51單片機(jī)DIY做PLC編程

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯51單片機(jī)DIY做PLC編程 有伴侶想定制一個凈水機(jī)掌握器，有一些獨(dú)特的功能要增加，但是商品掌握板沒有這樣的功能，問我能否做一個，我覺得單片機(jī)完全能滿意這種簡潔的掌握需要，上手開頭編程序時候突然感到，用plc規(guī)律編這種功能是特別簡潔輕松的，而假如用匯編或C編卻感覺有點(diǎn)麻煩，編程效率不高，所以想為何不在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)PLC的規(guī)律呢？上網(wǎng)搜尋嘗試看能否找到合適的程序下載來略微改改就能用的呢？方案幾年前就有了，實(shí)際上是利用三菱的低檔plc編程軟件編輯好梯形圖，存盤后用專用的格式轉(zhuǎn)換工具轉(zhuǎn)換成HEX單片機(jī)燒寫文件燒進(jìn)去，嘗試下載三菱plc工具軟件，但是在我的WIN7-

2、64位系統(tǒng)上不能正常工作，好簡單換了系統(tǒng)裝好開發(fā)工具，但是初次上手這款開發(fā)工具，界面挺簡單的，懶得討論各個按鈕的使用，由于是單片機(jī)的硬件，對于程序的編制和轉(zhuǎn)換有許多限制條件，否則是轉(zhuǎn)換不勝利的，嫌麻煩，放棄！某寶倒是有百元PLC板出售，但是為了這么個簡潔的東西特地買個全功能板子有點(diǎn)鋪張，而且其編程軟件仍舊是三菱的盜版軟件，算了，再想方法把。由于工作中常常接觸PLC程序，對其工作原理也略知一二，網(wǎng)上也有相關(guān)的說明介紹，其實(shí)就是三個主要步驟，第一步掃描IO輸入，其次步執(zhí)行規(guī)律，第三步輸出規(guī)律到IO，很簡潔的，最早PLC也是用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的，我為何不用匯編在51上搭建一個架構(gòu)，簡潔的規(guī)律編制進(jìn)去就能運(yùn)

3、轉(zhuǎn)呢？其中規(guī)律執(zhí)行步驟還是有點(diǎn)意思的，需要把PLC規(guī)律翻譯成單片機(jī)的匯編語言執(zhí)行，這塊開頭也沒有把握，后來搜尋到一篇百度文章，介紹了一下三菱PLC規(guī)律是如何翻譯成匯編的，我看了下估量其實(shí)是利用反匯編工具把HEX反編譯成的ASM代碼，并不清楚明白，而且還帶著反匯編時候的行號，僅供參考了。搜尋結(jié)果中也有幾篇論文，涉及到在51單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)PLC規(guī)律的內(nèi)容，但是那些論文都是充數(shù)的，僅僅幾個IO規(guī)律，沒有什么定時器，計(jì)數(shù)器功能的體現(xiàn)，哎！僅供參考！看來這個PLC系統(tǒng)還是需要自己寫了！OK！既然打算自己重寫，那就開工吧！利用春節(jié)休假時間，編制了如下ASM51匯編PLC代碼：代碼主要架構(gòu)如下：1、IO定義部

4、分:依據(jù)所使用的單片機(jī)IO口數(shù)量,任意指定多少個I多少個O,那幾個腳是I,哪幾個是O都可以任意指定,在這個51系統(tǒng)里面設(shè)計(jì)了最大32個I,32個O,占用64個位尋址區(qū)域,其有用不到那么多,也可以安排給其它需要的標(biāo)志位用,由于51系統(tǒng)總可位尋址地址只有128位,需要認(rèn)真安排.2、位尋址變量定義（包括各類標(biāo)志位，臨時變量寄存器等等）目前設(shè)計(jì)了8個計(jì)時器的Timer DN, Timer EN,共16位，8個計(jì)數(shù)器的counter reset 和counter DN 標(biāo)志位共16個，專用于上升沿下降沿檢測的標(biāo)志位4對，占用8個，剩余用于臨時變量，這些地址安排在這塊變量定義區(qū)域可以依據(jù)需要任意調(diào)整。 3

5、、內(nèi)存規(guī)劃，包括堆棧區(qū)的設(shè)置，定時器，計(jì)數(shù)器的累加值和預(yù)設(shè)值地址等等，目前初步定義8個計(jì)數(shù)器的當(dāng)前計(jì)數(shù)值和預(yù)設(shè)值，8個計(jì)時器的當(dāng)前計(jì)數(shù)值和預(yù)設(shè)值，共占用32個內(nèi)存地址，也可依據(jù)需要調(diào)整，51單片機(jī)片內(nèi)總的用戶可用內(nèi)存地址包括堆棧區(qū)只有128個，實(shí)際去除位尋址區(qū)和堆棧區(qū)可用的估量只有80個左右，不過對于小程序應(yīng)當(dāng)夠用的。沒必要去增加成本擴(kuò)展RAM。 4、上電初始化，包括0.01秒微定時器設(shè)置，內(nèi)存清零，中斷設(shè)置，假如想增加串口功能也是可以的，51原來就有兩個定時器，無非多寫一個串口中斷服務(wù)程序就是了。 5、微定時器中斷服務(wù)程序編寫，單片機(jī)每0.01秒定時中斷時執(zhí)行，進(jìn)行內(nèi)存時基標(biāo)志位刷新，用于提

6、示主程序相應(yīng)時間到了,基本的時基設(shè)計(jì)了0.01秒,0.1秒,1秒,10秒,1分鐘,1小時,1天,1周八個時間標(biāo)志位,其實(shí)真沒必要，不過自己編寫架構(gòu)就是好玩,想設(shè)計(jì)幾個就設(shè)計(jì)幾個哈哈! 6、下面是主要PLC規(guī)律，執(zhí)行時是不停掃描循環(huán)執(zhí)行的，與真實(shí)的PLC運(yùn)行結(jié)構(gòu)是一樣的，當(dāng)然咱們編的就要簡潔很多了，沒有那么多的功能。而且用匯編編寫執(zhí)行效率要比C高，目前1K代碼的匯編程序可以寫好多，而假如用C寫再編譯就會大很多，許多時候廉價小單片機(jī)就裝不下了。 7、掃描開頭是對定時器計(jì)數(shù)器處理，假如某計(jì)時器的相應(yīng)時基標(biāo)志位置位，則處理對應(yīng)程序用定時器的狀態(tài)推斷與設(shè)置，計(jì)數(shù)器內(nèi)存累加，狀態(tài)推斷與設(shè)置，用于主規(guī)律執(zhí)行

7、部分執(zhí)行；對于計(jì)數(shù)器主要是推斷是否有計(jì)數(shù)器復(fù)位懇求以及進(jìn)行當(dāng)前計(jì)數(shù)值與預(yù)設(shè)值是否相等推斷,置位相應(yīng)標(biāo)志位. 8、輸入掃描，這塊很簡潔，就是把輸入IO口復(fù)制到內(nèi)存相應(yīng)區(qū)域內(nèi)； 9正式規(guī)律執(zhí)行：這塊直接就是根據(jù)梯形圖行的概念，每一個梯形圖行，就是一段匯編代碼，為了翻譯時候便利，直接把規(guī)律就在解釋行內(nèi)形象的用符號畫出來。規(guī)律的翻譯還是有點(diǎn)技巧,實(shí)現(xiàn)了基本IO輸入,與或非規(guī)律,定時器以及計(jì)數(shù)器功能,外加上升沿下降沿推斷等功能,這些基本的PLC功能都能在這個小架構(gòu)里面實(shí)現(xiàn),盡管不是非常完善例如定時器狀態(tài)更新的時效性由于架構(gòu)問題還不能達(dá)到每次掃描更新,對于上升下降沿的推斷需要更多的內(nèi)存和語句實(shí)現(xiàn)等等，但是

8、對于簡潔的應(yīng)用還是沒有問題的. 10規(guī)律輸出,這塊也很簡潔,就是把對應(yīng)的規(guī)律運(yùn)算結(jié)果輸出到單片機(jī)的IO口即可. 11后期操作部分,也就是每次掃描運(yùn)算結(jié)束后還有余力進(jìn)行其它需要功能的輸出,這塊在真正PLC里面也是很重要的,應(yīng)當(dāng)會進(jìn)行規(guī)律效驗(yàn),遠(yuǎn)程通訊等功能,咱這個就都簡化掉了,僅僅為了測試掃描時間對一個內(nèi)存變量進(jìn)行增一操作而已,可以調(diào)用看看掃描周期時間是否超過了最小定時器時間等等幫助功能. 實(shí)測12M時鐘0.01秒執(zhí)行了這個小規(guī)律多達(dá)70多遍!架構(gòu)有了，詳細(xì)規(guī)律要怎么寫，最好還是在PLC模擬器上先試著編寫一下，功能沒問題了再抄到我們的單片機(jī)里面來，進(jìn)行逐句翻譯，由于單片機(jī)匯編語言的調(diào)試還是很麻煩

9、的，究竟不直觀，還是在PLC模擬器里面做好了再搬進(jìn)來比較好。 Keil里面編譯成HEX文件后可以直接刷寫進(jìn)單片機(jī)使用了，真正用之前最好還是要依據(jù)單片機(jī)的晶振時鐘，再調(diào)整一下微定時器的定時參數(shù)，盡量符合0.01秒的要求，不要偏差太大，還有一種方法是利用proteus軟件仿真硬件運(yùn)行也是不錯的。 通過反復(fù)修改匯編程序,通過仿真測試到目前為止我們只是完成了PLC芯片規(guī)律的軟件編寫，下面就可以燒寫進(jìn)51內(nèi)核的單片機(jī)內(nèi)實(shí)際運(yùn)行了,這里我使用的是STC的國產(chǎn)單片機(jī),15W408系列,DIP20替換AT89C2051還能多增加幾個IO腳,僅僅幾元,價格廉價,1T內(nèi)核,性能強(qiáng)勁(之前寫的0.01秒掃描70多次

10、是在仿真環(huán)境下,12T的89C2051達(dá)到的性能,假如使用STC的1T系列要留意實(shí)際運(yùn)行速度會增加12倍,達(dá)到0.01秒掃700多次,有時候太快了也會引起苦惱呵呵),IO可以設(shè)定為強(qiáng)推挽,驅(qū)動力強(qiáng),串口直接下載程序,編程便利,對于非專業(yè)應(yīng)用,給DIYer做點(diǎn)小東西還是很合適的.使用STC專用下載線(僅僅十幾塊,比別的芯片下載編程器可廉價多了,甚至使用5元的USB轉(zhuǎn)TTL串口線也能用,只是需要手動斷電一次而已,專用的下載線增加了自動斷電功能,使下載更便利些)下載進(jìn)芯片,得到一只帶程序的芯片. 利用面包板搭建測試電路實(shí)際驗(yàn)證規(guī)律功能,假如規(guī)律不滿足或者定時時間不合適還可以回去修改程序,重新編譯下裝

11、,直到滿足為止,為了能夠應(yīng)用到實(shí)際環(huán)境中，還需要為它配上電源電路，輸入按鍵開關(guān)，輸出驅(qū)動三極管或繼電器等硬件才能和實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境協(xié)作使用，發(fā)揮預(yù)想的作用。 實(shí)際應(yīng)用中對于抗干擾還是需要花費(fèi)一些心思的,干擾來自一下幾個方面:1電磁閥動作時候產(chǎn)生的電磁脈沖和反電動勢,這個可以使用二極管做續(xù)流,來消退電磁閥斷電反電動勢脈沖,通過增加光耦進(jìn)行輸出隔離,也可以提高抗干擾性能;2 對于開關(guān)輸入通道要考慮單片機(jī)輸入電阻是比較高的,長線簡單引入外部干擾,這個問題可以通過在輸入引腳外加1K上拉電阻的方法來降低輸入阻抗,達(dá)到抗干擾的目的;3 電源也是干擾源,由于大功率電機(jī)和電磁閥的動作都會造成24V電源的瞬間猛烈波動,盡管單片機(jī)的電源消耗不大但是很簡單因干擾而復(fù)位或者造成輸入輸出不正常等現(xiàn)象,因此電源濾波也很重要,通過示波器可以觀看到當(dāng)電機(jī)或電磁閥動作時,單片機(jī)5V電源的波動狀況,通過實(shí)行增加型LC濾波,可以極大降低電源引起的干擾.4 電磁輻射也要考慮,單片機(jī)掌握板本體最好增加金屬外殼并接地,反抗電機(jī)電磁閥或廚房用電設(shè)備的外部干擾,這就是為什么我喜愛收集金屬糖果糕點(diǎn)盒的緣