基于單片機(jī)的plc設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1 課題研究的目的和意義</p><p>　　基于單片機(jī)的PLC設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)課題的研究是依據(jù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)中的實(shí)際要求提出來(lái)的。當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)機(jī)電一體化產(chǎn)品或從事自動(dòng)化裝置設(shè)計(jì)時(shí)，常常會(huì)遇到要求設(shè)計(jì)出成本極低，同時(shí)能完成較為復(fù)雜的邏輯控制的控制器的問(wèn)題?？删幊绦蚩刂破饕云淇煽啃阅芨摺⒕幊毯?jiǎn)單易學(xué)、維護(hù)方便

2、等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中;單片機(jī)具備功能多、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格便宜等特點(diǎn),在工業(yè)控制中也得到了廣泛的應(yīng)用。PLC和單片機(jī)有機(jī)地結(jié)合,就可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PLC之間優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),在工業(yè)控制中可發(fā)揮更大的作用[1]，不僅可大大簡(jiǎn)化單片機(jī)系統(tǒng)的研制時(shí)間，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制，性能得到保障，效益也就有保證。</p><p>　　PLC的突出優(yōu)點(diǎn)是可靠性高、接口類(lèi)型豐富、能適應(yīng)各種復(fù)雜惡劣的工業(yè)環(huán)境，另外PLC采用面向過(guò)程的編程語(yǔ)言

3、，編程簡(jiǎn)單直觀，易學(xué)易懂，使用靈活方便，工程技術(shù)人員經(jīng)過(guò)短期學(xué)習(xí)即能上手。同時(shí)也有不少缺點(diǎn)：有限的內(nèi)存，編程優(yōu)化調(diào)試比較困難；產(chǎn)品多為進(jìn)口，價(jià)格昂貴；針對(duì)性比較差。特別是當(dāng)控制不太復(fù)雜的邏輯功能，控制量不太大，控制要求不高同時(shí)環(huán)境條件尚佳時(shí)，它的優(yōu)勢(shì)就不能完全發(fā)揮出來(lái)，而且會(huì)提高系統(tǒng)的成本。鑒此，根據(jù)可編程序控制器的實(shí)現(xiàn)原理和工作方式，設(shè)計(jì)小型的PLC控制系統(tǒng)有很大的實(shí)際意義。</p><p>　　本論文借鑒PL

4、C的實(shí)現(xiàn)方式和運(yùn)行原理，利用性?xún)r(jià)比比較高的AT89S52單片機(jī)設(shè)計(jì)了了一種小型PLC。</p><p>　　1.2 課題研究背景</p><p>　　近些年來(lái),隨著社會(huì)的迅速發(fā)展,科技的快速進(jìn)步,可編程控制器(PLC)技術(shù)的發(fā)展顯得異常迅猛,PLC技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于鋼鐵業(yè)、石油業(yè)、化工業(yè)、電力業(yè)、建材業(yè)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)、汽車(chē)業(yè)、輕紡業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、環(huán)保業(yè)等諸多領(lǐng)域[2]。目前P

5、LC市場(chǎng)主要有美系、歐系、日系三大產(chǎn)系，200多家公司生產(chǎn)制造，其中都是三大產(chǎn)系為主的公司，我國(guó)的PLC的研究與生產(chǎn)比較晚，但是通過(guò)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，消化并吸收，近年來(lái)，我國(guó)的PLC市場(chǎng)發(fā)展的很快，市場(chǎng)前景被十分看好。但是，國(guó)內(nèi)的PLC仍然處于發(fā)展階段，依然存在很多問(wèn)題，與那些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)PLC的應(yīng)用仍較為局限化，而那些應(yīng)用PLC的企業(yè)，主要是一些國(guó)有大型企業(yè)，在其它中小型企業(yè)中的應(yīng)用比例比較低。PLC技術(shù)主要靠引進(jìn)，自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)

6、缺乏，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，技術(shù)水平落后5年左右，國(guó)產(chǎn)化率低很難滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求。目前，我國(guó)是世界上經(jīng)濟(jì)發(fā)展比較快的國(guó)家之一，市場(chǎng)上新設(shè)備的控制需求、傳統(tǒng)設(shè)備的技術(shù)升級(jí)、換代對(duì)PLC的需求越來(lái)越大。另外隨著工業(yè)設(shè)備不斷地更新和發(fā)展，對(duì)PLC要求也越來(lái)越高，在這樣的形勢(shì)下，我國(guó)可以抓住這一機(jī)遇，研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，更滿(mǎn)足現(xiàn)</p><p>　　1.3 本課題主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　

7、該課題是以單片機(jī)為主控元件，根據(jù)PLC的接口特性，利用適當(dāng)?shù)耐鈬骷O(shè)計(jì)一種PLC原理樣機(jī)。該課題需要了解單片機(jī)的工作原理、有關(guān)外圍接口芯片的工作機(jī)理；電源電路設(shè)計(jì)、模擬數(shù)字電路處理；軟件程序設(shè)計(jì)等知識(shí)。</p><p>　　設(shè)計(jì)具體內(nèi)容分為以下幾個(gè)方面：</p><p>　　(1) 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)以及單片機(jī)選型；</p><p><b>　　系統(tǒng)軟件

8、設(shè)計(jì)；</b></p><p>　　(3) 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)以及上位機(jī)與下位機(jī)通信設(shè)計(jì)。</p><p>　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1 PLC簡(jiǎn)介</p><p>　　2.1.1 PLC基本特點(diǎn)</p><p>　　在可編程控制器(PLC)誕生之前，繼電器控制在工業(yè)控制領(lǐng)域中占主

9、導(dǎo)地位。這種由繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)存在著明顯的缺點(diǎn)：體積龐大、耗電多、可靠性能差、壽命短、運(yùn)行速度慢等，尤其是很難適應(yīng)生產(chǎn)工藝系統(tǒng)多變性。與繼電器控制相比，可編程控制器具有以下一些特點(diǎn)[3][4]：</p><p>　　(1) 抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高?？删幊炭刂破髦饕菫楣I(yè)控制而設(shè)計(jì)的，在其設(shè)計(jì)及制造的過(guò)程中采取了多層次抗干擾的措施，使其能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下正常工作。而且，在PLC中由電子線路來(lái)完成繼電器大量的

10、開(kāi)關(guān)動(dòng)作，由程序來(lái)代替繼電器之間的連線，與繼電器相比，PLC大大的提高了使用壽命和可靠性，平均的無(wú)故障時(shí)間甚至可達(dá)幾十萬(wàn)個(gè)小時(shí)。</p><p>　　(2) 編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)，容易掌握，便于普及。PLC設(shè)備面向用戶(hù)，考慮到現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)工作人員的特點(diǎn)，編程語(yǔ)言一般比較形象直觀且容易掌握。目前，大部分的PLC仍然采用繼電器控制形式的梯形圖方式編程，梯形圖語(yǔ)言編程元件的符號(hào)和表達(dá)方式接近繼電器控制電路原理，不需要專(zhuān)業(yè)的計(jì)算

11、機(jī)知識(shí)，只需要具有一定的電工知識(shí)和工藝知識(shí)的人員在較短的時(shí)間內(nèi)都可以學(xué)會(huì)。</p><p>　　(3) 通用性強(qiáng)，控制程序可變。不同的對(duì)象用同一個(gè)可編程控制器控制時(shí)，只需輸入、輸出模塊發(fā)生改變，編制的控制程序不同即可，不需要類(lèi)似繼電器的固體電子器件和大量繁冗復(fù)雜的硬件接線電路。</p><p>　　(4) 接口功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣?，F(xiàn)代的PLC不僅擁有計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制、邏輯運(yùn)算等一系列的功

12、能，而且具有數(shù)字量和模擬量的功率驅(qū)動(dòng)、記錄顯示、通信、輸入輸出、自檢、人機(jī)對(duì)話等功能，不僅可以控制一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，還可以控制一條生產(chǎn)線甚至小到一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)器。</p><p>　　(5) 維護(hù)方便、體積小、重量輕。PLC是將微電子技術(shù)運(yùn)用到工業(yè)設(shè)備上的產(chǎn)品，它的結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，質(zhì)量輕，便于在設(shè)備內(nèi)部安裝，是一種用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化理想的控制設(shè)備。目前，大部分的PLC控制系統(tǒng)仍采用模塊化的結(jié)構(gòu)，接線比較少，出現(xiàn)故障的時(shí)

13、候，只需要更換出現(xiàn)故障的模塊，維護(hù)非常方便。</p><p>　　(6) 大大減少了設(shè)計(jì)和施工的工作量。在PLC的控制系統(tǒng)中采用軟件來(lái)代替繼電器的控制系統(tǒng)中大量的時(shí)間繼電器、中間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，所以大大的減少了控制柜的設(shè)計(jì)、安裝的接線工作量，同時(shí)，PLC的用戶(hù)程序模塊可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬調(diào)試，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的工作量[5]。</p><p>　　2.1.2 PLC基本結(jié)構(gòu)</

14、p><p>　　一個(gè)PLC系統(tǒng)本質(zhì)上是一臺(tái)用于控制的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，其基本組成如圖2-1所示，主要包括了以下幾個(gè)部分[6，7]：</p><p>　　圖2-1 可編程控制器系統(tǒng)的基本組成</p><p>　　(1) CPU模塊：CPU模塊是可編程控制器的核心模塊，主要是由存儲(chǔ)器和微處理器兩部分組成[8]。整個(gè)可編程控制器的工作主要由微處理器控制，大概可以分為兩個(gè)部分：一部

15、分主要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一系列管理，如計(jì)數(shù)刷新、查錯(cuò)、自診斷等等，另一部分則根據(jù)用戶(hù)程序指令執(zhí)行輸入、輸出、程序解釋、執(zhí)行等一系列的操作。存儲(chǔ)器則主要用于存儲(chǔ)系統(tǒng)的工作區(qū)間及監(jiān)控程序，來(lái)生成用戶(hù)的環(huán)境，其容量的大小取決于系統(tǒng)程序的質(zhì)量及系統(tǒng)的工作能力[8]。</p><p>　　(2) 輸入/輸出模塊：輸入/輸出模塊是連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與可編程控制器的接口。輸入模塊主要用來(lái)采集和接收現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的輸入信號(hào)，包括選擇開(kāi)關(guān)、按鈕等開(kāi)關(guān)

16、量的輸入信號(hào)以及測(cè)速發(fā)電機(jī)、電位器等連續(xù)變化的模擬量輸入信號(hào)。預(yù)先在某個(gè)電流或電壓范圍內(nèi)限定模擬量輸入信號(hào)，將這個(gè)信號(hào)由模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成CPU能夠處理的數(shù)字信號(hào)。向各執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出控制信號(hào)則由輸出模塊來(lái)負(fù)責(zé)?？删幊炭刂破鞔嬖谝粋€(gè)重要特點(diǎn)：所有的輸入輸出信號(hào)全部都經(jīng)過(guò)隔離，無(wú)論任何輸入輸出的形式最終都是經(jīng)過(guò)光電耦合器接口或繼電器將信號(hào)輸入/送出[8]。</p><p>　　(3) 編程設(shè)備：在可編程控制器中，編程

17、設(shè)備是最重要的外圍設(shè)備，利用它既可以編輯、修改、檢查、調(diào)試用戶(hù)程序，還可以在線對(duì)可編程控制器的當(dāng)前工作情況進(jìn)行監(jiān)視[8]。編程器分很多種層次，性能、價(jià)格有很大的差別，最簡(jiǎn)單的不足千元，最貴的編程器可以達(dá)到十多萬(wàn)元[8]。</p><p>　　(4) 電源模塊：提供可編程控制器能夠正常工作的直流電源。</p><p>　　2.1.3 PLC工作原理</p><p>

18、　　PLC的工作原理如圖2-2所示，主要分為以下三部分[9]：</p><p>　　圖2-2 PLC工作原理</p><p>　　(1) 集中采集輸入：</p><p>　　執(zhí)行程序前，向輸入映像寄存器中讀入可編程控制器輸入端子的全部狀態(tài)。程序執(zhí)行的過(guò)程中，即使改變了輸入狀態(tài)，輸入映像寄存器中的內(nèi)容也不會(huì)發(fā)生變化，直到下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段，這些變化才會(huì)被讀

19、入。</p><p><b>　　(2) 程序處理：</b></p><p>　　在PLC執(zhí)行程序時(shí)，程序指令逐條依次執(zhí)行，從輸入映像寄存器和其它軟元件的映像寄存器中讀出用戶(hù)程序中相關(guān)元件的狀態(tài)，按照程序指令來(lái)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，再在相應(yīng)的映像寄存器中寫(xiě)入結(jié)果。對(duì)于每個(gè)元件而言，隨著執(zhí)行逐條的程序，不改變?cè)诚窦拇嫫鞯膬?nèi)容，其中輸出映像寄存器的內(nèi)容決定了輸出寄存器的內(nèi)部觸

20、點(diǎn)的動(dòng)作。</p><p><b>　　(3) 集中輸出：</b></p><p>　　執(zhí)行完畢全部的用戶(hù)程序后，向輸出鎖存寄存器傳送輸出映像寄存器的狀態(tài)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)功率放大電路、隔離電路等外部電路，將PLC的控制信號(hào)向外輸出[8]。</p><p>　　由此可見(jiàn)，PLC是以掃描方式工作的：首先讀輸入回路繼電器狀態(tài)(I/O),把它們存入專(zhuān)用的輸入

21、映象存貯器區(qū)域中，然后執(zhí)行用戶(hù)程序，臨時(shí)中間結(jié)果存放在輔助繼電器存貯區(qū)中，運(yùn)算出的輸出繼電器值存入輸出映象存貯器區(qū)域中，執(zhí)行完用戶(hù)程序后，統(tǒng)一用輸出映像寄存器存貯器中的值去寫(xiě)各輸出端口，使輸出狀態(tài)改變，輸出結(jié)果后再?gòu)念^開(kāi)始循環(huán)執(zhí)行。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求</p><p>　　該課題是以單片機(jī)為主控元件，根據(jù)PLC的接口特性，利用適當(dāng)?shù)耐鈬骷O(shè)計(jì)一種PLC原理樣機(jī)。

22、它能實(shí)現(xiàn)PLC輸入、掃描、輸出的工作特性，輸入輸出用光電耦合器隔離防止信號(hào)干擾。I/O接口的數(shù)量是衡量CPU性能的主要標(biāo)準(zhǔn)之一。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)定位是：應(yīng)用于控制量較小，控制要求不高的控制場(chǎng)合的微型可編程控制器，故本系統(tǒng)設(shè)置了8個(gè)輸入點(diǎn)和8個(gè)輸出點(diǎn)，這種設(shè)計(jì)完全可以滿(mǎn)足該工況的需要。</p><p>　　可通過(guò)上位機(jī)軟件，與單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，從PC機(jī)接收指令，并按照指令運(yùn)行程序，同時(shí)可以向PC機(jī)反饋設(shè)備運(yùn)行時(shí)記錄的

23、數(shù)據(jù)，并能夠?qū)?shù)據(jù)保存。</p><p>　　2.3 系統(tǒng)總體框圖</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，采用AT89S52單片機(jī)為主控芯片，通過(guò)單片機(jī)數(shù)據(jù)地址總線及I/O端口，復(fù)位電路模塊、晶振電路模塊、電源模塊、串口通信模塊及輸入輸出光電隔離模塊等外圍電路，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的設(shè)計(jì)功能。系統(tǒng)總體方案框圖如圖2-3所示：</p><p>　　圖2-3 系統(tǒng)總體

24、框圖</p><p>　　2.4 硬件的選型</p><p>　　2.4.1 主控模塊的選型</p><p>　　單片機(jī)作為主控模塊，其選型尤為重要。單片機(jī)在多年的發(fā)展歷程中，形成了多系列、多型號(hào)、多公司的局面，這使得在對(duì)單片機(jī)選型上有了較大的空間，因而，選擇一個(gè)合適的單片機(jī)有時(shí)真的不太容易，要考慮的方面太多。大致總結(jié)出以下幾點(diǎn)：</p><

25、p>　　(1) 單片機(jī)的基本參數(shù)。例如速度、程序存儲(chǔ)器容量、I/O引腳數(shù)量等。</p><p>　　(2) 單片機(jī)的增強(qiáng)功能。例如雙指針、雙串口、擴(kuò)展RAM、RTC（實(shí)時(shí)時(shí)鐘）、CAN接口、EEPROM、I2C接口、SPI接口、USB的接口類(lèi)型、看門(mén)狗。</p><p>　　(3) Flash和OTP（一次性可編程）相比，哪個(gè)更方便。</p><p>　　(4

26、) 封裝：DIP（雙列直插）,PLCC（PLCC有對(duì)應(yīng)的插座）還是貼片。</p><p>　　(5) 工作溫度的范圍(是工業(yè)機(jī)還是商業(yè)機(jī))。</p><p>　　(6) 功耗大小。</p><p>　　(7) 工作電壓的范圍。</p><p>　　(8) 供貨渠道是否暢通。</p><p><b>　　(9

27、) 價(jià)格范圍。</b></p><p>　　(10) 燒錄器的價(jià)格，能否ISP（在線系統(tǒng)編程）。</p><p><b>　　(11) 仿真器。</b></p><p>　　(12) 是否支持單片機(jī)匯編語(yǔ)言。</p><p>　　(13) 資料盡量詳細(xì)豐富且完善。</p><p>　　

28、(14) 抗干擾性能的好壞。</p><p>　　(15) 綜合考慮和其他外設(shè)芯片放在一起是否使用方便。</p><p>　　基于以上因素：由于系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求不高，因此運(yùn)算速度不需要很快，而且系統(tǒng)的規(guī)模不大，若要對(duì)I/O口的數(shù)量可以要求進(jìn)一步降低，可采用分時(shí)復(fù)用的方式使用總線。使用4路8位I/O接口即可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；系統(tǒng)不需要擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量為32KB已達(dá)到要求

29、，因此采用16位或準(zhǔn)16位地址總線的單片機(jī)即可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需要；由于處于實(shí)驗(yàn)階段，采用DIP（雙列直插）封裝的芯片比較方便，不考慮實(shí)際工業(yè)控制中對(duì)外界環(huán)境的具體要求；系統(tǒng)供電采用DC9V，且對(duì)功耗沒(méi)有具體要求，芯片供電使用DC5V，便于設(shè)計(jì)系統(tǒng)外圍電路；芯片支持ISP可節(jié)省仿真器的投入。當(dāng)單片機(jī)處于空閑模式時(shí)，將停止CPU工作，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、RAM、串口中斷可以允許繼續(xù)工作。而處于掉電保護(hù)模式時(shí)，將RAM中的內(nèi)容保存，凍結(jié)晶振，停止單片機(jī)

30、所有工作，直到硬件復(fù)位或下一個(gè)中斷才能結(jié)束這種狀態(tài)。</p><p>　　綜上所述，采用與MCS-51兼容的AT89S52單片機(jī)滿(mǎn)足本畢業(yè)設(shè)計(jì)所需單片機(jī)的要求。</p><p>　　2.4.2 通信模塊的選型</p><p>　　AT89S52單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)全雙工異步串行I/O接口，占用P3.0和P3.1兩個(gè)引腳。利用該接口，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與上位機(jī)的通信。不同設(shè)備間

31、串口通信的過(guò)程中，需要采用相同的的接口標(biāo)準(zhǔn)才能通信。</p><p>　　MAX232芯片是美信公司專(zhuān)門(mén)為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片, 供電使用+5v單電源?？梢酝瓿蓛陕稵TL/RS-232電平的轉(zhuǎn)換，它的的9、10、11、12引腳是TTL電平端，用來(lái)連接單片機(jī)的。該芯片采用MAXMIM公司生產(chǎn)的+5V供電系統(tǒng)，多通道RS-232驅(qū)動(dòng)器/接收器的MAX232芯片性?xún)r(jià)比高，是把計(jì)算機(jī)的串行口

32、RS-232信號(hào)電平（-10V,+10V）轉(zhuǎn)換為單片機(jī)所用到的TTL信號(hào)電平（0，+5V）主要特征如下：1、單電源5V操作，2、低功率接收模式，掉電模式，3、滿(mǎn)足所有EIA/TIA-232E和V.28規(guī)格，4、多路驅(qū)動(dòng)器和接收器，5、3態(tài)驅(qū)動(dòng)器和接收器輸出，6、16引腳DIP/SO封裝</p><p>　　其工作原理：MAX232系列驅(qū)動(dòng)器/接收器專(zhuān)為EIA/TIA-232E以及V.28/V.24通信接口設(shè)計(jì)，適

33、合電池供電系統(tǒng)。</p><p>　　2.4.3 光電耦合器的選型</p><p>　　PLC工作于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，而工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)往往環(huán)境惡劣，存在著電磁、噪聲、振動(dòng)等各種干擾，因此PLC要正常工作必須具備良好的抗干擾性能。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，電磁干擾是較為嚴(yán)重的，因此為了實(shí)現(xiàn)良好的抗干擾性能必須把I/O接口和CPU從物理上隔離開(kāi)來(lái)，以防止干擾信號(hào)的串入。PLC產(chǎn)品為了實(shí)現(xiàn)接口電路與CPU的隔離通

34、常采用光電耦合器隔離的方法。本設(shè)計(jì)已采用了這種方法，使用光電耦合器把輸入輸出接口同CPU隔離開(kāi)來(lái)。在一些需要通過(guò)絕緣層傳送信息但卻不允許物理電氣接觸的場(chǎng)合，通常需要一些隔離器件，依照信號(hào)經(jīng)過(guò)絕緣層傳送方式的不同，有幾種型態(tài)的隔離器可以選擇，其中較為普遍的就是通過(guò)光的方式傳送，這類(lèi)隔離器件就稱(chēng)為光電耦合器(Optocoupler)[10]。光電耦合器由包括發(fā)光二極管(LED)、光檢測(cè)器以及其他輸入和輸出編解碼電路組成[10]。輸入的電信號(hào)

35、驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED），使它發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，由光探測(cè)器接收后產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出隔離的作用[11]。本次電路的設(shè)計(jì)中選用TLP521-4型號(hào)的光電耦合器：</p><p>　　表2.1 TLP521-4光電耦合器參數(shù)</p><p><b>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><

36、;p>　　3.1 AT89S52單片機(jī)簡(jiǎn)介</p><p>　　AT89S52是一種高性能、低功耗的8位微控制器，采用CMOS工藝，在線系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器達(dá)到8K[12]。制造技術(shù)采用了Atmel公司非易失性高密度存儲(chǔ)器技術(shù)，引腳和指令可與工業(yè)單片機(jī)80C51產(chǎn)品完全兼容[13]。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在線系統(tǒng)可編程也適于常規(guī)編程器[14]。在單芯片上，AT89S52有著在線系統(tǒng)可編程Fla

37、sh和靈巧的8 位CPU，提供有效且靈活度高的解決方法，成為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)的最佳選擇。</p><p>　　AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8位字長(zhǎng)的CPU,8K字節(jié)系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash存儲(chǔ)器,256字節(jié)內(nèi)部RAM,20多個(gè)特殊功能寄存器， 四個(gè)8 位I/O 端口、ISP端口，全雙工串行口，時(shí)鐘電路及片內(nèi)晶振，而且AT89S52的靜態(tài)邏輯操作可降到0Hz，兩種支持的軟件，節(jié)電模式可以選擇[15]；看門(mén)

38、狗定時(shí)器是一種硬、軟件相結(jié)合的重要的且常用的抗干擾技術(shù)，能監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行情況，當(dāng)系統(tǒng)受到干擾使程序“跑飛”時(shí)，能使程序退出死循環(huán)，并轉(zhuǎn)向出錯(cuò)處理程序。雙數(shù)據(jù)指針DPTR，可使程序運(yùn)行速度更快。此外，還有6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)一個(gè)，數(shù)據(jù)指針兩個(gè)，16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器三個(gè)。</p><p>　　相較于Atmel公司的前代產(chǎn)品AT89C51/C52，AT89S系列單片機(jī)芯片上有ISP可編程接口，具有從PC機(jī)下載目標(biāo)程序到用

39、戶(hù)板的功能，學(xué)習(xí)者只需一臺(tái)PC機(jī)、一塊用戶(hù)電路板和一條專(zhuān)用下載線及其配套軟件，即可在PC機(jī)中編譯程序，然后利用下載軟件下載目標(biāo)程序，并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，并且兼容AT89C51/C52和MCS-51(8031、8051)單片機(jī)。</p><p>　　3.1.1 AT89S52單片機(jī)的引腳介紹</p><p>　　圖3-1 AT89S52管腳圖</p><p>　　P0

40、口：一個(gè)漏極開(kāi)路的8位雙向I/O口。當(dāng)做輸出口使用時(shí)，每位I/O口可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL的邏輯電平。寫(xiě)“1”到P0端口時(shí)，輸入為被用來(lái)作為高阻抗的引腳。當(dāng)訪問(wèn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部程序時(shí)，把P0口當(dāng)做低8位的地址/數(shù)據(jù)復(fù)用[16]。這種模式狀態(tài)時(shí)，P0由內(nèi)部提供上拉電阻。當(dāng)FLASH編程時(shí)，P0口用于指令字節(jié)的接收；在程序校驗(yàn)時(shí)，用來(lái)輸出指令字節(jié)。處于程序校驗(yàn)狀態(tài)時(shí)，外部需要上拉電阻[17]。</p><p>　　P1口：

41、一個(gè)8位雙向I/O口，內(nèi)部提供上拉電阻，其輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng)的TTL的邏輯電平為4個(gè)[18]。寫(xiě)“1”到P1端口時(shí)，內(nèi)部提供的上拉電阻拉高端口，此時(shí)P1端將被當(dāng)做輸入口來(lái)使用。當(dāng)做輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部電阻上拉，外部把引腳下拉為低電平，電流（IIL）將被輸出[19]。此外，P1.0作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入端口（P1.0/T2），P1.2作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入端口（P1.1/T2EX），具體如表所示：</p>

42、<p>　　表3.1 端口引腳第二功能</p><p>　　當(dāng)FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口用于低8位地址字節(jié)的接收 [20]。</p><p>　　P2口：一個(gè)8位雙向I/O口，內(nèi)部提供上拉電阻，其輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平[16]。P2端口寫(xiě)入“1”后，內(nèi)部提供的上拉電阻拉高端口，此時(shí)P1端將被當(dāng)做輸入口來(lái)使用。當(dāng)做輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部電阻上拉，外部把引腳下

43、拉為低電平，電流（IIL）被輸出 [19]。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在讀出地址“1”時(shí)，利用內(nèi)部上拉電阻的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)由P2口接收[20]。</p><p>　　P3口：一個(gè)8位帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，P3輸出緩沖器可以接收輸

44、出4個(gè)TTL邏輯電平[18]。對(duì)P3端口寫(xiě)“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。用作輸入口時(shí)，由于外部下拉為低電平而內(nèi)部上拉，P3口將輸出電流（ILL）。P3口也會(huì)作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示[16]。</p><p>　　表3.2 端口引腳第二功能</p><p>　　此外，用于FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的一些控制信號(hào)也由P3口接收。</p&g

45、t;<p>　　RST——復(fù)位輸入。當(dāng)晶振工作復(fù)位器件時(shí)，RST引腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位[21]。</p><p>　　ALE/PROG——表示地址鎖存器啟用的信號(hào)。訪問(wèn)外部程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的時(shí)候，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)[22]。一般在執(zhí)行程序時(shí)，ALE引腳以1/6的系統(tǒng)工作頻率輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可用作對(duì)外輸出時(shí)鐘脈沖或者用于定時(shí)的目的[2

46、3]。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖[24]。在FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）[23]。當(dāng)必要時(shí)，可置位特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位來(lái)禁止ALE操作，該位置位后，只有MOVX和MOVC指令才能將ALE激活[25]。此外，該引腳被略微拉高，所以當(dāng)單片機(jī)處于執(zhí)行外部程序的狀態(tài)時(shí)， ALE禁止位應(yīng)設(shè)置為無(wú)效[25]。</p><p>　

47、　PSEN——表示程序存儲(chǔ)啟用信號(hào)。程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行指令代碼（或數(shù)據(jù)）時(shí)，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，PSEN信號(hào)將跳過(guò)兩次[25]，即PSEN將不被激活。</p><p>　　EA/VPP——訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)，為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，EA端

48、必須接GND[26]。需要注意的是：若加密位LB1被編程，EA端狀態(tài)在復(fù)位時(shí)會(huì)被內(nèi)部鎖存 [27]。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接Vcc,內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令則由CPU執(zhí)行。FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上＋12V的編程允許電源Vpp[28]。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入端及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入端。</p><p>　　XTAL2：系統(tǒng)時(shí)鐘的反相振蕩放大器的

49、輸出端。</p><p>　　3.1.2 AT89S52單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路</p><p>　　用最少的元器件建立并能使單片機(jī)正常工作的電路，稱(chēng)為單片機(jī)的最小系統(tǒng)圖，要使單片機(jī)按照設(shè)計(jì)要求正常工作，完整單片機(jī)最基本的工作要求，考慮到系統(tǒng)無(wú)需精確地定時(shí)功能，且為了方便串口通信波特率的計(jì)算，采用11.0592MHz的晶振提供系統(tǒng)時(shí)鐘。并附加復(fù)位電路，組成單片機(jī)最小系統(tǒng)。根據(jù)電路設(shè)計(jì)規(guī)范和A

50、T89S52芯片手冊(cè)，設(shè)計(jì)晶振電路與復(fù)位電路如圖3-2：</p><p>　　圖3-1 復(fù)位電路及晶振電路</p><p>　　圖中網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)RST連接單片機(jī)RST引腳，具有上電復(fù)位與手動(dòng)復(fù)位的功能；XTAL1與XTAL2連接單片機(jī)XTAL1和XTAL2引腳，且同時(shí)并聯(lián)兩個(gè)30pF的匹配電容使晶振起振，從而設(shè)計(jì)出如下圖所示的單片機(jī)最小系統(tǒng)圖：</p><p>　　圖

51、3-3 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖</p><p>　　3.2 通信單元硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　如圖所示，MAX232有16個(gè)引腳：</p><p>　　圖3-4 MAX232引腳</p><p>　　由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成第一部分電荷泵電路。其功能是產(chǎn)生給RS-232提供需要的串口電平的+12v和-12v兩個(gè)電源[29]

52、。</p><p>　　由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道構(gòu)成第二部分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。其中第一數(shù)據(jù)通道由13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）構(gòu)成[29]。第二數(shù)據(jù)通道由8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）組成。從11引腳（T1IN）、10引腳（T2IN）將TTL/CMOS數(shù)據(jù)輸入，并且轉(zhuǎn)換成，然后從14腳

53、（T1OUT）、7腳（T2OUT）將RS-232數(shù)據(jù)送到電腦DB9插頭；相反的，從13引腳（R1IN）、8引腳（R2IN）將DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)，然后從12引腳（R1OUT）、9引腳（R2OUT）將轉(zhuǎn)換后TTL/CMOS數(shù)據(jù)的輸出[30]。</p><p>　　15腳GND、16腳VCC（+5v）屬于供電是第三部分。</p><p>　　圖3-5 串

54、行通信模塊電路圖</p><p>　　R2OUT引腳接到單片機(jī)串口接收引腳RXD（P3.0），T2IN引腳接到單片機(jī)串口發(fā)送引腳TXD（P3.1）。而對(duì)應(yīng)的T2OUT引腳則接到九孔插座的2號(hào)孔，R2IN引腳接到九孔插座的3號(hào)孔。</p><p>　　3.3 其他外圍接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 繼電器部分電路</p><p&g

55、t;　　繼電器電路設(shè)計(jì)。由于單片機(jī)I/O口的驅(qū)動(dòng)電流比較弱，達(dá)不到繼電器吸合電流的參數(shù)要求，所以為使繼電器動(dòng)作，需要采用三極管驅(qū)動(dòng)。設(shè)計(jì)電路如下圖所示：</p><p>　　圖3-6 繼電器部分電路圖</p><p>　　3.3.2 光電耦合器隔離電路</p><p>　　由于光電耦合器輸入與輸出之間相互隔離，而電信號(hào)的傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因此光耦具有良好的抗

56、干擾性和電絕緣性。又由于光電耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力[31]。所以，它在長(zhǎng)線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比[32]。</p><p>　　圖3-7 光隔離輸入</p><p>　　圖3-8 光電隔離輸出</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p>&l

57、t;p>　　系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)思想是：編制的助記符指令被編程軟件翻譯為單片機(jī)的匯編語(yǔ)言，通過(guò)文本編輯軟件，用戶(hù)只需建立助記符程序源文件并將其存為.PLC格式，即可直接運(yùn)行翻譯程序進(jìn)行翻譯，生成.ASM格式的文件，再通過(guò)匯編器的編譯后生成目標(biāo)碼.HEX文件，最后裝入單片機(jī)。</p><p>　　4.1 系統(tǒng)運(yùn)行程序</p><p>　　根據(jù)PLC循環(huán)掃描、集中采集輸入、集中輸出的工作方式

58、，設(shè)計(jì)了本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)運(yùn)行程序。由于單片機(jī)的并行口在上電復(fù)位后都為高電平，因而設(shè)計(jì)輸出為高電平有效，因而在程序運(yùn)行剛開(kāi)始的時(shí)候，首先向輸出口P2寫(xiě)“1”，將輸出口電平拉低。而后調(diào)用MOV 20H,#00H將輸入映像區(qū)20H清空，隨后進(jìn)入一個(gè)“讀輸入—邏輯運(yùn)算—寫(xiě)輸出”循環(huán)周期。在每個(gè)循環(huán)的開(kāi)始調(diào)用MOV P2,#0FFH 和MOV 20H,P2兩條指令讀取輸入口的狀態(tài)，由于系統(tǒng)邏輯運(yùn)算部分設(shè)計(jì)為高電平有效，而輸入狀態(tài)掃描設(shè)計(jì)為低電平有

59、效，所以當(dāng)我們采集輸入點(diǎn)信息并讀入輸入映像區(qū)后，首先要將輸入映像區(qū)的值全部取反，再進(jìn)行邏輯運(yùn)算。邏輯與運(yùn)算完畢后將進(jìn)入寫(xiě)輸出操作階段，由于在翻譯邏輯運(yùn)算的同時(shí)已經(jīng)在輸出映像區(qū)24H的對(duì)應(yīng)位將輸出量寫(xiě)進(jìn)去了，因此在循環(huán)末尾只需調(diào)用MOV P1,24H在引腳中將輸出緩沖區(qū)全部寫(xiě)入即可。</p><p>　　圖4-1 系統(tǒng)運(yùn)行圖</p><p>　　4.2 翻譯程序設(shè)計(jì)</p>

60、<p>　　整個(gè)翻譯程序共分為四個(gè)模塊：文件掃描模塊、錯(cuò)誤檢查模塊、邏輯翻譯模塊、結(jié)果輸出模塊。文件掃描模塊主要是將編好的程序記錄到系統(tǒng)中，為下一步的錯(cuò)誤檢查做準(zhǔn)備；；而查錯(cuò)模塊主要用于對(duì)梯形圖和指令表進(jìn)行語(yǔ)法檢查；轉(zhuǎn)化模塊用于實(shí)現(xiàn)梯形圖與指令表的轉(zhuǎn)化[8]；邏輯翻譯模塊是翻譯程序的核心,主要用于對(duì)指令表語(yǔ)言的編輯翻譯，使其變成能下載到單片機(jī)中的目標(biāo)碼；監(jiān)控則是由通信模塊和上下位機(jī)之間的通信，監(jiān)控下位機(jī)的運(yùn)行，實(shí)時(shí)跟蹤下位機(jī)

61、各資源的內(nèi)部狀態(tài)[8]。翻譯是通過(guò)I/O映像區(qū)地址表的建立，操作數(shù)字段操作數(shù)類(lèi)型與標(biāo)號(hào)的分離，操作碼字段翻譯，I/O點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位地址的確定等幾個(gè)階段完成的。翻譯是通過(guò)函數(shù)Interpreter()的調(diào)用實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　圖4-2 錯(cuò)誤檢查模塊</p><p>　　軟件設(shè)計(jì)的思路是設(shè)計(jì)翻譯程序?qū)⒅浄绦?PLC翻譯成為匯編語(yǔ)言程序.ASM。通過(guò)研究可以發(fā)現(xiàn)，可以利用PLC助記符

62、程序和MCS-51匯編語(yǔ)言存在著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行翻譯。具體方法是：先確定PLC助記符指令語(yǔ)句與匯編語(yǔ)句組的對(duì)應(yīng)關(guān)系，翻譯時(shí)派發(fā)地址即可。PLC助記符指令與MCS-51匯編指令對(duì)應(yīng)表如表4-1所示：</p><p>　　表4-1 PLC助記符指令與MCS-51匯編指令對(duì)應(yīng)表</p><p>　　圖4-3 邏輯翻譯模塊</p><p>　　4.2.1 I/O映像

63、區(qū)地址表的建立</p><p>　　輸入輸出映像區(qū)地址表中包含了目標(biāo)程序中全部可用的輸入輸出點(diǎn)的位地址。</p><p>　　首先建立輸入映像區(qū)地址表和輸出映像區(qū)地址表，表結(jié)構(gòu)定義如下：</p><p>　　typedef struct IBitadress</p><p><b>　　{</b></p>

64、<p><b>　　char *b;</b></p><p><b>　　int Iid;</b></p><p>　　}Iadress;/*輸入映像區(qū)定義*/</p><p>　　字符指針?lè)謩e指向輸入緩沖區(qū)20H和輸出緩沖區(qū)24H，輸入緩沖區(qū)的每一位的位地址標(biāo)號(hào)由Iid標(biāo)示，輸出緩沖區(qū)的每一位的位地址標(biāo)號(hào)由Xi

65、d標(biāo)示。通過(guò)輸入映像區(qū)表和輸出映像區(qū)表的初始化來(lái)觀察表示方法：</p><p>　　Iadress Ibit[8]=</p><p><b>　　{</b></p><p>　　{"20H.0\0",0},</p><p>　　{"20H.1\0",1},</p>&

66、lt;p>　　{"20H.2\0",2},</p><p>　　{"20H.3\0",3},</p><p>　　{"20H.4\0",4},</p><p>　　{"20H.5\0",5},</p><p>　　{"20H.6\0",6

67、},</p><p>　　{"20H.7\0",7},</p><p>　　};/*輸入映像區(qū)表初始化*/</p><p>　　通過(guò)該初始化過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)：每字節(jié)位地址的位標(biāo)號(hào)與輸入（輸出）表的Iid字段和位地址是相對(duì)應(yīng)的，如輸入（輸出）映像區(qū)地址“20H.0（24H.0）”對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)Iid為“0（0）”，與“20H.1（24H.1）”對(duì)應(yīng)的Iid

68、為“1（0）”。 </p><p>　　在翻譯的時(shí)候，映像表中的取用地址由我們通過(guò)源文件鏈表節(jié)點(diǎn)中的I/O點(diǎn)的類(lèi)型來(lái)決定，再結(jié)合輸入點(diǎn)號(hào)最終唯一確定一個(gè)位地址將作為程序地址。</p><p>　　4.2.2 源文件操作碼類(lèi)型和I/O點(diǎn)號(hào)的分離</p><p>　　當(dāng)遍歷到一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，將操作數(shù)（Poprand）字段從節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)域中取出，并分離操作數(shù)字段的I/O點(diǎn)號(hào)和I

69、/O點(diǎn)類(lèi)型，具體方法是：</p><p>　　先取出Poprand字段第一個(gè)字符Poprand[0]存入變量Poprand_1，該字段表示了I/O點(diǎn)的類(lèi)型，“I”是輸入點(diǎn)，“X”代表輸出點(diǎn)，“0”是ORLD/ANDLD指令使用的固定操作碼。然后取出Poprand字段的第二個(gè)字符Poprand[1]存入變量Poprand_1，該字段表示了I/O點(diǎn)的標(biāo)號(hào)。</p><p>　　4.2.3 操

70、作碼字段翻譯</p><p>　　當(dāng)掃描到節(jié)點(diǎn)時(shí)，首先判別取出的節(jié)點(diǎn)的操作碼字?jǐn)郟opcode[ ]，通過(guò)判別可以確定最終翻譯生成的匯編代碼的操作數(shù)字段和操作碼字段其中的一個(gè)，通過(guò)分離后的Poprand_1和Poprand_2共同確定表示位地址的操作碼字段。位尋址指令的特點(diǎn)決定了在生成目標(biāo)程序的操作數(shù)字段時(shí)，邏輯量的暫存要選取程序狀態(tài)字PSW的最高位Cy。邏輯節(jié)點(diǎn)組暫存選用了位地址22H.0。</p>

71、<p>　　源文件操作碼字段Popcode[ ]的翻譯分以下三種情況：</p><p>　　(1) 目標(biāo)代碼地址固定的語(yǔ)句的翻譯</p><p>　　ORLD 0. 譯為 ORL C,22H.0</p><p>　　ANDLD 0. 譯為 ANL C,22H.0</p><p>　　由

72、于這類(lèi)指令中的位地址是不會(huì)發(fā)生改變的，所以翻譯是固定的，是表示向固定的暫存區(qū)22H.0中存入組節(jié)點(diǎn)并聯(lián)時(shí)的中間結(jié)果。</p><p>　　(2) 通過(guò)操作碼字段的翻譯后只需確定位地址的語(yǔ)句的翻譯 </p><p>　　OR(ORNOT) I1. 譯為 ORL C,I1(ORL C,/I1)</p><p>　　AND(ANDNOT) I1. 譯為

73、 ANL C,I1(ANL C,/I1)</p><p>　　從這兩句中可以確定目標(biāo)程序的操作碼字段和操作數(shù)字段的一個(gè)值，而等待確定的只剩下I/O點(diǎn)地址I1了。</p><p>　　(3) 需保存中間結(jié)果的語(yǔ)句的翻譯</p><p>　　遇到成組串并聯(lián)的情況，需先將上一組邏輯的結(jié)果存入暫存區(qū)。即翻譯為：當(dāng)ldflag=0時(shí) LD I1 譯為 MOV C,I1；當(dāng)ld

74、flag=1時(shí) LD I1 譯為 MOV 22H.0,C MOV C,I1 兩句要指出的是在進(jìn)行判斷的時(shí)候首先應(yīng)該判斷條件(ldfalg=1)然后再判斷條件(ldfalg= 0)，否則很有可能會(huì)漏掉需要暫存的中間點(diǎn)。在當(dāng)遇到OUT指令時(shí)，應(yīng)先把ldflag清零，因?yàn)镺UT指令表示了一個(gè)邏輯回路的結(jié)束。</p><p>　　4.2.4 I/O點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位地址的確定</p><p>　　通過(guò)

75、對(duì)源文件操作碼字段的分析和翻譯，完整的把少量源程序的語(yǔ)句翻譯出來(lái)，這些語(yǔ)句涉及的都是固定地址的位置。多數(shù)已經(jīng)得到了目標(biāo)程序也就匯編代碼的操作碼字段和一個(gè)操作數(shù)字段， 剩下一個(gè)位地址字段等待確定。確定了位地址以后，整個(gè)程序的翻譯也就都完成了，這是翻譯中最關(guān)鍵的一步。在這里用到了I/O映像區(qū)地址表和通過(guò)分離源文件操作數(shù)字段Poprand[]的得到的I/O點(diǎn)標(biāo)號(hào)Poprand_1。</p><p>　　確定位地址的方法

76、是首先分析分離得到的Poprand_0，若Poprand_0為”I”則查找輸入映像區(qū)，這時(shí)再用變量Poprand_1和輸入映像區(qū)地址表的Iid字段匹配，匹配成功則取出Iid對(duì)應(yīng)的位地址，這樣就完成了位地址的確定。</p><p>　　在邏輯翻譯之前和邏輯翻譯之后將系統(tǒng)程序分別導(dǎo)入到輸出鏈表，而最后輸出的就是具備了完整的控制功能的程序。通過(guò)后接匯編編譯器翻譯為.HEX文件，用下載器下載到單片機(jī)即可。翻譯軟件部分運(yùn)行

77、圖片如下圖所示。</p><p>　　圖4-4 主程序界面</p><p>　　圖4-5 讀入PLC源程序</p><p>　　圖4-6 錯(cuò)誤檢查</p><p>　　圖4-7 翻譯結(jié)果</p><p><b>　　4.3 結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)

78、是在分析了可編程控制器系統(tǒng)的工作原理和實(shí)現(xiàn)方式后，通過(guò)上網(wǎng)和去圖書(shū)館查找相關(guān)資料完成的。實(shí)踐證明，用單片機(jī)仿真可編程序控制器是合理可行的。軟、硬件部分均實(shí)現(xiàn)了預(yù)想的功能。</p><p>　　將PLC的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)原理運(yùn)用于單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，縮短了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期，降低了系統(tǒng)的造價(jià)，同時(shí)具有良好的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)驗(yàn)室樣板的造價(jià)大約在70至80元，遠(yuǎn)低于市場(chǎng)同類(lèi)產(chǎn)品，具有很高的性能價(jià)格比，在一些要求不高，控制量不大的控制

79、場(chǎng)合完全能夠滿(mǎn)足要求。</p><p><b>　　5 仿真調(diào)試</b></p><p>　　仿真調(diào)試是對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的一種檢驗(yàn)，由于時(shí)間關(guān)系，因此本設(shè)計(jì)僅采用了軟件仿真來(lái)驗(yàn)證程序的可行性。</p><p>　　5.1 軟件仿真調(diào)試</p><p>　　5.1.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介</p><p>　　

80、本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的PLC設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，即利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)PLC的基本功能，由于PLC的輸入輸出信號(hào)由光耦隔離，因此其抗干擾性強(qiáng)，所以在本設(shè)計(jì)中8個(gè)輸入，8個(gè)輸出都由光耦將其與單片機(jī)隔離開(kāi)，而且，為了使仿真效果更加明顯，特地在輸出端繼電器之后接了電動(dòng)機(jī)，當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，指定的燈會(huì)亮起，對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)將會(huì)工作。另外，為了能更明顯的區(qū)別PLC上電、編程、運(yùn)行不同的狀態(tài)，特地設(shè)置系統(tǒng)狀態(tài)為上電時(shí)，紅燈亮，液晶屏顯示“Power On”，當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)為編

81、程時(shí)，紅燈和黃燈亮，液晶屏顯示“Programming”，當(dāng)系統(tǒng)為運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，黃燈滅，綠燈亮起，紅燈依舊亮著，此時(shí)液晶屏顯示“Running”。</p><p>　　圖5-1 上電狀態(tài)</p><p>　　圖5-2 編程狀態(tài)</p><p>　　圖5-3 運(yùn)行狀態(tài)</p><p>　　5.1.2 軟件仿真</p><

82、;p>　　根據(jù)PLC集中采樣輸入、掃描、集中輸出的工作特點(diǎn)，用24V電源和地來(lái)模擬高低電平，高電平輸入有效，低電平輸入無(wú)效來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，系統(tǒng)上電時(shí)，系統(tǒng)輸出Y0Y7為0，電動(dòng)機(jī)不工作；當(dāng)狀態(tài)開(kāi)關(guān)置編程時(shí)，通過(guò)撥動(dòng)輸入的開(kāi)光自由將其連接24V或地狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)將輸入X0X7狀態(tài)保存，輸出Y0Y7不變；當(dāng)狀態(tài)開(kāi)關(guān)置運(yùn)行時(shí)，此時(shí)單片機(jī)掃描輸入狀態(tài)，然后系統(tǒng)輸出Y0Y7為保存的X0X7狀態(tài)，即相應(yīng)的輸出電路燈亮，電動(dòng)機(jī)工作。其中，程

83、序執(zhí)行的過(guò)程中，即使改變了輸入狀態(tài)，也無(wú)法更改程序，直到下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段，這些變化才會(huì)被讀入，成為一個(gè)新的程序被運(yùn)行。</p><p>　　圖5-4 輸入端狀態(tài)</p><p>　　由圖可見(jiàn)，此時(shí)輸入端X0、X1、X2接地，X3、X4、X5、X6、X7接24V電源，因此，對(duì)應(yīng)的Y0、Y1、Y2輸出接的燈不亮，繼電器不動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，而Y3、Y4、Y5、Y6、Y7輸出接的燈

84、應(yīng)該亮，繼電器吸合且電動(dòng)機(jī)工作。</p><p>　　圖5-5 輸出端狀態(tài)</p><p><b>　　結(jié) 束 語(yǔ)</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的努力，基于單片機(jī)的PLC設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)論文終于完成。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，筆者遇到了很多的難題，但在指導(dǎo)老師和同組同學(xué)的幫助下都順利解決了。在這段時(shí)間里，筆者從不斷學(xué)習(xí)的過(guò)程中體會(huì)到：做畢業(yè)

85、設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷學(xué)習(xí)和充實(shí)自己的過(guò)程，從最初剛寫(xiě)論文時(shí)對(duì)單片機(jī)選型問(wèn)題的模糊認(rèn)識(shí)到最后能夠?qū)υ搯?wèn)題有深刻的了解認(rèn)識(shí)，筆者體會(huì)到實(shí)踐對(duì)于學(xué)習(xí)的重要性，以前只是單純的學(xué)習(xí)理論，沒(méi)有自己親身的實(shí)踐考察，對(duì)理論知識(shí)的理解不夠透徹，通過(guò)這次的自主操作練習(xí)，真正做到了理論、實(shí)踐相結(jié)合。</p><p>　　總之，通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì),筆者深刻了解到要做好一件完整的事，需要有系統(tǒng)的思維方式和方法，對(duì)待需要解決的問(wèn)題，要有耐心、要善

86、于運(yùn)用自己已有的資源來(lái)充實(shí)和完善自己。同時(shí)，也深刻的了解到，對(duì)待一件新事物時(shí)，首先要從整體考慮，然后再規(guī)劃詳細(xì)的步驟，完成一步之后再實(shí)行下一步，這樣才能更加有效的完成任務(wù)。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在如今本論文完成之際，筆者要衷心感謝在學(xué)習(xí)和生活中給予筆者幫助和支持的人們。感謝導(dǎo)師**教授，在課題研究及論文的完成中對(duì)筆者的悉心

87、指導(dǎo)。在筆者做論文期間，得到了**老師給予的悉心指導(dǎo)和關(guān)懷，*老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的知識(shí)、敏銳的專(zhuān)業(yè)眼光、真誠(chéng)寬厚的待人品德、耐心細(xì)致的講解態(tài)度是筆者今后學(xué)習(xí)的榜樣，王老師的言傳身教使筆者終生受益。</p><p>　　同時(shí)感謝**學(xué)院的老師們，他們?cè)诠P者的學(xué)習(xí)和研究論文課題時(shí)提供了很大的幫助。感謝一起進(jìn)行課題研究的同學(xué)，他們認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，樂(lè)于助人的合作精神，在共同的學(xué)習(xí)和研究生活中

88、，筆者從他們那得到多啟發(fā)。感謝父母及朋友們，在學(xué)習(xí)和生活上給了筆者莫大的鼓勵(lì)和支持。</p><p>　　最后，向各位在百忙之中審讀本文的老師表示誠(chéng)摯的感謝!</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李紅超、段學(xué)習(xí)、王蘊(yùn)嶺， 基于單片機(jī)的PLC數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)[J]，中小企業(yè)管理與科技，2011(09):

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