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1、11 引言自 20 世纪 80 年代初期诞生至今，工业控制软件已有 20 年的发展历史。工业控制与上位机软件相结合，是随着 的兴起而不断发展的。工业控制与上位机软件控制、多元化、低功耗、智能化、网络化、集成化是现代工业的发展趋势。目前，我国已开发出一批具有自主知识产权的实时监控软件平台、先进控制软件、过程优化控制软件等成套应用软件，工程化、产品化有了一定突破，打破了国外同类应用软件的垄断格局。通过在化工、石化、造纸等行业的数百个企业（装置）中应用，促进了企业的技术改造，提高了生产过程控制水平和产品质量，为企业创造了明显的经济效益。2000 年“九五”国家科技攻关计划项目“大型骨干石化生产系统控
2、制及计算机应用技术”通过了验收。 作为工控软件的一个重要组成部分，国内人机界面组态软件研制方面近几年取得了较大进展，软件和硬件相结合，为企业测、控、管一体化提供了比较完整的解决方案。在此基础上，工业控制软件将从人机界面和基本策略组态向先进控制方向发展。由于先进控制和优化软件可以创造巨大的经济效益，因此这些软件也身价倍增。在世界范围内形成了一个强大的流程工业应用软件产业。因此，开发我国具有自主知识产权的先进控制和优化软件，打破外国产品的垄断，替代进口，具有十分重要的意义。 在未来，工业控制软件将继续向标准化、网络化、智能化和开放性发展方向。 22 发设计思路根据工业控制的现状和电控技术，智能控制
3、技术，基于单片机控制的试验技术，设计完成简单的工业控制电路。系统硬件平台搭建本着为性能可靠，工作稳定，功能强大的总体设计原则，采用高性能低功耗的 片机为核心。由传感器、驱动器、继电器等常用工业控制设备作为主体。然后，应用 序设计完成数据采集分析，同时使用 序自带串口设计控件，完成向单片机串口发送指令的设计。并应用 C 语言程序设计写出单片机控制程序，实现单片机对步进电机、直流电机的加减速、状态显示、电路继电器开路与断路的控制。最后，模拟工业控制的方式进行调试和演示。统方框图图 2统方框图33 心芯片简介图 3心芯片列单片机是美国德州仪器(996 年开始推向市场的一种 16 位超低功耗的混合信号
4、处理器(称之为混合信号处理器，主要是由于其针对实际应用需求，把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案。片机的发展列是一个 16 位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机，在 1996 年问世，由于它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段，已成为众多单片机系列中一颗耀眼的新星。回忆 列单片机的发展过程，可以看出有这样三个阶段： 开始阶段 从 1996 年推出 列开始到 2000 年初，这个阶段首先推出有 33X 、 32X 、 31X 等几个系列，而后于 2000 年初又推出了 11X 、 11列。 33X 、 32X 、 31X 等系列具有
5、动模块，对提高系统的集成度较有利。每一系列有 （ C ）、 （ P ）、和 （ E ）等芯片。 的价格昂贵，运行环境温度范围窄，主要用于样机开发。这也表明了这几个系列的开发模式，即：用户可以用 开发样机；用 进行小批量生产；而 适应大批量生产的产品。 2000 年推出了 11X/11列。这个系列采用 20 脚封装，内存容量、片上功能和 I/O 引脚数比较少，但是价格比较低廉。 这个时期的 经显露出了它的特低功耗等的一系列技术特点，但也有不尽如人意之处。它的许多重要特性，如：片内串行通信接口、硬件乘法器、足够的 I/O 引脚等，只有 33X 系列才具备。 33X 系列价格较高，比较适合于较为复杂
6、的应用系统。当用户设计需要更多考虑成本时， 33X 并不一定是最适合的。而片内高精度 A/D 转换器又只有 32X 系列才有。 寻找突破，引入 术 随着 术的迅速发展， 司也将这一技术引入 列中。在 2000 年 7 月推出 14X 系列，在 2001 年 7 月到 2002 年又相继推出 些全部是 单片机。 片机是目前应用比较广的单片机，它有 48 个 I/O 口， 96 段 动。 列是在 13X 、 14X 的基础上，增加了液晶驱动器，将驱动 段数由 3列的最多 120 段增加到 160 段。并且相应地调整了显示存储器在存储区内的地址，为以后的发展拓展了空间。 列由于具有 储器，在系统设计
7、、开发调试及实际应用上都表现出较明显的优点。这是 司推出具有 存储器及 界扫描技术的廉价开发工具 将国际上先进的 术和 线编程技术引入 这种以 术与 发工具组合的开发方式，具有方便、廉价、5实用等优点，给用户提供了一个较为理想的样机开发方式。 另外， 2001 年 司又公布了 术，利用它可在烧断熔丝以后只要几根线就可更改并运行内部的程序。这为系统软件的升级提供了又一方便的手段。 有很高的保密性，口令可达到 32 个字节的长度。 蓬勃发展阶段 在前一阶段，引进新技术和内部进行调整之后，为 功能扩展打下了良好的基础。于是 司在 2002 年底和 2003 年期间又陆续推出了 列的产品。 在这一新的
8、系列中，有了两个方面的发展。一是从存储器方面来说，将 量大大增加，如 量增加到了 10这样一来，希望将实时操作系统（ 引入 ，就不会因 够而发愁了。二是从外围模块来说，增加了 I 2 C 、 模块。 在 2003 年中， 司还推出了专门用于电量计量的 用于水表、气表、热表上的具有无磁传感模块的 片机。我们相信由于 开放性的基本架构和新技术的应用，新的 产品品种必将会不断出现。片机的特点列单片机的迅速发展和应用范围的不断扩大，主要取决于以下的特点。 强大的处理能力 列单片机是一个 16 位的单片机，采用了精简指令集（构，具有丰富的寻址方式（ 7 种源操作数寻址、 4 种目的操作数寻址）、简洁的
9、27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令；有较高的处理速度，在 8体驱动下指令周期为 125 这些特点保证了可编制出高效率的源程序。 在运算速度方面， 列单片机能在 8体的驱动下，实现 125指令周期。 16 位的数据宽度、 125指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如 ）。列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。当系统处于省电的备用状态时，用中断请求将它唤醒只用 6 超低功耗 片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电6源电压及灵活而可控的运行时钟方面都有其独到
10、之处。 首先， 列单片机的电源电压采用的是 压。因而可使其在 1时钟条件下运行时， 芯片的电流会在 200400右，时钟关断模式的最低功耗只有 其次，独特的时钟系统设计。在 列中有两个不同的系统时钟系统：基本时钟系统和锁频环（ ）时钟系统或 字振荡器时钟系统。有的使用一个晶体振荡器（ 32768 , 有的使用两个晶体振荡器。由系统时钟系统产生 各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。 由于系统运行时打开的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。在系统中共有一种活动模式（ 和五种低功耗模式（ 。在等待方式下，耗电为 在节电方式
11、下，最低可达 系统工作稳定。上电复位后，首先由 动 以保证程序从正确的位置开始执行，保证晶体振荡器有足够的起振及稳定时间。然后软件可设置适当的寄存器的控制位来确定最后的系统时钟频率。如果晶体振荡器在用做 钟 发生故障， 自动启动，以保证系统正常工作；如果程序跑飞，可用看门狗将其复位。 丰富的片上外围模块 列单片机的各成员都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗（ 、模拟比较器 A 、定时器 A （ 、定时器 B （ 、串口 0 、1（ 1 ）、硬件乘法器、液晶驱动器、 10 位 /12 位 16 位 D、直接寻址模块（ 、端口 O （ 、端口 16 （ 6 ）、基本定时器（ 等的一些外围模块
12、的不同组合。其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出 A/D 转换器； 16 位定时器（ 具有捕获 / 比较功能，大量的捕获 / 比较寄存器，可用于事件计数、时序发生、 ；有的器件更具有可实现异步、同步及多址访问串行通信接口可方便的实现多机通信等应用；具有较多的 I/O 端口，最多达 6*8 条 I/O 口线； 口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入； 12/14 位硬件 A/D 转换器有较高的转换速率，最高可达 200能够满足大多数数据采集应用；能直接驱动液晶多达 160 段；实现两路的 12 位 D/A 转换；硬件 行总线接口实现存储器串行扩展；以及为了增加数据传输速度，而采用直接数据传输（ 模块。 列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。 7方便高效的开发环境 目前 列有 、 和 三种类型的器件，这些器件的开发手段不同。对于 和 的器件是使用仿真器开发成功之后在烧写或掩膜芯片；对于 则有十分方便的开发调试环境，因为器件片内有 试接口，还有可电擦写的 储器，因此采用先下载程序到 ，再在器件内通过软件控制程序的运行，由 口读取片内信息供设计者调试使用的方法进行开发。这种方式只需要一台 和一个 试器，而不需要仿真器和编
