3.输入单元
可编程序控制器的输入信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。输入单元从广义上包含两部分：一是与被控设备相连接的接口电路，二是输入映像寄存器。
输入单元接收来自用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能够识别和处理的信号，并存到输入映像寄存器。运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果存放到输出映像寄存器。
为防止各种干扰信号和高电压信号进入PLC影响其可靠性或造成设备损坏，现场输入接口电路一般由光电耦合电路进行隔离。光电耦合电路的关键器件是光耦合器，一般由发光二极管和光电三极管组成。
通常PLC的输入类型可以是直流（DC24伏）、交流和交直流。输入电路的电源可由外部供给，有的也可由PLC内部提供。
对于直流输入，根据现场输入接口电路形式的不同，分为源型输入和漏型输入两种形式。极大部分的欧美品牌的PLC采用漏型输入，而极大部分的亚洲品牌的PLC采用源型输入。
PLC是通过输入/输出端子与控制对象取得联系的。PLC的输入/输出端子的组织形式通常有三种，即汇点式、分组式和分隔式。极大部分的PLC的输入端子采用汇点式，也有的PLC为了增加使用的灵活性采用分组式。
4.输出单元
可编程控制器的输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。输出单元从广义上包含两部分：一是与被控设备相连接的接口电路，二是输出的映像寄存器。
PLC运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果放到输出映像寄存器。输出映像寄存器由输出点相对应的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯等被控设备的执行元件。
输出接口电路通常有三种类型：继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型。每种输出电路都采用电气隔离技术，电源由外部提供，输出电流一般为1.5～2安，输出电流的额定值与负载的性质有关。
为使PLC避免受瞬间大电流的作用而损坏，输出端外部接线必须采用保护措施。可选措施有两种：一是输出公共端接熔断器；二是采用保护电路，对交流感件负载，一般用阻容吸收回路，对直流感性负载用续流二极管。
绝大部分的PLC的输出端子采用分组式或分隔式。对于晶体管输出型又有源型输出和漏型输出两种形式。
5.通信接口
现代PLC一个显着的特点就是具有通信功能。目前主流的PLC一般都具有RS485（或RS232）通信接口，以便连接编程设备、监视器、打印机等外围设备，或连接诸如变频器、温控仪等简单控制设备进行简单的主从式通信，实现“人-机”或“机-机”之间的对话。一些先进的PLC上还具有工业网络通信接口，可以与其他的PLC或计算机相连，组成分布式工业控制系统，实现更大规模的控制。另外还可以与数据库软件相结合，实现控制与管理相结合的综合控制。
6.编程设备
编程器的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。编程器有简易型和智能型两类。简易型的编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符（指令表）后才能输入。它一般由简易键盘和发光二极管或其他显示器件组成。智能型的编程器又称图形编程器，它可以联机编程，也可以脱机编程，具有LCD或CRT图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。
还可以利用微机作为编程器，PLC生产厂家配有相应的软件包，使用微机编程是PLC发展的趋势。现在已经有一些PLC不再提供编程器，而只提供微机编程软件，并且配有相应的通信连接电源。
3.5.5 可编程控制器（PLC）的发展趋势
可编程控制器总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下几个方面。
1.向小型化、专用化、低成本方向发展
20世纪80年代初，小型PLC在价格上还高于小系统用的继电器控制装置。随着微电子技术的发展，新型器件大幅度地提高功能和降低价格，使PLC结构更为紧凑，功能不断增加，将原来大、中型PLC才有的功能移植到小型PLC上，如模拟量处理、数据通信和复杂的功能指令等，价格又不断下降，已真正成为继电器控制系统的替代产品。
2.向大容量、高速度方向发展
大型PLC采用多微处理器系统，有的采用了32位微处理器，可同时进行多任务操作。处理速度提高，特别是增强了过程控制和数据处理的功能。另外，存储容量也大大增加。
3.与计算机联系密切
从功能上看，PLC不仅能完成逻辑运算，而且计算机的复杂运算功能在PLC中也进一步得到利用；从结构上看，计算机的硬件和技术越来越多地应用到PLC；从语言上看，PLC已不再是单纯用梯形图语言，而是可用多种语言编程，如类似计算机汇编语言的语句表，甚至可直接用计算机高级语言编程；在通信方面，PLC与计算机可直接相连并进行信息传递。
4.发展多样化
可编程控制器发展的多样化体现在产品类型、编程语言和应用领域三个方面。
5.模块化
PLC的扩展模块发展迅速。明确化、专用化的复杂功能由专门模块来完成。主机仅仅通过通信设备向模块发布命令和测试状态，这使得PLC的系统功能进一步增强，控制系统设计进一步简化。
6.网络与通信能力增强
计算机与PLC之间以及各个PLC之间的联网和通信的能力不断增强。使用工业网络可以有效地节省资源、降低成本、提高系统可靠性和灵活性，致使网络的应用有普遍化的趋势。
7.多样化与标准化
生产PLC产品的各厂家都在大力度地开发自己的新产品，以求占据市场的更大份额。因此产品向多样化方向发展，出现了欧、美、日多种流派。与此同时，为了推动技术标准化的进程，一些国际性组织，如国际电工委员会（IEC）不断为PLC的发展制定一些新的标准，要求对各种类型的产品作一定的归纳或定义，或对PLC未来的发展制定一种方向或框架。
8.工业软件发展迅速
与可编程控制器硬件技术的发展相适应，工业软件的发展也异常迅速，它使系统应用更加简单易行，大大方便了PLC系统的开发人员和操作使用人员。
3.6 嵌入式系统
3.6.1 嵌入式系统的定义
嵌入式系统是计算机软件与计算机硬件集成在一起，嵌入到应用对象内部的计算机系统。这种系统往往与应用对象技术，如通信技术、传感技术、信号处理技术、控制技术等结合在一起，成为嵌入式系统应用对象的控制中枢。
嵌入式系统具有芯片集成度高、硬件软件最小化、高度自动化、响应速度快以及性能可靠等基本特点，特别适合于要求实时和多任务的场合。从应用角度考察，目前相当一部分嵌入式产品都具有3C融合特征，即计算机（Computer）、通信（Communication）和消费电子（Consume Electronic）一体化。
从本质上来说，嵌入式系统和嵌入式设备是有区别的。嵌入式系统是一个比PC更加小型化的计算机系统，只是它通常被嵌入到应用设备或应用系统中成为一个专用的计算机系统。而嵌入式设备是指某一包含嵌入式系统的专用设备。通常，在典型的嵌入式设备中几乎感觉不到计算机系统的存在，我们日常所见的PDA、手机、微波炉等都属于嵌入式设备。
嵌入式系统较为完整和规范的定义：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
真正意义上的嵌入式系统是从20世纪70年代随着微处理器的出现发展起来的。
伴随着微处理器的发展，嵌入式系统至今已经有30多年的历史，它大致经历了以下四个发展阶段。
第一阶段是以4位到8位单片机为核心的可编程控制器系统，同时具有检测、伺服、指示设备相配合的功能。这一阶段系统主要的特点是：结构和功能相对单一、效率较低、存储容量较小、几乎没有人机交互接口。其应用范围主要局限于一些专业性极强的工业控制系统。一般没有操作系统支持，通过汇编语言对系统进行直接控制。尽管这类系统使用简单方便、价格便宜，但是，对于需要大容量存储介质、友好的人机交互界面、远距离或无线通信的高性能现代化工业控制和后PC时代新兴的信息家电等领域而言，已远远不能满足要求。
第二阶段是以8位到16位嵌入式中央处理器（CPU）为基础，以简单操作系统为核心的嵌入式系统。这一阶段系统的主要特点是：CPU种类繁多、通用性较弱、系统开销小、操作系统的兼容性和扩展性较低、应用软件较为专业、用户界面不够友好以及网络功能较弱。这种嵌入式系统的主要任务是提高应用对象的智能化水平，如智能化仪器仪表、智能化家电等。
第三阶段是以32位RISC嵌入式中央处理器加嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。这一阶段系统的主要特点是：嵌入式操作系统能够运行于各种不同类型的处理器之上。操作系统内核精练小巧、效率高、模块化程度高，具有文件和目录管理，支持多任务处理，支持网络操作，具有图形窗口和用户界面等功能，具有大量的应用程序接口以及各种组件，开发程序简单、高效，能满足日益复杂的应用需求。这也是我们现在通常所说的典型嵌入式系统。不过，它在通用性、兼容性和扩展性方面仍有待改进。
第四阶段是以基于Internet接入为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。随着网络在人们生活中的地位日益显着，越来越多的场合需要采用支持Internet接入功能的嵌入式系统，如手机、PDA，甚至电视机、电冰箱等传统家电都需要上网，所以在嵌入式系统中使用网络操作系统将成为今后的发展趋势。
3.6.2 嵌入式系统的特点
如前所述，嵌入式系统也是一个计算机系统，但与通用计算机系统相比，它具有以下一些特点。
1.与应用密切相关，执行特定功能
任何一个嵌入式系统都和特定应用相关，用途固定。嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，要具备良好的软、硬件可裁剪性，力争在满足应用目标的前提下使系统最精简。
2.具有实时约束
嵌入式系统都是实时系统，都有时限要求。若违反实时约束则可使系统瘫痪或不可用。特别是对于一些强实时嵌入式系统，如军事电子、飞机控制、核电控制等，如违反实时约束有可能会造成非常严重的后果。
3.嵌入式操作系统一般为多任务实时操作系统（Real Time Operating System，RTOS）由于嵌入式系统处理的外部事件通常有多个，而且具有分布和并发的特点，因此要求嵌入式操作系统必须是多任务实时操作系统。
4.系统可靠性要求高
嵌入式系统使用环境不定，甚至要在非常恶劣的环境下工作，但嵌入式系统对软件故障的容错能力比PC差很多，因此需要有相应的可靠性保障机制，如看门狗、定时器等。
5.具有功耗约束
很多嵌入式系统采用电池供电，因此对功耗有严格要求，从而使得嵌入式系统的硬件和软件必须仔细设计以满足其功耗约束。
6.需要交叉开发环境和调试工具
嵌入式系统本身不具备自身开发能力，即使在设计完成以后用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发和测试。这些工具和环境一般是指基于通用计算机上的硬件设备、各种逻辑分析仪、混合信号示波器以及专门的软件开发和调试工具等。
7.系统资源紧缺
由于对成本、体积、功耗有严格要求，使得嵌入式系统的资源（如内存、I/O接口）都非常紧缺，因此软、硬件都需仔细设计以充分利用有限的系统资源。
3.6.3 嵌入式系统的分类
嵌入式系统可以按照以下方式进行分类。
1.按嵌入式系统的技术复杂度分类
根据控制技术的复杂度可以把嵌入式系统分为三类：无操作系统控制的嵌入式系统（Non OSControl Embedded System，NOSES），小型操作系统控制的嵌入式系统（Small OSControl Embedded System，SOSES），大型操作系统控制的嵌入式系统（Large OSControl Embedded System，LOSES）。
所谓无操作系统控制的嵌入式系统，一般认为其硬件主体由IC芯片或者4位/8位单片机构成，这一类嵌入式系统的控制软件不含操作系统。
