热水锅炉温度控制系统

单片机即单片微型计算机，是把中央处理器、存储器、定时/计数器、输入输出接口都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。与应用在个人电脑中的通用型微处理器相比，它更强调自供应（不用外接硬件）和节约成本。它的最大优点是体积小，可放在仪表内部，但存储量小，输入输出接口简单，功能较低。由于其发展非常迅速，旧的单片机的定义已不能满足，所以在很多应用场合被称为范围更广的微控制器，但是目前在中国大陆仍多沿用“单片机”的称呼。

绝大多数现在的单片机都是基于冯·诺伊曼结构的，这种结构清楚地定义了嵌入式系统所必需的四个基本部分：一个中央处理器核心，程序存储器（只读存储器或者闪存）、数据存储器（随机存储器），一个或者更多的定时/计时器，还有用来与外围设备以及扩展资源进行通信的输入/输出端口——所有这些都被集成在单个集成电路芯片上。说单片机与通用型中央处理单元芯片不同是因为前者一般很容易配合最小型的外部支持芯片制成工作计算机。这样就可以很容易的把单片机系统植入装置内部来控制装置了。近年来为了在指令和数据上使用不同的字宽，并提高处理器流水线速度，哈佛结构在微控制器和DSP也逐渐得到了广泛的应用。

传统的微处理器是不允许这么做的。它要完成单片机的工作，就必须连接一些其他芯片。比如说，片上没有数据存储器，就必须要添加一些RAM的存储芯片，虽然所添加存储器的容量很灵活，但是至少还是要添加，另外还需要添加很多连线来传递芯片之间的数据。 比如，一个典型的微控制器只需要一个时钟发生器和很少的RAM和ROM(或者EPROM, E2PROM)就可以在软件和晶振下工作了。同时，微控制器具有丰富的输入输出设备，像是模拟数字转换(ADC)，定时器，串口或者其他串行通讯接口(比如I2C，串行外围接口(SPI),控制器局域网)。通常，这些继承在内部的设备可以通过特殊的指令来操作。

一些现代的微控制器支持一些内建的高级编程语言，比如BASIC语言。

一个微控制器（也叫MCU）是一个微型计算芯片。它包含一个处理器、一个内存（有少量的RAM，程序存储器，或两者兼而有之）和一个可编程输入/输出外设。

它强调高度集成，而相比之下，一个微处理器只包含一个CPU （比如一台PC ）。除了通常的算术和逻辑要素等一般用途的微处理器，微控制器还集成了更多的要素，如读写存储器的数据存储，只读存储器的存储程序，快闪记忆体的永久数据存储，外设，和输入/输出接口。在时钟频率只有32Mhz的情况下 ，微操作系统往往以非常低的速度相运行，但是这足够典型的应用。他们消耗较少的功率（毫瓦或什微），且具有保持功能，同时可以等待一个事件，如一个按钮的按下或中断。在睡眠状态时，CPU时钟和外设禁用，从而使它们适合用于低功耗和长期持久的电池应用。

微控制器广泛应用于自动控制产品和设备，如汽车发动机控制系统、远程控制系统、办公室机器设备系统、家用电器、电动工具、和玩具等。通过降低尺寸，成本和能耗，设计使用单独的微处理器，内存和输入/输出设备，能够使微控制器控制更多的进程，更经济。

目前，大多数的计算机系统被嵌入在其他设备中使用，如汽车，电话以及很多需要外设的计算机系统。这些嵌入其他设备的计算机系统被称为嵌入式系统。有些嵌入式系统是非常复杂的，很多能够达到人们的要求，但由于内存和程序长度的限制，软件的复杂性降低。典型的输入和输出设备包括交换机、继电器、螺线管、发光二极管、小形或定制的液晶显示器、数码显示器等。射频设备和传感器等嵌入式系统通常没有键盘、屏幕、硬盘、打印机或其他公认的I / O设备，并可能缺乏人机互动装置的任何一种。

某些强制性的微控制器能够提供实时应对突发事件的嵌入式系统并控制它们。当某些事件发生时，中断系统能够让信号处理器暂停处理当前的指令序列，并开始了中断服务。当中断服务结束之后，再返回原来的指令序列，这就是我们通常所说的单片机的中断系统。中断源的设备依赖通常有很多种，如内部定时器溢、完成了模拟向数字转换、逻辑水平变化的一种投入、一个按钮被按下和收到了数据的通信联系等。凡是许多重要的中断源发出中断申请，都必须中断，如电池供电的设备停止运行后，微控制器在低功耗睡眠状态下的处理器必须停止，直到做一些外围的活动才重新开始返回当前指令序列。

单片机程序必须符合现有的芯片程序存储器的要求，因为这将是代价高昂的系统提供了与外部设备之间可以扩展的存储器。编译器和汇编语言是用来打开高级语言程序到一个紧凑机器代码存储在微控制器的存储过程。根据不同的设备，程式记忆体可能是永久性的，而唯读存储器，只能进行编程。在工厂，可以生产可擦除式只读存储器。

由于嵌入式处理器通常是用来控制设备的，他们有时需要接受输入设备的数据输入，但由于处理器内置处理数数据只有1和0，所以它们将无法直接处理任何模拟信号。因此，要先使需要处理的数据通过模拟向数字转换的过程，才能使传入的数据转化为处理器可以识别的形式。还有一种转换器叫做数模转换器，他能够使数字信号转换为模拟信号并将数据发送到需要CPU控制的设备上，以达到控制的目的。

此外，许多嵌入式微处理器包括各种兼职的转换器。最常见的一种类型的转换器是可编程间隔定时转换器。工作过程为一个倒计时刚到达零，它就会对处理器发出一个中断的指令。这表明它已经完成转换，并需要对所控制的设备发出指令，使其作出某些动作。这是非常有用的设备，如恒温系统，需要定期测试他们周围的温度，看看他们是否需要打开空调或者加热器等。

可编程控制器

1、前言

可编程序的逻辑控制器（PLC），是由Richard E.Morley 于1968年发明的，如今已经被广泛的应用于生产、运输、化学等工业中。当时的PLC以软式—连线逻辑或所谓的继电器梯形逻辑（RLL）代替HARDWIRED逻辑，程序的语言看起来象HARDWIRED逻辑，因此构造时间从6个月降到了6天。[Moody and Mrorley,1999]

虽然现在的PC控制已经开始得到应用，但由于PLC的高性能高效率和低价位以及高可靠性，使它仍然广泛应用于大多数工业控制中。而且，根据Richard E.Morley对PLC市场的一项研究[1995]，一个每年1500万件PLC硬件营业额超过80亿美圆预言被证实，虽然计算机硬件的价格正稳定的下降。PLC的发明者，Richard E.Morley，认为PLC目前还有50亿的市场。

虽然PLC被广泛的应用于工业生产中，但是基于PLC控制系统的的程序设计仍然非常依赖反复试验。PLC软件设计和软件工程一样面临着软件危机。Morley较多的强调了这个反面。“如果房子像软件项目一样建造，那么一只啄木鸟就能破坏整个文明”。

尤其，在PLC程序设计过程中的实际问题是消除软件错误并且降低旧的梯形逻辑程序的维修费。虽然PLC的硬件成本正在连续下降，降低梯形逻辑的扫描时间仍然是工业应用中面临的一个问题，以便低成本的PLC能被使用。

通常，在生产PLC的生产力远远比其他领域低，例如，VLSI设计，有高效率的计算机辅助设计工具。现有的软件工程方法学对基于PLC的软件设计不一定适用，因为PLC语言需要同时考虑硬件和软件。所以现在的软件工程方法学对建立PLC的软件设计不是必然可用的。在许多工业设计应用中，超过50%的人力被预定为测试和检查PLC程序错误。

另外，当今的基于PLC的控制系统没有被正确的用于支持日益增多的对制造系统的灵活性和重新配置的需求。另外，一个更进一步的问题：推进系统化的设计方法学，需要大规模的逐渐增加的软件复杂性。

PLCS（可编程逻辑控制器）是用于各种自动控制系统和过程的可控网络集线器。它们包含多个输入输出，输入输出是用晶体管和其它电路，模拟开关和继电器来控制设备的。PLCS用软件接口，标准计算器接口，专门的语言和网络设备编程。

可编程逻辑控制器I/O通道规格包括所有的输入触点和输出触点，扩展能力和最大数量的通道。触点数量是输入点和输出点的总和。PLCS可以指定这些值的任何可能的组合。扩展单元可以被堆栈或互相连接来增加总的控制能力。最大数量的通道是在一个扩展系统中输入和输出通道的最大总数量。PLC系统规则包括扫描时间，指令数量，数据存储和程序存储。扫描时间是 PLC需要的用来检测输入输出模块的时间。指令是用于PLC软件（例如数学运算）的标准操作。数据存储是存储数据的能力。程序存储是控制软件的能力。

用于可编程逻辑控制器的输入设备包括DC，AC，中间继电器，热电偶，RTD，频率或脉冲，晶体管和中断信号输入；输出设备包括DC，AC，继电器，中间继电器，频率或脉冲，晶体管，三端双向可控硅开关元件；PLC的编程设备包括控制面板，手柄和计算机。

可编程逻辑控制器用各种软件编程语言来控制。这些语言包括IEC61131-3，顺序执行表（SFC），动作方块图（FBD），梯形图（LD），结构文本（ST），指令序列（IL），继电器梯形图（RLL），流程图，C语言和Basic语言。IEC61131-3编程环境能支持五种语言，用国际标准加以规范，分别为SFC，FBD，LD，ST和IL。这便允许了多卖主兼容性和多种语言编程。SFC是一种图表语言，它提供了编程顺序的配合，就能支持顺序选择和并列选择，二者择其一即可。FBD用一种大的运行库，以图表形式建立了一些复杂的过程。标准数学和逻辑运行可以与用户交流和接口运行相结合。LD是适用于离散控制和互锁逻辑的图表语言。它在离散控制上与FBD是完全兼容的。ST是一种文本语言，用于复杂的数学过程和计算，不太适用于图表语言。IL是与组合编码相似的低级语言。它用在相对比较简单的逻辑指令。继电器梯形图或梯形图是适用于可编程逻辑控制器的重要的编程语言。梯形图编程是设计成继电器逻辑程序的图表表示法。流程图是一种图表语言，用于在一个控制器或应用软件中描述顺序操作，它用于建立有标准组件的可循环使用的运行库。C语言是一种高级编程语言，适用于处理最复杂的计算，连续的数据采集任务。它典型地在PC机上运行调试。BASIC语言是用于处理数据的连续的数字采集和接口运行的高级语言。

可编程逻辑控制器也规范了许多计算机接口设备，网络规则和特色。PLC能源设备和运行环境也是非常重要的。

2、简述

PLC(可编程控制器）是为替代实现机床顺序控制所需要的继电器电路而发明的装置。可编程控制器工作把观它的输入，取决于它们的状态，打开/关闭它的输出。用户进入一个方案，常常通过软件或程序员，给出预期的结果。

可编程控制器被使用在许多'现实世界'应用。如果有工业存在，可编程控制器在当今的前景是一片光明。如果你参与过机，包，物料搬运，自动装配或无数其他的行业，你大概已使用它们。如果你不是，你可能在浪费金钱，时间。几乎任何需要电气控制类型的应用都需要用到可编程控制器。

例如，假设闭合某个开关使一继电器线圈接通5秒后断开，不考虑开关闭合的时间。我们能做到一个简单的定时器。但是要是程序需要10个开关，电磁阀?我们将需要10个定时器。要是过程又需计数多少次使开关个别地打开?我们需要许多外部的计数器。

正如你看到的一个大的过程控制，更许多的我们需要一个可编程控制器。我们可以简单地用可编程控制器计数它的输入，在指定的时间打开电磁阀。

我们要看一下什么是'顶端20'可编程控制器指令。可以保守的说，确定的理解这些指令一能解决超过80%存在的应用。

当然我们会学习不止这些指令来帮助你解决几乎所有潜在的可编程控制器应用。

可编程控制器主要地由一个中央处理器，记忆模块，接收输入/输出数据的线路组成。其实我们可以认为可编程控制器是一个成千上万的的继电器，计数器，存储仓库，这些计数器，计时器，等等。确实存在吗?没有，它们不是'物理上'的存在而是虚拟的，被视为软件计数器，计时器，等等。这些内部的继电器通过寄存器中的位置模拟。

它的各部分都有哪些功能呢？让我来告诉你。

1、输入存储器

这些与外面事物相连接。它们在物理意义上存在，从开关，传感器，等地方受到信号。通常它们不是中继站而是晶体管。

2、内部多功能存储器

这不是从外界获取信息也没有在物理意义上存在。它们是模拟继电器，是启用一个可编程控制器消除外部中继站。它们也是一些特别的继电器，被致力于执行只有一个任务。当一些始终关闭时一些始终打开。一些在运行中只有一次上电，通常用于初始化脉冲和计数。

3、计数器

它们也没有在物理意义上存在它们是模拟计数器，它们可以被编程计数脉冲。通常这些计数器能够计数，向下或都上上下下。从它们时候开始被模拟，它们被限制在它们的计数速度。一些生产厂家也有快速的计数器，是硬件的基础。我们认为这些作为物理上存在的。大多数时间这些计数器可以指示向下或向上或上上下下。

4、定时器

这些也不是物理上存在的。它们有很多种类和数目。最普通的是一个通电延时的类型。还有的包括断电延时，保持式延时和非保持式延时。增加变量从1毫秒到1秒。

5、输出存储器

它们与外界相连接。它们物理上存在并且向螺线形电导管输入或输出信号，光，等等。它们可以是晶体管，中继站，或双向晶闸管，这取决于模型的选择。

6、数据存储

通常情况下，有简单的数据存储存储分配给寄存器。它们常常使用作为临时存储数据操作。当PLC电源断开后，它也能存储数据。接通电源它们将仍保持断电之前的数据。这非常的方便和有必要！

可编程控制器是通过不断浏览一个程序工作的。我们可以认为这扫描环由三步组成，通常超过三步，但我们

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Electric boiler temperature system

A microcontroller (or MCU) is a computer-on-a-chip. It is a type of microprocessor emphasizing self-sufficiency and cost-effectiveness, in contrast to a general-purpose microprocessor (the kindused in a PC).

The majority of computer systems in use today are embedded in other machinery, such as telephones, clocks, appliances, vehicles, and infrastructure. An embedded system usually has minimal requirements for memory and program length and may require simple but unusual input/output systems. For example, most embedded systems lack keyboards, screens, disks, printers, or other recognizable I/O devices of a personal computer. They may control electric motors, relays or voltages, and read switches, variable resistors or other electronic devices. Often, the only I/O device readable by a human is a single light-emitting diode, and severe cost or power constraints can even eliminate that.

In contrast to general-purpose CPUs, microcontrollers do not have an address bus or a data bus, because they integrate all the RAM and non-volatile memory on the same chip as the CPU. Because they need fewer pins, the chip can be placed in a much smaller, cheaper package. Integrating the memory and other peripherals on a single chip and testing them as a unit increases the cost of that chip, but often results in decreased net cost of the embedded system as a whole. (Even if the cost of a CPU that has integrated peripherals is slightly more than the cost of a CPU external peripherals, having fewer chips typically allows a smaller and cheaper circuit board, and reduces the labor required to assemble and test the circuit board). This trend leads to design.

A microcontroller is a single integrated circuit, commonly with the following features: central processing unit - ranging from small and simple 4-bit processors to sophisticated 32- or 64-bit processors input/output interfaces such as serial ports (UARTs) other serial communications interfaces like Isup2;C, Serial Peripheral Interface and Controller Area Network for system interconnect peripherals such as timers and watchdog RAM for data storage ROM, EPROM, EEPROM or Flash memory for program storage clock generator - often an oscillator for a quartz timing crystal, resonator or RC circuit many include analog-to-digital converters .

This integration drastically reduces the number of chips and the amount of wiring and PCB space that would be needed to produce equivalent systems using separate chips and have proved to be highly popular in embedded systems since their introduction in the 1970s.

Some microcontrollers can afford to use a Harvard architecture: separate memory buses for instructions and data, allowing accesses to take place concurrently.

The decision of which peripheral to integrate is often difficult. The Microcontroller vendors often trade operating frequencies and system design flexibility against time-to-market requirements from their customers and overall lower system cost. Manufacturers have to balance the need to minimize the chip size against additional functionality.

Microcontroller architectures are available from many different vendors in so many varieties that each instruction set architecture could rightly belong to a category of their own. Chief among these are the 8051, Z80 and ARM derivatives.[citation needed]

A microcontroller (also MCU or micro;C) is a functional computer system-on-a-chip. It contains a processor core, memory, and programmable input/output peripherals.

Microcontrollers include an integrated CPU, memory (a small amount of RAM, program memory, or both) and peripherals capable of input and output.

It emphasizes high integration, in contrast to a microprocessor which only contains a CPU (the kind used in a PC). In addition to the usual arithmetic and logic elements of a general purpose microprocessor, the microcontroller integrates additional elements such as read-write memory for data storage,read-only memory for program storage, Flash memory for permanent data storage, peripherals, and input/output interfaces. At clock speeds of as little as 32KHz, microcontrollers often operate at very low speed compared to microprocessors, but this is adequate for typical applications. They consume relatively little power (milliwatts or even microwatts), and will generally have the ability to retain functionality while waiting for an event such as a button press or interrupt. Power consumption while sleeping (CPU clock and peripherals disabled) may be just nanowatts, making them ideal for low power and long lasting battery applications.

Microcontrollers are used in automatically controlled products and devices, such as automobile engine control systems, remote controls, office machines, appliances, power tools, and toys. By reducing the size, cost, and power consumption compared to a design using a separate microprocessor, memory, and input/output devices, microcontrollers make it economical to electronically control many more processes.

The majority of computer systems in use today are embedded in other machinery, such as automobiles, telephones, appliances, and peripherals for computer systems. These are called embedded systems. While some embedded systems are very sophisticated, many have minimal requirements for memory and program length, with no operating system, and low software complexity. Typical input and output devices include switches, relays, solenoids, LEDs, small or custom LCD displays, radio frequency devices, and sensors for data such as temperature, humidity, light level etc. Embedded systems usually have no keyboard, screen, disks, printers, or other recognizable I/O devices of a personal computer, and may lack human interaction devices of any kind.

It is mandatory that microcontrollers provide real time response to events in the embedded system they are con

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