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如何用单片机模拟微型PLC的控制(图文)

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论文导读：可编程控制器（PLC）是专门用于工业控制的智能化电器，不是单纯的一个芯片。单片机具有较强的开关量逻辑记忆、判断，数据运算、处理能力，并具有体积小、功能多样化、可靠性高、价格低等特点。以AT89S51(以下简称51)单片机为例，该单片机有较大的闪存空间，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P0.7～0.0和P2.3～2.0共12个脚，经光耦隔离后连到相应的输入端子。

关键词：PLC，单片机，AT89S51，模拟控制

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可编程控制器（PLC）是专门用于工业控制的智能化电器，不是单纯的一个芯片。免费论文。但它也存在一些不足：内存有限，编程优化调试困难，价格高，针对性差。当环境条件尚好，控制量不大，控制逻辑不复杂，控制要求不高时，它的优势不但不能完全发挥出来，而且会使控制系统成本提高。

单片机具有较强的开关量逻辑记忆、判断，数据运算、处理能力，并具有体积小、功能多样化、可靠性高、价格低等特点。所以，可以利用单片机通过增加一些输入电路，构成一个微机PLC，完成各种控制。

PLC的优点在于：系统结构紧凑、造价低、针对性强，在设计时完全按照需要扩充I/O接口、选择输入输出电路与装置的类型以及内存容量，可以更加方便灵活地构成自己适用的控制系统，没有不必要的浪费，而且在控制性能方面仍能保持PLC的优势。

当不需要很复杂的控制过程、不需要特别高的可靠性，那么就可以采用单片机控制来实现这个功能。工业单片机控制板其实就是一个精简、低端的PLC系统。

1、单片机构成PLC

1.1设计思路

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PLC梯形图程序。由于PLC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。

若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采集输入端子状态，进行处理后实时输出，是达不到控制目的的。为此，必须采用一次性采集全部输入端子状态，并将其存入输入缓冲区。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扫描执行完毕，一次性将输出缓冲区的值输出到相应的输出端子，从而完成一个程序执行周期。如此往复，自动进行下一轮的采集输入端子状态……。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μs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，而对其状态变化的采集和处理也是实时的，从而满足了实时控制要求。

1.2系统硬件配置

PLC控制板分布图

PLC控制板接线图

以AT89S51(以下简称51)单片机为例，该单片机有较大的闪存空间，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P0.7～0.0和P2.3～2.0共12个脚，经光耦隔离后连到相应的输入端子。开关接通时，相应引脚为0，取反后存入输入缓冲区。按照实际应用需要，输入电路应具有光电耦合器隔离、消除抖动及噪声的RC滤波器、电平转换等。

P1.7～1.0和P3.1～2.0共10个引脚，用于输出控制。输出电路可以有晶体管输出型、继电器输出型、晶闸管输出型等，在此例中采用了直流固态继电器和交流固态继电器，用于控制电机的启停。

为了与PC机进行通信，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芯插座。由此可与PC机进行串行通信。

1.3软件设计

软件设计分为PC机梯形图汇编程序编译软件和51单片机软件两部分。免费论文。前者用IBM-PC汇编语言编写，称为PLC编译软件。本例设计了一套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条基本指令和X00～07、X10～14、Y00～07、CN0～1、TM00～07、MA00～07、10～17等器件，用它们来描述继电器梯形图，即设计梯形图汇编程序。免费论文。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目标程序文件(OBJ文件)，并经串行通信口发送到单片机，由单片机将其写入E2PROM。另外一种常用的方法由PLC软件是把梯形图转换成C或汇编语言(由PLC所使用的CPU决定),然后利用汇编或C编译系统编译成机器码，下载到单片机中。

1.4程序编写

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