机电一体化第五章计算机控制接口技术.ppt

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1、第五章第五章 计算机控制接口技术计算机控制接口技术n n第一节第一节 计算机控制接口技术设计分析计算机控制接口技术设计分析n n第二节第二节 PLC可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 n n第三节第三节 单片机控制系统设计单片机控制系统设计 n n第四节第四节 AK可编程序控制器原理及应用可编程序控制器原理及应用 n n第五节第五节 A/D、D/A转换控制器原理及设计转换控制器原理及设计 第一节第一节 计算机控制接口技术设计分析计算机控制接口技术设计分析n n1 1 计算机控制系统组成计算机控制系统组成计算机控制系统组成计算机控制系统组成n n计算机控制系统由：计算机、计算机控制器、

2、计算机输出接口电路、计算机控制系统由：计算机、计算机控制器、计算机输出接口电路、计算机控制系统由：计算机、计算机控制器、计算机输出接口电路、计算机控制系统由：计算机、计算机控制器、计算机输出接口电路、驱动控制器、执行设备、应用软件、传感器、放大器等组成。其中软驱动控制器、执行设备、应用软件、传感器、放大器等组成。其中软驱动控制器、执行设备、应用软件、传感器、放大器等组成。其中软驱动控制器、执行设备、应用软件、传感器、放大器等组成。其中软件包括采集软件，分析处理软件，检测输出控制和自动控制软件等。件包括采集软件，分析处理软件，检测输出控制和自动控制软件等。件包括采集软件，分析处理软件，检测输出控

3、制和自动控制软件等。件包括采集软件，分析处理软件，检测输出控制和自动控制软件等。n n2 2 可编程序控制器分类可编程序控制器分类可编程序控制器分类可编程序控制器分类n n(1)(1)单片机控制器单片机控制器单片机控制器单片机控制器 (2)PLC (2)PLC可编程序控制器可编程序控制器可编程序控制器可编程序控制器n n(3)AK(3)AK可编程序控制器可编程序控制器可编程序控制器可编程序控制器(4)A/D(4)A/D、D/AD/A转换控制器转换控制器转换控制器转换控制器n n3 3 可编程序语言可编程序语言可编程序语言可编程序语言n n(1)(1)汇编语言（单片机，汇编语言（单片机，汇编语言

4、（单片机，汇编语言（单片机，PLCPLC）n n(2)BASIC(2)BASIC语言（语言（语言（语言（AKAK、A/DA/D、D/AD/A）n n(3)C(3)C语言语言语言语言 （单片机、（单片机、（单片机、（单片机、PLCPLC、AKAK、A/DA/D、D/AD/A）n n(4)VC(4)VC编程编程编程编程 （AKAK、A/DA/D、D/AD/A）n n(5)VB(5)VB编程（编程（编程（编程（AKAK、A/DA/D、D/AD/A）n n(6)LABwindows(6)LABwindows编程编程编程编程 (AK (AK、A/DA/D、D/A)D/A)下一页n n4.4.计算机控制器

5、的设计要求计算机控制器的设计要求计算机控制器的设计要求计算机控制器的设计要求n n(1)(1)具有完善的过程输入具有完善的过程输入具有完善的过程输入具有完善的过程输入/输出功能。输出功能。输出功能。输出功能。n n(2)(2)具有实时控制功能。具有实时控制功能。具有实时控制功能。具有实时控制功能。n n(3)(3)具有高可靠性。具有高可靠性。具有高可靠性。具有高可靠性。n n(4)(4)具有较强的环境适应性和抗干扰能力。具有较强的环境适应性和抗干扰能力。具有较强的环境适应性和抗干扰能力。具有较强的环境适应性和抗干扰能力。n n(5)(5)具有齐全的软件。具有齐全的软件。具有齐全的软件。具有齐全

6、的软件。n n5.5.计算机控制系统的应用特点计算机控制系统的应用特点计算机控制系统的应用特点计算机控制系统的应用特点n n(1)(1)可编程序控制器系统。可编程序控制器系统。可编程序控制器系统。可编程序控制器系统。主要特点如下：主要特点如下：主要特点如下：主要特点如下：n n 控制程序可变。控制程序可变。控制程序可变。控制程序可变。可靠性高。可靠性高。可靠性高。可靠性高。n n 编程简单，使用方便。编程简单，使用方便。编程简单，使用方便。编程简单，使用方便。功能完善。功能完善。功能完善。功能完善。n n 体积小、质量轻、易于安装使用。体积小、质量轻、易于安装使用。体积小、质量轻、易于安装使用

7、。体积小、质量轻、易于安装使用。n n(2)AK(2)AK可编程序控制器。主要特点如下：可编程序控制器。主要特点如下：可编程序控制器。主要特点如下：可编程序控制器。主要特点如下：n n 控制程序可变控制程序可变控制程序可变控制程序可变,具有很好的设计性。具有很好的设计性。具有很好的设计性。具有很好的设计性。n n 可靠性高。可靠性高。可靠性高。可靠性高。编程简单。编程简单。编程简单。编程简单。n n 功能完善。功能完善。功能完善。功能完善。结构简单。结构简单。结构简单。结构简单。控制精度高。控制精度高。控制精度高。控制精度高。上一页 下一页n n(3)A/D-D/A(3)A/D-D/A转换控制

8、器系统。主要性能特点是：转换控制器系统。主要性能特点是：转换控制器系统。主要性能特点是：转换控制器系统。主要性能特点是：n n 数据采集与分析处理。数据采集与分析处理。数据采集与分析处理。数据采集与分析处理。控制程序可设定。控制程序可设定。控制程序可设定。控制程序可设定。控制程序可设定。控制程序可设定。控制程序可设定。控制程序可设定。功能齐全。功能齐全。功能齐全。功能齐全。数据采集控制，控制信号输出精度高。数据采集控制，控制信号输出精度高。数据采集控制，控制信号输出精度高。数据采集控制，控制信号输出精度高。结构简结构简结构简结构简单。单。单。单。n n(4)(4)单片机应用系统。用单片机组成的

9、微机控制系统具有以下特点：单片机应用系统。用单片机组成的微机控制系统具有以下特点：单片机应用系统。用单片机组成的微机控制系统具有以下特点：单片机应用系统。用单片机组成的微机控制系统具有以下特点：n n 受集成度限制。受集成度限制。受集成度限制。受集成度限制。可靠性高。可靠性高。可靠性高。可靠性高。n n 易扩展。易扩展。易扩展。易扩展。控制功能强。控制功能强。控制功能强。控制功能强。n n 单片机系统的开发提高到了一个新水平，为应用提供方便。单片机系统的开发提高到了一个新水平，为应用提供方便。单片机系统的开发提高到了一个新水平，为应用提供方便。单片机系统的开发提高到了一个新水平，为应用提供方便

10、。n n(5)(5)总线型工业控制计算机系统。总线型工业控制计算机系统。总线型工业控制计算机系统。总线型工业控制计算机系统。n n总线结构的工业控制机从内总线入手，将如总线结构的工业控制机从内总线入手，将如总线结构的工业控制机从内总线入手，将如总线结构的工业控制机从内总线入手，将如图图图图5-15-1的各方框设计制造的各方框设计制造的各方框设计制造的各方框设计制造成成成成“标准标准标准标准”和印刷电路板插件（亦称为模块）。和印刷电路板插件（亦称为模块）。和印刷电路板插件（亦称为模块）。和印刷电路板插件（亦称为模块）。n n此系统具有如下的优点：此系统具有如下的优点：此系统具有如下的优点：此系统

11、具有如下的优点：n n 提高设计效率、缩短设计和制造周期。提高设计效率、缩短设计和制造周期。提高设计效率、缩短设计和制造周期。提高设计效率、缩短设计和制造周期。n n 提高系统的可靠性。提高系统的可靠性。提高系统的可靠性。提高系统的可靠性。n n 便于调试和维修。便于调试和维修。便于调试和维修。便于调试和维修。n n 能适应技术发展的需要，迅速改进系统的性能。能适应技术发展的需要，迅速改进系统的性能。能适应技术发展的需要，迅速改进系统的性能。能适应技术发展的需要，迅速改进系统的性能。上一页 返 回返 回 图图5-1 总线型工控机组成图总线型工控机组成图第二节第二节 PLC可编程控制器原理及应用

12、可编程控制器原理及应用 n n一、一、一、一、PLC PLC的组成及工作原理的组成及工作原理的组成及工作原理的组成及工作原理n n1.1.硬件组成硬件组成硬件组成硬件组成n nPLCPLC的硬件主要由的硬件主要由的硬件主要由的硬件主要由CPUCPU模块、模块、模块、模块、I/OI/O模块两部分组成。图模块两部分组成。图模块两部分组成。图模块两部分组成。图5 52 2为硬为硬为硬为硬件组成框图。件组成框图。件组成框图。件组成框图。n n(1)CPU(1)CPU模块。模块。模块。模块。n n(2)(2)存储器。存储器。存储器。存储器。n n(3)I/O(3)I/O接口模块接口模块接口模块接口模块

13、。n n 智能智能智能智能I/OI/O接口模块。接口模块。接口模块。接口模块。n n 外设通讯接口模块。外设通讯接口模块。外设通讯接口模块。外设通讯接口模块。n n 开关量开关量开关量开关量I/OI/O接口是按强电要求设计的，即输入输出接口可直接接口是按强电要求设计的，即输入输出接口可直接接口是按强电要求设计的，即输入输出接口可直接接口是按强电要求设计的，即输入输出接口可直接与强电设备相连，为了使与强电设备相连，为了使与强电设备相连，为了使与强电设备相连，为了使PLCPLC免受电力线、电气噪声、负载的感免受电力线、电气噪声、负载的感免受电力线、电气噪声、负载的感免受电力线、电气噪声、负载的感性

14、冲击或外设接线的干扰，性冲击或外设接线的干扰，性冲击或外设接线的干扰，性冲击或外设接线的干扰，I/OI/O接口中均设计了光电耦合隔离电接口中均设计了光电耦合隔离电接口中均设计了光电耦合隔离电接口中均设计了光电耦合隔离电路，各路，各路，各路，各I/OI/O接口电路图参见接口电路图参见接口电路图参见接口电路图参见图图图图5 53 3所示。所示。所示。所示。下一页返 回图图5-2为硬件组成框图为硬件组成框图 返 回n n2.2.编程器编程器编程器编程器n n编程器是供用户开发、调试和监视编程器是供用户开发、调试和监视编程器是供用户开发、调试和监视编程器是供用户开发、调试和监视PLCPLC工作的必备工

15、具。工作的必备工具。工作的必备工具。工作的必备工具。n n(1)(1)便携式编程器由键盘、便携式编程器由键盘、便携式编程器由键盘、便携式编程器由键盘、LEDLED或或或或LCDLCD数码显示器、工作方式选择开关、外设数码显示器、工作方式选择开关、外设数码显示器、工作方式选择开关、外设数码显示器、工作方式选择开关、外设接口组成。接口组成。接口组成。接口组成。n n(2)CRT(2)CRT智能式编程器。其硬件主体是智能式编程器。其硬件主体是智能式编程器。其硬件主体是智能式编程器。其硬件主体是个人计算机（个人计算机（个人计算机（个人计算机（PCPC机）机）机）机）n n的工作原理的工作原理的工作原理

16、的工作原理n n(1)(1)读取现场信息。读取现场信息。读取现场信息。读取现场信息。n n(2)(2)执行用户程序。执行用户程序。执行用户程序。执行用户程序。n n(3)(3)输出控制信号。输出控制信号。输出控制信号。输出控制信号。n nPLCPLC的整个工作过程可用的整个工作过程可用的整个工作过程可用的整个工作过程可用图图图图5-45-4所示。所示。所示。所示。n n实现继电器开关量控制原理实现继电器开关量控制原理实现继电器开关量控制原理实现继电器开关量控制原理,见见见见图图图图5-55-5。上一页 下一页图图5-4 PLC工作流程图工作流程图返 回图图5-5 PLC控制继电器开关电路控制继

17、电器开关电路二、二、二、二、PLC PLC的编程语言和编程方法的编程语言和编程方法的编程语言和编程方法的编程语言和编程方法n n1.PLC1.PLC的基本控制操作及指令系统的基本控制操作及指令系统的基本控制操作及指令系统的基本控制操作及指令系统n n任何复杂的逻辑控制过程均由基本的控制操作组成，它们包括：输入任何复杂的逻辑控制过程均由基本的控制操作组成，它们包括：输入任何复杂的逻辑控制过程均由基本的控制操作组成，它们包括：输入任何复杂的逻辑控制过程均由基本的控制操作组成，它们包括：输入输出操作、逻辑操作、计数及复位操作、移位寄存器操作、移位指令、输出操作、逻辑操作、计数及复位操作、移位寄存器操

18、作、移位指令、输出操作、逻辑操作、计数及复位操作、移位寄存器操作、移位指令、输出操作、逻辑操作、计数及复位操作、移位寄存器操作、移位指令、主控母线操作、转移操作、脉冲发生器、置位复位、空操作、程序结主控母线操作、转移操作、脉冲发生器、置位复位、空操作、程序结主控母线操作、转移操作、脉冲发生器、置位复位、空操作、程序结主控母线操作、转移操作、脉冲发生器、置位复位、空操作、程序结束操作等。束操作等。束操作等。束操作等。n n2.2.指令编程要点指令编程要点指令编程要点指令编程要点n n(1)PLC(1)PLC编写执行程序时，是按照指令的先后顺序依次逐条执行的，编写执行程序时，是按照指令的先后顺序依

19、次逐条执行的，编写执行程序时，是按照指令的先后顺序依次逐条执行的，编写执行程序时，是按照指令的先后顺序依次逐条执行的，所以，要求设计程序中的指令顺序要求必须正确。所以，要求设计程序中的指令顺序要求必须正确。所以，要求设计程序中的指令顺序要求必须正确。所以，要求设计程序中的指令顺序要求必须正确。n n(2)(2)按工作流程图编程时，必须根据信息流的方向，自上而下，从左按工作流程图编程时，必须根据信息流的方向，自上而下，从左按工作流程图编程时，必须根据信息流的方向，自上而下，从左按工作流程图编程时，必须根据信息流的方向，自上而下，从左到右的顺序编写控制指令程序。到右的顺序编写控制指令程序。到右的顺

20、序编写控制指令程序。到右的顺序编写控制指令程序。n n(3)(3)各种继电器的触点，在编程中可以重复使用，使用次数不受限制。各种继电器的触点，在编程中可以重复使用，使用次数不受限制。各种继电器的触点，在编程中可以重复使用，使用次数不受限制。各种继电器的触点，在编程中可以重复使用，使用次数不受限制。n n(4)(4)输出继电器线圈（包括定时器）在一个程序中只能使用一次，假输出继电器线圈（包括定时器）在一个程序中只能使用一次，假输出继电器线圈（包括定时器）在一个程序中只能使用一次，假输出继电器线圈（包括定时器）在一个程序中只能使用一次，假如在程序中同一个输出继电器线圈号出现两次以上，则应改成只有一

21、如在程序中同一个输出继电器线圈号出现两次以上，则应改成只有一如在程序中同一个输出继电器线圈号出现两次以上，则应改成只有一如在程序中同一个输出继电器线圈号出现两次以上，则应改成只有一个输出线圈的电路。个输出线圈的电路。个输出线圈的电路。个输出线圈的电路。n n(5)(5)计数器、移位寄存器有两个或更多的输入支路，应按工作流程图计数器、移位寄存器有两个或更多的输入支路，应按工作流程图计数器、移位寄存器有两个或更多的输入支路，应按工作流程图计数器、移位寄存器有两个或更多的输入支路，应按工作流程图给定的顺序设计给定的顺序设计给定的顺序设计给定的顺序设计编程编程编程编程n n(6)(6)程序的执行是从第

22、一条指令到指令结束，完成一个机器扫描周期。程序的执行是从第一条指令到指令结束，完成一个机器扫描周期。程序的执行是从第一条指令到指令结束，完成一个机器扫描周期。程序的执行是从第一条指令到指令结束，完成一个机器扫描周期。上一页 下一页n n三、三、三、三、PLC PLC控制系统设计控制系统设计控制系统设计控制系统设计n n1.PLC1.PLC控制系统设计步骤控制系统设计步骤控制系统设计步骤控制系统设计步骤n n(1)(1)首先要分析控制任务，了解被控对象的工艺过程，画出工艺控制首先要分析控制任务，了解被控对象的工艺过程，画出工艺控制首先要分析控制任务，了解被控对象的工艺过程，画出工艺控制首先要分析

23、控制任务，了解被控对象的工艺过程，画出工艺控制流程图。流程图。流程图。流程图。n n(2)(2)确定输入、输出的类型、点数，正确选择输入装置及输出装置的确定输入、输出的类型、点数，正确选择输入装置及输出装置的确定输入、输出的类型、点数，正确选择输入装置及输出装置的确定输入、输出的类型、点数，正确选择输入装置及输出装置的规格、型号。规格、型号。规格、型号。规格、型号。n n(3)(3)合理选择合理选择合理选择合理选择PLCPLC类型及控制规模。类型及控制规模。类型及控制规模。类型及控制规模。n n(4)(4)编制输入、输出接点的现场代号与编制输入、输出接点的现场代号与编制输入、输出接点的现场代号

24、与编制输入、输出接点的现场代号与PLCPLC内部地址编号的对照表。内部地址编号的对照表。内部地址编号的对照表。内部地址编号的对照表。n n(5)(5)根据工艺流程、结合控制输入、输出对照表，画出根据工艺流程、结合控制输入、输出对照表，画出根据工艺流程、结合控制输入、输出对照表，画出根据工艺流程、结合控制输入、输出对照表，画出PLCPLC控制的工控制的工控制的工控制的工作流程图。作流程图。作流程图。作流程图。n n(6)(6)按照控制工作流程图编写控制程序。按照控制工作流程图编写控制程序。按照控制工作流程图编写控制程序。按照控制工作流程图编写控制程序。n n(7)(7)用编程器将用户设计的控制程

25、序送入用编程器将用户设计的控制程序送入用编程器将用户设计的控制程序送入用编程器将用户设计的控制程序送入PLCPLC。n n(8)(8)进行系统控制模拟调试，检查和修改控制程序的语法及控制参数。进行系统控制模拟调试，检查和修改控制程序的语法及控制参数。进行系统控制模拟调试，检查和修改控制程序的语法及控制参数。进行系统控制模拟调试，检查和修改控制程序的语法及控制参数。n n(9)(9)进行进行进行进行PLCPLC控制系统硬件的安装连线，设计控制系统硬件的安装连线，设计控制系统硬件的安装连线，设计控制系统硬件的安装连线，设计PLCPLC外围电路，将输入外围电路，将输入外围电路，将输入外围电路，将输入

26、输出装置与输出装置与输出装置与输出装置与PLCPLC连接起来，进行性能调试。连接起来，进行性能调试。连接起来，进行性能调试。连接起来，进行性能调试。n n(10)(10)对整个系统进行在线调试，检验所设计的控制参数，控制工作状对整个系统进行在线调试，检验所设计的控制参数，控制工作状对整个系统进行在线调试，检验所设计的控制参数，控制工作状对整个系统进行在线调试，检验所设计的控制参数，控制工作状态，控制工作的稳定性、可靠性。排除设计系统和程序中存在的问题。态，控制工作的稳定性、可靠性。排除设计系统和程序中存在的问题。态，控制工作的稳定性、可靠性。排除设计系统和程序中存在的问题。态，控制工作的稳定性

27、、可靠性。排除设计系统和程序中存在的问题。n n(11)(11)正式投入使用。正式投入使用。正式投入使用。正式投入使用。上一页 下一页n n2.PLC2.PLC的选用方法的选用方法的选用方法的选用方法n n正确地选用正确地选用正确地选用正确地选用PLCPLC对于保证设计整个系统的技术指标起着重要的作用。对于保证设计整个系统的技术指标起着重要的作用。对于保证设计整个系统的技术指标起着重要的作用。对于保证设计整个系统的技术指标起着重要的作用。PLCPLC的选用主要包括的选用主要包括的选用主要包括的选用主要包括PLCPLC容量估算、容量估算、容量估算、容量估算、PLCPLC功能选择和功能选择和功能选

28、择和功能选择和I/OI/O模块选择。模块选择。模块选择。模块选择。PLCPLC的容量估算涉及两方面内容，即用户程序存储器及数据存储器的的容量估算涉及两方面内容，即用户程序存储器及数据存储器的的容量估算涉及两方面内容，即用户程序存储器及数据存储器的的容量估算涉及两方面内容，即用户程序存储器及数据存储器的容量和控制容量和控制容量和控制容量和控制I/OI/O点数。点数。点数。点数。n n(1)(1)计算输入输出点数。常用计算输入输出点数。常用计算输入输出点数。常用计算输入输出点数。常用PLCPLC的的的的I/OI/O点数之比为点数之比为点数之比为点数之比为3 3 2 2。n n(2)(2)计算存储容

29、量。计算存储容量。计算存储容量。计算存储容量。PLCPLC存储器容量与控制系统的复杂程度、运算数存储器容量与控制系统的复杂程度、运算数存储器容量与控制系统的复杂程度、运算数存储器容量与控制系统的复杂程度、运算数据量的大小、程序结构优劣等有关。据量的大小、程序结构优劣等有关。据量的大小、程序结构优劣等有关。据量的大小、程序结构优劣等有关。n n(3)PLC(3)PLC的功能选择。由于一般的机电一体化系统为单机自动控制模的功能选择。由于一般的机电一体化系统为单机自动控制模的功能选择。由于一般的机电一体化系统为单机自动控制模的功能选择。由于一般的机电一体化系统为单机自动控制模式，式，式，式，PLCP

30、LC一般用来实现顺序控制，所以只要选用具有逻辑运算、定时一般用来实现顺序控制，所以只要选用具有逻辑运算、定时一般用来实现顺序控制，所以只要选用具有逻辑运算、定时一般用来实现顺序控制，所以只要选用具有逻辑运算、定时器、计数器等基本功能的器、计数器等基本功能的器、计数器等基本功能的器、计数器等基本功能的PLCPLC就可以了。如果控制任务较复杂，包含就可以了。如果控制任务较复杂，包含就可以了。如果控制任务较复杂，包含就可以了。如果控制任务较复杂，包含了数值计算（如了数值计算（如了数值计算（如了数值计算（如PIDPID）、模拟量处理等内容，就必须选用具有数值计）、模拟量处理等内容，就必须选用具有数值计

31、）、模拟量处理等内容，就必须选用具有数值计）、模拟量处理等内容，就必须选用具有数值计算功能、模算功能、模算功能、模算功能、模/数和数数和数数和数数和数/模转换功能的模转换功能的模转换功能的模转换功能的PLCPLC。n n(4)I/O(4)I/O模块选择。输入模块的选择，输入模块分为数字和模拟两种。模块选择。输入模块的选择，输入模块分为数字和模拟两种。模块选择。输入模块的选择，输入模块分为数字和模拟两种。模块选择。输入模块的选择，输入模块分为数字和模拟两种。数字量输入又分为直流、交流和脉冲三种；模拟量输入分为电压和电数字量输入又分为直流、交流和脉冲三种；模拟量输入分为电压和电数字量输入又分为直流

32、、交流和脉冲三种；模拟量输入分为电压和电数字量输入又分为直流、交流和脉冲三种；模拟量输入分为电压和电流输入两种。流输入两种。流输入两种。流输入两种。上一页 下一页n n3.3.输出模块的选择输出模块的选择输出模块的选择输出模块的选择n n输出模块按输出方式分为继电器输出、晶体管输出及双向晶闸管输出输出模块按输出方式分为继电器输出、晶体管输出及双向晶闸管输出输出模块按输出方式分为继电器输出、晶体管输出及双向晶闸管输出输出模块按输出方式分为继电器输出、晶体管输出及双向晶闸管输出三种。三种。三种。三种。n n4.4.智能智能智能智能I/OI/O接口的选择接口的选择接口的选择接口的选择n n智能智能智

33、能智能I/OI/O模块的共同特点是模块本身带有模块的共同特点是模块本身带有模块的共同特点是模块本身带有模块的共同特点是模块本身带有CPUCPU。n n5.5.通信接口的选择。应注意选用同一型号或系列的通信接口的选择。应注意选用同一型号或系列的通信接口的选择。应注意选用同一型号或系列的通信接口的选择。应注意选用同一型号或系列的PLCPLC，以便相互，以便相互，以便相互，以便相互兼容。兼容。兼容。兼容。n n6.PLC6.PLC外电路设计的一般原则外电路设计的一般原则外电路设计的一般原则外电路设计的一般原则 n n(1)(1)控制系统配套电器的选用原则。控制系统配套电器的选用原则。控制系统配套电器

34、的选用原则。控制系统配套电器的选用原则。提高工作可靠性。提高工作可靠性。提高工作可靠性。提高工作可靠性。采用小采用小采用小采用小型化的低压电器。型化的低压电器。型化的低压电器。型化的低压电器。采用新型的低压电器。采用新型的低压电器。采用新型的低压电器。采用新型的低压电器。采用卡轨式安装和采用卡轨式安装和采用卡轨式安装和采用卡轨式安装和装配形式装配形式装配形式装配形式 n n(2)(2)中间继电器的配置原则。中间继电器的配置原则。中间继电器的配置原则。中间继电器的配置原则。图图图图5-65-6为中间继电器接入为中间继电器接入为中间继电器接入为中间继电器接入I/OI/O模块的实模块的实模块的实模块

35、的实例。例。例。例。n n(3)(3)熔断器的安装原则。熔断器的安装原则。熔断器的安装原则。熔断器的安装原则。n n(4)(4)输入输入输入输入/输出联锁触点的接入方法。输出联锁触点的接入方法。输出联锁触点的接入方法。输出联锁触点的接入方法。n n一般情况下，对于一些典型电路，如电动机正反转电路，把互锁的触一般情况下，对于一些典型电路，如电动机正反转电路，把互锁的触一般情况下，对于一些典型电路，如电动机正反转电路，把互锁的触一般情况下，对于一些典型电路，如电动机正反转电路，把互锁的触点分别接入点分别接入点分别接入点分别接入PLCPLC的输入、输出回路，形成双回路设计方案，如的输入、输出回路，形

36、成双回路设计方案，如的输入、输出回路，形成双回路设计方案，如的输入、输出回路，形成双回路设计方案，如图图图图5-75-7所示。所示。所示。所示。n n(5)(5)限位开关接入方法。限位开关接入方法。限位开关接入方法。限位开关接入方法。(6)(6)设备接地方法。设备接地方法。设备接地方法。设备接地方法。上一页 返 回 返 回图图5-6 中间继电器接入中间继电器接入I/O模块实例模块实例图图5-7 联锁触点接入方联锁触点接入方法示意图法示意图第三节第三节 单片机控制系统设计单片机控制系统设计n n一、一、一、一、单片机控制系统的组成单片机控制系统的组成单片机控制系统的组成单片机控制系统的组成n n

37、单片机控制系统分为两种基本形式：一种称为最小应用系统，另一种单片机控制系统分为两种基本形式：一种称为最小应用系统，另一种单片机控制系统分为两种基本形式：一种称为最小应用系统，另一种单片机控制系统分为两种基本形式：一种称为最小应用系统，另一种称为扩展应用系统。称为扩展应用系统。称为扩展应用系统。称为扩展应用系统。n n1.1.最小应用控制系统最小应用控制系统最小应用控制系统最小应用控制系统n n最小应用系统是指用一片单片机，由晶振电路、复位电路、电源与外最小应用系统是指用一片单片机，由晶振电路、复位电路、电源与外最小应用系统是指用一片单片机，由晶振电路、复位电路、电源与外最小应用系统是指用一片单

38、片机，由晶振电路、复位电路、电源与外设驱动电路组成的控制系统。这种系统使用片内带有设驱动电路组成的控制系统。这种系统使用片内带有设驱动电路组成的控制系统。这种系统使用片内带有设驱动电路组成的控制系统。这种系统使用片内带有ROMROM或或或或EPROMEPROM作程序存储器的单片机。作程序存储器的单片机。作程序存储器的单片机。作程序存储器的单片机。图图图图5-85-8表示注塑机单片机控制系统。表示注塑机单片机控制系统。表示注塑机单片机控制系统。表示注塑机单片机控制系统。n n2.2.扩展应用控制系统扩展应用控制系统扩展应用控制系统扩展应用控制系统n n在某些控制系统中，因单片机本身硬件资源的限制

39、而需要对它进行扩在某些控制系统中，因单片机本身硬件资源的限制而需要对它进行扩在某些控制系统中，因单片机本身硬件资源的限制而需要对它进行扩在某些控制系统中，因单片机本身硬件资源的限制而需要对它进行扩展，经扩展后的单片机控制系统称为扩展应用控制系统，展，经扩展后的单片机控制系统称为扩展应用控制系统，展，经扩展后的单片机控制系统称为扩展应用控制系统，展，经扩展后的单片机控制系统称为扩展应用控制系统，图图图图5-95-9所示所示所示所示是扩展控制系统的综合框图。是扩展控制系统的综合框图。是扩展控制系统的综合框图。是扩展控制系统的综合框图。n n控制系统功能扩展分为以下几个部分：控制系统功能扩展分为以下

40、几个部分：控制系统功能扩展分为以下几个部分：控制系统功能扩展分为以下几个部分：n n(1)(1)基本控制系统扩展。基本控制系统扩展。基本控制系统扩展。基本控制系统扩展。n n(2)(2)人人人人-机对话通道扩展。机对话通道扩展。机对话通道扩展。机对话通道扩展。n n(3)(3)输入通道扩展。输入通道扩展。输入通道扩展。输入通道扩展。n n(4)(4)输出通道扩展。输出通道扩展。输出通道扩展。输出通道扩展。下一页返 回图图5-8 注塑机单片机控制系统原理图注塑机单片机控制系统原理图返 回图图5-9 控制系统扩展综合图控制系统扩展综合图n n二、二、二、二、单片机控制系统设计单片机控制系统设计单片

41、机控制系统设计单片机控制系统设计n n单片机控制系统的设计内容主要包括硬件设计、应用软件设计和系统单片机控制系统的设计内容主要包括硬件设计、应用软件设计和系统单片机控制系统的设计内容主要包括硬件设计、应用软件设计和系统单片机控制系统的设计内容主要包括硬件设计、应用软件设计和系统仿真调试三个部分。其设计程序如下：仿真调试三个部分。其设计程序如下：仿真调试三个部分。其设计程序如下：仿真调试三个部分。其设计程序如下：n n1 1 硬件设计硬件设计硬件设计硬件设计n n单片机控制系统的硬件设计包括：单片机选型、基本控制系统扩展设单片机控制系统的硬件设计包括：单片机选型、基本控制系统扩展设单片机控制系统

42、的硬件设计包括：单片机选型、基本控制系统扩展设单片机控制系统的硬件设计包括：单片机选型、基本控制系统扩展设计、计、计、计、I/OI/O口扩展设计、人口扩展设计、人口扩展设计、人口扩展设计、人-机通道设计、前向通道接口设计和后向通机通道设计、前向通道接口设计和后向通机通道设计、前向通道接口设计和后向通机通道设计、前向通道接口设计和后向通道接口设计等。在扩展通道接口设计中应遵循如下原则：道接口设计等。在扩展通道接口设计中应遵循如下原则：道接口设计等。在扩展通道接口设计中应遵循如下原则：道接口设计等。在扩展通道接口设计中应遵循如下原则：n n(1)(1)尽可能选择典型电路，并且要符合常规用法。尽可能

43、选择典型电路，并且要符合常规用法。尽可能选择典型电路，并且要符合常规用法。尽可能选择典型电路，并且要符合常规用法。n n(2)(2)控制系统扩展。控制系统扩展。控制系统扩展。控制系统扩展。n n(3)(3)硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。n n(4)(4)单片机片外电路应与单片机的电气性能参数及工作时序匹配。单片机片外电路应与单片机的电气性能参数及工作时序匹配。单片机片外电路应与单片机的电气性能参数及工作时序匹配。单片机片外电路应与单片机的电气性能参数及工作时序匹配。n n(5)(5

44、)应十分重视可靠性及抗干扰设计。应十分重视可靠性及抗干扰设计。应十分重视可靠性及抗干扰设计。应十分重视可靠性及抗干扰设计。n n(6)(6)单片机外接电路较多时，必须考虑其负载驱动能力。单片机外接电路较多时，必须考虑其负载驱动能力。单片机外接电路较多时，必须考虑其负载驱动能力。单片机外接电路较多时，必须考虑其负载驱动能力。上一页 下一页n n2.2.应用软件设计应用软件设计应用软件设计应用软件设计n n在软件设计上，根据程序控制流程、变量选用及控制算法等都存在最在软件设计上，根据程序控制流程、变量选用及控制算法等都存在最在软件设计上，根据程序控制流程、变量选用及控制算法等都存在最在软件设计上，

45、根据程序控制流程、变量选用及控制算法等都存在最佳设计的问题，一个优佳设计的问题，一个优佳设计的问题，一个优佳设计的问题，一个优n n良的控制软件应具备以下特点：良的控制软件应具备以下特点：良的控制软件应具备以下特点：良的控制软件应具备以下特点：n n(1)(1)软件结构清晰、简捷、流程合理。软件结构清晰、简捷、流程合理。软件结构清晰、简捷、流程合理。软件结构清晰、简捷、流程合理。n n(2)(2)各功能程序应采用模块化编程，这样既便于调试，又便于移植。各功能程序应采用模块化编程，这样既便于调试，又便于移植。各功能程序应采用模块化编程，这样既便于调试，又便于移植。各功能程序应采用模块化编程，这样

46、既便于调试，又便于移植。n n(3)(3)程序存储区、数据存储区规划合理、尽可能减少存储器空间的占程序存储区、数据存储区规划合理、尽可能减少存储器空间的占程序存储区、数据存储区规划合理、尽可能减少存储器空间的占程序存储区、数据存储区规划合理、尽可能减少存储器空间的占用。用。用。用。n n(4)(4)运行状态实现标准化管理。各功能程序模块调用时的运行状态、运行状态实现标准化管理。各功能程序模块调用时的运行状态、运行状态实现标准化管理。各功能程序模块调用时的运行状态、运行状态实现标准化管理。各功能程序模块调用时的运行状态、运行结果以及运行要求都应设置状态标志（位或字节），以便主程序运行结果以及运行

47、要求都应设置状态标志（位或字节），以便主程序运行结果以及运行要求都应设置状态标志（位或字节），以便主程序运行结果以及运行要求都应设置状态标志（位或字节），以便主程序查询，程序的转换、运行或控制都可通过状态标志条件来进行。查询，程序的转换、运行或控制都可通过状态标志条件来进行。查询，程序的转换、运行或控制都可通过状态标志条件来进行。查询，程序的转换、运行或控制都可通过状态标志条件来进行。n n(5)(5)软件抗干扰设计。软件抗干扰是单片机控制系统提高可靠性的有软件抗干扰设计。软件抗干扰是单片机控制系统提高可靠性的有软件抗干扰设计。软件抗干扰是单片机控制系统提高可靠性的有软件抗干扰设计。软件抗干扰

48、是单片机控制系统提高可靠性的有力措施。力措施。力措施。力措施。n n(6)(6)为了提高控制系统的可靠性，在控制软件中应设计自诊断程序。为了提高控制系统的可靠性，在控制软件中应设计自诊断程序。为了提高控制系统的可靠性，在控制软件中应设计自诊断程序。为了提高控制系统的可靠性，在控制软件中应设计自诊断程序。系统在工作运行前先运行自诊断程序，检查各硬件的特征状态参数是系统在工作运行前先运行自诊断程序，检查各硬件的特征状态参数是系统在工作运行前先运行自诊断程序，检查各硬件的特征状态参数是系统在工作运行前先运行自诊断程序，检查各硬件的特征状态参数是否正常。否正常。否正常。否正常。上一页 下一页n n三、

49、三、三、三、单片机芯片选择单片机芯片选择单片机芯片选择单片机芯片选择n n1.1.单片机芯片正确选择分析单片机芯片正确选择分析单片机芯片正确选择分析单片机芯片正确选择分析n n单片机控制系统的核心器件是单片机芯片，它提供的功能和资源对整单片机控制系统的核心器件是单片机芯片，它提供的功能和资源对整单片机控制系统的核心器件是单片机芯片，它提供的功能和资源对整单片机控制系统的核心器件是单片机芯片，它提供的功能和资源对整个控制系统所需要的支持电路、接口硬件设计以及软件设计起着关键个控制系统所需要的支持电路、接口硬件设计以及软件设计起着关键个控制系统所需要的支持电路、接口硬件设计以及软件设计起着关键个控

50、制系统所需要的支持电路、接口硬件设计以及软件设计起着关键性的作用。单片机硬件资源极大地影响着整个控制系统的成本和复杂性的作用。单片机硬件资源极大地影响着整个控制系统的成本和复杂性的作用。单片机硬件资源极大地影响着整个控制系统的成本和复杂性的作用。单片机硬件资源极大地影响着整个控制系统的成本和复杂程度。资源丰富的单片机可以大大减少硬件外围接口芯片与存储器扩程度。资源丰富的单片机可以大大减少硬件外围接口芯片与存储器扩程度。资源丰富的单片机可以大大减少硬件外围接口芯片与存储器扩程度。资源丰富的单片机可以大大减少硬件外围接口芯片与存储器扩展芯片的数量，使成本降低，结构简单，目前单片机的价格与外围接展芯