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單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)與plc的應(yīng)用教學(xué)裝置

 

PIC單片機(jī)(Peripheral Interface Controller)是一種用來開發(fā)的去控制外圍設(shè)備的集成電路(IC)。一種具有分散作用(多任務(wù))功能的CPU。與人類相比，大腦就是CPU，PIC 共享的部分相當(dāng)于人的神經(jīng)系統(tǒng)。

 

PIC 單片機(jī)是一個(gè)小的計(jì)算機(jī)

 

PIC單片機(jī)有計(jì)算功能和記憶內(nèi)存像CPU并由軟件控制允行。然而，處理能力—存儲(chǔ)器容量卻很有限，這取決于PIC的類型。但是它們的最高操作頻率大約都在20MHz左右，存儲(chǔ)器容量用做寫程序的大約1K—4K字節(jié)。

 

時(shí)鐘頻率與掃描程序的時(shí)間和執(zhí)行程序指令的時(shí)間有關(guān)系。但不能僅以時(shí)鐘頻率來判斷程序處理能力，它還隨處理裝置的體系結(jié)構(gòu)改變(1*)。如果是同樣的體系結(jié)構(gòu)，時(shí)鐘頻率較高的處理能力會(huì)較強(qiáng)。

 

這里用字來解釋程序容量。用一個(gè)指令(2*)表示一個(gè)字。通常用字節(jié)(3*)來表示存儲(chǔ)器(4*)容量。一個(gè)字節(jié)有8位，每位由1或0組成。 PIC16F84A單片機(jī) 的指令由14位構(gòu)成。當(dāng)把1K個(gè)子轉(zhuǎn)換成位為：1 x 1,024 x 14 = 14,336位。再轉(zhuǎn)換為字節(jié)為：14,336/(8 x 1,024) = 1.75K。在計(jì)算存儲(chǔ)器的容量時(shí)，我們規(guī)定 1G 字節(jié) = 1,024M 字節(jié), 1M 字節(jié) = 1,024K 字節(jié), 1K 字節(jié)= 1,024 字節(jié). 它們不是以1000為倍數(shù)，因?yàn)檫@是用二進(jìn)制計(jì)算的緣故。

 

1. 計(jì)算機(jī)的物理結(jié)構(gòu),包括組織結(jié)構(gòu)、容量、該計(jì)算機(jī)的CPU、存儲(chǔ)器以及輸入輸出設(shè)備間的互連。經(jīng)常特指CPU的組織結(jié)構(gòu),包括它的寄存器、標(biāo)志、總線、算術(shù)邏輯部件、指令譯碼與執(zhí)行機(jī)制以及定時(shí)和控制部件。

 

2. 指出某種操作并標(biāo)識(shí)其操作數(shù)(如果有操作數(shù)的話)的一種語言構(gòu)造

 

3. 作為一個(gè)單位來操作(運(yùn)算)的一個(gè)二進(jìn)制字符串,通常比計(jì)算機(jī)的一個(gè)字短。

 

4. 處理機(jī)內(nèi)的所有可尋址存儲(chǔ)空間以及用于執(zhí)行指令的其它內(nèi)存儲(chǔ)器。

 

在計(jì)算存儲(chǔ)器的容量時(shí)，我們規(guī)定 1G 字節(jié) = 1,024M 字節(jié), 1M 字節(jié) = 1,024K 字節(jié), 1K 字節(jié)= 1,024 字節(jié). 它們不是以1000為倍數(shù)，因?yàn)檫@是用二進(jìn)制計(jì)算的緣故。

 

用PIC單片機(jī)使電路做的很小巧變得可能。

 

因?yàn)镻IC單片機(jī)可以把計(jì)算部分、內(nèi)存、輸入和輸出等都做在一個(gè)芯片內(nèi)。所以她工作起來效率很高、功能也自由定義還可以靈活的適應(yīng)不同的控制要求，而不必去更換不同的IC。這樣電路才有可能做的很小巧。

 

二、PIC系列單片機(jī)有什么優(yōu)勢(shì)?

 

1) PIC最大的特點(diǎn)是不搞單純的功能堆積，而是從實(shí)際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價(jià)格比，靠發(fā)展多種型號(hào)來滿足不同層次的應(yīng)用要求。就 實(shí)際而言，不同的應(yīng)用對(duì)單片機(jī)功能和資源的需求也是不同的。比如，一個(gè)摩托車的點(diǎn)火器需要一個(gè)I/O較少、RAM及程序存儲(chǔ)空間不大、可靠性較高的小型單 片機(jī)，若采用40腳且功能強(qiáng)大的單片機(jī)，投資大不說，使用起來也不方便。PIC系列從低到高有幾十個(gè)型號(hào)，可以滿足各種需要。其中，PIC12C508單 片機(jī)僅有8個(gè)引腳，是世界上最小的單片機(jī).

 

該型號(hào)有512字節(jié)ROM、25字節(jié)RAM、一個(gè)8位定時(shí)器、一根輸入線、5根I/O線，市面售價(jià)在3-6元人人民幣。這樣一款單片機(jī)在象摩托車點(diǎn) 火器這樣的應(yīng)用無疑是非常適合。PIC的高檔型號(hào)，如PIC16C74(尚不是最高檔型號(hào))有40個(gè)引腳，其內(nèi)部資源為ROM共4K、192字節(jié)RAM、 8路A/D、3個(gè)8位定時(shí)器、2個(gè)CCP模塊、三個(gè)串行口、1個(gè)并行口、11個(gè)中斷源、33個(gè)I/O腳。這樣一個(gè)型號(hào)可以和其它品牌的高檔型號(hào)媲美。

 

2) 精簡(jiǎn)指令使其執(zhí)行效率大為提高。PIC系列8位CMOS單片機(jī)具有獨(dú)特的RISC結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線(Harvard)結(jié)構(gòu)，使指令具有單字長(zhǎng)的特性，且允許指令碼的位數(shù)可多于8位的數(shù)據(jù)位數(shù)，這與傳統(tǒng)的采用CISC結(jié)構(gòu)的8位單片機(jī)相比，可以達(dá)到2:1的代碼壓縮，速度提高4倍。

 

3) 產(chǎn)品上市零等待(Zero time to market)。采用PIC的低價(jià)OTP型芯片，可使單片機(jī)在其應(yīng)用程序開發(fā)完成后立刻使該產(chǎn)品上市。

 

4) PIC有優(yōu)越開發(fā)環(huán)境。OTP單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性是一個(gè)重要的指標(biāo)，象普通51單片機(jī)的開發(fā)系統(tǒng)大都 采用高檔型號(hào)仿真低檔型號(hào)，其實(shí)時(shí)性不盡理想。PIC在推出一款新型號(hào)的同時(shí)推出相應(yīng)的仿真芯片，所有的開發(fā)系統(tǒng)由專用的仿真芯片支持，實(shí)時(shí)性非常好。就 我個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)看，還沒有出現(xiàn)過仿真結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行結(jié)果不同的情況。

 

5) 其引腳具有防瞬態(tài)能力,通過限流電阻可以接至220V交流電源,可直接與繼電器控制電路相連,無須光電耦合器隔離，給應(yīng)用帶來極大方便。

 

6) 徹底的保密性。PIC以保密熔絲來保護(hù)代碼，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無法讀出，除非恢復(fù)熔絲。目前，PIC采用熔絲深埋工藝，恢復(fù)熔絲的可能性極小。

 

7) 自帶看門狗定時(shí)器，可以用來提高程序運(yùn)行的可靠性。

 

8) 睡眠和低功耗模式。雖然PIC在這方面已不能與新型的TI-MSP430相比，但在大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合還是能滿足需要的。

 

三、PIC單片機(jī)與MCS-51系列單片機(jī)的區(qū)別

 

應(yīng)該說有三個(gè)主要特點(diǎn)：

 

(1)總線結(jié)構(gòu):MCS-51單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)是馮-諾依曼型,計(jì)算機(jī)在同一個(gè)存儲(chǔ)空間取指令和數(shù)據(jù),兩者不能 同時(shí)進(jìn)行;而PIC單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)是哈佛結(jié)構(gòu),指令和數(shù)據(jù)空間是完全分開的,一個(gè)用于指令,一個(gè)用于數(shù)據(jù),由于可以對(duì)程序和數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行訪問,所以提高 了數(shù)據(jù)吞吐率。正因?yàn)樵赑IC單片機(jī)中采用了哈佛雙總線結(jié)構(gòu)，所以與常見的微控制器不同的一點(diǎn)是：程序和數(shù)據(jù)總線可以采用不同的寬度。數(shù)據(jù)總線都是8位 的，但指令總線位數(shù)分別位12、14、16位。

 

(2)流水線結(jié)構(gòu):MCS-51單片機(jī)的取指和執(zhí)行采用單指令流水線結(jié)構(gòu),即取一條指令,執(zhí)行完后再取下一條指令;而PIC的取指和執(zhí)行采用雙指令流水線結(jié)構(gòu),當(dāng)一條指令被執(zhí)行時(shí),允許下一條指令同時(shí)被取出,這樣就實(shí)現(xiàn)了單周期指令。

 

(3)寄存器組:PIC單片機(jī)的所有寄存器,包括I/O口,定時(shí)器和程序計(jì)數(shù)器等都采用RAM結(jié)構(gòu)形式,而且都只需要一個(gè)指令周期就可以完成訪問和操作;而MCS-51單片機(jī)需要兩個(gè)或兩個(gè)以上的周期才能改變寄存器的內(nèi)容。
教學(xué)設(shè)備網(wǎng)推薦使用中人教儀廠研發(fā)設(shè)計(jì)的PLC教學(xué)裝置：PLC可編程控制器實(shí)驗(yàn)裝置,可編程控制器實(shí)驗(yàn)臺(tái)
PLC可編程控制器是以微處理機(jī)基礎(chǔ)發(fā)展起來的新型工業(yè)控制裝置。它以體積小、功能強(qiáng)、可靠性高以及應(yīng)用安裝方便的特點(diǎn)，很快在我國(guó)的工業(yè)控制中占據(jù)了主導(dǎo)地位，并且不斷發(fā)展。根據(jù)這一發(fā)展形勢(shì)，全國(guó)各大專院校、各類職業(yè)技術(shù)學(xué)校都將PLC教學(xué)納入教學(xué)任務(wù)，作為電子、電氣以及工業(yè)自動(dòng)化類專業(yè)的一門必修棵。PLC可編程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是根據(jù)這一教學(xué)要求開發(fā)的新一代PLC教學(xué)產(chǎn)品，自產(chǎn)品推出以來，得到了各大院校教學(xué)教師和專家的一致好評(píng)。全套裝置設(shè)計(jì)合理、功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單方便，對(duì)學(xué)生理解和掌握可編程控制器的控制原理和操作方法。加快學(xué)習(xí)PLC的編程方法。都具有極大的幫助。是PLC教學(xué)中的理想工具。
二、PLC可編程控制器實(shí)驗(yàn)裝置,可編程控制器實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)構(gòu)成
1、PLC可編程控制器實(shí)驗(yàn)臺(tái)   
2、PLC可編程控制器實(shí)驗(yàn)裝置    
3、PLC可編程控制器操作桌    
4、編程應(yīng)用軟件    
5、仿真教學(xué)軟件
6、PLC及轉(zhuǎn)接通訊電纜
三、PLC可編程控制器實(shí)驗(yàn)裝置,可編程控制器實(shí)驗(yàn)臺(tái)
（一）功能、特點(diǎn)
1）實(shí)驗(yàn)臺(tái)包括
◆ 交流電源輸區(qū)                           
◆ PLC主機(jī) 、編程電纜           
◆ LED發(fā)光管、指示燈                       
◆ 輸出負(fù)載指示    
◆ 輸入模擬開關(guān)（按鈕和開關(guān)）               
◆ LED數(shù)碼管 、蜂鳴器
◆ 直流穩(wěn)壓電源5V1A，24V2A                  
◆ PLC輸入 、輸出端口 
◆ 直流電機(jī)、繼電器
2）PLC主機(jī)的輸入輸出端口均已引到面板上。輸入可以接模擬輸入開關(guān)、行程開關(guān)或光電開關(guān)等。輸出可以接面板上的指示燈、數(shù)碼管和繼電器、直流電機(jī)和蜂鳴器，還可以與演示裝置相連接，可應(yīng)用實(shí)際的工業(yè)控制。
3）PLC主機(jī)一般采用日本原裝的三菱系列主機(jī)。如用戶要求時(shí)也可配備其他型號(hào)主機(jī)。
4）實(shí)驗(yàn)臺(tái)本身帶有24V2A的電源。可以直接用于輸出負(fù)載或與演示裝置接口或與其它對(duì)應(yīng)裝置相連。
5）實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)采用掛箱式，便于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目擴(kuò)展和用戶第二次開發(fā)。
6）雙口接線法：PLC實(shí)驗(yàn)臺(tái)與實(shí)驗(yàn)掛箱裝置之間的連接即可采用自鎖緊接插件，單線逐點(diǎn)連接，以提高動(dòng)手動(dòng)腦能力，加深了解PLC的結(jié)構(gòu)功能，又可通過排線一次性連接，以提高實(shí)驗(yàn)連線速度，與其他廠家的單一連接法相比具有絕對(duì)優(yōu)越性。
7）可完成PLC控制原理基本實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用實(shí)驗(yàn)以及用于真正的工業(yè)控制。
（二）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
1．與、或、非邏輯功能實(shí)驗(yàn)                     2．定時(shí)器、計(jì)數(shù)器功能實(shí)驗(yàn)          
3．跳轉(zhuǎn)、分支功能實(shí)驗(yàn)                           4．移位寄存器實(shí)驗(yàn)                  
5．?dāng)?shù)據(jù)處理功能實(shí)驗(yàn)                              6．微分、位操作實(shí)驗(yàn)               
7．交通信號(hào)燈PLC自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)              8．?dāng)嚢杵鞯腜LC自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)         
9．LED數(shù)碼官顯示PLC自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)      10．四層電梯的PLC自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)         
11．加工中心刀具庫(kù)選擇控制實(shí)驗(yàn)             12．藝術(shù)彩燈造型的PLC控制實(shí)驗(yàn)
13．電機(jī)的自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)                         14．步進(jìn)電機(jī)的PLC控制
15．模擬電視發(fā)射塔實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)                   16．自動(dòng)送料裝車系統(tǒng)控制實(shí)驗(yàn)
17．自動(dòng)售貨機(jī)實(shí)驗(yàn)                               18．自動(dòng)成型實(shí)驗(yàn)
19．水塔自動(dòng)供水控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)                20．郵件自動(dòng)分揀實(shí)驗(yàn)
21．自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)           22．電鍍過程控制實(shí)驗(yàn)
（三）技術(shù)參數(shù)
◆PLC主機(jī)：輸入：24點(diǎn)  輸出16點(diǎn)(可選擇)
◆型號(hào)：三菱FX1N-40MR（也可選擇西門子、歐姆龍，價(jià)格另議）
◆輸出電壓：直流24V，電壓表指示
◆利用應(yīng)用軟件編程
◆電源輸入：交流220V，50Hz
◆電流 ≥2A，電流具有過載保護(hù)
◆外形尺寸：160×75×140 cm3
四、PLC可編程控制器實(shí)驗(yàn)裝置,可編程控制器實(shí)驗(yàn)臺(tái)
    該裝置是為了配合PLC可編程控制器實(shí)驗(yàn)臺(tái)使用而設(shè)計(jì)的外接演示裝置。它由LED發(fā)光二極管、大型LED數(shù)碼管、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)用其他外圍電路模擬實(shí)際工業(yè)控制過程中的狀態(tài)，它形象生動(dòng)的演示了PLC的整個(gè)執(zhí)行過程。通過該裝置，可以鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，能夠形象生動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)驗(yàn)證自己編寫程序的正確性，掌握PLC的實(shí)際應(yīng)用，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)PLC的學(xué)習(xí)興趣。該裝置在演示屏上位置可任意移動(dòng)、互換。
    演示裝置上對(duì)PLC的輸入輸出均采用24V電源，5V電源供執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的外圍使用，目前每套演示裝置主要由十七塊實(shí)驗(yàn)掛箱組成（實(shí)驗(yàn)掛箱尺寸：40×24×6 cm3），它們的型號(hào)分別為：

1）PLC001  交通信號(hào)燈PLC自動(dòng)控制 2）PLC002  攪拌器的PLC自動(dòng)控制 3）PLC003  LED數(shù)碼管顯示PLC自動(dòng)控制（實(shí)物） 4）PLC004  四層電梯的PLC自動(dòng)控制（實(shí)物） 5）PLC005  加工中心刀具庫(kù)選擇控制（實(shí)物） 6）PLC006  藝術(shù)彩燈造型的PLC控制  7）PLC007  電機(jī)的自動(dòng)控制（實(shí)物） 8）PLC008  步進(jìn)電機(jī)的PLC控制（實(shí)物） 9）PLC009 模擬電視發(fā)射塔

10) PLC010 自動(dòng)送料裝車系統(tǒng) 11)P LC011自動(dòng)售貨機(jī) 12)PLC012 自動(dòng)成型系統(tǒng) 13)PLC013 水塔自動(dòng)供水系統(tǒng) 14)PLC014 郵件自動(dòng)分揀系統(tǒng) 15)PLC015 自動(dòng)洗衣機(jī)系統(tǒng) 16)PLC016 電鍍系統(tǒng) 17）PLC017 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

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