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基于PLC和单片机实现的数据采集控制系统设计

PLC和单片机是目前最为常用的两种控制器件。本文介绍了一种基于PLC

和单片机实现的数据采集控制系统设计。

标签：PLC；单片机；数据采集；控制系统

在工业控制过程中，需要对被控制对象的实时数据进行采集，并且根据采集

数据的实际情况，对其进行实时的监控及远程的控制，以完成相应的控制任务。

在现代工业控制中，对控制的准确性判断及控制的实时性和稳定性需求都很

高，所以要有一种可进行数据采集的控制系统，而且这种系统要能实现多通道高

精度以及大容量的要求。因此，对单片机与PLC的数据采集控制系统设计进行

研究具有非常重要的现实意义。

一、单片机概述

单片机（Microcontrollers）又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能

的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，

和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。同时，它也是一种集成电路芯片，是

采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储

器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可

能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）

集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛

应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到目前的300M的

高速单片机。

二、单片机的软件设计

单片机系统的软件设计包括了单片机对A/D的采样控制和PLC的串行通讯。

由于单片机与PLC通信要求使用相同的波特率，且传输的数位相同，所以在单

片机串口的初始化设置中将波特率的定时器1、串口的控制和中断控制按如下步

骤进行：①确定定时器1的工作方式：TMOD=0x20；②确定定时器1的初值装

载：TH1=0xfD；TL1=0xfD；③启动定时器1：TR1=1；④确定串口的控制：

SCON=0x52；⑤计算波特率：波特率的设置应与PLC的通信协议一致，选择的

晶振为11.0592M，波特率=2SMOD/32×定时器1的溢出率（式中SMOD为PCON

寄存器的最高位），溢出率=11.0592×106×（213-TL1+3+1+2+2+1）/12），

PCON=0x00；得串口波特率为9600b/s。

单片机设定了工作在串口方式1，它的帧格式为1个起始位，8个数据位，1

个停止位；而PLC要求的是1个起始位，7个数据位，1个偶校验位，1个停止

位。所以单片机发送数据时要把数据的最高位设置成偶校验位，这样才能顺利通

讯。

三、PLC与LabVIEW的串行通信

由于FX系列PLC只有RS422和RS485的串行通信接口，所以与PC机进

行串口通信时要接一个RS232与RS422（或RS485）的转换电缆，完成通信的

硬件连接。

1、PLC与上位机LabVIEW的通信设计。用PC机的RS-232接口与PLC通

信，需要对PLC一些参数进行配置。采用FX系列PLC的默认设置为：启动位：

1位；数据长度：7位；停止位：2位；奇偶校验：偶校验；波特率：9600b/s。

通信格式设置完后，PC机开始向PLC传送数据。①通信开始先由PC机向

PLC发出呼叫，由于是一对一的呼叫，无需地址码；②PLC接受到呼叫信号后，

以相应的字符发送应答信号；③PC机收到正确的应答信号后，将数据传送给

PLC；④PLC接收到数据后，以相应的字符发送结束信号；⑤PC机收到结束信

号后停止传送数据，通信结束。

在LabVIEW的程序中可采用下列步骤实现与PLC之间的通讯：①初始化串

口，设置双方通讯的端口号、波特率、数据位、停止位、奇偶校验等，与PLC

的设置相同；②把要发送的数据按PLC命令帧的格式打包；③写端口，把整个

命令帧发送到串口；④延时等待PLC的应答帧到达串口；⑤读串口，读取PLC

的应答帧；⑥把读取的应答帧解包，读取相应的数据。

其中@表示一帧的开始，上位机按“节点号”来识别PLC；识别码是两个字符

的上位机命