AT89C51单片机控制的微型可编程控制器.docx

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1、AT89C51单片机控制的微型可编程控制器0导语：介绍用AT89C51单片机构成微型可编程控制器PLC的设计思路、系统硬件配置和软件设计方法。摘要：介绍用AT89C51单片机构成微型可编程控制器PLC的设计思路、系统硬件配置和软件设计方法，最后给出此微型可编程控制器在水塔水位控制中应用的实例。关键词：PLC单片机扫描控制可编程控制器PCProgrammableController，为与个人计算机PC(PersonalComputer)相区别，可简称为PLC。它是按照成熟而有效的继电控制概念和设计思想，用先进的单片机技术来实现I/O的实时检测和控制，可靠性高，编程简单、易学，因此，得到广泛应用。

2、将PLC技术引进电工学、电力拖动课程，是课程建立当代化的重要措施。在教学经费相对紧张的情况下，我们自己动手，以AT89C51单片机为核心，设计并研制了LD型微型PLC，应用于继电控制实验，获得了良好的效果。用单片机构成的PLC，实际上就是一个单片机测控系统。用这样一个程序控制的计算机系统去执行继电控制的梯形图程序，由于继电控制梯形图中各被控电器之间是并行关系，而计算机程序控制中，各被控电器之间在时间上是串行关系，二者显然不协调。假设简单地像一般单片机测控系统一样，对梯形图各程序行依次实时收集输入端子状态，进展处理后实时输出，是达不到控制目的的。为此，必须采用一次性收集全部输入端子状态，并将其存

3、入输入缓冲区。然后，按梯形图程序行的逻辑关系，从输入缓冲区读取相应输入端子状态，处理后将待输出的结果存入输出缓冲区。最后,待梯形图程序行全部执行完毕，一次性将输出缓冲区的值输出到相应的输出端子，进而完成一个程序执行周期。如此往复，自动进展下一轮的收集输入端子状态。这种工作方式即称为扫描方式，它将串行程序工作和电器并行工作两种关系协调了起来。另外，单片机执行一条指令的时间是s级，执行一个扫描周期的时间为几ms乃至几十ms。相对于电器的动作时间而言，扫描周期是短暂的，可以认为在一个扫描周期内输入端子的状态是不变的，而对其状态变化的收集和处理也是实时的，进而知足了实时控制的要求。系统硬件配置以AT8

4、9C51以下简称51单片机为核心，如图所示。该单片机有4KB闪存，不必扩展程序存储器，其4个I/O口共32个I/O引脚，都可供用户使用，其中P0.70.0，P2.42.0共13个脚经光耦隔离后连到相应的输入端子X07X00，X14X10。可以用行程开关、液位开关、霍耳开关和手动按钮等进展输入。开关接通时，相应引脚为0，取反后存入输入缓冲区。P1.71.0共8个引脚用于输出控制：P1.i为0时，相应的PNP管导通，继电器Ji线圈通电，其触点Y5i接通，可驱动220V/3A的负载。为了与PC机进展通信，系统扩展了RS-232C接口电路。51单片机的RXD和TXD信号经RS-232C电平变换后接至9

5、芯插座。由此可与PC机进展串行通信。一方面，在编程状态时，可接收PC机上梯形图汇编程序编译结果的OBJ指令代码，并存入程序存储器；另一方面，在运行状态时，可将I/O口的状态和处理结果实时地发送给上位机。程序存储器选用有SPI接口的X25045芯片。这是带可编程看门狗和电源监控功能的E2PROM，有512字节，每字节可擦写10万次，数据可保存100年。上电时自动提供200ms高电平复位脉冲；有三种可编程看门狗周期；电源欠压，VCC降到转折点时，自动提供复位脉冲。E2PROM采用三线总线的串行外设接口SPI，既节省了I/O口线和电路板空间，又降低了系统本钱。因此，该芯片是性价比极好的组合芯片。软件

6、设计分为PC机梯形图汇编程序编译软件和51单片机软件两局部。前者用IBM-PC汇编语言编写，我们称之为PLC编译软件。本机中我们自己设计了一套TD型PLC的梯形图汇编语言指令系统，有LD/LDI、AN/ANI、OR/ORI、TM/TMI、CN/CNI、MA/MAI、OUT、JP/JE和END等16条根本指令和X0007、X1014、Y0007、CN01、TM0007、MA0007、1017等器件。用它们来描绘继电器梯形图，即设计梯形图汇编程序。用全屏幕编辑软件将其输入到PC机，即建立了源程序文件。然后用PLC编译软件将其编译成PLC目的程序文件OBJ文件，并经串行通信口发送到单片机，由单片机将

7、其写入E2PROM。51单片机软件由编程软件和运行软件组成。编程软件主要有串行通信和写E2PROM两个模块。此时，须将面版上的手动开关设置P2.7=0，单片机即处于编程状态。当P2.71时，单片机即处于运行状态。运行状态的程序主要有：1输入端子收集模块该模块两次收集P0口和P1口状态，结果全同时为有效，即将其存入输入缓冲区，否那么重新收集。用软件滤波的方法，进步了抗干扰才能。2指令分析模块该模块从000H地址开场，依次读取E2PROM中的字节内容，先读出操作码，对其分析后转向相应的处理程序；接着读操作数，供处理程序操作，进而完成一条梯形图汇编指令的执行。然后再读取下一条指令的操作码。遇到OUT

8、指令时，将待输出的数据存入相应的输出缓冲区。3输出模块当CPU从E2PROM中读到END指令的二进制代码时，表示一次扫描周期完毕，即将输出缓冲区的内容一次性输出到P1口，进而完成输出端子的刷新。该PLC的应用可以用水塔水位控制的例子来讲明。图2(a)是硬件接线图，SB1/SB2是启动/停顿按钮；SAC是水池液位开关：水浸到时接通，无水时断开；SAH、SAL分别是水塔的上下液位开关；M是水泵电机。图2(b)是继电器梯形图，图2(c)是继电器汇编程序，即TD型PLC源程序。其中y50是PLC输出端子，我们将它的软件触点y50作为水位上升或者下降的标志：y500，表示电机已停，水位下降，此时SAL虽已接通，但电机不动作；y501，表示电机正在抽水，水位上升，此时SAL接通，电机通电，继续抽水，直到高水位。