单片机的优势与plc的应用教学装置

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单片机的优势与plc的应用教学装置

 

PIC单片机(Peripheral Interface Controller)是一种用来开发的去控制外围设备的集成电路(IC)。一种具有分散作用(多任务)功能的CPU。与人类相比，大脑就是CPU，PIC 共享的部分相当于人的神经系统。

 

PIC 单片机是一个小的计算机

 

PIC单片机有计算功能和记忆内存像CPU并由软件控制允行。然而，处理能力—存储器容量却很有限，这取决于PIC的类型。但是它们的最高操作频率大约都在20MHz左右，存储器容量用做写程序的大约1K—4K字节。

 

时钟频率与扫描程序的时间和执行程序指令的时间有关系。但不能仅以时钟频率来判断程序处理能力，它还随处理装置的体系结构改变(1*)。如果是同样的体系结构，时钟频率较高的处理能力会较强。

 

这里用字来解释程序容量。用一个指令(2*)表示一个字。通常用字节(3*)来表示存储器(4*)容量。一个字节有8位，每位由1或0组成。 PIC16F84A单片机 的指令由14位构成。当把1K个子转换成位为：1 x 1,024 x 14 = 14,336位。再转换为字节为：14,336/(8 x 1,024) = 1.75K。在计算存储器的容量时，我们规定 1G 字节 = 1,024M 字节, 1M 字节 = 1,024K 字节, 1K 字节= 1,024 字节. 它们不是以1000为倍数，因为这是用二进制计算的缘故。

 

1. 计算机的物理结构,包括组织结构、容量、该计算机的CPU、存储器以及输入输出设备间的互连。经常特指CPU的组织结构,包括它的寄存器、标志、总线、算术逻辑部件、指令译码与执行机制以及定时和控制部件。

 

2. 指出某种操作并标识其操作数(如果有操作数的话)的一种语言构造

 

3. 作为一个单位来操作(运算)的一个二进制字符串,通常比计算机的一个字短。

 

4. 处理机内的所有可寻址存储空间以及用于执行指令的其它内存储器。

 

在计算存储器的容量时，我们规定 1G 字节 = 1,024M 字节, 1M 字节 = 1,024K 字节, 1K 字节= 1,024 字节. 它们不是以1000为倍数，因为这是用二进制计算的缘故。

 

用PIC单片机使电路做的很小巧变得可能。

 

因为PIC单片机可以把计算部分、内存、输入和输出等都做在一个芯片内。所以她工作起来效率很高、功能也自由定义还可以灵活的适应不同的控制要求，而不必去更换不同的IC。这样电路才有可能做的很小巧。

 

二、PIC系列单片机有什么优势?

 

1) PIC最大的特点是不搞单纯的功能堆积，而是从实际出发，重视产品的性能与价格比，靠发展多种型号来满足不同层次的应用要求。就 实际而言，不同的应用对单片机功能和资源的需求也是不同的。比如，一个摩托车的点火器需要一个I/O较少、RAM及程序存储空间不大、可靠性较高的小型单 片机，若采用40脚且功能强大的单片机，投资大不说，使用起来也不方便。PIC系列从低到高有几十个型号，可以满足各种需要。其中，PIC12C508单 片机仅有8个引脚，是世界上最小的单片机.

 

该型号有512字节ROM、25字节RAM、一个8位定时器、一根输入线、5根I/O线，市面售价在3-6元人人民币。这样一款单片机在象摩托车点 火器这样的应用无疑是非常适合。PIC的高档型号，如PIC16C74(尚不是最高档型号)有40个引脚，其内部资源为ROM共4K、192字节RAM、 8路A/D、3个8位定时器、2个CCP模块、三个串行口、1个并行口、11个中断源、33个I/O脚。这样一个型号可以和其它品牌的高档型号媲美。

 

2) 精简指令使其执行效率大为提高。PIC系列8位CMOS单片机具有独特的RISC结构，数据总线和指令总线分离的哈佛总线(Harvard)结构，使指令具有单字长的特性，且允许指令码的位数可多于8位的数据位数，这与传统的采用CISC结构的8位单片机相比，可以达到2:1的代码压缩，速度提高4倍。

 

3) 产品上市零等待(Zero time to market)。采用PIC的低价OTP型芯片，可使单片机在其应用程序开发完成后立刻使该产品上市。

 

4) PIC有优越开发环境。OTP单片机开发系统的实时性是一个重要的指标，象普通51单片机的开发系统大都 采用高档型号仿真低档型号，其实时性不尽理想。PIC在推出一款新型号的同时推出相应的仿真芯片，所有的开发系统由专用的仿真芯片支持，实时性非常好。就 我个人的经验看，还没有出现过仿真结果与实际运行结果不同的情况。

 

5) 其引脚具有防瞬态能力,通过限流电阻可以接至220V交流电源,可直接与继电器控制电路相连,无须光电耦合器隔离，给应用带来极大方便。

 

6) 彻底的保密性。PIC以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代码后熔断熔丝，别人再也无法读出，除非恢复熔丝。目前，PIC采用熔丝深埋工艺，恢复熔丝的可能性极小。

 

7) 自带看门狗定时器，可以用来提高程序运行的可靠性。

 

8) 睡眠和低功耗模式。虽然PIC在这方面已不能与新型的TI-MSP430相比，但在大多数应用场合还是能满足需要的。

 

三、PIC单片机与MCS-51系列单片机的区别

 

应该说有三个主要特点：

 

(1)总线结构:MCS-51单片机的总线结构是冯-诺依曼型,计算机在同一个存储空间取指令和数据,两者不能 同时进行;而PIC单片机的总线结构是哈佛结构,指令和数据空间是完全分开的,一个用于指令,一个用于数据,由于可以对程序和数据同时进行访问,所以提高 了数据吞吐率。正因为在PIC单片机中采用了哈佛双总线结构，所以与常见的微控制器不同的一点是：程序和数据总线可以采用不同的宽度。数据总线都是8位 的，但指令总线位数分别位12、14、16位。

 

(2)流水线结构:MCS-51单片机的取指和执行采用单指令流水线结构,即取一条指令,执行完后再取下一条指令;而PIC的取指和执行采用双指令流水线结构,当一条指令被执行时,允许下一条指令同时被取出,这样就实现了单周期指令。

 

(3)寄存器组:PIC单片机的所有寄存器,包括I/O口,定时器和程序计数器等都采用RAM结构形式,而且都只需要一个指令周期就可以完成访问和操作;而MCS-51单片机需要两个或两个以上的周期才能改变寄存器的内容。
教学设备网推荐使用中人教仪厂研发设计的PLC教学装置：PLC可编程控制器实验装置,可编程控制器实验台
PLC可编程控制器是以微处理机基础发展起来的新型工业控制装置。它以体积小、功能强、可靠性高以及应用安装方便的特点，很快在我国的工业控制中占据了主导地位，并且不断发展。根据这一发展形势，全国各大专院校、各类职业技术学校都将PLC教学纳入教学任务，作为电子、电气以及工业自动化类专业的一门必修棵。PLC可编程实验系统是根据这一教学要求开发的新一代PLC教学产品，自产品推出以来，得到了各大院校教学教师和专家的一致好评。全套装置设计合理、功能强大、操作简单方便，对学生理解和掌握可编程控制器的控制原理和操作方法。加快学习PLC的编程方法。都具有极大的帮助。是PLC教学中的理想工具。
二、PLC可编程控制器实验装置,可编程控制器实验台系统构成
1、PLC可编程控制器实验台   
2、PLC可编程控制器实验装置    
3、PLC可编程控制器操作桌    
4、编程应用软件    
5、仿真教学软件
6、PLC及转接通讯电缆
三、PLC可编程控制器实验装置,可编程控制器实验台
（一）功能、特点
1）实验台包括
◆ 交流电源输区                           
◆ PLC主机 、编程电缆           
◆ LED发光管、指示灯                       
◆ 输出负载指示    
◆ 输入模拟开关（按钮和开关）               
◆ LED数码管 、蜂鸣器
◆ 直流稳压电源5V1A，24V2A                  
◆ PLC输入 、输出端口 
◆ 直流电机、继电器
2）PLC主机的输入输出端口均已引到面板上。输入可以接模拟输入开关、行程开关或光电开关等。输出可以接面板上的指示灯、数码管和继电器、直流电机和蜂鸣器，还可以与演示装置相连接，可应用实际的工业控制。
3）PLC主机一般采用日本原装的三菱系列主机。如用户要求时也可配备其他型号主机。
4）实验台本身带有24V2A的电源。可以直接用于输出负载或与演示装置接口或与其它对应装置相连。
5）实验台结构采用挂箱式，便于实验项目扩展和用户第二次开发。
6）双口接线法：PLC实验台与实验挂箱装置之间的连接即可采用自锁紧接插件，单线逐点连接，以提高动手动脑能力，加深了解PLC的结构功能，又可通过排线一次性连接，以提高实验连线速度，与其他厂家的单一连接法相比具有绝对优越性。
7）可完成PLC控制原理基本实验、应用实验以及用于真正的工业控制。
（二）实验项目
1．与、或、非逻辑功能实验                     2．定时器、计数器功能实验          
3．跳转、分支功能实验                           4．移位寄存器实验                  
5．数据处理功能实验                              6．微分、位操作实验               
7．交通信号灯PLC自动控制实验              8．搅拌器的PLC自动控制实验         
9．LED数码官显示PLC自动控制实验      10．四层电梯的PLC自动控制实验         
11．加工中心刀具库选择控制实验             12．艺术彩灯造型的PLC控制实验
13．电机的自动控制实验                         14．步进电机的PLC控制
15．模拟电视发射塔实验实验                   16．自动送料装车系统控制实验
17．自动售货机实验                               18．自动成型实验
19．水塔自动供水控制系统实验                20．邮件自动分拣实验
21．自动洗衣机控制系统模拟实验           22．电镀过程控制实验
（三）技术参数
◆PLC主机：输入：24点  输出16点(可选择)
◆型号：三菱FX1N-40MR（也可选择西门子、欧姆龙，价格另议）
◆输出电压：直流24V，电压表指示
◆利用应用软件编程
◆电源输入：交流220V，50Hz
◆电流 ≥2A，电流具有过载保护
◆外形尺寸：160×75×140 cm3
四、PLC可编程控制器实验装置,可编程控制器实验台
    该装置是为了配合PLC可编程控制器实验台使用而设计的外接演示装置。它由LED发光二极管、大型LED数码管、直流电机、步进电机等执行机构用其他外围电路模拟实际工业控制过程中的状态，它形象生动的演示了PLC的整个执行过程。通过该装置，可以锻炼学生的动手能力，能够形象生动的执行机构验证自己编写程序的正确性，掌握PLC的实际应用，增强学生对PLC的学习兴趣。该装置在演示屏上位置可任意移动、互换。
    演示装置上对PLC的输入输出均采用24V电源，5V电源供执行机构中的外围使用，目前每套演示装置主要由十七块实验挂箱组成（实验挂箱尺寸：40×24×6 cm3），它们的型号分别为：

1）PLC001  交通信号灯PLC自动控制 2）PLC002  搅拌器的PLC自动控制 3）PLC003  LED数码管显示PLC自动控制（实物） 4）PLC004  四层电梯的PLC自动控制（实物） 5）PLC005  加工中心刀具库选择控制（实物） 6）PLC006  艺术彩灯造型的PLC控制  7）PLC007  电机的自动控制（实物） 8）PLC008  步进电机的PLC控制（实物） 9）PLC009 模拟电视发射塔

10) PLC010 自动送料装车系统 11)P LC011自动售货机 12)PLC012 自动成型系统 13)PLC013 水塔自动供水系统 14)PLC014 邮件自动分拣系统 15)PLC015 自动洗衣机系统 16)PLC016 电镀系统 17）PLC017 基础实验

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