲(chǔ)器和存放器視為一個(gè)線性陣列。

ADuC7124內(nèi)置一個(gè)中斷控制器。該矢量中斷控制器（VIC）可以為每個(gè)中斷分配一個(gè)優(yōu)先級(jí)。它還支持嵌套中斷，每個(gè)IRQ和FIQ多允許8級(jí)嵌套。如果將IRQ和FIQ中斷源合并，則可以支持總計(jì)16級(jí)嵌套中斷。片內(nèi)出廠固件支持通過UART串行接口端口或I2C端口開展在線，并且支持通過JTAG接口開展非介入仿真。這些特性都集成在支持此MicroConverter?系列的低成本QuickStart?開發(fā)系統(tǒng)中。該器件內(nèi)置一個(gè)提供6路輸出信號(hào)的16位PWM。為便于通信，該器件內(nèi)置2個(gè)I2C通道，可以將這些通道獨(dú)立配置為主模式或從模式。另外還提供了支持主從兩種模式的SPI接口。此外還有2個(gè)UART通道，每個(gè)UART通道內(nèi)置一個(gè)帶接收和發(fā)送緩沖器的可配置16位FIFO。

這些器件的工作電壓范圍為2.7V至3.6V，額定溫度范圍為?40°C至+125°C工業(yè)溫度范圍。工作頻率為41.78MHz時(shí)，其典型功耗為120mW。ADuC7124提供64引腳LFCSP和80引腳LFQFP兩種封裝。

ADuC7124/ADuC7126應(yīng)用：

工業(yè)控制和自動(dòng)化系統(tǒng)

智能傳感器、精細(xì)儀器

基站系統(tǒng)、光纖網(wǎng)絡(luò)

病人監(jiān)護(hù)

圖1.ADuC7124/ADuC7126功能方框圖

ADIPLC（可編程邏輯控制器）解決方案

PLC系統(tǒng)由電源、CPU和多個(gè)模擬及數(shù)字I/O模塊組成，可控制、執(zhí)行和監(jiān)控復(fù)雜的機(jī)器變量；PLC設(shè)計(jì)用于多輸入和輸出配置，具有擴(kuò)展的溫度范圍、卓越的電噪聲抑制性能、抗震性和抗沖擊能力。

PLC系統(tǒng)包括電源、控制和通信模塊以及多種模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字輸入和數(shù)字輸出模塊。

工業(yè)PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮和主要挑戰(zhàn)

為了獲得合適的PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員必須考慮許多不同的系統(tǒng)要求，包括、帶寬和輸入范圍等。

模擬輸入類型和范圍：TC（熱電偶）和RTD_10mV；執(zhí)行器控制器±10V，過程控制系統(tǒng)中電流為4mA至20mA。

模擬輸出類型和范圍：一般包括_5V、_10V、0V至5V、0V至10V、4mA至20mA和0mA至20mA。有時(shí)需要超量程性能。

輸入/輸出模塊的分辨率和；典型范圍為12位至16位，工業(yè)溫度范圍內(nèi)為0.1%。

提供與不同工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的連接能力，如模擬、現(xiàn)場(chǎng)總線、CAN、以太網(wǎng)以及USB

隔離：系統(tǒng)電源模塊與低功耗電子元件之間；輸入與輸出之間；I/O與中央控制單元之間；隔離等級(jí)從1kV至2.5kV不等。

模擬輸入/輸出和電源輸入保護(hù)：故障條件電壓或電流以及EMC考慮，包括電涌和快速脈沖瞬變及ESD。

隨著電路板尺寸的減小，成效比、熱管理和散熱將成為小型化器件一個(gè)日益重要的問題。另外，更多的通道或節(jié)點(diǎn)需要置于相同的空間中，因而要求采用***度系統(tǒng)。為此，必須縮小尺寸。這意味著外殼更小，從而帶來電源管理和散熱難題，因此需要通過集成動(dòng)態(tài)電源控制實(shí)現(xiàn)智能電源管理的解決方案。

以前，實(shí)現(xiàn)這類I/O系統(tǒng)需要大量高性能分立式元件，由此產(chǎn)生的是龐大且昂貴的系統(tǒng)。近來，集成技術(shù)的進(jìn)步使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠采用尺寸更小、功耗更低、成本更低的解決方案，而其性能與那些大型系統(tǒng)不相上下。持續(xù)的技術(shù)進(jìn)步要求既能不斷促進(jìn)這些解決方案集成，同時(shí)還提高其性能和診斷能力。

ADI針對(duì)市場(chǎng)需求度身定制解決方案，為設(shè)計(jì)助一臂之力。這些解決方案采用業(yè)界技術(shù)，并提供眾多設(shè)計(jì)選項(xiàng)：從采用分立器件的實(shí)施方案到全集成式解決方案，應(yīng)有盡有。

PLC演示系統(tǒng)旨在用來演示完整的PLC信號(hào)鏈。它有四個(gè)隔離輸入通道和四個(gè)隔離輸出通道。，輸入通道具有24位分辨率（使用儀表放大器AD8220和Σ-Δ型ADCAD7793），每個(gè)通道都能配置為承受各種輸入信號(hào)：從4-20mA電流環(huán)路到0-5V、0-10V、+/-5V、+/-10V的高壓輸入。它還支持RTD/TC輸入。輸出通道具有16位分辨率（使用AD5422），集成輸出驅(qū)動(dòng)器，并內(nèi)置故障檢測(cè)和保護(hù)功能。AD5422的可編程輸出范圍如下包括：4-20mA、0-5V、0-10V、+/-5V、+/-10V。通道隔離通過ADuM540