拆解“上帝的左手”西門子ET200M：看上帝如何使用芯片控制其他設(shè)備

西門子，這個(gè)稱呼“上帝的左手——西門子”其實(shí)是一種比喻性的贊譽(yù)，來源于工業(yè)界對西門子在自動化、控制、能源等領(lǐng)域的統(tǒng)治力與技術(shù)影響力的評價(jià)。（原文鏈接：https://www.eeworld.com.cn/ai5iTGS）

GE通用電氣（上帝右手）：更偏重能源、制造、航空、醫(yī)療等“創(chuàng)造性生產(chǎn)”領(lǐng)域。

西門子（上帝左手）：更專注于控制、自動化、系統(tǒng)集成與工業(yè)數(shù)字化。

兩者合起來，就像“上帝用雙手創(chuàng)造世界”一樣，象征全球工業(yè)的兩極支撐力量。

那么今天我們來拆解一下西門子的明星產(chǎn)品ET200M，看下“上帝的左手”都有哪些“關(guān)節(jié)”，使用哪些芯片來創(chuàng)造世界的。

ET 200M 是 西門子（Siemens）推出的一款模塊化遠(yuǎn)程 I/O 系統(tǒng)，通常與 SIMATIC S7 PLC 配合使用，廣泛應(yīng)用于分布式控制系統(tǒng)。

基本概述

產(chǎn)品名稱：ET 200M

類型：模塊化遠(yuǎn)程 I/O 系統(tǒng)（Distributed I/O System）

用途：擴(kuò)展 PLC I/O，支持分布式控制

兼容 PLC 系列：SIMATIC S7-300、S7-400、S7-1500

特點(diǎn)：模塊化設(shè)計(jì)、可插拔式 I/O 模塊、適用于工業(yè)現(xiàn)場

核心特點(diǎn)

模塊化設(shè)計(jì)：CPU 可遠(yuǎn)程控制，I/O 模塊可根據(jù)需求組合，支持?jǐn)?shù)字量、模擬量、溫度、計(jì)數(shù)等

安裝方式：DIN 導(dǎo)軌安裝，支持工業(yè)現(xiàn)場安裝

通訊方式：PROFIBUS DP 或 PROFINET，支持高速數(shù)據(jù)傳輸

可靠性：適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境，抗干擾、防塵、防濕

側(cè)面參數(shù)，序列號。

德國制造，型號S7。

最后輸出的擴(kuò)展接口。

SIMATIC S7 是 西門子（Siemens）推出的工業(yè)自動化可編程邏輯控制器（PLC）系列，在工業(yè)控制和自動化領(lǐng)域非常廣泛使用。

基本概述

品牌：Siemens 西門子

系列：SIMATIC S7

類型：可編程邏輯控制器（PLC）

用途：工業(yè)自動化控制、生產(chǎn)線管理、機(jī)械控制等

特點(diǎn)：可靠、模塊化、適合復(fù)雜工業(yè)環(huán)境

主要型號系列

SIMATIC S7 系列包括不同性能和用途的型號：

系列適用范圍特點(diǎn)

S7-200小型控制系統(tǒng)體積小、成本低、適合簡單控制任務(wù)

S7-300中型控制系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)、I/O 可擴(kuò)展、工業(yè)應(yīng)用廣泛

S7-400大型控制系統(tǒng)高性能、高可靠性、適合復(fù)雜生產(chǎn)線

S7-1200新型中小型系統(tǒng)集成以太網(wǎng)、支持現(xiàn)代工業(yè)協(xié)議、編程靈活

S7-1500高端控制系統(tǒng)性能最強(qiáng)、支持快速通信、可擴(kuò)展性和診斷能力優(yōu)秀

通過底座連接到200M上。

S7打開后背部小電阻、電容：做濾波、限流用；

黑色小芯片（8腳）：是信號放大或隔離芯片；

黃色方塊電容：電源濾波；

大號黑電容：穩(wěn)壓、去噪。

整體作用：大致是把輸入信號做隔離、放大、穩(wěn)定處理，再送到主控制板。

接口位置，看樣子沒有太多的焊錫。

來看看正面的用料吧。

芯片型號1633L 36.0000 JPN

類型：石英晶振（Crystal Oscillator）

頻率：36.0000 MHz

作用：給單片機(jī)（如C165）提供時(shí)鐘信號。

制造商：日本制造（JPN標(biāo)記），品牌符號類似于 NDK 或 KDS。

HC125（右下角，標(biāo)號 3CE14DK）

品牌：TI（德州儀器）

型號：SN74HC125

功能：四路獨(dú)立三態(tài)緩沖器（Quad Buffer/Line Driver, Tri-State Outputs）

作用：用于信號隔離、電平驅(qū)動、數(shù)據(jù)總線控制。

每一路可以控制使能（OE），在不工作時(shí)高阻態(tài)，不干擾總線。

常用于微控制器與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)接口保護(hù)。。？！。？

芯片型號 ADM485AR

品牌：Analog Devices（亞德諾半導(dǎo)體）

型號：ADM485AR

功能：RS-485/RS-422 收發(fā)器（Transceiver）

作用：實(shí)現(xiàn)差分通訊接口，例如：工業(yè)串行通訊（Modbus、Profibus、RS485總線），與外部控制系統(tǒng)或PC連接，這說明這塊板具備 RS-485通信接口。

TL431（4732、CLD6等標(biāo)識）

這是 可調(diào)分流穩(wěn)壓基準(zhǔn)管（Precision Reference），型號TL431系列。

用于電源穩(wěn)壓或反饋控制，保證ADC/DAC或通訊電壓穩(wěn)定。

電源部分元件

L140（標(biāo) 470）：電感線圈，4.7 μH，用于DC-DC電源濾波或降壓模塊。

C512、C511 等黃色電容：鉭電容（EPCOS品牌），10 μF / 35V。

大電解電容：用于電源主濾波，保證穩(wěn)定供電。

主控芯片有個(gè)標(biāo)簽為1957 HD00 V101，左邊：

芯片型號1633L 36.0000 JPN，是一個(gè)石英晶振（Crystal Oscillator）

頻率：36.0000 MHz

作用：給單片機(jī)提供時(shí)鐘信號。

制造商：日本制造（JPN標(biāo)記），品牌符號類似于 NDK 或 KDS。

芯片型號LT1171 是 Linear Technology（現(xiàn)在屬于 Analog Devices） 生產(chǎn)的一款 可調(diào)節(jié)開關(guān)穩(wěn)壓器 / DC-DC 轉(zhuǎn)換器。我?guī)湍阏砹嗽敿?xì)信息：

型號：LT1171

類型：開關(guān)穩(wěn)壓器（Switching Regulator）

功能：升壓（Boost）、降壓（Buck）或反向（Inverting）電源轉(zhuǎn)

輸入電壓范圍：3V 至 40V

輸出電流：最高可達(dá) 1.5A（取決于封裝與散熱條件）

封裝類型：常見有 TO-220、SO-8 等

主要特點(diǎn)

內(nèi)置功率開關(guān)，效率高

可調(diào)輸出電壓

支持恒流或恒壓模式

高開關(guān)頻率（可達(dá) 100 kHz）

內(nèi)置欠壓鎖定功能，精確的輸出電壓調(diào)節(jié)

適合各種負(fù)載條件，撕下標(biāo)簽可以看到

芯片型號LSI-1032E 是 Lattice Semiconductor（萊迪思半導(dǎo)體） 品牌的可編程邏輯器件，完整型號為：

> ispLSI 1032E

芯片基本資料

項(xiàng)目說明

品牌Lattice Semiconductor（美國萊迪思半導(dǎo)體）

型號全稱ispLSI 1032E（也常寫作 LSI-1032E）

類別CPLD（Complex Programmable Logic Device，復(fù)雜可編程邏輯器件）

封裝PLCC-84、TQFP-100 等版本

供電電壓5 V（典型）

邏輯資源128 個(gè)宏單元（macrocells）≈ 6000 門邏輯

I/O 引腳64 個(gè)通用 I/O

工作頻率最高約 150 MHz（取決速度等級）

可編程性支持 ISP（In-System Programming）在線編程，通過 JTAG 接口下載配置

功能與作用

這類 CPLD 芯片的作用是充當(dāng)「邏輯膠合器件（Glue Logic）」，即：

替代傳統(tǒng)的分立邏輯芯片（如 74HC 系列）；

在 MCU 與外設(shè)之間完成復(fù)雜的信號控制、地址譯碼、狀態(tài)機(jī)邏輯；

可根據(jù)系統(tǒng)需要重新編程，無需改硬件即可調(diào)整邏輯功能。

芯片型號德州儀器HC125

德州儀器（Texas Instruments）的 SN74HC125 是一款高性能的 4 通道同相緩沖器，具有三態(tài)輸出，廣泛用于數(shù)字信號的隔離、總線驅(qū)動和信號緩沖等應(yīng)用。

主要特性

輸入類型：標(biāo)準(zhǔn) CMOS 輸入

輸出類型：三態(tài)輸出，支持高達(dá) 10 個(gè) LSTTL 負(fù)載的扇出能力

工作電壓范圍：2 V 至 6 V

工作溫度范圍：-40°C 至 +85°C

典型傳播延遲：約 11 ns

功耗：最大靜態(tài)電流為 80 μA

封裝類型：常見封裝包括 SOIC-14、DIP-14、TSSOP 等

功能：每個(gè)緩沖器的輸出由獨(dú)立的輸出使能（OE）控制，高電平使能輸出高阻態(tài)

正面上面是指示燈，往下是撥碼開關(guān)。底部是24V電源。右上是數(shù)據(jù)485接口。

打開后標(biāo)簽信息不確認(rèn)生產(chǎn)日期。

指示燈有4個(gè)。

打開蓋板，慢慢抽出主板，可以看到，內(nèi)部很多芯片。

主板取出來后，內(nèi)部有很多散熱孔。

整塊主板，遍布很多芯片，品牌有七八個(gè)。中間那個(gè)接口很不友好，有幾個(gè)芯片在他下面，要斜著才能看到。

D-FRONT 2.5-H 是 Phoenix Contact（菲尼克斯電氣） 的產(chǎn)品系列之一。

下面是詳細(xì)說明。

品牌：Phoenix Contact（菲尼克斯電氣）

型號：D-FRONT 2.5-H

類別：端子附件（Terminal Accessories）

功能：端蓋（End Cover）

接口，還有一個(gè)端子連接片。右邊是電源部分。

撥碼開關(guān)，可以組成64個(gè)。

HC125（標(biāo)號 3CE14DK）

品牌：TI（德州儀器）

型號：SN74HC125

功能：四路獨(dú)立三態(tài)緩沖器（Quad Buffer/Line Driver, Tri-State Outputs）

作用：用于信號隔離、電平驅(qū)動、數(shù)據(jù)總線控制。

每一路可以控制使能（OE），在不工作時(shí)高阻態(tài)，不干擾總線。

常用于微控制器與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)接口保護(hù)。

芯片型號M27C202是意法半導(dǎo)體2 Mbit (128Kb x16) UV EPROM and OTP EPROM

M27C202是一款2 Mbit EPROM，提供UV（紫外線擦除）和OTP（一次性可編程）兩種范圍。它非常適合需要大型程序的微處理器系統(tǒng)，在內(nèi)容穩(wěn)定、只需要編程一次、組織為131072乘16位的應(yīng)用中。FDIP40W（窗口陶瓷熔塊密封封裝）有一個(gè)透明的蓋子，允許用戶將芯片暴露在紫外線下以擦除位模式。然后，可以按照編程過程將新圖案寫入設(shè)備。對于內(nèi)容僅編程一次且不需要擦除的應(yīng)用，M27C202以PDIP40、PL C44和TSOP40（10 x 14 mm）封裝提供。

引腳圖。

釋義圖

CY62256 是英飛凌一款高性能 CMOS 靜態(tài) RAM，其結(jié)構(gòu)為 32K 字 x 8 位。通過低電平有效芯片使能 (CE) 和低電平有效輸出使能 (OE) 以及三態(tài)驅(qū)動器，可以輕松擴(kuò)展內(nèi)存。該器件具有自動關(guān)斷功能，取消選擇時(shí)可將功耗降低 99.9%。低電平有效寫入使能信號 (WE) 控制存儲器的寫入/讀取操作。當(dāng) CE 和 WE 輸入均為低電平時(shí)，八個(gè)數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳（WO% 至 VO7）上的數(shù)據(jù)將寫入由地址引腳（A0 至 A14）上的地址尋址的內(nèi)存位置。讀取器件的方法是選擇器件并啟用輸出，使 CE 和 OE 為低電平有效，同時(shí) WE 保持無效或高電平。在這些條件下，地址引腳上的信息尋址位置的內(nèi)容將出現(xiàn)在八個(gè)數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳上。除非選擇了芯片、啟用了輸出并且寫入使能 (WE) 為高電平，否則輸入/輸出引腳將保持高阻抗?fàn)顟B(tài)。

TL431I（標(biāo)號：TL431I 3BM CLD6）

品牌：TI（德州儀器）

類型：精密可調(diào)分流穩(wěn)壓基準(zhǔn)（Adjustable Shunt Regulator）

功能說明：

可提供精確的2.495 V參考電壓。

常用于電源反饋控制、電壓監(jiān)測、穩(wěn)壓電路中。

類似于“可調(diào)版齊納二極管”。

在開關(guān)電源中經(jīng)常與光耦合器配合形成反饋控制回路。

英文名：Cypress Semiconductor

中文名：賽普拉斯半導(dǎo)體

總部：美國加利福尼亞州圣何塞（San Jose）

成立時(shí)間：1982年

2020年被 Infineon Technologies（英飛凌） 收購

→ 所以現(xiàn)在已歸屬于 英飛凌集團(tuán)（Infineon）。

HC541（標(biāo)號：3C F3RKK HC541）

品牌：TI（德州儀器，Texas Instruments）

完整型號：SN74HC541

封裝：SOIC-20（20腳）

類型：八路緩沖驅(qū)動器（Octal Buffer/Line Driver）

功能說明：

這是一個(gè) 高性能CMOS邏輯芯片，常用于數(shù)據(jù)總線緩沖、隔離信號、電平驅(qū)動等。

它有8個(gè)雙向緩沖通道，帶有三個(gè)態(tài)輸出（tri-state），可以連接到系統(tǒng)總線而不干擾其他設(shè)備。

工作電壓：2 V ~ 6 V，典型5 V。

應(yīng)用場景：單片機(jī)I/O擴(kuò)展、信號隔離、電平匹配、數(shù)據(jù)總線控制。

TL431I（標(biāo)號：TL431I 3BM CLD6）

品牌：TI（德州儀器）

類型：精密可調(diào)分流穩(wěn)壓基準(zhǔn)（Adjustable Shunt Regulator）

功能說明：

可提供精確的2.495 V參考電壓。

常用于電源反饋控制、電壓監(jiān)測、穩(wěn)壓電路中。

類似于“可調(diào)版齊納二極管”。

在開關(guān)電源中經(jīng)常與光耦合器配合形成反饋控制回路。

兩顆RAM低功耗靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器（SRAM）

芯片型號：ASPC2R / STE2a

品牌：SIEMENS AG（西門子）

制造標(biāo)識：AMI S（American Microsystems Inc.，美國微系統(tǒng)公司）

芯片功能與應(yīng)用：

這是一款 ASPC2R/STE2a —— 屬于 Siemens 的 ASPC2 系列通訊控制器（Advanced Serial Peripheral Controller）。

該系列芯片常用于 工業(yè)自動化控制系統(tǒng)、PLC（可編程邏輯控制器）以及現(xiàn)場總線通訊模塊（如 PROFIBUS、SIMATIC 系統(tǒng)）。

主要功能：

作為 通信協(xié)處理器（Communication Co-Processor），協(xié)助主CPU處理實(shí)時(shí)總線通信任務(wù)。

支持 PROFIBUS-DP / FMS 通信協(xié)議（西門子常用的工業(yè)通信總線標(biāo)準(zhǔn)）。

內(nèi)含：

串行通訊接口（UART / RS485）

中斷管理

DMA 支持

定時(shí)器與幀處理單元

“AMI S?” 代表該芯片由 American Microsystems Inc.（美國微系統(tǒng)公司，后來并入 ON Semiconductor）代工制造，而設(shè)計(jì)方為 Siemens AG。這在早期工業(yè)控制芯片中很常見：

西門子設(shè)計(jì) → AMI代工生產(chǎn)。

SAF-C165 是一顆非常經(jīng)典、廣泛使用于工業(yè)與汽車領(lǐng)域的 16位微控制器（MCU），出自 Siemens / Infineon（英飛凌）。

下面是詳細(xì)分析

芯片基本信息

項(xiàng)目內(nèi)容

型號SAF-C165 / C165 系列

制造商Siemens AG → 后來品牌為 Infineon Technologies

類型16位單片機(jī)（Microcontroller）

內(nèi)核C166 內(nèi)核（Siemens 自研）

架構(gòu)特點(diǎn)高性能16位RISC架構(gòu)，支持多任務(wù)實(shí)時(shí)控制

應(yīng)用級別工業(yè)級 / 汽車級

核心特性

功能說明

CPU主頻20 ~ 40 MHz（部分型號最高可到 50 MHz）

內(nèi)存結(jié)構(gòu)外部程序存儲器接口 + 內(nèi)部RAM

程序空間無內(nèi)部Flash（需外接 EPROM / EEPROM，例如 M27C202）

總線寬度16位數(shù)據(jù)總線，24位地址總線

中斷系統(tǒng)高度可編程的中斷控制器（16級優(yōu)先級）

定時(shí)/計(jì)數(shù)多通道定時(shí)器、PWM、捕獲/比較功能

通信接口串口（UART）、SPI、CAN（部分版本）

I/O口多達(dá) 80+ 個(gè)可編程I/O引腳

電源電壓5V ±10%

封裝PLCC84、PQFP100、MQFP100 等多種工業(yè)封裝

C165是英飛凌C166系列全功能單芯片CMOS微控制器的衍生產(chǎn)品。它將高CPU性能（每秒高達(dá)1250萬條指令）與外圍功能和增強(qiáng)的1O功能相結(jié)合。C165特別適用于對成本敏感的應(yīng)用。

芯片型號1633L 36.0000 JPN

類型：石英晶振（Crystal Oscillator）

頻率：36.0000 MHz

作用：給單片機(jī)（如C165）提供時(shí)鐘信號。

制造商：日本制造（JPN標(biāo)記），品牌符號類似于 NDK 或 KDS。

芯片型號L4973D5.1

是意法半導(dǎo)體的開關(guān)穩(wěn)壓器5.1V3.5A

L4973是一款降壓單片功率開關(guān)穩(wěn)壓器，在3.3V或5.1V的固定電壓下提供3.5A的電流，并使用簡單的外部分壓器輸出可調(diào)電壓，最高可達(dá)50V。該器件采用BCD混合技術(shù)實(shí)現(xiàn)，使用0.15的內(nèi)部功率D-MOS晶體管（典型的Rpsfon）來獲得非常高的效率和非常快的開關(guān)時(shí)間。開關(guān)頻率可達(dá)300 kHz（必須遵守封裝的最大功耗）。8 V至55 V之間的寬輸入電壓范圍和3.3 V至40 V的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍覆蓋了當(dāng)今的大多數(shù)應(yīng)用。新一代DC-DC轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)包括逐脈沖電流限制、輸出短路保護(hù)電壓前饋調(diào)節(jié)的打嗝模式、軟啟動、輸入/輸出同步、防止反饋回路斷開、抑制零電流消耗和熱關(guān)斷。可用的封裝為塑料雙列直插式，標(biāo)準(zhǔn)組件為DIP-18（12+3+3），SMD組件為SO20（12+4+4）。

電源部分元件

引腳圖

HC125（右下角，標(biāo)號 3CE14DK）

品牌：TI（德州儀器）

型號：SN74HC125

功能：四路獨(dú)立三態(tài)緩沖器（Quad Buffer/Line Driver, Tri-State Outputs）

作用：用于信號隔離、電平驅(qū)動、數(shù)據(jù)總線控制。

每一路可以控制使能（OE），在不工作時(shí)高阻態(tài)，不干擾總線。

常用于微控制器與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)接口保護(hù)。

芯片型號 ADM485AR

品牌：Analog Devices（亞德諾半導(dǎo)體）

型號：ADM485AR

功能：RS-485/RS-422 收發(fā)器（Transceiver）

作用：實(shí)現(xiàn)差分通訊接口，例如：

工業(yè)串行通訊（Modbus、Profibus、RS485總線）

與外部控制系統(tǒng)或PC連接

這說明這塊板具備 RS-485通信接口。

小型變壓器（pulse transformer 或隔離變壓器）。

RS485數(shù)據(jù)接口。

芯片型號“MAX3464” 是一顆高性能差分總線收發(fā)器，用于 RS-485 / RS-422 通信接口。

下面是它的主要特性與應(yīng)用說明：

MAX3464 主要規(guī)格與特性

項(xiàng)目說明

類型差分總線收發(fā)器（Transceiver）

支持協(xié)議RS-485 / RS-422 雙向通信

電源+5 V 工作電壓

通信速率最多可達(dá) 20 Mbps

輸入/輸出延遲驅(qū)動器和接收器傳播延遲小于 20 ns

故障安全（Fail-Safe）當(dāng)接收端線路懸空或短路時(shí)，輸出為邏輯高，保證總線空閑時(shí)接收器輸出為確定狀態(tài)

半雙工 / 全雙工MAX3464 是 半雙工 型號（即在同一對線上收發(fā)切換）

包裝 / 封裝常見 SOP-8 / SOIC-8 等封裝

整塊背板，大部分都是貼片電容，電阻。

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