第7章数字输入输出模块

载了不同设计的同型号芯片，以及进行产品的质量跟踪等。
7.3 复杂可编程逻辑器件CPLD
随着数字电子系统功能日益复杂，规模迅速加大，GAL在集 成度和性能方面很快又难以满足要求，集成度高、功能更强大的 CPLD应运而生。为便于使用，如今的CPLD普遍集成了编程所需 的高压脉冲产生电路以及编程控制电路 ，成了在系统可编程 （ISP，In System Programmable）器件，编程时无须另外编 程器，也无须将器件从系统中拔出。
synac0ac1n工作模式电路结构组态简化电路图组合单向模式与用输入结构图716a与用输出结构图716b组合双向模式组合输入输出结构图716c寄存器模式时序电路中的组合io结构图716d寄存器输出结构图716e表721olmc的5种电路结构组态图724olmc的5种电路结构组态简化电路图中nc表示不连接722输出逡辑宏单元olmcsynac0ac1n工作模式电路结构组态简化电路图组合单向模式与用输入结构图716a与用输出结构图716b组合双向模式组合输入输出结构图716c寄存器模式时序电路中的组合io结构图716d寄存器输出结构图716e表721olmc的5种电路结构组态图724olmc的5种电路结构组态简化电路图中nc表示不连接722输出逡辑宏单元olmcsynac0ac1n工作模式电路结构组态简化电路图组合单向模式与用输入结构图716a与用输出结构图716b组合双向模式组合输入输出结构图716c寄存器模式时序电路中的组合io结构图716d寄存器输出结构图716e表721olmc的5种电路结构组态图724olmc的5种电路结构组态简化电路图中nc表示不连接722输出逡辑宏单元olmc需要说明的是结构控制字的内容无需设计人员逐位设定而是由eda设计开収工具软件根据用户的引脚安排以及要实现的电路功能自动生成于编程下载时自动写入芯片内部的

第7章S7-300和S7-400 PLC系统配置与编程本章的内容是向大家介绍西门子公司的SIMATIC S7-300和S7-400两个系列的PLC。

S7-300/400 PLC在结构上属于模块式结构，简单的说，一台完整的S7-300或者S7-400 PLC，是由基板（RACK）+ 各种模块组成的。

各种模块的选择，基于控制系统功能的需要，所有的模块安装在基板上，最终构成一台完整的PLC。

S7-300与S7-400的设计与编程通过STEP 7软件包来完成。

本章的主要内容：●S7-300与S7-400的系统配置●S7-300与S7-400的指令系统●S7-300与S7-400应用系统的编程本章重点是熟悉S7-300/400 系统的结构，了解S7-300与S7-400 PLC的各种模块的功能和特点；掌握STEP 7编程软件的基本知识和使用方法，从而具备设计开发S7-300或S7-400 PLC系统的能力。

7.1 S7-300 PLC和S7-400 PLC的系统配置7.1.1 S7-300 PLC的基本组成S7-300是模块式的PLC，它的组成部件主要有以下几个部分：1. 中央处理单元（CPU）各种CPU单元有不同的性能，有的集成有数字量和模拟量输入/输出点，而有的集成有PROFIBUS-DP等通信接口。

CPU面板上有状态故障显示灯、模式开关、24 V电源输入端子、电池盒与存储器模块盒（有的CPU没有）。

2. 负载电源模块（PS）负载电源模块用于将AC 220 V电源转换为DC 24 V电源，提供给CPU和I/O模块使用。

额定输出电流有2 A、5 A和10 A三种。

3. 信号模块（SM）数字量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块的总称，它们使不同的过程信号电压或电流与PLC内部的信号电平匹配。

4. 功能模块（FM）用于对实时性和存储容量高的控制任务，例如高速计数器模块、快速/慢速进给驱动位置控制模块、步进电动机定位模块、伺服电动机定位模块、闭环控制模块、工业标识系统的接口模块、称重模块、位置输入模块等。

寄存器名 GPADAT GPASET GPACLEAR GPATOGGLE GPBDAT GPBSET GPBCLEAR
地址 0x70E0 0x70E1 0x70E2 0x70E3 0x70E4 0x70E5 0x70E6
长度 （×16位） 1 1 1 1 1 1 1
说明 GPIO A数据寄存器 GPIO A设置寄存器 GPIO A 清除寄存器 GPIO A触发寄存器 GPIO B数据寄存器 GPIO B设置寄存器 GPIO B清除寄存器
7.2 数字I/O端口寄存器
1. GPIO复用寄存器
寄存器
GPAMUX
地址
0x70C0
长度 （×16位）
1
说明
GPIO A复用控制寄存器
GPADIR
GPAQUAL 保留
0x70C1
0x70C2 0x70C3
1
1 1
GPIO A方向控制寄存器
GPIO A 输入尖脉冲滤波控制寄 存器
GPBMUX
GPBDIR GPBQUAL
GPBTOGGLE
保留 GPDDAT GPDSET GPDCLEAR GPDTOGGLE
0x70E7
0x70E8～0x70EB 0x70EC 0x70ED 0x70EE 0x70EF
1
4 1 1 1 1
GPIO B触发寄存器
GPIO D数据寄存器 GPIO D设置寄存器 GPIO D 清除寄存器 GPIO D触发寄存器
（2）表中的寄存器都受EALLOW保护。
（3）对保留地址进行读取操作，返回值是不确
定的，写入操作无效。
2. GPIO数据寄存器
如果配置为数字I/O端口模式： • 寄存器GPxSET可以设置各个I/O信号；

差分方程描述了系统在离散时间点的行为，通过求解差分方程可 以预测系统未来的输出。
Z变换
01
Z变换是分析离散时间信号和系统 的有力工具，它将离散时间信号 或系统转化为复平面上的函数或 传递函数。
02
Z变换的基本思想是通过将离散时 间信号或系统进行无限次加权和 ，将其转化为一个复数域上的函 数或传递函数。
离散状态方程
离散状态方程是描述离散控制系统动 态行为的数学模型，它的一般形式为 $mathbf{dot{x}}(k) = Amathbf{x}(k) + Bu(k)$，其中 $mathbf{x}(k)$表示在时刻$k$的系 统状态向量，$u(k)$表示在时刻$k$ 的输入向量，$A$和$B$是系统的系 数矩阵。
稳态误差主要来源于系统本身的结构 和参数，以及外部干扰和测量噪声。
离散控制系统的动态响应分析
动态响应定义
动态响应是指系统在输入信号作 用下，系统输出信号随时间变化 的特性。
动态响应的描述方
式
动态响应可以通过系统的传递函 数、频率特性、根轨迹图等方式 进行描述。
优化动态响应的方
法
通过调整系统参数、改变系统结 构、引入反馈控制等方法，可以 优化系统的动态响应。
离散控制系统的仿真工具与实例
仿真工具介绍
离散控制系统的仿真工具用于模拟和测试系统的性能和稳定性。常见的仿真工具包括MATLAB/Simulink、 LabVIEW等。这些工具提供了丰富的数学函数库和图形化界面，方便用户进行系统建模和仿真。
仿真实例分析
通过具体的仿真实例，可以深入了解离散控制系统的性能和特点。例如，可以设计一个温度控制系统，通过调整 系统参数和控制算法，观察系统在不同工况下的响应特性和稳定性。通过对比不同方案，可以评估各种参数和控 制策略对系统性能的影响，为实际应用提供参考和依据。