單片機(jī)和plc畢業(yè)設(shè)計
在現(xiàn)在工廠控制系統(tǒng)中，PLC 作為過程控制的核心部件，工作穩(wěn)定、運行可靠、強(qiáng)大的控制能力和成熟的技術(shù)使其具有很大的競爭優(yōu)勢,各位，我們看看下面的單片機(jī)和plc畢業(yè)設(shè)計吧！
單片機(jī)和plc畢業(yè)設(shè)計
【摘 要】本文針對當(dāng)前PLC以及單片機(jī)通信的研究趨勢，探索應(yīng)用最簡單的控制電路實現(xiàn)所需的功能。并且恰當(dāng)選用輸入顯示裝置，以較低的成本完成了PLC專用觸摸屏的部分功能，彌補PLC專用觸摸屏價格昂貴的不足，實現(xiàn)對PLC的有效控制。
【關(guān)鍵詞】PLC；MCS-51單片機(jī)；串行通信；實時控制
0 引言
PLC 也有其不足之處，操作過程缺乏交互性�，F(xiàn)場工作人員無法直觀地對其工作狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，修改運行參數(shù)必須由專業(yè)人員使用專用的編程器來完成，不但成本高昂，而且極為不便。對于一些需要經(jīng)常更改工藝參數(shù)的應(yīng)用場合控制系統(tǒng)，這些不足尤為突出。各PLC 公司專用的觸摸屏交互性雖好，但價格較貴，兼容性差。
針對目前應(yīng)用的問題，本文設(shè)計實現(xiàn)了基于單片機(jī)的PLC 實時控制系統(tǒng)。單片機(jī)利用PLC必備的編程接口與之進(jìn)行通信，采用LED顯示PLC程序執(zhí)行狀態(tài)，使用按鍵來設(shè)置工藝參數(shù)。
1 AT89系列單片機(jī)介紹
AT89系列單片機(jī)是美國ATMEL公司生產(chǎn)的`8位Flash系列單片機(jī)，與INTEL公司生產(chǎn)的MCS-51單片機(jī)兼容，是市場的主流產(chǎn)品。其特點如下：
1）片內(nèi)含有Flash程序存儲器，開發(fā)編程方便；
2）全面兼容8051，引腳完全相同可直接取代8751；
3）具有靜態(tài)時鐘方式、降低系統(tǒng)功耗，適合便攜式系統(tǒng)；
4）Flash程序存儲器可以多次快速擦寫，適合學(xué)習(xí)、開發(fā)。
2 PLC的介紹
可編程序控制器（ Programmable Logic Controller） ，簡稱PLC ，是一種專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的電子系統(tǒng). 它采用可編程序的存儲器，在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的生產(chǎn)過程. PLC 具有編程簡單，使用方便，抗干擾能力強(qiáng)，在特殊的環(huán)境中仍能可靠地工作，故障修復(fù)時間短，維護(hù)方便，接口功能強(qiáng)等優(yōu)點，因此在工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。
3 單片機(jī)和PLC實時控制系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)
3.1 單片機(jī)的硬件的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
根據(jù)要求，設(shè)計系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖中可以看出，設(shè)計的系統(tǒng)較為簡單，采用單片機(jī)的最小系統(tǒng)即可滿足要求，整個系統(tǒng)可以分為電源電路，時鐘電路，復(fù)位電路，按鍵電路，顯示電路，RS-232通信電路等部分。
電源電路為單片機(jī)提供5V電壓，并保證從內(nèi)部ROM開始執(zhí)行程序。
時鐘電路為單片機(jī)提供正確的時鐘頻率，確保單片機(jī)正常工作。
復(fù)位電路保證單片機(jī)執(zhí)行程序發(fā)生錯誤時，能夠回到初始狀態(tài)重新執(zhí)行程序。
按鍵電路和顯示電路是單片機(jī)的輸入輸出部分，使用戶可以和單片機(jī)進(jìn)行交互。
通信部分利用了MAX-232芯片，使單片機(jī)和PLC可以以RS-232標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信。
3.2 通信接口電路及設(shè)置硬件連接
PLC 通過Host Link 協(xié)議與單片機(jī)進(jìn)行1： 1 上位鏈接通信，單片機(jī)作為上位機(jī)發(fā)送讀寫命令，實現(xiàn)的功能有：讀寫PLC 的運行狀態(tài)，
讀寫繼電器區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)DM的內(nèi)容，讀寫定時器/計數(shù)器的設(shè)定值和當(dāng)前值，對指定點或通道強(qiáng)迫置位/復(fù)位。上位機(jī)與PLC 通信，單片機(jī)是主動的，PLC 是被動的，每次通信由單片機(jī)主動發(fā)起，PLC 不需編寫通信程序，但用戶應(yīng)遵循通信協(xié)議即命令幀、響應(yīng)幀的要求，在單片機(jī)上設(shè)計通信程序。為了保證單片機(jī)與PLC 的正常通信，通信前，應(yīng)保證單片機(jī)的通信參數(shù)（ 如幀格式、波特率、較驗方法等） 必須和PLC 設(shè)置一致。
3.2.1 PLC串行通信接口設(shè)置
通信前， 必須先在PLC 設(shè)置中正確設(shè)置如表1所示的參數(shù)。
3.2.2 單片機(jī)串口設(shè)置
AT89S51內(nèi)部有一個全雙工增強(qiáng)型UART口，TXD（P3.1）為發(fā)端，RXD（P3.0）為接收端。它主要受兩個特殊寄存器（SCON 和PCON）的控制，可用軟件設(shè)置的四種工作方式。通信工作方式中，方式1 是標(biāo)準(zhǔn)的異步通信方式，此方式工作時，串行口為8 位異步通信接口， 每幀信息包括10 位：1 個起始位、8 個數(shù)據(jù)位和1個停止位。波特率可變，由定時器T1的溢出率和SMOD的狀態(tài)決定，在CPU 的晶振為11.0592MHz時，波特率采用9600bps。通信參數(shù)設(shè)置如下：置SCON為01010000B（50H）（串口工作方式1，允許接收），置TMOD00100000B（20H）（定時器1工作于模式2，做波特率發(fā)生器）。
3.3 通信協(xié)議
上位機(jī)鏈接通信使用的是OMRON 的Host Link協(xié)議，在一次交換中傳輸?shù)拿罨驊?yīng)答的數(shù)據(jù)被稱為一幀，一幀最多可包含131 個數(shù)據(jù)字符。當(dāng)PLC 接收到從上位機(jī)發(fā)來的ASCII 碼命令時，自動返回ASCII碼應(yīng)答。單片機(jī)必須有一個能控制命令和應(yīng)答的傳送和接收的程序。
當(dāng)點對點通信時，塊中無設(shè)備號和校驗碼。一幀最多128個字符。命令塊單幀時的正文內(nèi)容最多124個字符，多于一幀時，由起始幀、中間幀、結(jié)束幀構(gòu)成，起始幀正文內(nèi)容最多125個字符，中間幀正文最多127個字符，結(jié)束幀正文最多126個字符。響應(yīng)塊中包含有兩位響應(yīng)碼，單幀時的正文內(nèi)容為122個字符，在多幀情況下，起始幀含有兩位響應(yīng)碼，正文內(nèi)容最多為123個字符，中間幀正文最多127個字符，結(jié)束幀正文最多126個字符。
3.4 單片機(jī)和PLC的通信編程
當(dāng)PLC 使用Host Link協(xié)議與單片機(jī)通信時，單片機(jī)具有傳送優(yōu)先權(quán)，單片機(jī)總是首先向PLC發(fā)出命令并啟動通信，發(fā)送過程結(jié)束后，PLC立即作出響應(yīng)，然后將執(zhí)行結(jié)果返回單片機(jī)，單片機(jī)接收由PLC發(fā)出的響應(yīng)幀，二者以幀為單位輪流交換數(shù)據(jù)。PLC處于被動通信，無需編制通信程序。單片機(jī)需要編制上位機(jī)通信程序，該程序可以發(fā)送命令幀和接收PLC發(fā)出的應(yīng)答幀。其中包括： 發(fā)送命令子程序、接收響應(yīng)子程序。AT89S51單片機(jī)可以工作在查詢方式也可以工作在中斷方式下，單片機(jī)作為主站不繁忙時，可以采用查詢方式；當(dāng)主站任務(wù)繁忙時，則不宜采用查詢方以免影響主站工作效率，需要采用在中斷方式。
其中主程序流程圖如圖2所示。
4 結(jié)論
PLC 與AT89S51單片機(jī)之間的串行通信方法應(yīng)用于現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，不僅發(fā)揮了PLC 控制穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)勢，而且發(fā)揮單片機(jī)擴(kuò)展靈活、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點，使兩者優(yōu)勢互補。該方法簡易實用、靈活方便、安全可靠、成本低廉， 具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
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