测控技术与仪器专业概论资料课件.ppt

1、 |没有测量就没有科学，至少是没有测量就没有科学，至少是没有真正意义上的科学。没有真正意义上的科学。 |业务培养目标：本专业培养具备精密仪器设计制造以及测量与控制方面基础知识与应用能力，能在国民经济各部门从事测量与控制领域内有关技术、仪器与系统的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理等方面的高级工程技术人才。 |专业简介专业简介 本专业是以高新技术综合运用和系统集成为特点的宽口径工科专业，以微机化智能化电子仪器和测控系统设计为专业特色，并向光、机、电相结合的精密仪器方向拓展。培养具有扎实的数学、物理和电子信息基础知识，具备现代测控系统和智能仪器仪表设计研发能力的复合型高级专门人才 。|主干课程

2、主干课程 电路分析、模拟电子技术、数字电子技术、信号系统与信号处理、微机接口技术、电子测量、自动控制原理、传感器与检测技术、智能仪器、精密仪器设计。 |就业方向就业方向 适合到信息产业、测量与控制等高新技术领域内从事仪器装备设计制造、科技开发、运行管理等工作，适宜到科研部门和学校从事科研或教学，也可攻读仪器科学与技术及相关学科的研究生。 |一、人才培养目标：一、人才培养目标： 本专业培养测控技术与仪本专业培养测控技术与仪器的基本知识、基本理论、基器的基本知识、基本理论、基本方法，面向现代仪器仪表和本方法，面向现代仪器仪表和测控技术装备，具有创新能力测控技术装备，具有创新能力和工程实践能力，能从

3、事现代和工程实践能力，能从事现代测量、控制与仪器仪表工作的测量、控制与仪器仪表工作的维护、设计的应用型高级专门维护、设计的应用型高级专门人才，和在中、高等职业技术人才，和在中、高等职业技术学校从事测控技术与仪器教学学校从事测控技术与仪器教学工作的工作的“一体化一体化”职教师资。职教师资。|二、业务培养要求：二、业务培养要求：1、具有良好的思想道德品质、具有良好的思想道德品质、较好的文化修养以及较好的身较好的文化修养以及较好的身心素质，具有较好的专业素质、心素质，具有较好的专业素质、较好的工程素质，具有较强的较好的工程素质，具有较强的获取知识的能力以及应用知识获取知识的能力以及应用知识的能力，具

4、有一定的创新能力；的能力，具有一定的创新能力；|2、毕业生应具有较扎实的自、毕业生应具有较扎实的自然科学基础，较好的人文社会然科学基础，较好的人文社会科学基础和外语综合能力，在科学基础和外语综合能力，在掌握专业知识，并具有现代仪掌握专业知识，并具有现代仪器仪表和测控技术与系统的应器仪表和测控技术与系统的应用、维护、维修、设计、实施、用、维护、维修、设计、实施、开发能力，在本专业领域内具开发能力，在本专业领域内具备一定的科学研究、科技开发备一定的科学研究、科技开发和组织管理能力，具有较强的和组织管理能力，具有较强的工作适应能力；工作适应能力；|3、获得较好的技能和工程实、获得较好的技能和工程实践

5、训练，依据学校相关规定获践训练，依据学校相关规定获得至少一个与本专业相关的中得至少一个与本专业相关的中级职业技能资格证书（或专业级职业技能资格证书（或专业资格、水平证书）；资格、水平证书）；|4、具有良好的教师职业道德素、具有良好的教师职业道德素养，熟悉教育法规和教育教学规养，熟悉教育法规和教育教学规律，掌握并能够初步运用职业教律，掌握并能够初步运用职业教育心理学、职业教育学和自动化育心理学、职业教育学和自动化技术相关教育学的理论，具有运技术相关教育学的理论，具有运用现代教育技术、从事测控技术用现代教育技术、从事测控技术与仪器及相关专业教学的基本能与仪器及相关专业教学的基本能力。力。|三、主干

6、学科：仪器科学与技三、主干学科：仪器科学与技术、控制科学与工程、光学工术、控制科学与工程、光学工程、计算机科学与技术。程、计算机科学与技术。|四、主要课程：电路原理、模四、主要课程：电路原理、模拟电子技术、数字电子技术、拟电子技术、数字电子技术、光学基础、机械设计基础、信光学基础、机械设计基础、信号与系统、误差理论与数据处号与系统、误差理论与数据处理、微机原理及接口、传感器理、微机原理及接口、传感器原理、控制工程基础、现代检原理、控制工程基础、现代检测技术、智能仪器及应用、测测技术、智能仪器及应用、测控与系统、过程控制控与系统、过程控制。|五、主要实践教学环节：金工实五、主要实践教学环节：金工

7、实习、电子技术课程设计、仪器仪习、电子技术课程设计、仪器仪表技能训练、专业综合设计、教表技能训练、专业综合设计、教育实习、毕业实习、毕业设计及育实习、毕业实习、毕业设计及大学生创新实践等。大学生创新实践等。|六、修业年限：标准学制四年。六、修业年限：标准学制四年。|七、授予学位：工学学士。七、授予学位：工学学士。|八、学时与学分八、学时与学分: 总学分总学分 203|理论课最低学时理论课最低学时/学分学分 2523/158|集中实践环节周数集中实践环节周数/学分学分 39/39|课外活动与社会实践学分课外活动与社会实践学分 10| 【北京市北京市】清华大学、北京科技大清华大学、北京科技大学、北

8、京交通大学、北京理工大学、北学、北京交通大学、北京理工大学、北京航空航天大学、北京化工大学、北京京航空航天大学、北京化工大学、北京工业大学、中国地质大学、北京机械工工业大学、中国地质大学、北京机械工业学院、北京邮电大学、北京石油化工业学院、北京邮电大学、北京石油化工学院学院|【天津市天津市】天津大学、天津理工学天津大学、天津理工学院、天津科技大学、天津工程师范学院院、天津科技大学、天津工程师范学院|【河北省河北省】河北工业大学、华北电河北工业大学、华北电力大学、河北科技大学、燕山大学、河力大学、河北科技大学、燕山大学、河北理工学院、河北大学、河北建筑科技北理工学院、河北大学、河北建筑科技学院、

9、石家庄铁道学院、河北农业大学学院、石家庄铁道学院、河北农业大学|【山西省山西省】太原理工大学、华北工太原理工大学、华北工学院、太原重型机械学院学院、太原重型机械学院|【内蒙古自治区内蒙古自治区】内蒙古工业大学、内蒙古工业大学、包头钢铁学院包头钢铁学院 【辽宁省辽宁省】东北大学、辽宁大学、东北大学、辽宁大学、沈阳工业大学、辽宁工程技术大学、大沈阳工业大学、辽宁工程技术大学、大连铁道学院、沈阳工业学院、沈阳化工连铁道学院、沈阳工业学院、沈阳化工学院、辽宁工学院、辽宁石油化工大学、学院、辽宁工学院、辽宁石油化工大学、鞍山科技大学鞍山科技大学【吉林省吉林省】吉林大学、长春理工大吉林大学、长春理工大学、

10、东北电力学院、长春工业大学、吉学、东北电力学院、长春工业大学、吉林化工学院林化工学院【黑龙江省黑龙江省】哈尔滨工业大学、哈哈尔滨工业大学、哈尔滨工程大学、哈尔滨理工大学、大庆尔滨工程大学、哈尔滨理工大学、大庆石油学院石油学院 【上海市】上海交通大学、华东理工大学、上海大学、上海理工大学、上海电力学院【江苏省】东南大学、中国矿业大学、南京理工大学、南京航空航天大学、南京邮电学院、南京工程学院、南京师范大学、苏州大学、扬州大学、南京工业大学、南通工学院、常州工学院、华东船舶工业学院、淮阴工学院、南京林业大学【浙江省】浙江大学、中国计量学院、杭州电子工业学院、浙江工业大学、浙江工程学院【安徽省】中国

11、科学技术大学、合肥工业大学、安徽工业大学、安徽理工大学、安徽工程科技学院| 【陕西省】西安交通大学、西北工业大学、西安电子科技大学、西安理工大学、陕西科技大学、西安工业学院、西安石油大学、西安工程科技学院、陕西理工学院、西安邮电学院、西安建筑科技大学、西安科技学院|【甘肃省】兰州交通大学、兰州理工大学|【宁夏回族自治区】西北第二民族学院| 【重庆市】重庆大学、重庆工商大学、重庆邮电学院、重庆工学院|【四川省】四川大学、电子科技大学、西南交通大学、成都理工大学、西南石油学院、成都信息工程学院、西华大学、四川理工学院|【贵州省】贵州工业大学|【云南省】昆明理工大学 【山东省】山东大学、青岛科技大学

12、、山东科技大学、烟台大学、山东理工大学【河南省】河南大学、郑州大学、河南科技大学、郑州轻工业学院、中原工学院【湖北省】武汉大学、华中科技大学、武汉理工大学、湖北工学院、武汉化工学院、湖北科技大学、中国地质大学、江汉大学、武汉科技学院 【广东省广东省】广东工业大学广东工业大学【广西壮族自治区广西壮族自治区】桂林电子桂林电子工业学院、广西工学院工业学院、广西工学院|【湖南省】湖南大学、湘潭大学、湖南科技大学|【福建省】厦门大学、华侨大学、集美大学|【江西省】南昌航空工业学院、华东交通大学、南方冶金学院、南昌大学、东华理工学院推荐报考院校：推荐报考院校：|清华大学、清华大学、|浙江大学、浙江大学、|

13、哈尔滨工业大学、哈尔滨工业大学、|天津大学、天津大学、|北京航空航天大学北京航空航天大学|高等数学|数学实验|线性代数|复变函数与积分变换|概率论与数理统计|力学|热学|电磁学|光学|近代物理学|数学数学|英语|计算机基础|大学物理大学物理|机械制图|机械设计概论|电路原理|模拟电子技术|数字电子技术|光学基础|微机原理及接口|信号与系统|传感器原理|误差理论与数据处理|必修必修:虚拟仪器技术|现代检测技术|测控与系统智能|仪器及应用|专业英语|限选限选:|单片机原理及应用|PLC原理及应用|控制仪表与装置 至少选二门 |CPLD设计|数字信号处理|智能机器人|过程控制|测控电路|计算机网络|

14、限选：限选：|机电控制元件|现场与测试总线（至少选二门）|控制工程基础|图像采集及处理|精密机械与仪器设计|精密光电测量技术|选修课选修课教育模块|现代教育技术|教育科研方法|教育测量与评价|德育与班主任|经济管理概论|人力资源管理|市场营销|财务会计|经济法基础|必修必修：军训|金工实习|计算机绘图训练|电子技术课程设计|仪器仪表技能训练|工艺实习仪器|仪表技能训练专业综合设计|毕业设计学科教学法(含微格教学)|教育实习|毕业实习（1）电路原理具有很强的数学特点，电路模型的建立与分析，除了常规的微积分等计算外，还要用到线性代数、图论、集合论等，但大家若把它作为数学来学习，那大为不妙！因为这里

15、的数学概念是与专业物理概念紧密结合在一起的； 本课程与普通物理有着密切的联系，许多概念直接来自物理学中的电磁学和波动力学，其它概念的建立也以此为基础，但本课程的专业特色要比普通物理更鲜明、直接，概念也更多、更具体； 本课程作为第一门专业基础课，与专业课和有些专业基础课相比，其基础性更强。|主要内容包括：直流电路、含有运算放大器电路、正弦交流稳态电路、非正弦交流电路、三相电路、暂态电路、二端口网络、非线性电路、分布参数电路等。通过本课程的学习，学生可以掌握后续课程所必须的电路的基本理论知识、基本分析方法和初步的实验技能，培养学生分析、解决和处理电路问题的能力，为后续课程的学习打下坚实的电路理论基

16、础。|基尔霍夫电流定律、基尔霍夫电压定律|戴维南定理、诺顿定理|三要素法|三相电源的Y接和接|线电压(电流)与相电压（电流）|傅里叶级数|拉普拉斯变换|二端口网络 电子技术的基本任务可称之电子技术的基本任务可称之为为“信号的产生、信号的传输、信号的产生、信号的传输、信号的处理信号的处理”，任务的完成取，任务的完成取决于决于对电子器件、电子电路、对电子器件、电子电路、电子系统的性能的研究电子系统的性能的研究。 按照功能和构成原理的不同，按照功能和构成原理的不同，电子电路可分为电子电路可分为模拟电路模拟电路和和数数字电路字电路两大类两大类。 1.1.1 模拟量与数字量模拟量：时间和数值连续的物理量

17、。 时间的连续函数数字量：时间和幅度都是离散的。tutu 本课程着重讨论模拟电路的基本课程着重讨论模拟电路的基本概念、基本原理、基本分析方法本概念、基本原理、基本分析方法及基本应用。及基本应用。 主要内容主要内容:(1):(1)简要地介绍信号简要地介绍信号与电子系统的基本概念，与电子系统的基本概念，(2)(2)讨论讨论模拟电路的基本单元电路模拟电路的基本单元电路放大放大器（模型）及其性能。器（模型）及其性能。 基本要求基本要求: :(1)(1)了解电子系统的了解电子系统的基本概念及组成基本概念及组成(2)(2)了解信号的分了解信号的分类方法及放大电路的分类类方法及放大电路的分类(3)(3)熟悉

18、熟悉放大电路的主要性能指标。放大电路的主要性能指标。第一章第一章 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路第二章第二章 半导体三极管及放大电路半导体三极管及放大电路第三章第三章 场效应管放大电路场效应管放大电路第四章第四章 功率放大电路功率放大电路第五章第五章 集成运算放大电路集成运算放大电路第六章第六章 反馈放大电路反馈放大电路第七章第七章 信号的运算与处理电路信号的运算与处理电路第八章第八章 信号产生电路信号产生电路第九章第九章 直流稳压电源直流稳压电源 一、数字逻辑电路数字信号 数字量：在时间和幅度上不连续变化的物理量。数字信号：表示数字量的信号例：|灯的开关2种取值 |人的性别

19、2种取值|学生的籍贯32种取值 |学生的民族56种取值|东西南北方位4种取值|产品的计数N个种取值（1）工作信号是二进制的数字信号，在时间）工作信号是二进制的数字信号，在时间上和数值上是离散的（不连续），反映在上和数值上是离散的（不连续），反映在电路上就是低电平和高电平两种状态（即电路上就是低电平和高电平两种状态（即0和和1两个逻辑值）。两个逻辑值）。（2）在数字电路中，研究的主要问题是电路）在数字电路中，研究的主要问题是电路的逻辑功能，即输入信号的状态和输出信的逻辑功能，即输入信号的状态和输出信号的状态之间的关系。号的状态之间的关系。 （3）对组成数字电路的元器件的精度要求不）对组成数字电路

20、的元器件的精度要求不高，只要在工作时能够可靠地区分高，只要在工作时能够可靠地区分0和和1两两种状态即可。种状态即可。1、数字电路的特点、数字电路的特点第一章第一章 逻辑代数基础逻辑代数基础第二章第二章 门电路门电路第三章第三章 组合逻辑电路组合逻辑电路第四章第四章 触发器触发器第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路第六章第六章 脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形第七章第七章 半导体存储器半导体存储器第八章第八章 可编程逻辑器件可编程逻辑器件C P L DCOMPLEX PROGRAMMABLE LOGIC DEVICEPLDCPLDFPGAFLIED PROGRAMMABLE GATE

21、ARRAY现场现场可编程可编程门门阵列阵列DEVICE: 集成电路（集成电路（IC）ASIC :Application Specific IC产产 生：生：地址地址内容内容A1A0D3D2D1D00 00 01 0 1 01 0 1 00 10 10 1 0 00 1 0 01 01 01 1 0 11 1 0 11 11 11 0 1 11 0 1 1存储器存储器0101010133),(AAAAAAAAFD01010122),(AAAAAAFD01010111),(AAAAAAFD01010100),(AAAAAAFD发展：发展：1. PROM1. PROM、EPROM EPROM 、EE

22、PROMEEPROM 2. 2. 专业的专业的PLDPLD芯片：芯片：PAL(PAL(可编程阵列逻辑可编程阵列逻辑) )和和 GAL(GAL(通用阵列逻辑通用阵列逻辑) )。 3. 3. 复杂的复杂的PLDPLD芯片：芯片：CPLDCPLD和和FPGAFPGA。 CPLDFPGA：ALTERA公司公司：XILINEX公司公司；乘积项技术；乘积项技术；查找表技术；查找表技术；基于；基于Flash rom或或EEPROM；基于；基于SRAM掉电后程序丢失！掉电后程序丢失！厂家：厂家：Lattice的的ISPISP技术技术Lattice的世界第一个模拟的世界第一个模拟PLDPLD器件器件莱迪思的可编

23、程模拟集成电路：莱迪思的可编程模拟集成电路：ispPAC 器件器件 ALTERA公司的公司的开发工具开发工具 ：Altera公司推出的的第三代公司推出的的第三代PLD开发系统开发系统 MAX+PLUSII QuartusII 新一代新一代FPGA/PLD开发软件，适合新器开发软件，适合新器件和大规模件和大规模FPGA的开发，将逐步取代的开发，将逐步取代MaxplusII。 常见英文缩写解释：常见英文缩写解释：ASIC: Application Specific Integrated Circuit. 专用专用ICEDA: Electronic Design Automation. 电子设计自动

24、化电子设计自动化PAL: Programmable Array Logic. 可编程阵列逻辑可编程阵列逻辑GAL: Generic Array Logic. 通用阵列逻辑通用阵列逻辑CPLD:Complex Programmable Logic Device. 复杂可编程逻辑器复杂可编程逻辑器件件FPGA:Field Programmable Gate Array. 现场可编程门阵列现场可编程门阵列SOC: System On a Chip. 片上系统片上系统HDL: Hardware Description Language. 硬件描述语言硬件描述语言VHDL:Very high speed

25、 integrated circuit Hardware Description Language. 超高速集成电路硬件描述语言超高速集成电路硬件描述语言微机原理及接口技术微机原理及接口技术是计算机应是计算机应用及其相关专业本科的专业基础课。用及其相关专业本科的专业基础课。它以它以计算机概论计算机概论、计算机原计算机原理理、电路分析电路分析、电子技术电子技术等课程为先修课程，与等课程为先修课程，与汇编语言汇编语言程序设计程序设计、微机接口实验微机接口实验相相互配合，形成完整的教学和实践体互配合，形成完整的教学和实践体系，是一门具有重要地位的主干课系，是一门具有重要地位的主干课程。掌握微型计算机

26、原理及接口技程。掌握微型计算机原理及接口技术，可为今后单片机、术，可为今后单片机、DSP原理、原理、检测、控制等后续课程学习以及开检测、控制等后续课程学习以及开发应用打下基础。发应用打下基础。 微型计算机的基础知识微型计算机的基础知识微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成微型计算机的工作原理微型计算机的工作原理微型计算机的特点、应用及微型计算机的特点、应用及发展发展计算机运算基础计算机运算基础|计算机的计算机的产生产生与与发展发展|电子计算机，它是一种能够自动、高速、精确地完成各种信息的存储、处理和控制功能的电子器件。|电子计算机的产生z社会需求z电子器件|计算机的计算机的产生产生与与发展发

27、展|电子计算机的几个阶段z电子计算机和电子器件相互影响、相互促进电子器件的发展 电子管-晶体管-集成电路-大规模集成电路电子计算机的发展 电子管计算机-晶体管计算机-集成电路计算机 -大规模集成电路计算机-人工智能计算机|计算机的计算机的产生产生与与发展发展|微型计算机的发展z第一代第一代(19711974(19711974年年) )主要是主要是4 4位和低档位和低档8 8位微型机。（位微型机。（40044004）z第二代第二代(1974-1978(1974-1978年年) )主要是中高档主要是中高档8 8位微位微型机。（型机。（80808080、80858085、Z80Z80）z第三代第三代

28、(1978-1981(1978-1981年年) )主要为主要为1616位微型机位微型机（80868086）z第四代第四代(1981-1993(1981-1993年年) )主要为主要为3232位高档微位高档微型机。（型机。（8038680386、8048680486）z第五代第五代(1993(1993年至今年至今) )主要为主要为6464位高档微位高档微机。（机。（PentiumPentium、 PentiumPentium）微处理器与系统结构微处理器与系统结构|微处理器的发展微处理器的发展|微处理器的基本结构微处理器的基本结构|Intel 8086微处理器微处理器|80386微处理器微处理器|

29、80486微处理器微处理器|Pentium 处理器处理器|指令系统指令系统|数据传送指令数据传送指令|数据加工类指令：数据加工类指令：l 算术指令：、算术指令：、 、 、增量、增量、减量减量l 逻辑指令：逻辑指令：AND、OR、NOT、XOR、移位、循环移位、循环l 串处理指令：数据块的传送、比较、串处理指令：数据块的传送、比较、搜索搜索|控制转移指令：程序的转移、子程控制转移指令：程序的转移、子程序的调用、返回序的调用、返回|CPU控制指令：标志的处理、控制指令：标志的处理、CPU的状态控制的状态控制|其它指令：如高速缓存处理指令等其它指令：如高速缓存处理指令等汇编语言及其程序设计汇编语言及

30、其程序设计汇编语言的特点汇编语言的特点格式格式编辑环境编辑环境基本程序设计：基本程序设计： 顺序结构，分支结构，循环顺序结构，分支结构，循环结结 构，子程序结构构，子程序结构|半导体存储器半导体存储器|存储器接口技术存储器接口技术z 存储器接口中应考虑的问题存储器接口中应考虑的问题z 存储器地址译码方法存储器地址译码方法|主存储器接口主存储器接口z EPROM与与CPU的接口（以的接口（以Intel 2716为例）为例）z SRAM与与CPU的接口（以的接口（以Intel 2114为例）为例）z DRAM与与CPU的接口（以的接口（以Intel 2164为例）为例）|高速缓冲存储器接口高速缓冲

31、存储器接口|虚拟存储器虚拟存储器|总线技术总线技术总线与接口总线与接口总线的分类、特点总线的分类、特点系统总线：系统总线：ISA PCI串行总线：串行总线：USB|I/OI/O接口与中断技术接口与中断技术I/OI/O接口接口中断的基本原理中断的基本原理80868086中断系统中断系统82598259中断控制器中断控制器|接口技术接口技术计时器计时器并行接口并行接口串行接口串行接口DMAD/A 与与A/D主要介绍微型计算机应用形态、单片机的特点及应用领域、单片机应用系统开发方式。1.1 电子计算机的发展概述电子计算机的发展概述1.2 单片机的发展过程及产品近单片机的发展过程及产品近况况1.3 单

32、片机的特点及应用领域单片机的特点及应用领域1.4 单片机应用系统开发简介单片机应用系统开发简介1.1.1 1.1.1 电子计算机的问世及其电子计算机的问世及其经典结构经典结构|1946年年2月月15日，第一台电日，第一台电子数字计算机子数字计算机ENIAC问世，问世，这标志着计算这标志着计算机时代的到来。机时代的到来。（CALCULATOR）| ENIAC是电子管计算机，时钟频是电子管计算机，时钟频率仅有率仅有100 KHz，但能在，但能在1秒钟的秒钟的时间内完成时间内完成5000次加法运算。次加法运算。| 与现代的计算机相比，有许多不与现代的计算机相比，有许多不足，但足，但它的问世它的问世开

33、创了计算机科学开创了计算机科学技术的新纪元，技术的新纪元，对人类的生产和生对人类的生产和生活方式产生了巨大的影响活方式产生了巨大的影响 。| 匈牙利籍数学家匈牙利籍数学家冯冯诺依曼诺依曼在方案的设计上做出了重在方案的设计上做出了重要的贡献。要的贡献。1946年年6月，他月，他又提出了又提出了“程序存储程序存储”和和“二进制运算二进制运算”的思想，的思想，进一步构建了进一步构建了计算机由运计算机由运算器、控制器、存储器、算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成输入设备和输出设备组成这一计算机的经典结构。这一计算机的经典结构。1.1 1.1 单片机的概念单片机的概念控制器控制器运算器运算器存储

34、器存储器输入输入/输出设备输出设备CPU单片机单片机电子管电子管晶体管晶体管集成电路集成电路大规模、超大大规模、超大规模集成电路规模集成电路甚大规模集成甚大规模集成电路电路发展方向：发展方向： 1.1.高速度、大容量、高性能高速度、大容量、高性能2.2.体积小、价格廉、稳定可靠体积小、价格廉、稳定可靠1.1 1.1 单片机的概念单片机的概念1.1.1 1.1.1 单片机的名称单片机的名称一片芯片相当于一个计算机系统一片芯片相当于一个计算机系统单片机单片机Single Chip MicroComputer微控制器微控制器Micro Control Unit国内通称国内通称国际通称国际通称嵌入式嵌

35、入式微控制器微控制器Embed1.1 1.1 单片机的概念单片机的概念1.1.1 1.1.1 单片机的名称单片机的名称1.1.2 1.1.2 通用单片机和专用单片机通用单片机和专用单片机ASIC1.1.3 1.1.3 单片机和单片机系统单片机和单片机系统（1）单片机：芯片本身）单片机：芯片本身（2）单片机系统：以单片机为中心组成的一定功能的）单片机系统：以单片机为中心组成的一定功能的 计算机系统。计算机系统。1.1.5 1.1.5 单片机的程序设计语言和软件单片机的程序设计语言和软件（1）单片机的程序设计语言：）单片机的程序设计语言：机器语言、机器语言、汇编语言、汇编语言、C语言语言（2）单片

36、机的软件）单片机的软件：编程软件、编程软件、仿真软件、仿真软件、编译软件、编译软件、写入软件、写入软件、监控软件。监控软件。1.1.4 1.1.4 单片机的应用系统和开发系统单片机的应用系统和开发系统（1）应用系统）应用系统（2）开发系统：仿真器）开发系统：仿真器1.1 1.1 单片机的概念单片机的概念1.2 1.2 单片机的发展单片机的发展1.2.1 1.2.1 单片机的发展概述单片机的发展概述1946 1946 第一台计算机诞生第一台计算机诞生1971 1971 第一个微处理器诞生第一个微处理器诞生1976 1976 MCS-48(8MCS-48(8位位) )1980 1980 MCS-5

37、1(8MCS-51(8位位) )8080年代末年代末 Motorola 680X Motorola 680X Zilog Z-8Zilog Z-8 Rockwell 650X Rockwell 650X1983 1983 MCS-96(16MCS-96(16位位) )当前：当前：(1) MCS-51MCS-51、MCS-96MCS-96系列发展。系列发展。(2) PIC (Microchip公司公司)(6) DSP(3) ARM(5) AVR(4) 凌阳单片机凌阳单片机二、微型计算机的应用形态二、微型计算机的应用形态从应用形态上，微型计算机可以分成三种：从应用形态上，微型计算机可以分成三种：（

38、1 1）多板机（系统机）多板机（系统机） 将将CPU、存储器、存储器、I/O接口电路和总线接口接口电路和总线接口等组装在一块主机板（即微机主板）上，等组装在一块主机板（即微机主板）上，再通过系统总线和其它多块外设适配板再通过系统总线和其它多块外设适配板卡连接键盘、显示器、打印机、软卡连接键盘、显示器、打印机、软/硬盘硬盘驱动器及光驱等设备。各种适配板卡插驱动器及光驱等设备。各种适配板卡插在主机板的扩展槽上并与电源、软在主机板的扩展槽上并与电源、软/硬盘硬盘驱动器及光驱等装在同一机箱内，再配驱动器及光驱等装在同一机箱内，再配上系统软件，就构成了一台完整的微型上系统软件，就构成了一台完整的微型计算

39、机系统（简称系统机）。计算机系统（简称系统机）。工业工业PC机机 也属于多板机。也属于多板机。（2 2） 单板机单板机将将CPU芯片、芯片、存储器存储器芯片、芯片、I/O接口接口芯片和简单的芯片和简单的I/O设备设备（小（小键盘、键盘、LED显示器）等装配在显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上一块印刷电路板上，再配上监监控程序控程序（固化在（固化在ROM中），就中），就构成了一台单板微型计算机构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。（简称单板机）。单板机的单板机的I/O设备简单，设备简单，软件资源少，使用不方软件资源少，使用不方便。早期主要用于微型便。早期主要用于微型计算机原理的计算机原理

40、的教学教学及及简简单的测控系统单的测控系统，现在已，现在已很少使用。很少使用。单片机单片机在一片集成电路芯片上集成微处在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、理器、存储器、I/O接口电路，接口电路，从而构成了从而构成了单芯片微型计算机，单芯片微型计算机，即单片机即单片机。三种应用形态的比较三种应用形态的比较 ：系统机（多板机）系统机（多板机）单板机单板机单片机单片机u可编程控制器的英文名称是可编程控制器的英文名称是Programmable Controller，早期简称，早期简称PC，后来为了与个人，后来为了与个人计算机（计算机（PC）区分，在行业中多称之为）区分，在行业中多称之为Progr

41、ammable Logic Controller，即可编程，即可编程逻辑控制器，简称逻辑控制器，简称PLC，而这种称呼又与可，而这种称呼又与可编程控制器的起源和它本身的特点有关。编程控制器的起源和它本身的特点有关。 返回返回u美国数字设备公司（美国数字设备公司（DEC）根据提出）根据提出10项指标，项指标，于于1969年研制出第一台控制器，型号为年研制出第一台控制器，型号为PDP-14，它的开创性意义在于引入了程序控制功能，为计它的开创性意义在于引入了程序控制功能，为计算机技术在工业控制领域的应用开辟了空间。算机技术在工业控制领域的应用开辟了空间。 u至上世纪至上世纪70年代，年代，PLC技术

42、已经进入成熟期。推技术已经进入成熟期。推动动PLC技术发展的动力主要来自于两个方面：其技术发展的动力主要来自于两个方面：其一是企业对高性能、高可靠性自动控制系统的客一是企业对高性能、高可靠性自动控制系统的客观需要和追求；其次，大规模及超大规模集成电观需要和追求；其次，大规模及超大规模集成电路技术的飞速发展，微处理器性能的不断提高，路技术的飞速发展，微处理器性能的不断提高，为为PLC技术的发展奠定了基础并开拓了空间技术的发展奠定了基础并开拓了空间 。 返回返回u可编程控制器的产生是基于工业控制的需要，是可编程控制器的产生是基于工业控制的需要，是面向工业控制领域的专用设备，它具有以下特点：面向工业

43、控制领域的专用设备，它具有以下特点： CPU为可靠性高，抗干扰能力强；为可靠性高，抗干扰能力强；灵活性强，控制系统具有良好的柔性；灵活性强，控制系统具有良好的柔性；编程简单，使用方便；编程简单，使用方便；控制系统易于实现，开发工作量少，周期短；控制系统易于实现，开发工作量少，周期短；维修方便；维修方便；体积小，能耗低；体积小，能耗低；功能强，性能价格比高功能强，性能价格比高 。 uPLCPLC的基本组成部件如下图所示：的基本组成部件如下图所示：返回返回u中央处理单元是中央处理单元是PLC的核心部件，负责完成逻辑的核心部件，负责完成逻辑运算、数字运算以及协调系统内各部分的工作。运算、数字运算以及

44、协调系统内各部分的工作。它在系统程序的管理下运行，主要功能有它在系统程序的管理下运行，主要功能有 ： 接受并存储由编程器键入的用户程序和数据；接受并存储由编程器键入的用户程序和数据；诊断电源故障以及用户程序的语法错误；诊断电源故障以及用户程序的语法错误；读取输入状态和数据并存储到相应的存储区；读取输入状态和数据并存储到相应的存储区；读取用户程序指令，解释执行用户程序，完成读取用户程序指令，解释执行用户程序，完成逻辑运算、数字运算、数据传递等任务，刷新逻辑运算、数字运算、数据传递等任务，刷新输出映像，将输出映像内容送至输出单元。输出映像，将输出映像内容送至输出单元。 返回返回uPLC的存储器单元

45、分成两个部分：的存储器单元分成两个部分： 系统程序存储器；用于存放系统程序存储器；用于存放PLCPLC生产厂家编写生产厂家编写的系统程序，系统程序在出厂时已经被固化在的系统程序，系统程序在出厂时已经被固化在PROMPROM或或EPROMEPROM中。中。 用户程序存储器。可分为程序存储区和数据存用户程序存储器。可分为程序存储区和数据存储区，程序存储器用于存放用户编写的控制程储区，程序存储器用于存放用户编写的控制程序，数据存储区存放的是程序执行过程中所需序，数据存储区存放的是程序执行过程中所需要的或者所产生的中间数据。要的或者所产生的中间数据。 u电源单元将外界提供的电源转换成电源单元将外界提供

46、的电源转换成PLC的工作电的工作电源后，提供给源后，提供给PLC。有些电源单元也可以作为负。有些电源单元也可以作为负载电源，通过载电源，通过PLC的的I/O接口向负载提供直流接口向负载提供直流24V电源。电源。 u电源单元还提供掉电保护电路和后备电池电源，电源单元还提供掉电保护电路和后备电池电源，以维持部分以维持部分RAM存储器的内容在外界电源断电后存储器的内容在外界电源断电后不会丢失。在面板上通常有发光二极管（不会丢失。在面板上通常有发光二极管（LCD）指示电源的工作状态，便于判断电源工作是否正指示电源的工作状态，便于判断电源工作是否正常。常。 uPLC的输入、输出单元也叫的输入、输出单元也

47、叫I/O单元，对于模块式单元，对于模块式的的PLC来说，来说，I/O单元以模块形式出现，所以又称单元以模块形式出现，所以又称为为I/O模块。模块。 I/O单元是单元是PLC与工业现场的接口，与工业现场的接口，现场信号与现场信号与PLC之间的联系通过之间的联系通过I/O单元实现。单元实现。 u工业现场的输入和输出信号包括数字量和模拟量工业现场的输入和输出信号包括数字量和模拟量两类，因此两类，因此I/O单元也有数字单元也有数字I/O和模拟和模拟I/O两种，两种，前者又称为前者又称为DI/DO，后者又称为，后者又称为AI/AO。PLC的的输入、输出单元还应包括一些功能模块，所谓功输入、输出单元还应包

48、括一些功能模块，所谓功能模块就是一些智能化了的输入和输出模块。能模块就是一些智能化了的输入和输出模块。 u接口单元包括扩展接口、通信接口、编程器接口接口单元包括扩展接口、通信接口、编程器接口和存储器接口及其它外部设备接口等。和存储器接口及其它外部设备接口等。 uPLC的的I/O单元也属于接口单元的范畴，它完成单元也属于接口单元的范畴，它完成PLC与工业现场之间电信号的往来联系。除此之与工业现场之间电信号的往来联系。除此之外，外，PLC与其它外界设备和信号的联系都需要相与其它外界设备和信号的联系都需要相应的接口单元应的接口单元 。 uPLC的外部设备种类很多，可以概括为以下四类：的外部设备种类很

49、多，可以概括为以下四类：编程设备；除了用于编程，还可对系统作一些编程设备；除了用于编程，还可对系统作一些设定，以确定设定，以确定PLCPLC的工作方式。的工作方式。 监控设备；将现场数据动态实时显示出来，以监控设备；将现场数据动态实时显示出来，以便操作人员随时掌握系统运行的情况。便操作人员随时掌握系统运行的情况。 存储设备；用于保存用户数据，避免程序丢失。存储设备；用于保存用户数据，避免程序丢失。 输入输出设备。用于接受信号和输出信号的专输入输出设备。用于接受信号和输出信号的专用设备用设备。 返回返回 |参考书籍参考书籍|是自动化技术的重要组成部分。|是机械、电子、计算机有机结合的中间环节。|

50、专业基础课程电工学、电子技术、光学等。一、传感器的作用一、传感器的作用 人们为了从外界获取信息，必须借助于感人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官，而单靠人们自身的感觉器官，在研究觉器官，而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律及生产活动中它们的功能远远自然现象和规律及生产活动中它们的功能远远不够。为适应这种情况，传感器就应运而生了。不够。为适应这种情况，传感器就应运而生了。因此可以说，传感器是人类五官的延长，因此可以说，传感器是人类五官的延长， 又又称为电五官。称为电五官。 新技术革命的到来，世界开始进入信息时新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的