介绍可编程控制器

从历史趋势来看, 这些出色的系统发展，不仅要取代机电设备, 在过程或者非过程工业中的控制问题日益增加的数组 。各种迹象，在1990年代这些微处理器动力巨头在自动化工厂将继续新的突破。

历史

在1960年代,机电设备控制的命运让人感到担忧。这些设备,通常称为继电器, 控制许多连续型生产流程和站沿机。许多继电器正在被使用的运输行业,更具体地说,汽车行业。这些继电器用于数以百计的电线及其相互影响控制解决方案。继电器的性能基本上是可靠的 - 至少作为一个单一的设备。但300到500个或更多的继电器，继电器板常见的应用要求和支持这些面板的可靠性和维修相关的问题成为一个很大的挑战。成本成为另一个问题,尽管继电器实现低成本,安装面板的成本可能相当高。总成本包括外购零部件、配线和安装劳动,可以从$ 30 ~ 50美元每继电器。更糟的是,不断变化的需求,这一过程被称为重复修改一个控制面板。用继电器，这是一个昂贵的前景，因为它是由面板上的主要重新布线的努力来完成。除了有时这些变化也会被记录不良,导致几个月后维护的噩梦。看来,这是不常见的丢弃整个控制面板支持一个适当的组件连接方式适合于新工艺。添加这种无法预测、可能很高,这些系统的维护费用在大批量汽车生产线,显然,需要有某种东西,提高了控制过程,使它更可靠、更容易调试,而且更能够适应不断变化的控制需求。

这样的东西,在1960年代末,是第一个可编程控制器。这第一个‘革命’系统开发主要为了在美国的汽车制造商。这些早期的控制器,或可编程逻辑控制器(PLC),代表了第一个系统,1可以用于工厂的地板上；2没有广泛的重新布线或成分的变化；3容易诊断和修复出现的问题。

观察过去15年的取得的在可编程控制器区域的进步是有趣的。在1960年代后期的新产品一定令很多的人困惑和恐惧。例如,什么发生在硬件和机电设备维护人员之间被用来修复手工具吗?他们被替换的电脑“伪装成电子设计来取代继电器。即使编程工具被设计来表现为继电器等效演示。现在我们有机会检查承诺,回想起来,可编程控制器带来了制造业。

所有的可编程控制器构成的基本功能块如图10.1所示.我们将考察每个模块来理解关系从而控制系统。首先我们看看中心,正如它是心(或至少大脑)的系统。它由一个微处理器,逻辑内存来存储实际控制逻辑、存储或内存使用的变量的数据将作为函数通常改变执行的处理器和内存。接下来的I / O阻塞。此函数接受信号控制水平的CPU,并将它们转换成电压和电流适用工业级传感器和致动器。I / O类型的范围可以从数字(离散的或开/关),模拟(连续变量),或各种特殊目的的“智能”I / O是专用于一个特定应用程序的任务。这里显示的程序设计,但是它通常只用于最初配置和程序一个系统,而不是所需的操作系统。它也被用于故障诊断系统,并不能证明是一个有价值的工具确定问题的确切原因。这里显示的现场设备代表各种传感器和执行器连接到I / O。这些是手臂、腿部、眼睛、耳朵的系统,包括按钮、限位开关,接近开关,photosensors、热电偶、成功、位置感应设备,条形码阅读器作为输入,和导向灯,显示设备,电机起动器、直流和交流驱动、电磁阀、和打印机作为输出。

没有单一的尝试可以覆盖它的快速变化的范围,但三个基本特性可以检查给工业控制装置的分类作为一个可编程控制器。

1)其基本内部操作是解决逻辑从一开始的存储器的一些指定的点,比如end的内存或者结束的程序。一旦最终达成,操作开始初再次的内存。这种扫描过程仍在继续从提供电能的时间就清除了。

(2)编程逻辑是一种形式的接力的梯形图。常开,常闭触点,和继电器线圈中使用格式利用左和右垂直铁路。功率流(象征性的正电子流)是用来确定哪些线圈或输出是接通或者断开的。

(3)控制器从其基本概念理解是为了工业环境;这种保护没有在以后的日子里添上。工业环境包括不可靠的交流电源,高温(0到60摄氏度),极端的湿度,振动,射频噪声,和其他类似的参数。

通用的应用领域

可编程控制器技术被用于广泛的控制应用程序,其中许多在经济效益上都不可能仅仅只有几年的前景。这是真的因为两个一般的原因:1有成本效率(即每个I / O的成本点)已经大大的提高了，在价格下降的同时微处理器和相关组件功能越发强大 2控制器的能力可以用来解决复杂计算和通信任务,使人们可以使用它像以前使用一台专门的电脑。

应用程序可以被分类为可编程控制器在许多不同的方面,包括通用和工业应用程序类别。但重要的是要对目前控制器框架的了解和使用,这样所有范围现在和未来的发展可以检查。它是通过应用程序控制器中看到前景。工业应用包括许多在这两个离散制造业和流程工业。汽车工业应用,可编程控制器的起源,继续提供机会的最大的基地。其他行业,如食品加工和公用事业,提供当前的发展机会。

有五个通用的应用领域中,使用可编程控制器。一个典型的安装将使用一个或多个这样的集成控制系统的问题。五大领域的简单解释下面。

描述

AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS 8位微机与4K字节的Flash可编程和可擦除只读存储器（PEROM）。该设备是采用Atmel的高密度非易失性内存技术和行业标准的MCS-51指令集和引脚兼容。片上Flash允许程序存储器在系统重新编程或由传统的非易失性存储器编程。通过一个单一的芯片上的Flash相结合的多功能的8位的CPU，Atmel的AT89C51是一个强大的微电脑许多嵌入式控制应用提供了高度灵活和成本效益的解决方案。

功能特点

AT89C51提供以下标准功能：4K字节的Flash，128字节RAM，32 I / O线，两个16位定时器/计数器，一个五向量2级中断结构，一个全双工串行口，片上振荡器和时钟电路。此外，AT89C51的设计与操作的静态逻辑下降到零频率，并支持两种软件可选的节电模式。空闲模式时CPU停止工作，同时允许的RAM，定时器/计数器，串口和中断系统继续运作。掉电模式保存RAM的内容，但冻结振荡器，禁用所有其他芯片功能，直到下一次硬件复位。

引脚说明

Vcc：电源电压

GND：接地

端口0：

端口0是一个8位漏极开路双向I / O端口。作为一个输出端口，每个引脚可以驱动8个TTL输入。当1写入端口0引脚，引脚可作为高阻输入。Port 0也可以配置为地址/数据复和端口在访问外部程序和数据存储器总线。在这种模式下P0具有内上拉电阻。Port 0 Flash编程期间，还收到代码字节，输出在程序检查的代码字节。外部上拉期间程序检查要求。

端口1

端口1是一个8位双向I / O端口与内部上拉电阻。该端口1输出缓冲器可以吸收/源四个TTL输入。写入端口1他们拉到高的内部上拉引脚可以用作输入。低输入1口被外部拉低的引脚源电流（IIL）由于内部上拉电阻的作用。端口1还收到低地址字节在flash编程和校验。

端口2

端口2是一个8位双向I / O端口与内部上拉电阻.。当端口2输出缓冲器可以吸收/源四个TTL输入。写入端口2引脚他们被拉到高的内部上拉，并可以用作输入。作为输入，端口2引脚被外部拉低，将输出电流，由于内部上拉电阻的作用。档口 2排放在从外部程序存储器读取，并在访问外部数据存储器的高位地址字节，使用16位地址。在此应用中，它使用了强大的内部上拉电阻。在访问外部数据存储器，使用8位地址，端口2发出的P2特别的功能寄存器。Port 2的内容还收到高阶地址位在flash编程和校验和一些控制信号。

端口3

端口3是一个8位双向I / O端口内部有上拉电阻。端口3输出缓冲器可以吸收/源四个TTL 输入 。当3口他们被拉到高，内部上拉引脚写入和可用作输入。由于低输入，3口被外部拉低的引脚将输出电流（IIL）因为在上拉电阻的作用下。Port 3还提供各种特殊功能的AT89C51，列出如下的功能：端口3也为flash编程和校验接收一些控制信号。

RST复位输入。该引脚上高电平持续两个机器周期以上，振荡器运行的设备复位。

ALE / PROG地址锁存使能输出脉冲锁存地址的低字节在访问外部存储器。该引脚也是程序编程。在正常运作ALE脉冲输入（PROG）发出的1/6的振荡频率的恒定速率，可用于外部时钟或定时的目的。但是请注意，这一个ALE脉冲被跳过，在每次访问外部数据存储器。如果需要，可以禁止ALE操作设置位0 SFR的位置8EH。位设置，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令。否则，脚弱拉高。设置的ALE禁止位有没有效果，如果微处理器在外部执行模式。

PSEN的程序存储使读选通外部程序 ，当AT89C51是从外部程序存储器执行代码，PSEN是激活每个机器周期的两倍，除了两个PSEN的激活在每次访问外部数据存储器跳过。

EA / VPP上外部访问允许。 EA必须绑到GND为了使设备开始在0000H到FFFFH的外部程序存储器位置获取代码。但是请注意，如果锁定位1被编程，EA将在内部锁存复位。EA应为内部程序执行。该脚绑到VCC也接收12伏的编程电压（VPP）的Flash编程期间，为使其接收到12VPP的部分。

XTAL1输入到振荡器反相放大器和内部时钟工作电路的输入。

XTAL2的从振荡器反相放大器的输出。

振荡器特性XTAL1和XTAL2是输入和输出，分别为一个反相放大器可以配置为使用片上振荡器，如图所示1.石英晶体或陶瓷谐振器可以使用。从外部时钟源来驱动装置，XTAL2应悬空而从XTAL1驱动所示图2. 它对外部时钟信号的占空比没有要求，因为通过内部时钟电路的输入分由两个触发器，但最低和最高电压高和低的时间规范必须遵守。图1。振荡器连接图2。外部时钟驱动配置

空闲模式

在空闲模式下，CPU让自己休眠，而所有片上外设保持活跃。该模式是通过软件调用。在这种模式下，片上RAM和所有特殊功能寄存器的内容不变。应当指出，当硬件复位终止空闲时，该设备通常恢复执行程序，从离开的地方，前两个机器周期，空闲模式下，可以终止任何使能的中断或硬件复位。内部复位算法的控制，片上硬件抑制在这个事件的内部RAM的访问，但访问端口引脚不抑制。为了消除一个意想不到的端口引脚复位终止空闲时写的可能性，之后调用空闲指令不应该写入端口引脚或外部存储器。

掉电模式

在掉电模式，振荡器停止，断电指令调用是最后一条指令的执行。片上RAM和特殊功能寄存器保留它们的值，直到掉电模式终止。从掉电唯一的出口是一个硬件复位。复位重新定义了SFR，但不改变片上RAM。复位不应该被激活之前，VCC恢复到其正常工作水平，必须持有稳定的，足够长的时间以使振荡器重新启动并稳定。

程序存储器锁定位

在芯片上有三个锁定位可以不编程（U）或可被编程（P）的获得下表中列出的附加功能。

当锁定位1编程，在EA引脚的逻辑电平进行采样，并在复位期间锁存。如果没有复位器件上电时，锁存器初始化一个随机值，并认为复位值，直到被激活。必要的锁存EA引脚的价值是为了与目前在该引脚的逻辑电平协议的设备正常