可编程片上系统设计技术 PPT课件
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全套课件 可编程片上系统PSOC设计指南
Xilinx公司基于MicroBlaze软核和PowerPC硬核处理 器的片上可编程系统解决方案。这些可编程的片上系统 实现结构，充分利用IP的复用功能，一方面，大大缩短 了系统的开发时间；另一方面，同一平台能应用在很多 领域，提高了平台的资源复用率。
可编程片上系统PSoC概念 --PSoC的发展
微控制器基础 --数据和指令的处理
• 在PSoC1/3/5中，有不同的指令集，所有的程序最后 都要分解成这些预定义的指令集中的指令。如果对PSoC使 用C语言进行编程，C语言编译器将C语言分解成这些预定 义的指令。这些指令包含基本的逻辑和算术操作。这些指 令中还有一些更复杂的指令，比如加、减、乘和比较操 作。CPU内包含逻辑模块用来完成这些复杂的指令，而不 需要将这些复杂的指令分解为简单的指令。
• 这种结构同时还使设计人员可以优化系统吞吐量和开 发周期，提供前所未有的软件和硬件协同设计的灵活性， 这种灵活性主要体现在设计人员能够权衡软件和硬件设计 的实现方法。
这种协同性不同于传统的嵌入式系统的协同设计，虽 然以前也使用软件和硬件的协同设计，但是在实现级别上 基本上还是使用大量的分离的设计流程。比如，硬件设计 人员制定硬件设计规范，软件设计人员制定软件设计规 范。这样就导致对问题截然不同的理解，而且对设计团队 提出了很高的要求。
时提供了相应所需要的软件API函数，这样使得设计更容 易运行，以更快的速度完成，更加容易维护和便携。
可编程片上系统PSoC概念 --设计重用技术
• 当使用HDL语言开发IP核时，对其进行综合、仿 真、验证、编写测试平台、编写文档。
应该为IP核的使用者在IP核开发工具中提供相同的 工具，这个工具就是当用户在他的设计中例化所需要
可编程片上系统PSoC概念 --设计重用技术
可编程片上系统PSoC概念 --PSoC的发展
微控制器基础 --数据和指令的处理
• 在PSoC1/3/5中，有不同的指令集，所有的程序最后 都要分解成这些预定义的指令集中的指令。如果对PSoC使 用C语言进行编程，C语言编译器将C语言分解成这些预定 义的指令。这些指令包含基本的逻辑和算术操作。这些指 令中还有一些更复杂的指令，比如加、减、乘和比较操 作。CPU内包含逻辑模块用来完成这些复杂的指令，而不 需要将这些复杂的指令分解为简单的指令。
• 这种结构同时还使设计人员可以优化系统吞吐量和开 发周期，提供前所未有的软件和硬件协同设计的灵活性， 这种灵活性主要体现在设计人员能够权衡软件和硬件设计 的实现方法。
这种协同性不同于传统的嵌入式系统的协同设计，虽 然以前也使用软件和硬件的协同设计，但是在实现级别上 基本上还是使用大量的分离的设计流程。比如，硬件设计 人员制定硬件设计规范，软件设计人员制定软件设计规 范。这样就导致对问题截然不同的理解，而且对设计团队 提出了很高的要求。
时提供了相应所需要的软件API函数，这样使得设计更容 易运行，以更快的速度完成，更加容易维护和便携。
可编程片上系统PSoC概念 --设计重用技术
• 当使用HDL语言开发IP核时，对其进行综合、仿 真、验证、编写测试平台、编写文档。
应该为IP核的使用者在IP核开发工具中提供相同的 工具，这个工具就是当用户在他的设计中例化所需要
可编程片上系统PSoC概念 --设计重用技术
片上可编程系统设计_ppt_EXT
三模式10/100/1000 Mbps 以太 网 MACs
一、FPGA概述---新一代Virtex-6和Spartan6FPGA产品
一、FPGA概述---FPGA新结构
Virtex-4系列的FPGA采用了高级硅模组 (Advanced Silicon Modular Block,ASMBL)架构。ASMBL通过使用独 特的基于列的结构，实现了支持多专门领域应用平台的概 念。 每列代表一个具有专门功能 的硅子系统，如逻辑资源、存储 器、I/O、DSP、处理、硬IP和混 合信号等。 Xilinx公司通过组合不同功 能列，组装成面向特定应用类 别的专门领域FPGA（与专用不 同，专用是指一项单一应用）。
FPGA概述--FPGA原理（六输入查找表结构）
4/6输入LUT实现8:1多路复用器的原理
FPGA概述--FPGA原理（六输入查找表结构）
新一代的FPGA 提供了真正的 6-LUT，可以将它用 作逻辑或者分布式存储器，这时 LUT是一个64 位的分 布式 RAM （甚至双端口或者四端口）或者一个32 位可 编程移位寄存器。 每个 LUT 具有两个输出，从而实现了五个变量的两 个逻辑函数，存储32 x 2 RAM 比特，或者作为16 x 2-bit 的移位寄存器进行工作。
FPGA概述--FPGA原理（查找表技术）
查找表（Look-Up-Table）简称为LUT，LUT本质上 就是一个RAM。 目前FPGA中多使用4输入的LUT，所以每一个LUT 可以看成一个有4位地址线的 的RAM。 当用户通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑电路 以后，PLD/FPGA开发软件会自动计算逻辑电路的所有 可能结果，并把真值表（即结果）事先写入RAM，这样 ，每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进 行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。
可编程控制器应用系统设计讲义(ppt 15页)
电气控制与PLC (7)
第7章 可编程控制器应用系统设计
7.1 可编程控制器应用系统设计 本节介绍可编程控制器应用系统设计的原
则、方法和步骤 。 7.1.1 PLC应用系统设计的内容 1. 硬件设计 2. 软件设计
7.1.2 可编程控制器系统设计步骤
1. 分析被控对象，制定控制方案 2. 确定I／O点数及类型 选择I/O类型主要考虑：数字量／模拟量、电流容量、
SB2 快进 SQ2 工进
SQ3
SQ1
快退
來自 中国最大的资料库下载
停留 KT
2. PLC外部电气接线图
PLC外部接线图，输入输出设备、负载电源 类型等设计应结合系统的控制要求来设定。液 压动力滑台PLC外部接线图如下所示。
PLC
SB1
I0.0
Q0.0
YV1-1
SB2
I0.1
1L GND
L1 N
M Y
+24V 220VAC
來自 中国最大的资料库下载
1
1
习题 5－4
设计周期为5S，占空比为20％的方波输出信号程序（输出点可以使用Q0.0）。
解：设方波起动信号为.I0.0
期末复 习
1、常用低压控制电器 重点掌握：元器件的结构、原理、用途、主要参
Y V 1-1= 1 Y V 2= 0
工进
SQ 3=1
延 时 2秒
停留
K T=1
Y V 1-1= 0 Y V 2= 0
快退
Y V 1-2= 1
SQ 1=1
周期结束
第10章 实验指导
10.2.2 正次品分拣机
SB1 SB2 SQ1 SQ2
I0.0 I0.1 I0.2 I0.3
第7章 可编程控制器应用系统设计
7.1 可编程控制器应用系统设计 本节介绍可编程控制器应用系统设计的原
则、方法和步骤 。 7.1.1 PLC应用系统设计的内容 1. 硬件设计 2. 软件设计
7.1.2 可编程控制器系统设计步骤
1. 分析被控对象，制定控制方案 2. 确定I／O点数及类型 选择I/O类型主要考虑：数字量／模拟量、电流容量、
SB2 快进 SQ2 工进
SQ3
SQ1
快退
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停留 KT
2. PLC外部电气接线图
PLC外部接线图，输入输出设备、负载电源 类型等设计应结合系统的控制要求来设定。液 压动力滑台PLC外部接线图如下所示。
PLC
SB1
I0.0
Q0.0
YV1-1
SB2
I0.1
1L GND
L1 N
M Y
+24V 220VAC
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习题 5－4
设计周期为5S，占空比为20％的方波输出信号程序（输出点可以使用Q0.0）。
解：设方波起动信号为.I0.0
期末复 习
1、常用低压控制电器 重点掌握：元器件的结构、原理、用途、主要参
Y V 1-1= 1 Y V 2= 0
工进
SQ 3=1
延 时 2秒
停留
K T=1
Y V 1-1= 0 Y V 2= 0
快退
Y V 1-2= 1
SQ 1=1
周期结束
第10章 实验指导
10.2.2 正次品分拣机
SB1 SB2 SQ1 SQ2
I0.0 I0.1 I0.2 I0.3
可编程片上系统PSOC设计指南课件第二章PSoC35CPU子系统
功能
8051 CPU核 --8051指令集（布尔指令 ）
指令 JC rel JNC rel JB bit, rel JNB bit, rel JBC bit, rel
功能
(C)=1, 程序转向PC当前值（PC+2）与第二字节中带符号的相对 地址rel之和的目标地址
(C)=0, 程序转向PC当前值（PC+2）与第二字节中带符号的相对 地址rel之和的目标地址
功能 (Rn) →(A) (Direct) →(A) ((Ri)) →(A) #data→(A) (A) →(Rn) (Direct) →(Rn) #data→(Rn) (A) →(Direct) (Rn) →(Direct) (Direct) →(Direct) ((Ri)) →(Direct) #data→(Direct) (A) →((Ri)) (Direct) →((Ri)) #data→((Ri)) #data→(DPTR)
8051 CPU核 --8051指令集（逻辑指令）
逻辑指令执行布尔操作，比如AND，OR，XOR操作，对累
加器内容进行旋转，累加器半字交换。
指令
功能
ANL A, Rn
(A)^(Rn) →(A)
ANL A, Direct
(A)^(Direct) →(A)
ANL A, @Ri
(A)^((Ri)) →(A)
XCH A, @Ri
((Ri))→(A),(A) →((Ri))
XCHD A, @Ri
((Ri))3,0→(A3,0),(A) 3,0 →((Ri))
3,0
A与程序存储器的传送指令 A与片外数据存储器的传送指令
字节交换指令 半字节交换指令
8051 CPU核 --8051指令集（布尔指令 ）
可编程序控制器的应用系统设计 ppt课件
PLC 其它 设备 PLC 其它 设备 PLC 其它 设备
a)分别接地
b)公共接地 图9-10 PLC接地
PPT课件
c)串联接地
19
第四节 可编程序控制器在逻辑 控制系统中的应用实例
一、PLC在工业自动生产线中的应用
（一）输送机分检大小球的PLC控制装置
1．控制要求 图 9 － 11 所示为分检大、小球的自动装置的示意 图。分析工作过程及控制要求.
（二）开关量输出模块的选择
1．输出方式的选择 开关量输出模块有三种输出方式：继电器输出、晶闸 管输出和晶体管输出。 2．输出接线方式的选择 按PLC的输出接线方式的不同，一般有分组式输出和 分隔式输出两种 。
PPT课件 7
COM0 OUT0 OUT1
COM0 OUT0 COM1 OUT1 COM2 OUT2 COM3
料斗 M0
PD1 M1 PD2 M2
图9-15
某原料皮带运输机示意图
PPT课件 26
1．控制要求
（1）初始状态 料斗、皮带PD1和皮带PD2全部处于关闭状态。
（2）启动操作 启动时为了避免在前段运输皮带上造成物料堆积，要 求逆料方向按一定的时间间隔顺序启动。其操作步骤如下： 皮带PD2→延时5s→皮带PD1→延时5s→料斗M0
S25 X003
Y002
4．梯形图的设计
S0
S S26 X005 S S27 X002 S S28
S26 Y003
S27 Y000
5．语句表程序
S21
X000 X002 SET S
S28 Y001 T1
R
T0
T1 S S29 X003 S S30 X001 S RET END S0 S30 Y004 S29 Y002
a)分别接地
b)公共接地 图9-10 PLC接地
PPT课件
c)串联接地
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第四节 可编程序控制器在逻辑 控制系统中的应用实例
一、PLC在工业自动生产线中的应用
（一）输送机分检大小球的PLC控制装置
1．控制要求 图 9 － 11 所示为分检大、小球的自动装置的示意 图。分析工作过程及控制要求.
（二）开关量输出模块的选择
1．输出方式的选择 开关量输出模块有三种输出方式：继电器输出、晶闸 管输出和晶体管输出。 2．输出接线方式的选择 按PLC的输出接线方式的不同，一般有分组式输出和 分隔式输出两种 。
PPT课件 7
COM0 OUT0 OUT1
COM0 OUT0 COM1 OUT1 COM2 OUT2 COM3
料斗 M0
PD1 M1 PD2 M2
图9-15
某原料皮带运输机示意图
PPT课件 26
1．控制要求
（1）初始状态 料斗、皮带PD1和皮带PD2全部处于关闭状态。
（2）启动操作 启动时为了避免在前段运输皮带上造成物料堆积，要 求逆料方向按一定的时间间隔顺序启动。其操作步骤如下： 皮带PD2→延时5s→皮带PD1→延时5s→料斗M0
S25 X003
Y002
4．梯形图的设计
S0
S S26 X005 S S27 X002 S S28
S26 Y003
S27 Y000
5．语句表程序
S21
X000 X002 SET S
S28 Y001 T1
R
T0
T1 S S29 X003 S S30 X001 S RET END S0 S30 Y004 S29 Y002
PLC编程及应用全套课程课件
❖ 定义强调了PLC是： ❖ 1 数字运算操作的电子系统——也是一种计算
机 ❖ 2 专为在工业环境下应用而设计 ❖ 3 面向用户指令——编程方便 ❖ 4 逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作 ❖ 5 数字量或模拟量输入输出控制 ❖ 6 易与控制系统联成一体 ❖ 7 易于扩充
❖
❖ 1.2 PLC的分类
输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生 的信号，转换成数字信号送入主机
输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以 驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等 电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电 隔离。
输出三种形式： 继电器 -- 低速大功率
可控硅 -- 高速大功率
晶体管 -- 高速小功率
第1章 概 述
1．1 可编程序控制器的定义 ❖ 可编程序控制器(Programmable Controller)简称
为PC ❖ 可编程序逻辑控制器(Programmable Logic
Cntroller)。简称为PLC ❖ 一、可编程序控制器的历史
❖ 20世纪70年代前 继电器接触器控制系统 ❖ 优点：结构简单、价格低廉。 ❖ 缺点：灵活性差、可靠性低。
用户可以通过键盘输 入和调试程序；另外在运 行时，还可以对整个控制 过程进行监控。
❖ 把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电 源。
❖ 有的电源单元还向外提供24v隔离直流电源，可供 开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。可编 程序控制器使用220V交流电源或24V直流电源。内 部的开关电源为各模块提供DC 5V、±12V、24V 等直流电源。
可编程序控制器的电源一般采用开关式电源，其特点是输入 电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。
可编程片上系统开发平台ppt课件
设计流程及EDK工具 -使用仿真的硬件平台验证
验证硬件平台的正确功能，设计人员可以建立一个仿 真模型，并且在HDL仿真器上运行。当仿真系统时，处理 器运行可执行文件。 设计人员可以选择建立行为、结构或者精确的时序仿 真模型。
设计流程及EDK工具 --使用调试的软件验证
调试嵌入式软件的基本技术是加载设计到所支持的开 发板和使用调试工具去调试处理器。 作为可选择的方式，设计人员可以使用指令集仿真器 或简化系统仿真器模型（“虚拟平台”）运行在主机上来调 试设计代码。 设计人员可以通过概要分析代码的执行来估计系统性 能。
辅助设计人员添加自己的外设到设计中。建立相关的目录或数据文件，保证外设能被EDK工具识别。
Configure Coprocessor Wizard
帮助设计人员添加协处理器到CPU。
Platform Generator(Platgen)
以HDL或实现的网表文件在片上构造可编程系统
设计流程及EDK工具 -EDK工具
软件开发
Library Generator(Libgen)
构建一个软件平台，该软件平台由定制的软件库、驱动程序和OS构成。
GNU Compiler Tools(GCC)
基于库产生器建立的平台，建立软件应用程序。
验证
Xilinx Microprocessor Debugger(XMD)
打开shell用于软件下载和调试，也提供通道用于GNU调试器访问设备。
Format Revision(revup)Tool and Version Management Wizard
Revup工具更新设计文件（例如MHS）到当前的版本。版本管理向导帮助将先前EDK建立的IP和驱动更新到当前的版本。
验证硬件平台的正确功能，设计人员可以建立一个仿 真模型，并且在HDL仿真器上运行。当仿真系统时，处理 器运行可执行文件。 设计人员可以选择建立行为、结构或者精确的时序仿 真模型。
设计流程及EDK工具 --使用调试的软件验证
调试嵌入式软件的基本技术是加载设计到所支持的开 发板和使用调试工具去调试处理器。 作为可选择的方式，设计人员可以使用指令集仿真器 或简化系统仿真器模型（“虚拟平台”）运行在主机上来调 试设计代码。 设计人员可以通过概要分析代码的执行来估计系统性 能。
辅助设计人员添加自己的外设到设计中。建立相关的目录或数据文件，保证外设能被EDK工具识别。
Configure Coprocessor Wizard
帮助设计人员添加协处理器到CPU。
Platform Generator(Platgen)
以HDL或实现的网表文件在片上构造可编程系统
设计流程及EDK工具 -EDK工具
软件开发
Library Generator(Libgen)
构建一个软件平台，该软件平台由定制的软件库、驱动程序和OS构成。
GNU Compiler Tools(GCC)
基于库产生器建立的平台，建立软件应用程序。
验证
Xilinx Microprocessor Debugger(XMD)
打开shell用于软件下载和调试，也提供通道用于GNU调试器访问设备。
Format Revision(revup)Tool and Version Management Wizard
Revup工具更新设计文件（例如MHS）到当前的版本。版本管理向导帮助将先前EDK建立的IP和驱动更新到当前的版本。
片机原理及应用MCS51单片机系统的开发应用优秀课件
（4）输出通道的设计：开关量（功率、控制方式等），模拟量输出通 道（输出信号的形式、 D/A 、隔离方式、扩展接口等）
（5）人机界面的设计：键盘、开关、拨码盘、启/停操作、复位、显示 器、打印、指示、报警、扩展接口等。
（6）通信电路的设计：根据需要选择RS-232C、RS-485、红外收发等 通信标准。
20
第9章 MCS-51单片机系统的开发应用
❖ 中断服务程序流程图
21
第9章 MCS-51单片机系统的开发应用
9.3 水产养殖水体多参数测控仪
本系统以单片机为核心，采用RS-485协议组建分布式控 制网络，利用计算机自动检测养殖水池的温度、溶氧含量、浑 浊度等各环境因子，通过对增氧机、电磁阀等执行机构的控制， 可以把各项环境因子调整到合适的范围，使鱼类生长在最适宜 环境条件下，系统还可以自动对大量现场数据和曲线进行分析， 实现参数的自校正和自适应控制，真正达到了低成本、高效益 的现代化水产养殖要求。在相关模型和软件支持下，工控机和 下位机均能在发生池水缺氧，温度、酸碱度不适等异常情况时 自动发出报警信号。
22
第9章 MCS-51单片机系统的开发应用
❖ 监控系统硬件结构图
其他单片机系统
23
第9章 MCS-51单片机系统的开发应用
❖ 传感器选型
温度与PH值传感器： 采用了配以导热系数较大的不锈钢保护钢管的铂电阻元件、玻璃电极和
参比电极组合在一起的塑壳可充式复合电极(上海雷磁E－201－C型复合电极)。 溶解氧传感器：
2．硬件电路各模块设计的原则 单片机应用系统的一般结构 如下图所示。
各模块电路设计时应考虑以下几个方面： （1）存储器扩展：类型、容量、速度和接口，尽量减
少芯片的数量。 （2）I/O接口的扩展：体积、价格、负载能力、功能，
（5）人机界面的设计：键盘、开关、拨码盘、启/停操作、复位、显示 器、打印、指示、报警、扩展接口等。
（6）通信电路的设计：根据需要选择RS-232C、RS-485、红外收发等 通信标准。
20
第9章 MCS-51单片机系统的开发应用
❖ 中断服务程序流程图
21
第9章 MCS-51单片机系统的开发应用
9.3 水产养殖水体多参数测控仪
本系统以单片机为核心，采用RS-485协议组建分布式控 制网络，利用计算机自动检测养殖水池的温度、溶氧含量、浑 浊度等各环境因子，通过对增氧机、电磁阀等执行机构的控制， 可以把各项环境因子调整到合适的范围，使鱼类生长在最适宜 环境条件下，系统还可以自动对大量现场数据和曲线进行分析， 实现参数的自校正和自适应控制，真正达到了低成本、高效益 的现代化水产养殖要求。在相关模型和软件支持下，工控机和 下位机均能在发生池水缺氧，温度、酸碱度不适等异常情况时 自动发出报警信号。
22
第9章 MCS-51单片机系统的开发应用
❖ 监控系统硬件结构图
其他单片机系统
23
第9章 MCS-51单片机系统的开发应用
❖ 传感器选型
温度与PH值传感器： 采用了配以导热系数较大的不锈钢保护钢管的铂电阻元件、玻璃电极和
参比电极组合在一起的塑壳可充式复合电极(上海雷磁E－201－C型复合电极)。 溶解氧传感器：
2．硬件电路各模块设计的原则 单片机应用系统的一般结构 如下图所示。
各模块电路设计时应考虑以下几个方面： （1）存储器扩展：类型、容量、速度和接口，尽量减
少芯片的数量。 （2）I/O接口的扩展：体积、价格、负载能力、功能，