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硕士学位论文 基于单片机的PLC设计与实现 姓名：姜琳 申请学位级别：硕士 专业：电力电子与电力传动 指导教师：王念春摘要 可编程控制器简称ＰＣ或ＰＬＣ，是以微处理器为核心，综合了自动化技术、计算机技 术和通讯技术而发展起来的一种通用的工业自动控制装置，已经广泛应用到工业控制的 各个领域。ＰＬＣ编程工具是开发应用、检查维护ＰＬＣ以及监控系统运行不可缺少的外部 设备，其发展趋势是使用个人计算机，由ＰＬＣ厂家提供程序开发软件。 本课题的主要任务是开发出一个符合ＩＥＣ６１１３１—３国际标准的新型ＰＬＣ系统。在研 究、分析知名ＰＬＣ产品的基础上，对系统的需求进行了分析。下位机以ＳＴｃｌ２Ｃ５４０８ＡＤ 单片机作为核心控制芯片来开发，上位机编程软件在Ｐｃ机上实现。上位机编程软件选 择梯形图和指令表作为编程语言，采用模块化设计方法，整个系统按功能划分为梯形图 和指令表编辑模块、语法检查模块、梯形图与指令表的转化模块、指令表编译模块、上 下位机通信模块等５个模块。 梯形图是一种图形化语言，以图元表示元件，以图元之间的位置关系表示元件之间 的连接，而指令表是一种与汇编语言类似的助记符表达式。通过分析梯形图和指令表语 言的特点，充分利用面向对象语言的特性来设计梯形图图元类，并以双向链表来保存梯 形图。 针对梯形图和指令表的编辑过程中有可能出现的错误，系统设计了语法检查模块， 该模块根据编程规则对程序进行词法、语法和逻辑检查，将错误信息显示出来。 梯形图形象、直观，便于理解，指令表键入方便，编程灵活，两者各有优势，为方 便用户使用，系统设计了梯形图和指令表的转化模块。该模块以ＡＯＶ图和二叉树为中间 结构，通过构造二叉树和对其进行遍历，实现梯形图与指令表的转化。 编程语言不能直接被下位机识别，指令表编译模块负责将指令转化为目标代码。考 虑到自己设计一个编译系统的复杂性，本文实现时先将指令表转化为Ｃ５１程序，再调用 ｋｅｉｌ编译器将Ｃ程序转化为目标文件，通过单片机专用编程器将程序下载到硬件电路。 通信模块使上下位机之间按照约定的通讯协议来交换数据，因此上位机可以监控下 位机的运行状态、查询下位机资源的状态、强制设置资源状态等。 整个编程软件在Ｖｉｓｕｍ Ｃ＋＋６．０环境中使用ＭＦｃ开发，采用模块化的设计思想和 多文档的编程方法，具有良好的程序结构，界面友好美观、操作直观方便。经测试，编 程软件的各项功能均符合设计要求，系统各模块的设计方案切实可行，但是各项功能还 仍需要进一步的完善。可以预见，这种新型的ＰＬＣ系统将在我国的工业生产中有非常广 阔的应用前景。 关键词：ＰＬＣ；梯形图；指令表；编辑；编译；通讯 Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｓ  ａ  ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｗｉｔｈ ａ ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｃｏｒｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｖａｒｉｏｕｓ ｆｉｅｌｄｓ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｃｏｎｔｒ０１．ＰＬＣ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｔ００１ ｉｓ ｔｈｅ ｉｎｄｉｓｐｅｎｓａｂｌｅ ｅｘｔｅｍａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｍ ｐｒｏｇｒａｍｌｍｎｇ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ，ｉｎｓｐｅｃｔｉｎｇ ａｎｄ ｍａｉｎｔａｍｍｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｐｅｒａｔｌｏｎ－ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ＰＬＣ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ ｏｎ ｐｅｒｓｏｎａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｌｓ ｉｔｓ ｍａｉｎ ｔｒｅｎｄ． Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｔａｓｋ ｏｆ ｔｈｉｓ ｐｒｏｊｅｃｔ ｉｓ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ａ ＰＬＣ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｆｉｒｍｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ ｓｔａｎｄａｒｄ ＩＥＣ６１ １３１－３．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｍａｄｅ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅｌｌ—ｋｎｏｗｎ ＰＬＣ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｉｎ ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ ＳＴＣｌ２Ｃ５４０８ＡＤ ｉｓ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｈｉＰ，ａｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｓ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｏｎ ＰＣ．Ｌａｄｄｅｒ ｄｉａｇｒａｍ ａｎｄ ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｌ