avr單片機(jī)是1997年由atmel公司研發(fā)出的增強(qiáng)型內(nèi)置flash的risc(reduced instruction set cpu) 精簡指令集高速8位單片機(jī)。avr的單片機(jī)可以廣泛應(yīng)用于計算機(jī)外部設(shè)備、工業(yè)實(shí)時控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個領(lǐng)域。
avr的主要特性
高可靠性、功能強(qiáng)、高速度、低功耗和低價位 , 一直是衡量單片機(jī)性能的重要指標(biāo)，也是單片機(jī)占領(lǐng)市場、賴以生存的必要條件。
早期單片機(jī)主要由于工藝及設(shè)計水平不高、功耗高和抗干擾性能差等原因，所以采取穩(wěn)妥方案：即采用較高的分頻系數(shù)對時鐘分頻，使得指令周期長，執(zhí)行速度慢。以后的 cmos單片機(jī)雖然采用提高時鐘頻率和縮小分頻系數(shù)等措施，但這種狀態(tài)并未被*改觀(51以及51兼容)。此間雖有某些精簡指令集單片機(jī)(risc)問世,但依然沿襲對時鐘分頻的作法。
avr單片機(jī)的推出，*打破這種舊設(shè)計格局，廢除了機(jī)器周期，拋棄復(fù)雜指令計算機(jī)(cisc)追求指令完備的做法；采用精簡指令集，以字作為指令長度單位，將內(nèi)容豐富的操作數(shù)與操作碼安排在一字之中(指令集中占大多數(shù)的單周期指令都是如此)，取指周期短，又可預(yù)取指令，實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)，故可高速執(zhí)行指令。當(dāng)然這種速度上的升躍，是以高可靠性為其后盾的。
avr單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)采取8位機(jī)與16位機(jī)的折中策略，即采用局部寄存器存堆(32個寄存器文件)和單體高速輸入/輸出的方案(即輸入捕獲寄存器、輸出比較匹配寄存器及相應(yīng)控制邏輯)。提高了指令執(zhí)行速度(1mips/mhz)，克服了瓶頸現(xiàn)象，增強(qiáng)了功能；同時又減少了對外設(shè)管理的開銷，相對簡化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本。故avr單片機(jī)在軟/硬件開銷、速度、性能和成本諸多方面取得了優(yōu)化平衡，是高性價比的單片機(jī)。
avr單片機(jī)內(nèi)嵌高質(zhì)量的flash程序存儲器，擦寫方便，支持isp和iap，便于產(chǎn)品的調(diào)試、開發(fā)、生產(chǎn)、更新。內(nèi)嵌長壽命的eeprom可長期保存關(guān)鍵數(shù)據(jù)，避免斷電丟失。片內(nèi)大容量的ram不僅能滿足一般場合的使用，同時也更有效的支持使用語言開發(fā)系統(tǒng)程序,并可像mcs-51單片機(jī)那樣擴(kuò)展外部 ram。
avr單片機(jī)的i/o線全部帶可設(shè)置的上拉電阻、可單獨(dú)設(shè)定為輸入/輸出、可設(shè)定（初始）高阻輸入、驅(qū)動能力強(qiáng)（可省去功率驅(qū)動器件）等特性，使的得i/o口資源靈活、功能強(qiáng)大、可充分利用。
avr單片機(jī)片內(nèi)具備多種獨(dú)立的時鐘分頻器，分別供urat、i2c、spi使用。其中與8/16位定時器配合的具有多達(dá)10 位的預(yù)分頻器，可通過軟件設(shè)定分頻系數(shù)提供多種檔次的定時時間。avr單片機(jī)*的“以定時器/計數(shù)器（單）雙向計數(shù)形成三角波，再與輸出比較匹配寄存器配合，生成占空比可變、頻率可變、相位可變方波的設(shè)計方法(即脈寬調(diào)制輸出pwm)”更是令人耳目一新。
增強(qiáng)性的高速同/異步串口，具有硬件產(chǎn)生校驗(yàn)碼、硬件檢測和校驗(yàn)偵錯、兩級接收緩沖、波特率自動調(diào)整定位（接收時）、屏蔽數(shù)據(jù)幀等功能，提高了通信的可靠性，方便程序編寫，更便于組成分布式網(wǎng)絡(luò)和實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信系統(tǒng)的復(fù)雜應(yīng)用，串口功能大大超過mcs-51/96單片機(jī)的串口，加之a(chǎn)vr單片機(jī)高速，中斷服務(wù)時間短，故可實(shí)現(xiàn)高波特率通訊。
面向字節(jié)的高速硬件串行接口twi、spi。twi與i2c接口兼容，具備ack信號硬件發(fā)送與識別、地址識別、總線仲裁等功能，能實(shí)現(xiàn)主/從機(jī)的收/發(fā)全部4種組合的多機(jī)通信。spi支持主/從機(jī)等4種組合的多機(jī)通信。
avr單片機(jī)有自動上電復(fù)位電路、獨(dú)立的看門狗電路、低電壓檢測電路bod，多個復(fù)位源(自動上下電復(fù)位、外部復(fù)位、看門狗復(fù)位、bod復(fù)位)，可設(shè)置的啟動后延時運(yùn)行程序，增強(qiáng)了嵌入式系統(tǒng)的可靠性。
avr單片機(jī)具有多種省電休眠模式，且可寬電壓運(yùn)行（5-2.7v），抗*力強(qiáng)，可降低一般8位機(jī)中的軟件抗干擾設(shè)計工作量和硬件的使用量。
avr單片機(jī)技術(shù)體現(xiàn)了單片機(jī)集多種器件(包括flash程序存儲器、看門狗、eeprom、同/異步串行口、twi、spi、a/d模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時器/計數(shù)器等)和多種功能(增強(qiáng)可靠性的復(fù)位系統(tǒng)、降低功耗抗干擾的休眠模式、品種多門類全的中斷系統(tǒng)、具輸入捕獲和比較匹配輸出等多樣化功能的定時器/計數(shù)器、具替換功能的i/o端口…… )于一身，充分體現(xiàn)了單片機(jī)技術(shù)的從“片自為戰(zhàn)”向“片上系統(tǒng)soc”過渡的發(fā)展方向。
plc即可編程控制器，（programmable logic controller）,
是指以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年電工委員會（international electrical committee）頒布的plc標(biāo)準(zhǔn)草案中對plc做了如下定義：
“plc是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計?！?br>相關(guān)鏈接：
plc的特點(diǎn)
2.1可靠性高，抗*力強(qiáng)
高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。plc由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的f系列plc平均*時間高達(dá)30萬小時。一些使用冗余cpu的plc的平均*工作時間則更長。從plc的機(jī)外電路來說，使用plc構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，plc帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除plc以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個系統(tǒng)具有*的可靠性也就不奇怪了。
2.2配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)
plc發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代plc大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來plc的功能單元大量涌現(xiàn)，使plc滲透到了位置控制、溫度控制、cnc等各種工業(yè)控制中。加上plc通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用plc組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。
2.3易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎
plc作為通用工業(yè)控制計算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用plc的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機(jī)原理和匯編語言的人使用計算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。
2.4系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造
plc用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。
2.5體積小，重量輕，能耗低
以超小型plc為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。
3. plc的應(yīng)用領(lǐng)域
目前，plc在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。
3.1開關(guān)量的邏輯控制
這是plczui基本、zui廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。
3.2模擬量控制
在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（analog）和數(shù)字量（digital）之間的a/d轉(zhuǎn)換及d/a轉(zhuǎn)換。plc廠家都生產(chǎn)配套的a/d和d/a轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。
3.3運(yùn)動控制
plc可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量i/o模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用的運(yùn)動控制模塊。如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要plc廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。
3.4過程控制
過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機(jī)，plc能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。pid調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型plc都有pid模塊，目前許多小型plc也具有此功能模塊。pid處理一般是運(yùn)行的pid子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。
3.5數(shù)據(jù)處理
現(xiàn)代plc具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。
3.6通信及聯(lián)網(wǎng)
plc通信含plc間的通信及plc與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各plc廠商都十分重視plc的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的plc都具有通信接口，通信非常方便。
4. plc的國內(nèi)外狀況
*的*臺plc是1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（dec）研制的。限于當(dāng)時的元器件條件及計算機(jī)發(fā)展水平，早期的plc主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使plc增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運(yùn)算及處理的計算機(jī)存儲元件都以繼電器命名。此時的plc為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。
20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運(yùn)算、pid功能及*的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個階段的另一個特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。
20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。
我國可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。zui初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了plc的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的cf系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的dkk及d系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的s系列、蘇州電子計算機(jī)廠生產(chǎn)的yz系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較的plc生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，plc在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。
5. plc未來展望
21世紀(jì)，plc會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機(jī)技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運(yùn)算速度更快、存儲容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷市場的局面，會出現(xiàn)通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計算機(jī)集散控制系統(tǒng)dcs（distributed
control
system）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。
1 plc基礎(chǔ)知識
1.1 plc的發(fā)展歷程
在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。1968年美國gm（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是*代可編程序控制器，稱programmable
controller（pc）。
個人計算機(jī)（簡稱pc）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為programmable
logic controller（plc）。
上世紀(jì)80年代至90年代中期，是plc發(fā)展zui快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，plc在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，plc逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的dcs系統(tǒng)。
plc具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗*力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。plc在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。
1.2 plc的構(gòu)成
從結(jié)構(gòu)上分，plc分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式plc包括cpu板、i/o板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式plc包括cpu模塊、i/o模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。
1.3 cpu的構(gòu)成
cpu是plc的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套plc至少有一個cpu，它按plc的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和plc內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。
cpu主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，cpu單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是plc*的組成單元。
在使用者看來，不必要詳細(xì)分析cpu的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。cpu的控制器控制cpu工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。
cpu速度和內(nèi)存容量是plc的重要參數(shù)，它們決定著plc的工作速度，io數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。
1.4 i/o模塊
plc與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（i/o）完成的。i/o模塊集成了plc的i/o電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進(jìn)入plc系統(tǒng)，輸出模塊相反。i/o分為開關(guān)量輸入（di），開關(guān)量輸出（do），模擬量輸入（ai），模擬量輸出（ao）等模塊。
常用的i/o分類如下：
開關(guān)量：按電壓水平分，有220vac、110vac、24vdc，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。
模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20ma,0-20ma）、電壓型（0-10v,0-5v,-10-10v）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用io外，還有特殊io模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。
按i/o點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，i/o模塊可多可少，但其zui大數(shù)受cpu所能管理的基本配置的能力，即受zui大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。
1.5 電源模塊
plc電源用于為plc各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24v的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220vac或110vac），直流電源（常用的為24vdc）。
1.6 底板或機(jī)架
大多數(shù)模塊式plc使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的，使cpu能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。
1.7 plc系統(tǒng)的其它設(shè)備
1.7.1
編程設(shè)備：編程器是plc開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運(yùn)行、檢查維護(hù)*的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控plc及plc所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運(yùn)行。小編程器plc一般有手持型編程器，目前一般由計算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。
1.7.2 人機(jī)界面：zui簡單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。
1.8 plc的通信聯(lián)網(wǎng)
依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出網(wǎng)絡(luò)就是控制器的觀點(diǎn)說法。
plc具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使plc與plc
之間、plc與上位計算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)plc具有rs-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。plc的通信現(xiàn)在主要采用通過多點(diǎn)接口（mpi）的數(shù)據(jù)通訊、profibus
或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。
2 plc控制系統(tǒng)的設(shè)計基本原則
2.1 zui大限度的滿足被控對象的控制要求。
2.2 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、使用和維護(hù)方便。
2.3 保證控制系統(tǒng)安全可靠。
2.4 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)在選擇plc容量時應(yīng)適當(dāng)留有余量。
3 plc軟件系統(tǒng)及常用編程語言
3.1 plc軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序、診斷程序等，主要用于管理全機(jī)、將程序語言翻譯成機(jī)器語言，診斷機(jī)器故障。系統(tǒng)軟件由plc廠家提供并已固化在eprom中，不能直接存取和干預(yù)。用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場控制要求，用plc的程序語言編制的應(yīng)用程序（也就是邏輯控制）用來實(shí)現(xiàn)各種控制。step7是用于simatic可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，也就是用戶程序，我們就是使用step7來進(jìn)行硬件組態(tài)和邏輯程序編制，以及邏輯程序執(zhí)行結(jié)果的在線監(jiān)視。
3.2 plc提供的編程語言
3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)語言梯形圖語言也是我們zui常用的一種語言，它有以下特點(diǎn)
3.2.1.1 它是一種圖形語言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線圈、串聯(lián)等術(shù)語和一些圖形符號構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。
3.2.1.2 梯形圖中接點(diǎn)（觸點(diǎn)）只有常開和常閉，接點(diǎn)可以是plc輸入點(diǎn)接的開關(guān)也可以是plc內(nèi)部繼電器的接點(diǎn)或內(nèi)部寄存器、計數(shù)器等的狀態(tài)。
3.2.1.3 梯形圖中的接點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。
3.2.1.4 內(nèi)部繼電器、計數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間結(jié)果供cpu內(nèi)部使用。
3.2.1.5 plc是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點(diǎn)的值在用戶程序中可以當(dāng)做條件使用。
3.2.2 語句表語言，類似于匯編語言。
3.2.3 邏輯功能圖語言，沿用半導(dǎo)體邏輯框圖來表達(dá)，一般一個運(yùn)算框表示一個功能左邊畫輸入、右邊畫輸出。
4 step7程序的使用
4.1 創(chuàng)建一個項(xiàng)目結(jié)構(gòu)，項(xiàng)目就象一個文件夾，所有數(shù)據(jù)都以分層的結(jié)構(gòu)存在于其中，任何時候你都可以使用。在創(chuàng)建一個項(xiàng)目之后，所有其他任務(wù)都在這個項(xiàng)目下執(zhí)行。
4.2 組態(tài)一個站，組態(tài)一個站就是你要使用的可編程控制器，例如s7300、s7400等。
4.3 組態(tài)硬件，組態(tài)硬件就是在組態(tài)表中你的控制方案所要使用的模板以及在用戶程序中以什么樣的地址來訪問這些模板，地址一般不用修改由程序自動生成。模板的特性也可以用參數(shù)進(jìn)行賦值。
4.4 組態(tài)網(wǎng)絡(luò)和通訊連接，通訊的基礎(chǔ)是預(yù)先組態(tài)網(wǎng)絡(luò)，也就是要創(chuàng)建一個滿足你的控制方案的子網(wǎng)，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)特性、設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接特性以及任何聯(lián)網(wǎng)的站所需要的連接。網(wǎng)絡(luò)地址也是程序自動生成如果沒有更改經(jīng)驗(yàn)一定不要修改。
4.5 定義符號，可以在符號表中定義局部或共享符號，在你的用戶程序中用這些更具描述性的符號名替代地址。符號的命名一般用字母編寫不超過8個字節(jié)，不要使用很長的漢字進(jìn)行描述，否則對程序的執(zhí)行有很大的影響。
4.6 創(chuàng)建程序，用梯形圖編程語言創(chuàng)建一個與模板相連結(jié)或與模板無關(guān)的程序并存儲。創(chuàng)建程序是我們控制工程的重要工作之一，一般可以采用線形編程（基于一個塊內(nèi)，ob1）、分布編程（編寫功能塊fb,ob1組織調(diào)用）、結(jié)構(gòu)化編程（編寫通用塊）。我們zui常采用的是結(jié)構(gòu)化編程和分布編程配合使用，很少采用線形編程。
4.7 下載程序到可編程控制器，完成所有的組態(tài)、參數(shù)賦值和編程任務(wù)之后，可以下載整個用戶程序到可編程控制器。在下載程序時可編程控制器必須在允許下載的工作模式下（stop或run-p）,
run-p模式表示，這個程序?qū)⒁淮蜗螺d一個塊，如果重寫一個舊的cpu程序就可能出現(xiàn)沖突，所以一般在下載前將cpu切換到stop模式。
5 wincc程序的使用
5.1 簡介，wincc是在生產(chǎn)和過程自動化中解決可視化和控制任務(wù)的工業(yè)技術(shù)中性系統(tǒng)。具有控制自動化過程的強(qiáng)大功能，是基于個人計算機(jī)的操作監(jiān)視系統(tǒng)，它很容易結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的和用戶的程序建立人機(jī)界面的滿足生產(chǎn)實(shí)際要求。wincc有兩個版本rc版（具有組態(tài)和開發(fā)環(huán)境）、rt版（只有運(yùn)行環(huán)境），我們一般使用的是rc版。
5.2 wincc簡單使用步驟
5.2.1 變量管理，首先確定通訊方式安裝驅(qū)動程序，然后定義內(nèi)部變量和外部變量，外部變量是受你買的wincc軟件*限制的zui大*64k字節(jié)，內(nèi)部變量沒有限制。
5.2.2 畫面生成，進(jìn)入圖形編輯器，圖形編輯器是一種用于創(chuàng)建過程畫面的面向矢量的作圖程序。也可以使用包含在對象和樣式庫中的眾多的圖形對象來創(chuàng)建復(fù)雜的過程畫面?？梢酝ㄟ^動作編程將動態(tài)添加到單個圖形對象上。
5.2.3 報警記錄設(shè)置，報警記錄提供了顯示和操作選項(xiàng)來獲取和歸檔結(jié)果。可以任意地選擇消息塊、消息級別、消息類型、消息顯示以及報表。為了在運(yùn)行中顯示消息，可以使用包含在圖形編輯器中的對象庫中的報警控件。
5.2.4 變量記錄，變量記錄是用來從運(yùn)行過程中采集數(shù)據(jù)并準(zhǔn)備將它們顯示和歸檔。
5.2.5 報表組態(tài)，報表組態(tài)是通過報表編輯器來實(shí)現(xiàn)的。是為消息、操作、歸檔內(nèi)容和當(dāng)前或已歸檔的數(shù)據(jù)定時器或事件控制文檔的集成的報表系統(tǒng)，可以自由選擇用戶報表的形式。
5.2.6 全局腳本的應(yīng)用，全局腳本就是c語言函數(shù)和動作的通稱，根據(jù)不同的類型腳本被用于給對象組態(tài)動作并通過系統(tǒng)內(nèi)部c語言編譯器來處理。全局腳本動作用于過程執(zhí)行的運(yùn)行中。一個觸發(fā)可以開始這些動作的執(zhí)行。
5.2.7 用戶管理器設(shè)置，用戶管理器用于分配和控制用戶的單個組態(tài)和運(yùn)行系統(tǒng)編輯器的訪問權(quán)限。每建立一個用戶，就設(shè)置了wincc功能的訪問權(quán)利并獨(dú)立的分配給此用戶。至多可分配999個不同的*。
5.2.8 交叉表索引，交叉索引用于為對象尋找和顯示所有使用處，例如變量、畫面和函數(shù)等。使用“鏈接”功能可以改變變量名稱而不會導(dǎo)致組態(tài)不一致。
單片計算機(jī)是將電子計算機(jī)的基本環(huán)節(jié),如:cpu(又稱*處理器,主要由運(yùn)算器,控制器組成),存儲器,總線,輸入輸出接口等,采用集成電路技術(shù)集成在一片硅基片上.由于單片計算機(jī)體積很小(僅手指般大小),功能強(qiáng)(具有一個簡單計算機(jī)的功能),因而廣泛用于電子設(shè)備中作控制器之用.目前,大到火箭國防武器,小至電視機(jī)微波爐等現(xiàn)代家用電器,內(nèi)中都毫無例外地運(yùn)用單片計算機(jī)作為控制器.因此,從控制的觀點(diǎn),我們也常稱它為單片控制器. 單片微控制器的工作離不開軟件,即固化在存儲器中的已設(shè)計好的程序.所有帶單片微控制器的電子設(shè)備,它的工作原理當(dāng)然與具體設(shè)備有關(guān).但它的zui基本的原理是一樣的,即: 1) 從輸入接口接收來自外界的信息存入存儲器. 這些信息主要包括二部分:來自諸如溫度壓力等傳感器的信息; 來自人工干預(yù)的一些手動信息,如開關(guān)按鈕等操作. 2) 單片微控制器中的cpu根椐程序?qū)斎氲臄?shù)椐進(jìn)行高速運(yùn)算 處理. 3) 將運(yùn)算處理的結(jié)果通過輸出接口送去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu),如繼電器,電機(jī),燈泡等. 當(dāng)前這個過程不斷重復(fù)著,即系統(tǒng)中的微電腦不斷監(jiān)視著各種信息,并及時作出不同的處理使系統(tǒng)正常運(yùn)行.. 二.plc目前大量地用單片機(jī)制成.可以說,plc是單片機(jī)在繼電控制系統(tǒng)中的一種應(yīng)用.plc所采用的梯形圖類似于繼電器線路圖,易于為廣大電氣工程技術(shù)人員所接受. 另外 個人感覺plc更加適合于工業(yè)惡劣環(huán)境下使用 使用比較穩(wěn)定 而單片機(jī)的工作環(huán)境要高一些