西门子贵港PLC模块代理商

其可对立即停车过程进行控制，因此不会对人身、

环境造成损害。S7-400F/FH具有两种基本设计：故障全自动化系统。如果控制系统中发生故障，生产

过程就转移到安全状态，并中断。故障安全容错自动化系统。如果在控制系统中发生故障，冗余控制

系统部分将发生作用，继续控制生产过程。使用附加标准模块可以创建一个全集成控制系统，在非安全

相关和安全相关任务共存工厂中使用。使用相同的标准工具整个工厂进行组态和编程。组合式结构的可

编程序控制器是把PLC系统各个组成部分按功能分成若干个模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、

电源模块等等。其中各模块功能比较单一模块的种类却日趋丰富。比如，一些可编程序控制器，除了

些基本的I/O模块外，还一些特殊功能模块，像温度检测模块、位置检测模块、PID控制模块通讯模块

等等。组合式结构的PLC特点是CPU、输入、输出均为独立的模块。模块尺寸统一、安装整齐、I/O点

选型自由、安装调试、扩展、维修方便。叠装式结构集整体式结构的紧凑、体积小、安装方便和组合

式结构的I/O点搭配灵话、安装整齐优点于一身。它也是由各个单元的组合构成。其特点是CPU自成独

立的基本单元（由CPU和一定I/O点组成），其它I/O模块为扩展单元。在安装时不用基板，仅用电缆进

行单元间的联接，各个单元可以一个个地叠装·使系统达到配置灵活、体积小巧。1．SIMATIC S7-200

PLCS7-200 PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S

IMATCS7-400PLC S7-400 PLC是用于中、性能范围的可编程序控制器。 S7-400 PLC采用模块化无

风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别（功能逐步升级）的CPU，并配有多种通用功能的模

板，这使用户能根据需要组合成不同的系统。

 RUN（运行）中更改硬件组态（在 RUN（运行）、CiR 中组态）。使用 SIMATIC S7-400，可在设备运行时，对硬件配置进行无反应修改。可能出现以下情况：添加分布式 I/O 节点（PROFIBUS DP 或 PA 从站）在 ET 200M I/O 系统中添加和重新参数化模块CiR – RUN（运行）中的组态可通过操作阶段中的设备扩展和改造缩短调试和重新装备时间。此外，由于无需因硬件组态更改而重新初始化或同步设备，这个系统功能允许对过程工程更改（例如，过程优化）极为灵活地响应。模块的诊断和过程监视SIMATIC S7-400 的许多输入/输出模块都具有智能能力：监视信号(诊断)监视过程信号（过程中断）诊断

智能诊断系统可用于检测模块的信号采集（数字量模块）或模拟处理（模拟量模块）是否正常工作。在评估诊断时，必须区别可参数化诊断消息和非可参数化诊断消息：可参数化诊断消息：

该诊断消息只在已通过相关参数化发布时发送。非可参数化诊断消息：

在通常情况下发送这些消息，即，与任何参数化无关。在诊断消息等候处理时（例如，“Missing encoder supply”（丢失编码器电源）），模块触发诊断中断（对于可参数化诊断消息，只在相关参数化后触发）。CPU 中断执行用户程序或较低的优先级，处理相关的诊断中断块 (OB 82)。可以通过信号更改触发的过程中断和响应监视过程信号。

 本文通过采用单片机来进行控制，可以实现仪器仪表的数字化、智能化和微型化。通过对比选择采用了LPC2148芯片解决方案来实现音频分析仪的设计

　　引言

　　随着微电子和信息技术的快速发展，以单片机为代表的数字技术发展日新月异。单片机由于具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，而广泛应用于各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理。事实上，通过采用单片机来进行控制，可以实现仪器仪表的数字化、智能化和微型化。本文通过对比选择采用了LPC2148芯片解决方案来实现音频分析仪的设计。

　　1 系统分析与选择

　　1.1 信号处理原理分析

　　在对音频信号进行分析的过程中，本文采用了快速傅立叶变换FFT算法，即首先对音频信号进行离散化处理，然后进行FFT运算，求出信号各个离散频率点的功率数值，并得到离散化的功率谱，后在频域计算被测音频信号的总功率。

　　1.2 系统的选择

　　在处理器的选择上，通常可以选择8位、16位或者是32位的MCU。但是，由于在处理信号的过程中，通常会用到快速傅立叶变换FFF算法，所以需要进行大量的浮点运算，而且一个浮点要占用四个字节，故在处理过程要占用大量的内存，同时浮点运算时间也很慢，所以采用普通的8位MCU和16位MCU一般难以在一定的时间内完成运算。综合考虑系统内存的大小以及运算速度，本系统选用Philips公司的32位单片机LPC2148。该芯片具有32 KB的RAM，而时钟频率高达60 MHz，所以，对于浮点运算，不论是在速度上，还是在内存上都能够很快的处理。在信号采样方式上，由于本系统所选用的32位MCU芯片LPC2148是60 MHz的单指令周期处理器，定时精度为16.7 ns，可以实现40.96 kHz的采样率，而且控制方便，成本便宜，所以，本设计由MCU进行直接采样，而不采用DDS芯片配合FIFO对信号进行采集。

　　2 系统设计

　　2.1 总体设计

　　在系统总体设计中，音频信号的采样过程非常关键。当音频信号经过一个由运放和电阻组成的匹配网络进行采样时，首先要由量程控制模块对信号进行处理，如果信号电压在100 mV～5 V的范围内选择直通，也就是不对信号进行衰减或者放大控制，则可减少误差。但是，当信号强度太小时，12位的A/D转换器在2.5 V参考电压下的小分辨率为1 mV左右，这时如果选择直通，其离散化处理的误差将会非常大。因此，当采集到信号后，若发现其强度太小，如在20～250 mV之间，这时就应该将其认定为弱信号，故应对其经过增益放大器放大之后再进行A/D采样。

　　经过12位A/D转换器ADS7819转换后的数字信号可由32位LPC2148进行FFT变换和处理，以分析其频谱特性和各个频率点的功率值，然后将这些值送到Atmega16进行显示控制。信号由32位LPC2148分析后，可判断其周期性，可由Atme-gal6进行测量，然后在LCD显示屏上显示，其功能框图如图1所示。

　　2.2 放大电路设计

    当信号输入后，首先要根据信号强弱进行放大处理，图2所示是其放大电路原理图。该放大电路通过R1和R2两个电阻和一个高精度仪表运放AD620实现跟随功能，并在进行阻抗匹配后。通过继电器控制来决定是将信号直接送给AD转换还是放大后再进行AD转换。

　　由于需要对音频信号的频率及其功率进行检测，并且要测量正弦信号的失真度，因此要求在对小信号进行放大时，要尽可能少的引入信号的放大失真。正弦信号的理论计算失真度为0，对引入的信号失真非常灵敏，所以，本设计选择了低噪声、低失真的仪表放大器INA217，以将失真度控制在1 kHz频率之内。

　　2.3 AD转换电路设计

　　本系统采用12位AD转换器ADS7819来对信号进行转换，并将转换的数据送往32位控制器进行处理，其转换电路原理图如图3所示。

　　3 软件设计

　　由于系统主控芯片LPC2148的处理速度比较快，所以，软件设计采用C语言来进行编程比较简单快捷，其软件设计流程图如图4所示。

　　4 结果分析

　　笔者对本系统的音频信号进行了测量，并得到了如表1所列的数据。由于实验室能够模仿的音频信号只有正弦信号，所以，实验采用信号发生器来产生正弦信号，然后对其进行测量和误差分析，根据时域和频域的测量结果可以发现，其测量误差在5%的范围之内，且没有发现明显失真，基本可以满足实验的测量要求。

　　5 结束语

　　经过实验检验，本系统架构设计合理，功能电路较好，系统性能优良、稳定，系统设计基本可以满足音频分析的基本要求，且误差较小。但是，由于音频信号有多个频点，没有一定的规律性，因而导致测量过程中音频信号波动较大，这一点在应用过程中，还要对系统进行进一步的改进和完善。