1、自動(dòng)化專業(yè)課程選修課程體系,鄭 征,一、電氣工程自動(dòng)化與自動(dòng)化區(qū)別,電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè) 1）培養(yǎng)目標(biāo)： 能夠從事與電氣工程有關(guān)的系統(tǒng)運(yùn)行、自動(dòng)控制、電力電子技術(shù)、信息處理、試驗(yàn)分析、研制開發(fā)、經(jīng)濟(jì)管理以及電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用等領(lǐng)域工作的寬口徑“復(fù)合型”高級(jí)工程技術(shù)人才。,2）電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)要求： 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生主要學(xué)習(xí)電工技術(shù)、電子技術(shù)、電氣控制、電力系統(tǒng)、繼電保護(hù)等方面較寬領(lǐng)域的工程技術(shù)基礎(chǔ)和一定的專業(yè)知識(shí)。 其主要特點(diǎn)是強(qiáng)弱電結(jié)合、電工技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合、軟件與硬件結(jié)合、元件與系統(tǒng)結(jié)合，學(xué)生將受到電工電子、信息控制及計(jì)算機(jī)技術(shù)方面的基本訓(xùn)練、具有解決電氣控制技

2、術(shù)問題及電力系統(tǒng)分析的基本能力。,一、電氣工程自動(dòng)化與自動(dòng)化區(qū)別,3）電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)主要課程： 電路原理、電子技術(shù)基礎(chǔ)、電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)(語言、軟件基礎(chǔ)、硬件基礎(chǔ)、單片機(jī)等)、自動(dòng)控制理論、電力系統(tǒng)分析、電氣控制技術(shù)、繼電保護(hù)、廣場(chǎng)供電、檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)等。 電氣工程及其自動(dòng)化也有兩個(gè)方向：電力工程和電氣工程，屬強(qiáng)電領(lǐng)域?？梢跃蜆I(yè)于電廠、電業(yè)局等單位，待遇頗高，也比較辛苦。,一、電氣工程自動(dòng)化與自動(dòng)化區(qū)別,2.自動(dòng)化專業(yè) 1)自動(dòng)化專業(yè)業(yè)務(wù)培養(yǎng)目標(biāo)： 自動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)具備電工技術(shù)、電子技術(shù)、控制理論、自動(dòng)檢測(cè)與儀表、信息處理、計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用、系統(tǒng)工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等較

3、寬領(lǐng)域的工程技術(shù)基礎(chǔ)和一定的自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)，能在電力電子技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制、檢測(cè)與自動(dòng)化儀表、工業(yè)過程控制、電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理、管理與決策等領(lǐng)域從事系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)運(yùn)行、科技開發(fā)及研究等方面工作的高級(jí)工程技術(shù)人才。,一、電氣工程自動(dòng)化與自動(dòng)化區(qū)別,2)自動(dòng)化專業(yè)業(yè)務(wù)培養(yǎng)要求： 較好地掌握電力電子技術(shù)與運(yùn)動(dòng)控制、自動(dòng)化儀表與工業(yè)過程控制、信息處理等方面的知識(shí)，具有本專業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)和技能，了解本專業(yè)學(xué)科前沿和發(fā)展趨勢(shì)； 獲得較好的系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)開發(fā)方面的工程實(shí)踐訓(xùn)練； 在自動(dòng)化專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)具備一定的科學(xué)研究、科技開發(fā)和組織管理能力，具有較強(qiáng)的工作適應(yīng)能力。,一、電氣工程自動(dòng)

4、化與自動(dòng)化區(qū)別,學(xué)生畢業(yè)后，可在各類工業(yè)、事業(yè)單位從事自動(dòng)化專業(yè)方面的技術(shù)工作和管理工作，以及從事工業(yè)裝置、生產(chǎn)過程控制等領(lǐng)域的設(shè)計(jì)、研究、運(yùn)行和技術(shù)改造工作，也可從事教學(xué)與科研方面的工作。,一、電氣工程自動(dòng)化與自動(dòng)化區(qū)別,自動(dòng)化專業(yè)主要課程： 電路原理、電子技術(shù)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)基礎(chǔ) 自動(dòng)控制理論、電機(jī)與電力拖動(dòng)基礎(chǔ)、電力電子技術(shù)、單片機(jī)原理與應(yīng)用 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng) 現(xiàn)代控制理論、信號(hào)與系統(tǒng)分析、檢測(cè)及轉(zhuǎn)換技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、控制系統(tǒng)仿真等。,一、電氣工程自動(dòng)化與自動(dòng)化區(qū)別,自動(dòng)化專業(yè)有兩個(gè)方向：過程控制和運(yùn)動(dòng)控制，基本上是弱電領(lǐng)域。就業(yè)面比較廣，工礦企業(yè)車間

5、流水線都可以，也可以搞科研，比如機(jī)器人。,一、電氣工程自動(dòng)化與自動(dòng)化區(qū)別,自動(dòng)控制的基本框圖,控制量,二、主要選修課程及其在自動(dòng)化專業(yè)中的應(yīng)用,1）計(jì)算機(jī)控制技術(shù)： 以PC總線工業(yè)控制機(jī)、單片機(jī)為控制工具，系統(tǒng)地講述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和工程實(shí)現(xiàn)方法。內(nèi)容包括：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)；輸入輸出接口與過程通道；數(shù)字程序控制技術(shù)；數(shù)字控制器設(shè)計(jì)方法；控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方法；網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)；智能控制基礎(chǔ)；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。,檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)：信號(hào)的檢測(cè)及方法，系統(tǒng)講解檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)，介紹測(cè)量及測(cè)量誤差的基本概念，過程檢測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)。 主要講述了壓力、物位、流量、溫度、成分等工業(yè)

6、過程檢測(cè)儀表的工作原理、結(jié)構(gòu)性能、基本技術(shù)參數(shù)及儀表的安裝使用和基本維護(hù)。通過對(duì)過程檢測(cè)系統(tǒng)的講述，明確工業(yè)過程檢測(cè)參數(shù)的顯示方式和顯示裝置的結(jié)構(gòu)、使用特點(diǎn)等。,二、主要選修課程及其在自動(dòng)化專業(yè)中的應(yīng)用,單片機(jī)原理及應(yīng)用：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用以MCS51單片機(jī)為主線，闡述計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)；單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)與功能；Mcs5l單片機(jī)的指令系統(tǒng)和匯編語言程序設(shè)計(jì)方法；中斷和定時(shí)器計(jì)數(shù)器；串行通信。 MCS51單片機(jī)的擴(kuò)展與接口技術(shù)，包括存儲(chǔ)器的擴(kuò)展，可編程并行IO接口的擴(kuò)展，鍵盤和顯示接口電路，數(shù)模、模數(shù)的轉(zhuǎn)換及接口設(shè)計(jì) 。,二、主要選修課程及其在自動(dòng)化專業(yè)中的應(yīng)用,PLC原理及其應(yīng)用：以在工業(yè)控制領(lǐng)域

7、中應(yīng)用廣泛的S7-300系列PLC為樣本，加強(qiáng)了LC的模擬量處理功能的介紹。 西門子公司的S7系列PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用，在我國(guó)的PLC市場(chǎng)中占據(jù)很大份額，很多高校都開設(shè)了相關(guān)課程。以S7-300系列PLC為樣本，介紹其組成結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、通信聯(lián)網(wǎng)及在過程控制領(lǐng)域中的應(yīng)用等內(nèi)容。,二、主要選修課程及其在自動(dòng)化專業(yè)中的應(yīng)用,主要包括以下幾個(gè)方面：S7-300系列PLC的硬件組成及工作原理；標(biāo)準(zhǔn)STEP7軟件包的使用方法、S7-300的指令系統(tǒng)及軟件調(diào)試方法；S7-300系列PLC的組織塊中斷管理及結(jié)構(gòu)化編程方法；S7-300系列PLC的通信網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用；S7-300系列PLC在過程控制

8、領(lǐng)域中的應(yīng)用。,二、主要選修課程及其在自動(dòng)化專業(yè)中的應(yīng)用,PLC是可編程邏輯控制器的英文縮寫，價(jià)格高，體積相對(duì)較大，但功能豐富，可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制，運(yùn)行可靠，可以適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境，目前廣泛代替了傳統(tǒng)的繼電器控制方式，在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用廣泛。 單片機(jī)是單芯片電子計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱，也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，與PLC相比，它的特點(diǎn)是體積小、價(jià)格低（只要十幾塊甚至幾塊錢就能買到一片，而PLC動(dòng)輒上千甚至更貴），但對(duì)運(yùn)行環(huán)境的要求較高。目前主要用于家用電器等不太復(fù)雜的控制。,二、主要選修課程及其在自動(dòng)化專業(yè)中的應(yīng)用,PLC實(shí)際上是一個(gè)模塊，控制電路、CPU等封裝在內(nèi)部。 主要用于電氣類產(chǎn)品中，比如數(shù)控機(jī)床、電梯

9、等,二、主要選修課程及其在自動(dòng)化專業(yè)中的應(yīng)用,DSP原理及其應(yīng)用： 數(shù)字信號(hào)處理器，也稱DSP芯片，是針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理需要而設(shè)計(jì)的一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器，它是現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。隨著信息處理技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)已逐漸發(fā)展成為一門主流技術(shù)，它在電子信息、通信、軟件無線電、自動(dòng)控制、儀器儀表、信息家電等高科技領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。,二、主要選修課程及其在自動(dòng)化專業(yè)中的應(yīng)用,數(shù)字信號(hào)處理器由于運(yùn)算速度快，具有可編程特性和接口靈活的特點(diǎn)，使得它在許多電子產(chǎn)品的研制、開發(fā)與應(yīng)用中，發(fā)揮著越來越重要的作用。采用DSP芯片來實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)更是當(dāng)前的

10、發(fā)展趨勢(shì)。 近年來，DSP技術(shù)在我國(guó)也得到了迅速的發(fā)展，不論是在科學(xué)技術(shù)研究，還是在產(chǎn)品的開發(fā)等方面，其應(yīng)用越來越廣泛，并取得了豐碩的成果。為了緊跟DSP技術(shù)的發(fā)展，越來越多的高校開設(shè)了有關(guān)DSP技術(shù)的課程和實(shí)驗(yàn)。,二、主要選修課程及其在自動(dòng)化專業(yè)中的應(yīng)用,三、單片機(jī)、PLC、DSP的區(qū)別,1.單片機(jī)的特點(diǎn)： 所謂單片機(jī)就是在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM(EPROM或EEPROM)、時(shí)鐘、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、多種功能的串行和并行I/O口。如Intel公司的8031系列等。除了以上基本功能外，有的還集成有A/D、D/A，如Intel公司的8098系列。 單片機(jī)具有如下特點(diǎn)： 具有位處理能力，

11、強(qiáng)調(diào)控制和事務(wù)處理功能。價(jià)格低廉。如低檔單片機(jī)價(jià)格只有人民幣幾元錢。開發(fā)環(huán)境完備，開發(fā)工具齊全，應(yīng)用資料眾多。后備人才充足。國(guó)內(nèi)大多數(shù)高校都開設(shè)了單片機(jī)課程和單片機(jī)實(shí)驗(yàn)。,2.PLC器件的特點(diǎn) PLC可以認(rèn)為是“封裝”好了的單片機(jī)。PLC內(nèi)部也是具有和單片機(jī)功能相同的智能控制部分，對(duì)外來說，則是擴(kuò)展了單片機(jī)輸入輸出口的驅(qū)動(dòng)能力，相當(dāng)與添加了三極管和繼電器。還有其他的比如抗干擾能力等都作了比較好的處理。 PLC經(jīng)常應(yīng)用在工作環(huán)境比較惡劣的地方，比如礦山，高壓等地方。對(duì)于PLC來說，有一套不同于單片機(jī)的指令，這是各個(gè)廠家在開發(fā)生產(chǎn)時(shí)，把PLC 的指令對(duì)應(yīng)成了內(nèi)部單片機(jī)可以識(shí)別的指令。,三、單片機(jī)、

12、PLC、DSP的區(qū)別,相對(duì)來說，PLC可以實(shí)現(xiàn)的功能更簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)人員可以發(fā)揮的余地比較小。因?yàn)閷?duì)于單片機(jī)來說，PLC可以使用的部分有對(duì)外連接，而沒有連接出來的部分則是不能用的。可以說，PLC的內(nèi)核也是單片機(jī)，但是對(duì)外來說則是應(yīng)用于專門場(chǎng)合的“單片機(jī)”PLC了。,三、單片機(jī)、PLC、DSP的區(qū)別,3.DSP器件的特點(diǎn) 與單片機(jī)相比，DSP器件具有較高的集成度。DSP具有更快的CPU，更大容量的存儲(chǔ)器，內(nèi)置有波特率發(fā)生器和FIFO緩沖器。提供高速、同步串口和標(biāo)準(zhǔn)異步串口。 有的片內(nèi)集成了A/D和采樣/保持電路，可提供PWM輸出。 DSP器件采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)空間，允許同時(shí)存取

13、程序和數(shù)據(jù)。內(nèi)置高速的硬件乘法器，增強(qiáng)的多級(jí)流水線，使DSP器件具有高速的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力。,三、單片機(jī)、PLC、DSP的區(qū)別,DSP器件比16位單片機(jī)單指令執(zhí)行時(shí)間快810倍，完成一次乘加運(yùn)算快1630倍。 DSP器件還提供了高度專業(yè)化的指令集，提高了FFT快速傅里葉變換和濾波器的運(yùn)算速度。此外， DSP器件提供JTAG接口，具有更先進(jìn)的開發(fā)手段，批量生產(chǎn)測(cè)試更方便，開發(fā)工具可實(shí)現(xiàn)全空間透明仿真，不占用用戶任何資源。軟件配有匯編/鏈接C編譯器、C源碼調(diào)試器。,三、單片機(jī)、PLC、DSP的區(qū)別,什么是JTAG 呢？ JTAG(Joint Test Action Group)聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)小組)是一種

14、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議（IEEE 1149.1兼容），主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試。 現(xiàn)在多數(shù)的高級(jí)器件都支持JTAG協(xié)議，如DSP、FPGA器件等。標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口是4線：TMS、 TCK、TDI、TDO，分別為模式選擇、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。,三、單片機(jī)、PLC、DSP的區(qū)別,目前國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用最為廣泛的DSP器件是美國(guó)德州儀器(TI)公司生產(chǎn)的TMS320系列。 DSP開發(fā)系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化工作已經(jīng)完成，國(guó)產(chǎn)開發(fā)系統(tǒng)的價(jià)格至少比進(jìn)口價(jià)格低一半，有的如TMS320C2XX開發(fā)系統(tǒng)只有進(jìn)口開發(fā)系統(tǒng)價(jià)格的1/5，這大大刺激了DSP器件的應(yīng)用。,三、單片機(jī)、PLC、DSP的區(qū)別,目前，已有不少高校建立DSP實(shí)驗(yàn)室，TI公司和北京聞亭公司都已制訂了高校支持計(jì)劃，將帶動(dòng)國(guó)內(nèi)DSP器件的應(yīng)用和推廣(哈爾濱工程大學(xué)就是其中的一所，他們的實(shí)力非常強(qiáng)大).,三、單片機(jī)、PLC、DSP的區(qū)別,結(jié)論：DSP器件是一種具有高速運(yùn)算能力的單片機(jī)。從應(yīng)用角度看：DSP器件是運(yùn)算密集型的，而單片機(jī)是事務(wù)密集型的，DSP器件可以取代單片機(jī)，單片機(jī)卻不能取代DSP。DSP器件價(jià)格大幅度下滑