工業(yè)PLC系統(tǒng)設(shè)計考慮和解決方案

ADuC7124/ADuC7126均為完全集成的1 MSPS、12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在單芯片內(nèi)集成高性能多通道ADC、16位/32位MCU和Flash/EE存儲器。ADC具有多達(dá)12路單端輸入。另外還有4個ADC輸入通道也可以和4個DAC的輸出引腳復(fù)用。ADC可以在單端模式或差分輸入模式下工作，ADC輸入電壓范圍為0 V至VREF。低漂移帶隙基準(zhǔn)電壓源、溫度傳感器和電壓比較器完善了ADC的外設(shè)設(shè)置。通過編程可以將DAC輸出范圍設(shè)置為三種電壓范圍之一。DAC輸出具有一個增強特性，能夠在看門狗或軟件復(fù)位時序中保持其輸出電壓。

這些器件通過一個片內(nèi)振蕩器和鎖相環(huán)（PLL）產(chǎn)生41.78MHz的內(nèi)部高頻時鐘信號。該時鐘信號通過一個可編程時鐘分頻器進行中繼，在其中產(chǎn)生MCU內(nèi)核時鐘工作頻率。微控制器內(nèi)核為ARM7TDMI?，它是一個16位/32位RISC機器，峰值性能最高可達(dá)41 MIPS。片內(nèi)集成有32 KB SRAM和126 KB非易失性Flash/EE存儲器。ARM7TDMI內(nèi)核將所有存儲器和寄存器視為一個線性陣列。

ADuC7124內(nèi)置一個高級中斷控制器。該矢量中斷控制器（VIC）可以為每個中斷分配一個優(yōu)先級。它還支持嵌套中斷，每個IRQ和FIQ最多允許8級嵌套。如果將IRQ和FIQ中斷源合并，則可以支持總計16級嵌套中斷。片內(nèi)出廠固件支持通過UART串行接口端口或 I2C 端口進行在線下載，并且支持通過JTAG接口進行非介入仿真。這些特性都集成在支持此MicroConverter?系列的低成本QuickStart?開發(fā)系統(tǒng)中。該器件內(nèi)置一個提供6路輸出信號的16位PWM。為便于通信，該器件內(nèi)置2個 I2C 通道，可以將這些通道獨立配置為主模式或從模式。另外還提供了支持主從兩種模式的SPI接口。此外還有2個UART通道，每個UART通道內(nèi)置一個帶接收和發(fā)送緩沖器的可配置16位FIFO。

這些器件的工作電壓范圍為2.7 V至3.6 V，額定溫度范圍為?40°C至+125°C工業(yè)溫度范圍。工作頻率為41.78 MHz時，其典型功耗為120 mW。ADuC7124提供64引腳LFCSP和80引腳LFQFP兩種封裝。

ADuC7124/ADuC7126應(yīng)用：

工業(yè)控制和自動化系統(tǒng)

智能傳感器、精密儀器

基站系統(tǒng)、光纖網(wǎng)絡(luò)

病人監(jiān)護

圖1.ADuC7124/ADuC7126功能方框圖

ADI PLC（可編程邏輯控制器）解決方案

PLC系統(tǒng)由電源、CPU和多個模擬及數(shù)字I/O模塊組成，可控制、執(zhí)行和監(jiān)控復(fù)雜的機器變量；PLC設(shè)計用于多輸入和輸出配置，具有擴展的溫度范圍、卓越的電噪聲抑制性能、抗震性和抗沖擊能力。

PLC系統(tǒng)包括電源、控制和通信模塊以及多種模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字輸入和數(shù)字輸出模塊。

工業(yè)PLC系統(tǒng)設(shè)計考慮和主要挑戰(zhàn)

為了獲得合適的PLC系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計人員必須考慮許多不同的系統(tǒng)要求，包括精度、帶寬和輸入范圍等。

? 模擬輸入類型和范圍：TC（熱電偶）和RTD最小_10 mV；執(zhí)行器控制器最大±10 V，過程控制系統(tǒng)中電流為4 mA至20 mA。

? 模擬輸出類型和范圍：一般包括_5 V、_10 V、0 V至5 V、0 V至10 V、4 mA至20 mA和0 mA至20 mA。有時需要超量程性能。

? 輸入/輸出模塊的分辨率和精度；典型范圍為12位至16位，工業(yè)溫度范圍內(nèi)精度為0.1%。

? 提供與不同工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的連接能力，如模擬、現(xiàn)場總線、CAN、以太網(wǎng)以及USB

? 隔離：系統(tǒng)電源模塊與低功耗電子元件之間；輸入與輸出之間；I/O與中央控制單元之間；隔離等級從1 kV至2.5 kV不等。

? 模擬輸入/輸出和電源輸入保護：故障條件電壓或電流以及EMC考慮，包括電涌和快速脈沖瞬變及ESD。

? 隨著電路板尺寸的減小，功效比、熱管理和散熱將成為小型化器件一個日益重要的問題。另外，更多的通道或節(jié)點需要置于相同的空間中，因而要求采用高密度系統(tǒng)。為此，必須縮小尺寸。這意味著外殼更小，從而帶來電源管理和散熱難題，因此需要通過集成動態(tài)電源控制實現(xiàn)智能電源管理的解決方案。

以前，實現(xiàn)這類I/O系統(tǒng)需要大量高性能分立式元件，由此產(chǎn)生的是龐大且昂貴的系統(tǒng)。近來，集成技術(shù)的進步使得系統(tǒng)設(shè)計人員能夠采用尺寸更小、功耗更低、成本更低的解決方案，而其性能與那些大型系統(tǒng)不相上下。持續(xù)的技術(shù)進步要求既能不斷促進這些解決方案集成，同時還提高其性能和診斷能力。

ADI針對市場需求度身定制解決方案，為設(shè)計助一臂之力。這些解決方案采用業(yè)界領(lǐng)先技術(shù)，并提供眾多設(shè)計選項：從采用分立器件的實施方案到全集成式解決方案，應(yīng)有盡有。

PLC演示系統(tǒng)旨在用來演示完整的PLC信號鏈。它有四個隔離輸入通道和四個隔離輸出通道。，輸入通道具有24位分辨率（使用儀表放大器 AD8220和Σ-Δ型ADC AD7793 ），每個通道都能配置為接受各種輸入信號：從4-20mA電流環(huán)路到0-5V、0-10V、+/-5V、+/-10V的高壓輸入。它還支持RTD/TC輸入。輸出通道具有16位分辨率（使用AD5422），集成輸出驅(qū)動器，并內(nèi)置故障檢測和保護功能。AD5422的可編程輸出范圍如下包括：4-20mA、0-5V、0-10V、+/-5V、+/-10V。通道隔離通過ADuM5401 或 ADuM1401實現(xiàn)。完整設(shè)計采用ADI公司的轉(zhuǎn)換器、隔離技術(shù)、處理器和電源管理產(chǎn)品，方便客戶評估整個信號鏈。

圖2.PLC主信號鏈框圖

圖3.PLC工業(yè)控制演示系統(tǒng)外形圖

圖4.PLC整體解決方案框圖

主要產(chǎn)品介紹：

圖5.ADuC7126評估板電路圖（1）

圖6.ADuC7126評估板電路圖（2）

圖7.ADuC7126評估板電路圖（3）

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