一、傳統儀器設計過程回顧

現代化的自動儀器設備均具有如下幾方面的性能和特點：

前端的信號檢測，適時數據采集，數據處理，實現其功能的光機電一體化的自動裝置，以及人機操作界面，除此之外還必須有完備的上下位機的控制程序軟件包。為實現以上幾個方面的性能，以高性能的微處理器為基礎的嵌入式單板機就似乎成為迄今儀器設計的唯一選擇。從而，在儀器具體的性能要求確定以后，單板機的軟硬件設計制造工作就進入議事日程?！　　?/p>

　　二、新設計方案的提出和可行性分析與單板機方案比較

所謂的新方案的概念源于個人的專業(yè)技術經歷和接觸不同的技術領域，筆者分別從事過精密儀器設計和工業(yè)自動化領域的工作，PLC技術，特別是國產HOLLiAS LM 系列小型PLC的性能給我一個在精密儀器設計方案上重新審視的技術空間。

從設計方法學的角度來看待設計問題，全世界沒有誰規(guī)定自動儀器一定要以單板機為核心，只要能夠實現傾向用戶使用要求的儀器設計就是成功的產品，換句話說用戶和使用者不關心儀器的設計過程和內部構造，他們只關心儀器的性能價格比。而作為設計人員，我們所要考慮的是所有可以實現預期性能的設計方案和手段以及技術途徑，這樣較為符合設計方法學的思想方法和設計規(guī)程。

考慮技術可行性，先來看一下電子控制的硬件要求，一般地，系統需要有高性能的CPU，一定數量的內存，DI，DO，AI，AO，與人機界面的通訊端口，以及根據具體運行要求所編制的程序。這些工作對一個單板機或DSP系統來說，無異于編制一套專用小型操作系統。在硬件上甚至往往需要設計單板機或DSP的PCB板，在SMT技術的今天設計完善這樣的系統也非易事，調試的問題不用說，甚至一兩個DI的擴展，都需要重新設計改動PCB板。

再看一下PLC的性能，PLC是可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller）的英文縮寫。對有工業(yè)自動化控制經驗的人來說，一點也不陌生，但對于那些僅從事儀器設計的人來說，也許不甚了解或者從未涉足使用。PLC通常具有高性能的CPU，相當規(guī)模的內存，可任意擴展的DI，DO，AI，AO接口，其中AI的分辨率為16 BIT 以上，其DO接口可以直接驅動1A電流的功率器件或繼電器, 因此PLC在硬件上完全可以代替單板機。

再從軟件編程和運行的方面比較，單板機或DSP，即使借助于C語言或其他專門的開發(fā)環(huán)境，其工作也是相當厄繁的，而且不使用匯編語言，指令對硬件的直觀控制效果不易觀察，調試困難。對于儀器控制的特殊應用，運行時子程序調用比較多，在線調試困難。而對于PLC來說，其自身的功能塊，指令組，就此類系統控制應用而言，比C語言完備得多，如各種微電機控制，定時，記數，脈寬調制，脈沖輸出等等。另外PLC程序在運行時是實時重復掃描，可以根據邏輯計算結果的要求實時任意取舍子程序或功能塊的運行，對于一個接近120K內存的較長程序,一次掃描僅需幾十毫秒,就絕大多數應用而言,速度足夠快。就編程而言，PLC的指令系統容易學，容易使用，調試方便。PLC 較之嵌入式的程序，具有更好的可讀性和易讀性，它可以使得更多公司和更多工程技術人員從事開發(fā)工作.

考察性能價格比，顯然在開發(fā)階段，PLC的成本很低，它是工控市場化批量生產的產品，只需要設計少量外圍專用電路，軟件環(huán)境也容易在PC上設置，經常是PLC廠家免費提供的。在生產階段，PLC與單板機的成本相差不懸殊。況且PLC較單板機的用戶面寬，產品成熟，質量穩(wěn)定可靠，從而在生產訂購上也節(jié)省時間。

綜上所述，PLC的功能和實時運行能力以及系統開發(fā)的簡易性超過一般意義上的單板機。甚至具備單板機所不具備的實時在線性能。因此，從理論到實踐上看PLC作為儀器核心都是具有更多優(yōu)越性。

三、設計過程詳實（以自動生化分析儀為例）
自動生化分析儀是用于醫(yī)院臨床檢驗血液生化指標的復雜儀器。生化分析儀的基本功能是按照各自不同的生化方法要求設定測試參數，然后自動機構取樣并按照設定對各樣品及同一樣品的不同測試加入所需的試劑，按所需特定比例進行稀釋。進而分別注入比色杯對反應液進行保溫和延時（經稀釋后的樣品稱為反應液），下一步對反應液按照所需編排好的測試方法和時間進行測試，最后計算并儲存和打印測試結果。從而得到生化分析儀對電子系統的軟硬件要求,并據此選擇PLC的軟硬件配置。　
1)硬件要求
120K程序內存
3 AI輸入
24 DI輸入
16 DO輸出，包括2 -PTO，1-PWM輸出
2 AO 輸出