基于PLC的直流电机调速系统设计论文

.z...-.z设计工程：基于PLC的直流电机调速系统设计-.z目录TOC\o"1-3"\f\u摘要0ABSTRACT 0第一章引言11.1选题背景及论文主要内容11.1.1选题背景1第二章现代PLC控制技术32.1PLC的组成和分类32.2PLC的工作原理32.3PLC电机控制系统设计的根本内容和步骤42.3.1PLC的硬件设计的一般步骤52.3.2PLC软件设计的一般步骤62.3.3设计中用到的模块6第三章基于PLC的直流电机调速系统设计93.1设计任务93.2脉宽调制系统特有局部设计93.3PLC硬件设计103.4PLC软件设计12参考文献〔主要及公开发表的文献〕14致谢16个人简况及联系方式17-.z摘要-.z设计选用日本三菱公司F*2N-16MT根本单元和F*2N-4AD，F*2N-2DA模拟量输/输出扩展模块，并利用其功能指令设计的直流脉宽双闭环调速系统，实现了调速过程速度快、精度高,控制系统的参数便于调试和高工作可靠性，通过给定的调速系统硬件配置和梯形图，经模拟调试输出信号验证了各项指标均满足调速系统的要求。关键词：PLC；调速系统；应用-.z..ABSTRACTThedoubleclosed-loopDCPWMspeedsystemofdirectmotorusestheF*2N-16MTbasicunitofJapaneseMitsubishipanyandF*2N-4ADs,F*2N-2DAemulationinput/outpute*pandingmold,makinguseofitsfunctioninstruction.Itrealizesfastadjustmendofthespeedcourse,highprecision,whichmakeiteasytodebugcontrolprocedureandworkreliable,whichisadevelopmentdirectionintheindustrialcontrol.Hardwaredispositionandladderchartaregiveninthiste*t.Itcanbeadjustedbyemulationandvariousinde*signsofoutputsignalallsatisfytherequirementsoftheadjustsystem.Keywords：PLC；AdjustingSpeedSystem；Applicat-.z..第一章引言1.1选题背景及论文主要内容1.1.1选题背景在调研中发现，目前**省各大煤矿的矿井提升机系统的调速方案大多采用继电器接触器控制的转子串电阻调速。该方案耗能大，占地面积大，已不能适应现代矿业开展的需要。因此有必要对其调速方案进展改造。在广泛考察现行的变频调速方案后，本文提升机系统控制单元采用目前工控适用的可编程控制器来控制，具有编程简单和控制可靠性高的优点;电力拖动系统中，选用先进的变频传动装置，运用先进的矢量控制技术，优化了调速系统的性能，这一控制方法目前仍为现代交流调速的重要研究方向之一。采用先进的工业计算机、现场总线和工业自动化技术，按照构造标准化、产品系列化、性能现代化、体积小型化的原则，研制生产适合矿井提升机电控设备是进展技术改造和新建矿井设备选型的理想选择。使用上位机监控系统，采用组态模式，实现良好的人一机对话;实时监控提升机的运行状态，上位机动态模拟显示及故障闭锁;可进展故障报警、数据查询、报表打印;记录提升钩数以及每班、每日、每月、每年的提升量累计;故障声光指示、记忆及局部传感器上位机的紧急处理。为保证提升设备无事故，在提升设备有可能出现故障的各个重要环节上，设置双回路系统，并在系统的各个环节上设有各种检测、控制、自诊断以及记录和保护装置(如负载、速度、加减速、产量、运行时间等记录)。适用、经济、高效、可靠是本文提升机系统设计的追求目标。鉴于以上原因，本文对直流拖动控制系统进展研究，并对系统进展改造和升级。从直流调速系统的动态性能来讲，具有一定得意义。1.3.2论文的主要内容本文是设计一个基于PLC的控制电路为电流、转速双闭环、主电路为双极性可逆H形直流脉宽调速的可逆直流调速系统。采用专用集成驱动电路，本设计选用汤姆森公司的UAA4002型产品。对直流电机调速系统进展了研究和设计，具体做了以下的工作：1.对双闭环控制的PWM直流调速系统进展了理论研究。2.对现代PLC控制技术进展了研究。3.采用visio软件对相关电路进展设计、绘制。对调速系统的PLC控制局部进展设计。-.z第二章现代PLC控制技术2.1PLC的组成和分类从构造上分，PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。固定式PLC包括CPU板、I/0板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、地板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。PLC系统的4个主要的局部说明如下[16][17]:1.中央处理器(CPU)。它是系统的大脑，不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出，包括三个子局部:(1)微处理器。它是进展数学和逻辑操作的计算中心。(2)存储器。CPU中数据和信息存储和获取的地方，保存着系统软件和用户程序。(3)电源供给。将交流电(AC)转化为直流电(DC)。在这个过程中，电源供应对直流电进展滤波和调节，以确保计算机正常运行。2.编程器/监视器。编程器/监视器是用来同PLC电路进展通信的设备。手持终端、工业终端和PC都可以作为编程器/监视器。在手持终端，通过小键盘来进行输入，显示设备通常是液晶显示器(LCD)。对于工业终端或PC，需要更复杂的打字型键盘和CRT显示器。3.I/0模块。输入模块有一些输入端子，由传感器通过这些端子来激活执行继电器、电磁线圈、各种静态开关设备、电机和显示屏。如果需要，可以增加能将I/0模块进展远距离连接的电子系统。PLC控制的实际系统可以距CPU及其I/0模块几百米之远。2.2PLC的工作原理用户程序的执行取决于PLC是处于停顿模式还是运行模式。当PLC处于运行模式时，CPU执行程序;当PLC处于停LL模式时，CPU不执行程序。当PLC处于运行模式时，PLC周而复始的执行一系列任务。任务循环执行一次称为一个扫描周期。在一个扫描周期中，PLC将执行局部或全部以下操作[16][17]。〔1〕读输入1.数字量输入:在件个扫描周期开场，CPU会读取数字量输入，并将这些值写入过程映像输入存放器。2.模拟量输入:除非使能模拟量滤波，否则PLC在扫描周期中不会刷新模拟量输入值。使能了模拟量滤波功能后，PLC会在每一个周期刷新模拟量，执行滤波功能并且在内部存储滤波值。当程序中模拟量输入时使用滤波值。如果没有使能模拟量输入滤波，则当程序模拟量输入时，PLC都会直接从扩展模块读取模拟值。模拟量滤波可以得到稳定的信号。在模拟量输入信号随时间变化缓慢时使用模拟量输入滤波，如果信号变化很快，不应该选用模拟量滤波。不要对在模拟量字中传递数字信息或报警指示的模块使用模拟量滤波。对于RTD,TC和ASI主站模块，不能使用模拟量滤波。〔2〕执行逻辑控制程序在扫描周期的执行程序阶段，CPU从头至尾执行应用程序，在程序或中断服务中，直接I/O指令允许用户对I/O点直接进展存取。如果在程序中使用了中断，与中断事件相关的中断效劳作为程序的一局部被储存。中断程序并不作为正常扫描周期的一局部来执行，而是当中断事件发生时才执行。〔3〕处理通讯请求在扫描周期的处理阶段，CPU处理从通讯端口或者智能I/O模块接收到的任何信息。〔4〕执行CPU自诊断在扫描周期的处理阶段，PLC检测CPU的操作和扩展模块的状态是否正常。〔5〕写输出在每个扫描周期的结尾，CPU把存储在输出映像存放器中的数据写到数字输出点。模拟量输出直接刷新，与扫描周期无关。2.3PLC电机控制系统设计的根本内容和步骤PLC电机控制系统设计的一般流程如图3-1所示。图3-1PLC的设计流程图2.3.1PLC的硬件设计的一般步骤1.选择适合的PLC机型[2][17][6]选择PLC机型应从性能构造、I/O点数、存储容量以及特殊功能等方面来综合衡量。一般来说，机型选择的根本原则应是在功能满足要求的情况下，保证可靠、维护使用方面以及最正确的性能价格比。2.输入输出的选择要估算PLC电机控制系统所需要的I/O点数。采用晶闸管整流装置对直流电机供电的直流调速系统，可编程的输入除了考虑主令控制信号外，还需要考虑合闸信号、传动装置综合故障信号、抱闸信号、风机故障信号等。I/O点数是衡量PLC规模大小的重要指标。因此首先要根据系统的控制规模，确保有足够的I/O点数，并考虑有10%-15%的I/O点数作为余量，以备后用。3.输入输出模块的选择除了I/O点数之外，还要考虑I/O模块的工作电压以及外部接线方式。对于输入模块主要考虑两点，一是根据现场输入信号与PLC输入模块距离的远近来选择工作电压；二是高密度的输入模块，能允许同时接通的点数，一般不得超过总输入点数的60%.输出模块有继电器、晶体管和晶闸管三种工作方式，其中继电器输出模块最廉价，在输出变化不快、开关要求不频繁的场合，应优先选用。4.估算用户存储容量用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理、程序构造等。因此，在程序设计之前，只能对用户的存储容量进展大致估算。5.专用功能模块的配置除了开关信号外，工业控制中还要对温度、压力、流量等过程变量以及运动控制变量进展检测和控制。在这些专用场合，输入和输出容量己经不是关键参数，更重要的是考虑它们的控制功能。模拟量输入/输出模块、温度模块等专用功能模块已经非常普及，这些模块具有A/D和D/A变换功能，可以适合现场控制的需要。2.3.2PLC软件设计的一般步骤软件设计就是编写满足生产要求的梯形图或助记符程序，设计应按以下原则和步骤进展[2]。1.设计控制系统流程图明确生产工业要求，分析各输入、输出与各种操作之间的逻辑关系确定需要检测的量和控制方法的根底上，可根据系统中各设备的操作内容和操作顺序，画出系统控制的流程图，用于清楚的说明动作的顺序和条件。流程图是编程的主要依据，要尽可能详细。2.编制应用程序编制应用程序就是根据设计的程序流程图逐条地编写控制程序，这是整个程序设计工作的核心局部。梯形图仍是目前最普遍使用的编程语言。目前编程软件大多可在梯形图和助记符之前相互切换，这样对设计者来说比拟方便。在编写过程中，可以借鉴现成的标准程序，但必须弄懂这些程序段，否则将会给后续工作带来困难和损失。2.3.3设计中用到的模块模拟量输入模块F*2N-4AD[6][15]F*2N-4AD是F*2N系列PLC的模拟量输入模块，有CH1~CH4四个通道，每个通道都可进展AD转换，分辩率为12位，采集信号电压为-10V~+10V，分辩率5mV。电流输入为4~20mA或-20~20mA，分辩率20uA。F*2N-4AD内部有32个16位的缓冲存放器(BMF用于与主机交换数据。F*2N-4AD占用F*2N扩展总线的8个点，耗电为5V，30mA。1.BFM内部含义0* 通道初始化，缺省值为H0000；*1~*4 存放通道*1~*4的采样值，用于求平均值；*5~*8 存放四个通道的平均输入采样值；*9~*12 每个输入通道当前值存放；*13~*14 保存；*15 用于选择AD转换速度：0为正常速度，15ms；如为1，则选择高速，6ms；*16~*19 保存；*20 复位到缺省值预设，缺省值为0；*21 制止调整偏移量、增益值，缺省值为0；*22 偏移、增益调整：G4O4G3O3G2O2G1O1；*23 偏移值，缺省值为0；*24 增益值，缺省值为5000；*25~*28 保存；*29 错误状态；*30 识别码：K2010；*31 不能使用；BFM说明1〕0*，*1~*4，*20~*24中的数据可通过TO指令改写，其它的BFM内的数据可以使用PLC的FROM指令读写。2〕在BFM*0中写入十六进制4位数字H××××进展A/D模块通道初始化，最低位数字控制CH1，最高位控制CH4。3〕×=0时设定输入*围为-10~10V，×=1时，设定输入*围为4mA~20mA,×=2时，设定输入*围为-20~20mA，×=3时关断通道。例如BFM*0=H3310则说明CH1设定输入*围为-10V~+10V，CH2设定输入*围为4~20mA，CH3、CH4两通道关闭。4〕BFM*30为缓冲器确认码，可用FROM指令读出特殊功能块的认别号。F*2N-4AD单元的标识码为K2010。模拟量输出模块F*2N-2DA[6][15]F*2N-2DA模块将12位数字信号转换为模拟量电压或电流输出。它有2个模拟量输出通道，3种量程：DC0~10V、0~5V和4~20mA,D/A转换时间为4ms/通道。F*2N-2DA模块共有32个缓冲存储器，但是只使用了下面两个：BFM*16的低8位用于写入输出数据的当前值，高8位保存。BFM*17的b0位从“1〞变为“0〞时，通道2的D/A转换开场；b1位从“1〞变为“0〞时，通道1的D/A转换开场；b2位从“1〞变为“0〞时，D/A转换的低8位数据被锁存，其余各位没有意义。-.z第三章基于PLC的直流电机调速系统设计3.1设计任务设计一基于PLC的控制电路为电流、转速双闭环、主电路为直流脉宽调速的可逆直流调速系统。系统参数：直流电动机Ra=6.5Ω，=3.7A，=48V，=200r/min，电枢回路总电阻R=8Ω，电枢回路电磁时间常数Tl=5ms,机电时间常数Tm=200ms,电源电压Us=60V,给定值和ASR,ACR的输出限幅值均为10V，电流反应系数β=1.33V/A，转速反应系数α=0.05V·min/r,电动势转速比Ce=0.18V·min/r,设计要求稳态无静差，动态过渡过程时间ts≤0.1s,电流超调量%≤5%，空载起动到额定转速时的转速超调量%≤10%。3.2脉宽调制系统特有局部设计脉宽调制器选择脉宽调制器用于生产控制PWM变换器的功率器件通断的PWM信号。脉宽调制器的种类在前面第二章的2.2.2中已经阐述过，这里选用一个电压-脉宽变换电路。PWM变换器选择PWM变换器有可逆和不可逆两类。可逆变换器又有双极式，单极式和受限单极式等多种。考虑电动机可逆运行，应选用全控式电力晶体管GTR构成H型双极性控制PWM变换器。其中，电源电压选用不可控电力二极管整流提供，采用大电容C滤波。功率开关管应承受2的电压，应选用晶体管的B，集电极最大电流的D202电力晶体管。它的共发射极电路截止频率。并接在功率开关管两端二极管用于在电力晶体管关断时为电枢回路提供释放电感储能的续流，参数计算同功率管，选用10CTF30型电力二极管，。采用单相交流220V供电，变压器二次电压为67V，桥式整流二极管最大反向电压大于电源幅值的2倍，最大整流电流按2倍额定电流考虑选25JPF40电力二极管，。整流桥输出端所并接的电容作用滤除整流后的电压纹波，并在负载变化时保持电压平稳。另外，当脉宽调速系统的电动机减速或停车时，贮存在电动机和负载转动局部的动能将这里选4000，电压按大于2倍电压选择。3.驱动电路选择驱动电路的作用是将控制电路输出的PWM信号放大至足以保证GTR可靠导通或关断的程度。同时具有实现主电路与控制电路相隔离，故障后自动保护及延时等功能。GTR的驱动电路可由分立元件制作或采用专用集成电路，这里选用汤姆森公司生产的UAA4002型产品，该产品为大规模集成基极驱动电路，可对GTR实现较理想的基极电流优化驱动和自身保护。其正向驱动电流为0.5A，反向驱动能力为-3A，具有对GTR实现过电流保护，最小导通时间限制，最大导通时间限制，正反向驱动电源电压监视以及自身过热保护[2][11]。4.负反应单元1〕．转速检测装置选择选测速发电机永磁式ZYS231/110型，额定数据为。2．电流检测单元本系统要求电流检测不但要反映电枢电流的大小而且还要反映电流极性，所以选用霍尔电流传感器。3.3PLC硬件设计本设计选用日本三菱公司的F*2N系列的F*2N-16MT的CPU，其中的16是输入输出点的总点数；M是单元类型中的根本单元；T为输出形式中的晶体管输出。这种系列的PLC的环境温度、抗冲击、抗噪声等均满足要求。PLC构成双闭环直流调速系统包括：1个根本单元，即F*2N-16MT，1个模拟量输入模块F*2N-4AD〔4个12位模拟量输入通道〕和1个模拟量输出模块F*2N-2DA〔2个12位模拟量输出通道〕[6][13][14]。PLC根本单元与F*2N-4AD和F*2N-2DA之间的数据通讯是由FROM(FNC78)/TO(FNC79)指令执行的。FROM〔读特殊功能模块指令〕是根本单元从F*2N-4AD/2DA读数据的，TO是写特殊功能模块指令[6]。PLC构成双闭环直流调速系统〔未考虑逻辑控制包括〕：1个根本单元F*2N-16MT，1个模拟量输入模块F*2N-4AD和1个模拟量输出模块F*2N-2DA,模拟量I/O模块接在F*2N-16MT根本单元右边的扩展总线上，从最靠近根本单元开场顺序编号为0，1，如图4-1。图4-1PLC模块连接和编号双闭环直流调速系统送给PLC的信号有：〔1〕给定电压；〔2〕速度反应值。直流测速发电机将调速系统转换成电压值，经过模拟量输入单元送给PLC。〔3〕电流反应值。通过电流互感器检测到与电枢电流成正比的整流变压器副边交流电流，再经整流后得到电流反应电压值，通过模拟量输入单元送给PLC。双闭环直流调速系统中的转速调节器和电流调节器，模拟量转换等均由PLC的特殊功能指令实现。PLC输出的模拟信号，送给脉冲调制器，对电力晶体管进展控制，从而得到希望的方波输出电压。本设计的PLC硬件设计如以下图12所示：图4-1PLC连接图其中SB0、SB1、SB2、SB3、SJ、I1、I2、I3是输入信号；KM0、KM1、KM2、DJ、O是输出信号。各自的含义及其与PLC地址编号如下表1：表1输入、输出信号与PLC地址编号对照输入信号SBO总电源启动按钮*0SB1电机正转*1SB2电机反转*2SB3电机停转*3SJ过电流保护*4I1给定电压CH1I2电流反应CH2I3速度反应CH3输出信号KM0总电源接触器YOKM1电机正转接触器Y1KM2电机反转接触器Y2DJ模拟量输出显示Y3O脉冲宽度调制器3.4PLC软件设计PLC有5种编程语言，分别是顺序功能图〔SFC〕、梯形图〔LD〕、功能块图〔FBD〕、指令表〔IL〕和构造文本〔ST〕。梯形图由触点、线圈和方框表示的功能块组成。触点代表逻辑输入条件，线圈代表逻辑输出结果，功能块用来表示定时器、计数器或者数学运算等指令。本文的梯形图如下：参考文献〔主要及公开发表的文献〕[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统—运动控制系统[M].：机械工业，2003.[2]李荣生.电气传动控制系统设计指导[M].：机械工业，2004.[3]史国生.交直流调速系统[M].：化工工业出，2002.[4]方承远.工厂电气控制技术[M].：机械工业，2000.[5]吴守箴.电气传动的脉宽调制控制技术[M].：机械，2002.[6]廖常初.F*系列PLC编程及应用[M].：机械，2005.[7]罗飞.电力拖动与运动控制系统[M].：化学工业，2007.[8]李久胜.电气自动化专业英语[M].**：**工业大学，2005.[9]童福荛.电力拖动自动控制系统习题例题集[M].：机械工业，1996.[10]王兆安.电力电子技术[M].：机械，2000.[11]李强、*毅坤、万伯任.大规模集成电路UAA4002及其运用[J].电气传动自动化，1994，16〔1〕：57~64.[12]*铁成、文亚凤、*淑艳.大功率晶体管脉宽调制直流调速系统[J].现代电力，2000，17〔3〕：51~55.[13]周渊深、姜建国.PLC在双闭环调速系统中的应用[J].**化工高等专科学校学报，1999，12〔4〕：8~10.[14]訾贵昌.PLC在直流电动机双闭环调速系统中的应用[J].**工程技术大学学报，2004，23〔6〕：796~798.-.z致谢我要衷心感谢我的父母，感谢他们二十多年来对我的关心、教育和理解。在未来的人生道路上我将尽我所能不辜负他们的期望。本论文是在***的精心指导下完成的，在课题的研究过程中，给与我悉心的关心，给我提出许多珍贵的指导性意见，少走了些弯路，我受益匪浅。且在设计过程中还得到了**教师和***教师的帮助，使我在设计中遇到的难题迎刃而解。再次表示衷心的感谢，教师们的教诲，我将终生难忘。感谢我的朋友。在论文完成的过程中，耐心的给与我各种帮助，特别是在应用软件上。及时的指出我在做计算和仿真时所犯的错误。感谢**职业技术学院的所有的教师和同学们，是你们和我一起度过了4年难忘的学习生活。-.z个人简况及联系方式个人信息**民族政治面貌性别专业年龄籍贯教育经历主要课程CAD制图机械制图机械根底液压与气动计算机应用数控加工PLC编程与应用CA*A数控车个人技能软件操作：CADCA*Aworde*celPPT实际操作：数控车床高压电工实习经历获奖经历社团活动取得证书爱好特长自我评价附录：FromtheworldofradiointheworldtoasinglechipModernputertechnology,industrialrevolution,theworldeconomyfromthecapitalintotheeconomytoknowledgeeconomy.Fieldintheelectronicworld,fromthe20thcenturyintotheeraofradiotoputertechnologyinthe21stcenturyasthecenteroftheintelligentmoderneraofelectronicsystems.Thebasiccoreofmodernelectronicsystemsareembeddedputersystems(referredtoasembeddedsystems),whilethemicrocontrolleristhemosttypicalandmoste*tensiveandmostpopularembeddedsystems.First,radiohascreatedgenerationsofe*cellenceintheworldFiftiesandsi*tiesinthe20thcentury,themostrepresentativeoftheadvancedelectronictechnologyiswirelesstechnology,includingradiobroadcasting,radio,wirelessmunications(telegraph),AmateurRadio,radiopositioning,navigationandothertelemetry,remotecontrol,remotetechnology.Earlythattheseelectronictechnologyledmanyyoungpeopleintothewonderfuldigitalworld,radioshowwasawonderfullife,theprospectsforscienceandtechnology.Electronicsbegantoformanewdiscipline.Radioelectronics,wirelessmunicationsbegane-worldjourney.Radiotechnologynotonlyasarepresentativeofadvancedscienceandtechnologyatthattime,butalsofrompopulartoprofessionalfieldsofscience,attractingtheyoungpeopleandenablethemtofindalotoffun.Orefromthebedsidetothesuperheterodyneradioradio;reportissuedfromtheradioamateurradiostations;fromthetelephone,electricbelltotheradiocontrolmodel.Becamepopularyouthradiotechnology,scienceandtechnologyeducationisthemostpopularandmoste*tensivecontent.Sofar,manyoftheoldergenerationofengineers,e*perts,Professoroftheyearareradioenthusiasts.Funradiotechnology,radiotechnology,prehensivetraining,frombasicprinciplesofelectronics,electronicponentstotheradio-basedremotecontrol,telemetry,remoteelectronicsystems,hastrainedseveralgenerationsoftechnologicale*cellence.Second,fromthepopularityoftheradioeratoeraofelectronictechnologyTheearlyradiotechnologytopromotethedevelopmentofelectronictechnology,mostnotablyelectronicvacuumtubetechnologytosemiconductorelectronictechnology.Semiconductortechnologytorealizetheactivedeviceminiaturizationandlowcost,somorepopularwithradiotechnologyandinnovation,andtogreatlybroadenthenumberofnon-radio-controlareas.Thedevelopmentofsemiconductortechnologyleadtotheproductionofintegratedcircuit,formingthemodernelectronictechnologyleapfromdiscreteelectronicsintotheeraoferaofintegratedcircuits.Electronicdesignengineersnolongerusethediscreteelectronicponentsdesignedcircuitmodules,anddirectselectionofintegratedcircuitponentsconstituteasinglesystem.Theyfreedthedesignofthecircuitunitdedicatedtosystemdesign,greatlyliberatingtheproductiveforcesofscienceandtechnology,promotethewiderspreadofelectronicsystems.Semiconductorintegratedcircuitsinthebasicdigitallogiccircuitsfirstbreakthrough.Alargenumberofdigitallogiccircuits,suchasgates,counters,timers,shiftregisters,andanalogswitches,parators,etc.,fortheelectronicdigitalcontrolprovidese*cellentconditionsforthetraditionalmechanicalcontroltoelectroniccontrol.Powerelectronicdevicesandsensortechnologytomaketheoriginaltotheradioasthecenterofelectronictechnologyturnedtomechanicalengineeringinthefieldofdigitalcontrolsystems,testinginthefieldofinformationcollection,movementofelectricalmechanicalservodrivecontrolobject.Semiconductorandintegratedcircuittechnologywillbringusauniversalageofelectronictechnology,wirelesstechnologyasthefieldofelectronictechnologyapartof.70yearsintothe20thcentury,largescaleintegratedcircuitappearedtopromotetheconventionalelectroniccircuitunit-specificelectronicsystemsdevelopment.Manyelectronicsystemsunitintoadedicatedintegrateddevicessuchasradios,electronicclocks,calculators,electronicengineersintheseareasfromthecircuit,thesystemdesignedtodebugintothedeviceselection,peripheraldeviceadapterwork.Electronictechnology,andelectronicproductsenriched,electronicengineerstoreducethedifficulty,butatthesametime,radiotechnology,electronictechnologyhasweakenedthecharm.Thedevelopmentofsemiconductorintegratedcircuitsclassicalelectronicsystemsarematuring,remaininthelargescaleintegratedcircuitotherthantheshrinkingofelectronictechnology,electronictechnologyisnottheolddaysofradiofuntimesandprehensiveengineeringtraining.Third,fromtheclassiceraofelectronictechnologytomodernelectronictechnologyofthetimes80yearsintothe20thcentury,thecenturyofeconomicchangeisthemostimportantrevolutionintheputer.Theputerrevolutioninthemostimportantsignisthebirthoftheputerembeddedapplications.Modernputernumericalrequirementsshouldbeborn.Alongperiodoftime,istodevelopthemassiveputernumericalduty.Buttheputershowsthelogicoperation,processing,control,attractinge*pertsinthefieldofelectroniccontrol,theywantdevelopmenttomeetthecontrolobjectrequirementsofembeddedapplications,putersystems.Ifyoumeetthemassivedata-processingputersystemknownasgeneral-purposeputersystem,thenthesystemcanbetheembeddedobject(suchasships,aircraft,motorcycles,etc.)inaputersystemcalledtheembeddedputer.Clearly,boththedirectionoftechnologydevelopmentaredifferent.Theformerrequiresmassivedatastorage,handling,processingandanalysisofhigh-speeddatatransmission;whilethelatterrequiresreliableoperationinthetargetenvironment,thee*ternalphysicalparametersonhigh-speedacquisition,analysisandprocessinglogicandtherapidcontrolofe*ternalobjects.Itwilladdanearlygeneral-purposeputerdataacquisitionunit,theoutputdrivercircuitreluctancetoformaheattreatmentfurnacetemperaturecontrolsystem.Thisgeneral-purposeputersystemisnotpossibleformostoftheelectronicsystemused,andtomakegeneral-purposeputersystemmeetstherequirementsofembeddedapplications,willinevitablyaffectthedevelopmentofhigh-speednumericprocessing.Inordertosolvethecontradictionbetweenthedevelopmentofputertechnology,inthe20thcentury70s,semiconductore*pertsanotherway,infullaccordancewiththeelectronicsystemembeddedputerapplicationrequirements,amicro-puter'sbasicsystemonachip,theformationoftheearlySCM(SingleChipMicroputer).Aftertheadventofsinglechipintheputerindustrybegantoappearinthegeneral-purposeputersystemsandembeddedsystemsthetwobranches.Sincethen,boththeembeddedsystem,orgeneral-purposeputersystemshavebeendevelopedrapidly.Althoughtheearlygeneral-purposeputerconvertedtheembeddedputersystems,andrealembeddedsystembeganintheemergenceofSCM.Becausethemicrocontrollerisdesignedspecificallyforembeddedapplications,theMCUcanonlyachieveembeddedapplications.MCUembeddedapplicationsthatbestmeetenvironmentalrequirements,fore*ample,chip-levelphysicalspace,large-scaleintegratedcircuitslow-cost,goodperipheralinterfacebusandoutstandingcontrolofinstruction.Aputersystemmicrocontrollercore,embeddedelectronicsystems,intelligentelectronicsystemsforthefoundation.Therefore,thecurrentsinglechipelectronicsysteminwidespreaduseofelectronicsystemstoenablerapidtransitiontotheclassicalmodernintelligentelectronicsystems.4,singlechiptocreatethemoderneraofelectronicsystemsAmicrocontrollerandembeddedsystemsEmbeddedputersystemsfromembeddedapplications,embeddedsystemsforearlygeneral-purposeputeradaptedtotheobjectsystemembeddedinavarietyofelectronicsystems,suchastheship'sautopilot,enginemonitoringsystems.Embeddedsystemisprimarilyaputersystem,followedbyitbeingembeddedintotheobjectsystem,objectsintheobjectsystemtoachieverequireddatacollection,processing,statusdisplay,theoutputcontrolfunctions,asembeddedintheobjectsystem,embeddedsystemputerdoesnothaveanindependentformandfunctionoftheputer.SCMisentirelyinaccordancewiththerequirementsofembeddedsystemdesign,soSCMisthemosttypicalembeddedsystems.SCMistheearlyapplicationoftechnicalrequirementsinaccordancewiththedesignofembeddedputerchipintegration,hencethenamesinglechip.Subsequently,theMCUembeddedapplicationstomeetthegrowingdemandsofitscontrolfunctionsandperipheralinterfacefunctions,inparticular,highlightthecontrolfunction,sohasinternationalnamethesinglechipmicrocontroller(MCU,MicrocontrollerUnit).2MCUmodernelectronicsystemsconsistingofelectronicsystemswillbeemainstreamMCUisadevice-levelputersystems,itcanbeembeddedintoanyobjectsystemtoachieveintelligentcontrol.Smalltomicro-machinery,suchaswatches,hearingaids.Low-costintegrateddevice-level,low-toafewdollars,tendollars,enoughtospreadtomanycivilianSCMappliances,electronictoystogo.SCMconstitutesamodernelectronicsystemshasin-depthtothehouseholds,arechangingourlives,suchashomeaudio,televisions,washingmachines,microwaveovens,telephones,securitysystems,andairconditioners.SCMinnovationtheoriginalelectronicsystems,suchasmicrowaveovensuseSCM,itcaneasilysettheclock,theprogrammemory,powercontrol;airconditionerafteruseofSCMisnotonlyconvenientforremoteparametersetting,runningautomaticallytransform,frequencycontrolcanbeachieved.Atpresent,manyhouseholdappliancessuchasVCD,DVDonlysinglechiptoachieveitsfunctionmayoccurbefore.3EmbeddedSystemsledtheentireelectronicsindustryCurrentelectronicponentsindustry,inadditiontomicroprocessors,embeddedsystemdevices,themostmodernelectronicsystemsaroundthesupportingponentsindustries,suchaskeysusedtomeetthehuman-puterinteraction,LED/LCDdisplaydrivers,LED/LCDdisplayunits,voiceintegrateddevice,etc.,tomeettherequirementsofdataacquisitionchanneldigitalsensor,ADC,dataacquisitionmodule,signalconditioningmodulestomeettheservodrivecontrolintheDAC,solidstaterelays,steppermotorcontroller,frequencycontrolunit,etc.,tomeetthemunicationrequirementsvariousbusdriver,levelconverters.Electronicponentsintheembeddedsystemsworld,drivenbyembeddedapplicationsalongfullymeetrequirementsofmodernelectronicsystemsdevelopment.Thismakestheoriginalclassicworldofincreasinglysmallelectronicsystems.Practitionersinthevariouselectronicsystemstomodernelectronicsystemsasearlyaspossibletostay.5,SCMwillcreateanewgenerationofelectroniceliteIfthe50's,radiohascreatedseveralgenerationsoftheworldelite,thentoday'sSCMwillcreateanewgenerationofe-worldelite.AsinglechipwithyoutotheintelligentelectronicsIfweasadeadclassicelectronicsystemelectronicsystem,thentheintelligentmodernelectronicsystemsisa"life"oftheelectronicsystem.ApplicationSystemofhardware,electronicsystems,"body",microcontrollerapplications,theapplicationgivesit"life."Fore*ample,inthedesignofintelligentmachinesmonitordisplay,itcanbootthesystemself-testresultsshow,nottoentertheworkshowsavarietyofstand-bystate,equipmentrun-timedisplayrunningprocesses,workcanbedisplayedaftertheendofthecurrentresults,selfresults,rawdata,reportsandothervariousprocessing.Unattended,itcanrunautomaticallygivenavarietyoffunctions.Intelligentelectronicsystemsfortheendlessrealm,oftenwithoutadditionalhardwareresourcescanachieveallkindsofrenovatedfunction.Itisalsopresentinmanyhouseholdappliancesfeaturealargenumberofadditionalfactors.2singlechipputerwithyoutotheindustrialareaThe21stcenturyisthecenturyofhumanityintotheputerage,manypeoplearenotusedinthemanufactureofputeristheputer.Peopleusingtheputer,onlythepeopleengagedinembeddedsystemapplicationsreallyintotheinternalputersystemhardwareandsoftwaresystems,canwetrulyunderstandthenatureoftheputer'sintelligenceandgrasptheknowledgeofintelligentdesign.MCUapplicationsstartingfromthelearningtechnologyapplicationsintoday'sputersoftwaretraining,hardwareandtechnicalpersonnelofoneofthebestroads.3SCMbringyouintothemostattractiveinthedigitalworldCharmingsinglechiptoenableyoutoe*periencethetruemeaningoftheputer,youcandesignintelligentmicrocontrollerhands-ontoys,differentapplicationscanbedesignedtoachievedifferentfunctions.Bothsoftwaredesignandhardwaremakingthere,bothmentalandphysical,butalsohands.Primarylevelcandevelopintelligenttoys,withmacroprogramming.Intermediatelevelscandevelopsomeintelligentcontroller,suchasputermouse,smartcars,allkindsofremotecontrolmodel.Highlevelscanbedevelopedrobots,suchasrobotsoccer,thedevelopmentofindustrialcontrolunits,networkmunications,andhigh-levellanguagewithassemblylanguageordesignapplication.Microcontrollerandembeddedsystemsaroundtheformationofthefutureoftheelectronicsindustry,willprovideavastworldofelectronicfans,anevenbroaderthanthecurrentwirelessworld,richer,moredurable,moreattractiveinthedigitalworld.Plungeintothemicrocontrollerintheworldto,willbenefityourlife.MCUAttacksCurrently,therearefoursinglechipattacktechnique,namely:(1)softwareattackThetechnologyismonlyusedprocessormunicationinterfaceanduseprotocol,encryptionalgorithmorthealgorithmofsecurityvulnerabilitiestoattack.Thesuccessofsoftwareattackisatypicale*ampleoftheearlyATMELAT89CMCUattacks.Attackersinglechiperaseoperationofthetimingdesignflaw,erasetheencryptionusedbyourselveslockedinplace,thene*tstopon-chipprogrammemorydataeraseoperation,thusbringingintotoocloseasinglechipSCMnotencrypted,andthenusetheprogrammertoreadoutchipprogram.(2)electronicdetectionofattacksThetechnologyisusuallyahightimeresolutiontomonitortheprocessorduringnormaloperationofallpowerandinterfacesimulationfeatures,andbymonitoringtheelectromagneticradiationcharacteristicsofittoattack.BecauseSCMisanactiveelectronicdevice,whenite*ecutesadifferentmand,thecorrespondingchangesinthepowerconsumptionaccordingly.Thisthroughtheuseofspecialelectronicmeasuringinstrumentsandmathematicalstatisticalanalysisanddetectionofthesechanges,youcanaccesskeyinformationspecificmicrocontroller.(3)faultgenerationtechnologyAbnormalworkingconditionsofthetechnologyusedtomaketheprocessorerrors,andprovideadditionalaccesstoattack.Producethemostwidelyusedmeansofattack,includingthefaultoftheimpactandtheclockvoltageshock.Lowvoltageandhighvoltageprotectioncircuitattackcanbeusedtoprohibittheworkofprocessore*ecutionerrorsorenforcementaction.Clocktransitionmayresetthetransientprotectioncircuitwillnotdamagetheprotectedinformation.Powerandclocktransientstransitioneffectsincertainsingle-processorinstructiondecodingande*ecution.(4)probeThistechnologyisdirectlye*posedtochipconnection,andthenobserve,manipulate,interferewithsinglechiptoachievetheattackpurpose.Forconvenience,thesefourpeoplewillattacktechniquesaredividedintotwocategoriesistheintrusiontypeattack(physicalattack),suchattackrequiresdestructionofpackage,thenusesemiconductortestequipment,microscopesandmicro-positioningdevice,inaspeciallaboratoryspendhoursorevenwee