（通信与信息系统专业论文）mini智能plc的研究.pdf

摘要 在现代工业控制中，p l c 得到愈来愈广泛的应用。然而由于p l c 成本高， 操作复杂，对于简单逻辑控制，目前仍然以继电器控制为主。但是继电器体 积庞大、控制线路不易更改，给安装和维护带来不便。 m i n i 智能p l c 的研究，就是要开发一种操作简单、结构紧凑、价格低 廉，能够组态化安装，便于生产一线电气工人使用的智能电器来代替继电器， 以实现对觞单逻辑控制系统的控制。 m i n i 智能p l c 可提供多个控制元件，每个控制元件集继电器、定时器于 一身，按照控制要求自动实现；每个元件接点的常开常闭状态，可根据需要 自由选择。 m i n i 智能p l c 的研究为工业自动化控制提供种代替继电器定时器的 智能化集成控制设备的设计方案，实现了用个内部定时器对多个元件的外 定时控制。通过对系统的模拟和仿真，证明m i n i 智能p l c 的可行性和实用性。 因此，研究和开发m i n i 智能p l c 将会有良好的应用前景和经济价值。 关键词：p l c ，仿真，中断，外定时，采用周期、抗干扰。 a b s t r a c t i nt h ec o n t r o la r e ao fm o d e r ni n d u s t r y ，p l ci sa p p l l e dm o r ea n d m o r e p l ch a sh i g hp r i c ea n dc o m p l e xo p e r a t i o n s ot h er e l a yi sa l w a y s u s e di ns i m p l el o g i cc o n t r 0 1 w i t ht h er e l a yc o n t r o l ，i n s t a l l a t i o na n d m a i n t e n a n c eb e c a m ei n c o n v e n i e n c e b e c a u s et h er e l a yh a sb i gv o l u m ea n d n or e j i g g e rl i n e t h ei n t e n t i o no fr e s e a r c hf o ri n t e l l e c t u a l i z e dm i n ip l ci st of i n d i n t e l l i g e n t e q u i p m e n t w h i c h h a s s i m p l eo p e r a t i o n ，c o m p a c t c o n f i g u r a t i o n ， c h e a pp r i c e a n dc o n f i g u r a b l ei n s t a l l a t i o n t h e i n t e 1 e c t u a l i z e dm i n ip l ci su s e de a s yf o re l e c t r i c a lw o r k e r i tw i l l i n s t e a do l 、r e l a yc o n t r o i ns i m p l el o g i cc o n t r 0 1 t h ei n t e l l e c t u a l i z e dm i n ip i 。ch a sm a n ye l e m e n t st h a tc a nb e c o m e r e l a yo it i m e rw h e ny o ul j s ei nc o n t r o ls y s t e m e a c ho u t p u tp o i n tc a n b e c o m eo no ro f fa f t e ry o us e l e c t t h er e s e a r c hf o ri n t e l l e c t u a l i z e dm i n ip l ci sn e wp r o j e c tt h a tc a n i n s t e a d0 fr e l a ya n dt i m e ri na u t o m a t i o n w i t ho n l yo n ei n t e r i o rt i m e r ， t h ei n t e l l e c t u a l i z e dm i n ip l cc a nc o n t r o lm a n yo u t p u tp o i n t sa s ：t i m e r s a f t e rs i m u l a t i o na n de m u l a t o r t h ei n t e l l e c t u a l i z e dm i n ip l ci s p r a c tj c a b i 】i t ya n df e a s i b i l i t y s oi tw i l l h a v eg o o df o r e g r o u n da n d m o r er e t u r nt oe x p l o i ti n t e l l e c t u a i z e dm i n ip l c k e y w o r d s ：p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r ，e m u l a t o r ，i n t e r r u p t ，o u t s i d e t i m i n g ，s a m p l i n gc y c l e ，a n t i j a m m i n g 创新点声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研 究一1 j 作及取得的研究成果： 1 提出一种代替继电器定时器的智能化集成控制设备的设计 方案。 2 j _ j 一个内部定时器实现对多个接点的外定时设定，简化了 系统的硬件结构。 3 输入输出信号分时采样和刷新，有效避免了外部信号的干 扰。 4 采用带按键扫描的l e d 驱动控制芯片s m l 6 2 3 控制接点类型 选择和工作方式显示，使系统的结构更加紧凑。 5 采用比通用p l c 更加简便的操作，适宜电气工人使用。 尽我所知，到目前国内外文献未见报道。 作者： 日期：生6 ：生：! ? 辽。r 】：判技术火学硕士学位论文l 1 绪论 1 1 课题背景 可编程控制器发展至今，在功能上有了突飞猛进的发展，除了传统的开 关最控制外模拟量、数值运算、通讯、组网等功能在中小型可编程控制器 中得到了酱遍应用。然而，在工业控制中有近8 0 的逻辑控制，在这8 0 的 逻辑控制中又有相当一部分控制只需要简单的继电器控制就能完成，但是继 电器体积庞大、控制线路不易更改，给安装和改造带来不便。因此开发简单、 经济、实用、灵活的微型智能p l c 控制装置来替代继电器，将会有广阔的应 用前景。 1 2国际国内研究状况和进展 现代工_ k 现场控制中，p l c 控制占有主导地位，随着对逻辑控制的不断 重视，专门用于逻辑控制的微型p l c 也不断涌现，如：s i e m e n s 公司的 l o g o ，m o e l l e r ( 上海，有限公司的e a s y 控制继电器等。虽然，这些 微型p l c 的控制功能比较完善，但它们在操作上仍然过于繁琐。目前，在工 业现场控制中，对于简单逻辑控制( 如：多台电机的顺序启动，双速电机的 自动控制等) 仍然以继电器控制为主。 1 3 通用p l c 在简单逻辑控制中存在不足： a 刑于简单逻辑控制系统，采用p l c 后，p l c 的许多功能没有得到充 分利用，造成p l c 资源的浪费。 b 对于简单逻辑控制系统，采用p l c 控制的成本要远远高于继电器控 制。 c p l c 的操作，无论采用p c 还是编程器，都过于复杂，普通电气工人 不易掌握。 】4 论文各部分主要内容 m i n i 智能p l c 的研究，就是要丌发一种操作简单、结构紧凑、价格低 廉，能够组态化安装，便于生产亡一线电气工人使用的智能电器，代替继电器 实现对简单逻辑控制系统的控制。 本文第一章介绍了现代工业的发展概况，说明研究和开发m i n i 智能p l c 的重要性和团行性；第二章提出了m i n i 智能p l c 的功能要求和结构特点， 辽r1 科技术火学硕+ 学位跄文1 l 绪论 1 1 课题背景 可编程控制器发展至今，在功能上有了突飞猛进的发展，除了传统的开 关量控制外模拟量、数值运算、通讯、组网等功能在中小型可编程控制器 中得到了普遍应用。然而，在工业控制中有近8 0 的逻辑控制，在这8 0 的 逻辑控制中又有相当一部分控制只需要简单的继电器控制就能完成，但是继 电器体积庞大、控制线路不易更改，给安装和改造带来不便。因此开发简单、 经济、实用、灵活的微型智能p l c 控制装置来替代继电器，将会有广阔的应 用前景。 12 国际国内研究状况和进展 现代。1 ：业现场控制中，p l c 控制占有主导地位，随着对逻辑控制的不断 重视，专门用于逻辑控制的微型p l c 也不断涌现，如：s i e m e n s 公司的 l o g o ，m o e l l e r ( 上海，有限公司的e a s y 控制继电器等。虽然，这些 微型p i c 的控制功能比较完善，但它们在操作上仍然过于繁琐。目前，在工 业现场控制中，对于简单逻辑控制( 如：多台电机的顺序启动，双速电机的 自动控制等) 仍然以继电器控制为主。 1 3 通用p l c 在简单逻辑控制中存在不足： a 列于简单逻辑控制系统。采用p l c 后，p l c 的许多功能没有得到充 分利用，造成p l c 资源的浪费。 b 对丁：简单逻辑控制系统。采用p l c 控制的成本要远远高于继电器控 制。 c p l c 的操作，无论采用p c 还是编程器，都过于复杂，普通电气工人 不易掌握。 1 4 论文各部分主要内容 m i n i 智能p l c 的研究，就是要”发一种操作简单、结构紧凑、价格低 廉，能够组忐化安装，便于生声线电气工人使用的智能电器，代替继电器 实现对简单逻辑控制系统的控制。 本文第一章介绍了现代 二业的发展概况，既明研究和开发m i n i 智能p l c 的重要性和_ = 【】行性；第2 - - 章提出了m i n i 智能p l c 的功能要求和结构特点， 的重要性和| q 行性；第二章提出了m i n i 智雒p l c 的功能要求和结构特点， 辽产i + 群技术人学硕士学位论文 2 并制定了设计方案；第三章研究了系统硬件设计的方案和各部分设计方法， 为设计简单实用的m i n i 智能p l c 提供可能；第四章研究了系统的软件设计 方案和过程，并对外定时，采样时间和类型显示等进行了设计和方案分析； 笫五章列设计的系统进行软件模拟和仿真实验，并对结果进行了分析和说明。 本文在最后对设计的系统进行总结，指出m i n i 智能p l c 的特点和开发优势， 并对今后的进步研究提出了设想。 辽宁工程技术大学硕士学位论文3 2 m i n i 智能p l c 的总体设计方案 2 1 系统的功能论述 2 1 1m i n i 智能p l c 具备的功能 am i n i 智能p l c 可提供多个控制元件； b 每个控制元件集继电器、定时器于一身，根据需要自动实现； c 每个控制元件提供两个输出点，每个接点的常开常闭状态，可根据 需要自由选择； d 当为定时器时，输出变为延时闭合接点延时断开接点。 2 1 2m i n i 智能p l c 的外部结构 m i n i 智能p l c 的外部结构如图2 1 所示，它集成5 个定时器继电器， 由8 部分组成。 图2 1m i n i 智能p l c 的外部结构示意图 a 输入部分，分别控制5 个定时器继电器的通断，相当于连接定时器 继电器的线圈，当某个接点闭合时，对应的定时器继电器开始工作。 b 定时器调节部分，5 个电位器调节钮，可分别对5 个定时器继电器进 行定时值给定。且给定值要求在接点闭合前完成，否则m i n i 智能p l c 不予确 认，只按照执行闭合前的给定值工作。 c 输入信号指示灯，分别对各个输入接点的闭合导通进行指示。该指 示信号可以使用户方便地识别输入点的状态，并在发生故障时容易地判断是 外部故障还是内部故障。 辽宁1 ：科技术大学硕士学位论文 4 d 输出接点，每个定时器继电器有两组接点，用于控制外部电器设备 的1 - 作，用法与通用定时器继电器相同。 e 输出指示灯。分别对每组输出接点的闭合导通进行指示。该指示信 号可以使 户打便地识别输出点的工作状态，并在发生故障时容易地判断是 外部故障还是内部故障。 f 接点类型选择开关，用于对每个输出点的初始状态进行选择，即接点 为常开点常闭点的选择。该功能可以使用户根据实际需要方便地对每个接点 的常开点常闭点状态进行选择。接点类型选择要求在输入信号导通前完成， 古则m i n i 智能p l c 不予确认，只按照闭合前的选择类型进行工作。 g 元件类型指示灯，用于自动判断并显示每个定时器继电器当前的工 作方式是定时器还是继电器。用户在使用和维护时容易识别。 h 故障指示灯，当m i n i 智能p l c 内部的单片机发生故障或内部电源发 生欠压时，故障指示灯亮，同时m i n i 智能p l c 自动停止工作。 i 电源指示灯，指示m i n i 智能p l c 当前处于工作状态。 2 2 系统的设计方案 为了达到m i n i 智能p l c 的功能要求，在保证其稳定可靠工作的同时还要 考虑到经济价值和实用性，因此在设计中要有完善的保护措施和抗干扰手段， 具有市场竞争力的经济成本，小巧紧凑的外部结构，适合电器工人使用的简 便操作。考虑到以上因素，系统设计从硬件和软件两个方面来实现。 2 2 1 硬件设计方案 m i n i 智能p l c 的硬件设计要结合通用p l c 的硬件设计特点，同时本着能 用软件实现的尽量用软件实现，以减小系统的体积。其中在硬件设计中要着 蘑考虑以r 螳设计方法。 采用单片机控制，以实现智能化控制的要求；每个定时器的设定值，由 电位器给定，并通过a d 转换输送到单片机，实现定时器的外部设定；输入 电路和输出电路采用光电耦合器，使外部信号和m i n i 智能p l g 进行有效的光 电隔离，实现抗干扰；输入输出接朋要有可扩展能力，为产品的系列化提供 可能；m i n i 智能p l c 的输出接点类型选择和定时器继电器指示，采用独立 辽宁臼鼙技术人学硕士学位论文 5 的按键和显示芯片控制，使系统的硬件结构紧凑；同时设置必要的故障报警 和保护电路。 2 2 2 软件设计方案 m i n i 智能p l c 的软件设计要参考通用p l c 的软件执行特点，同时本着能 用软件实现的尽量用软件实现，以减小系统的体积。其中在软件设计中要着 重考虑咀f 一些设计方法。 a 元件类型选择。当设定值为0 时( 对应o v ) ，为继电器工作状态， 对应的元件类型灯灭。当设定值非0 时，为定时器工作状态，对应的元件类 型灯亮。陔功能的实现可通过硬件比较器或软件比较指令完成，这里采用软 件实现，以减小硬件结构。 b 接点状态选择。每个输出接点的状态( o ：常_ 刀：接点、1 ：常闭接点) ， 可通过2 位开关选择，也可通过按键开关的奇偶次按键加锁存程序实现，这 里采用2 位开关，使操作面板直观。 c 多个定时器的实现。利用单片机内部提供豹1 个定时器计数器，通 过程序实现多个定时器的控制。采用的方案是通过程序使内部定时器计数器 产生0 5 s 间隔的时钟脉冲，这样将计数器作为参考时钟与各个定时器的设定 值进行比较，可实现多个定时器的定时功能。 d 控制系统程序的执行采用循环扫描工作方式。通过循环扫描，可保证 系统及时获得输入数据并对输出数据进行刷新，同时提高输入输出信号的抗 干扰能力。设罨输入采样时间和输出刷新时间，可以采用中断等方式进行。 只有在输入采样和输出刷新期间开放输入输出点，从而提高设备工作的可靠 性，提高抗干扰能力。 e 主程序、子程序和中断程序的分配。根据每部分程序的工作特点和使 用频率，合理分配，避免由于主程序过大，影响主程序的执行时间，使扫描 周期过长，造成系统工作不可靠，同时还要考虑到数据和程序存储器的容量。 f 多个模拟量信号的处理。保证多个模拟量信号通过a d 转换成数字量 信号后，能够分别对每个定时器设定值实现控制，同时保证设定值的调整是 线性控制。 辽宁工稃技术大学硕士学位论文 6 g 报警显示。主要是预防由于系统内部故障以及内部电源电压过低造成 系统不能正常。由于系统故障时，首先表现在程序的执行时间过长或不工作。 因此，可没置看门狗定时器w d t ，对系统的扫描周期进行实时监控，从而可 以初步判断系统是否诈常工作；对于欠压保护可采用具有欠压保护的芯片实 现。 辽宁工程技术人学硕十学位论文 7 3 m i n i 智能p l c 的硬件设计 3 1 系统的硬件构成及其功能 m i n i 智能p l c 的硬件结构如图3 1 所示。 匦挺螵棼酗吕山镒靶h置=一匝 辽0 2 1 群技术人学硕士学位论文 8 它包括用于系统的智能化控$ , j s n 保护的单片机控制电路；用于接点常开 常闭的选择合类型指示的接点选择及类型显示电路；定时给定的电路实现对 每个元件进行外部定时值给定。接收输入信号的输入电路：按照内部命令将 输出点可靠接通或断开的输出电路；为系统提供稳定可靠的直流电源的电源 电路。 3 2 单片机控制系统的电路设计 3 2 1 单片机控制电路的组成 如图3 2 所示，单片机控制电路由5 部分组成。 a 单片机采用i n t e l 公司的8 7 c 5 1 芯片，该单片机为8 位机，具有3 2 个t 0 接点，2 个内部定时器计数器，5 个中断源和2 个中断优先级，芯片 内含有4 k 的e p r o m 程序存储器和1 2 8 b 的数据存储器r a m 。根据m i n i 智能p l c 的功能要求，该单片机能够满足控制要求。 b 单片机时钟脉冲由内部o s c 振荡电路产生，外接定时反馈电路的石英 晶振频率为1 2 m h z ，由此可以确定，单片机的工作频率。 c 锁存器电路。7 4 h c 5 7 3 芯片用于对单片机p 0 口低位地址的锁存，实现 单片机对p o 口的分时用作数据线和低位地址线。 d 片选电路。8 选1 译码分配器芯片7 4 h c l 3 8 用于单片机对输入、输出 以及a d 转换芯片的片选，实现单片机与相关外围器件的通信。 c 单j t 机采用外部看门狗电路，看门狗w d t 电路采用d s l 2 3 2 芯片，该 ：苎j 能够在，i ：_ l 片机出现停振和失控故障时，停止或重新启动单片机，同时该 芯片具有掉电保护和欠压保护功能。 3 2 2 单片机控制电路的工作原理 3 2 2 1 片选电路的工作原理 单片机的p 2 口高位地址线a 1 5 、a 1 4 、a 1 3 通过8 选1 译码分配器芯片 7 4 1 i c l 3 8 对外围器件进行片选，选通信号低电平有效：当指定设备选通后， 单片机就会与相应的外漫进行通信，实现控制。 a 在选通电路中，a d 转换芯片中i n o i n 4 的选通地址分别为f f f o h 、 f f f l h 、f f f 2 h 、f f f 3 h 、f f f 4 h ，当指定的i n 端选通后，a d 芯片将该信号进 辽宁工程技术大学硕士学位论文 9 密脚露鞘嚣止哥螺帐01d疆瓤hzh鼍n匦 辽宁l 稃技术火学硕十学位论文 1 0 行模拟量到数字量的转换，并在转换完成后，通过i n t l 端向单片机的发 出中 断淆求，单片机相应中断后发出读数据命令，将该通道转换好的数据通过数 扼：| 总线传送到单片机。 b 输入控制芯片的选通地址为d f f f h ，当该选通信号有效后，输入端开 放，将外部信号通过数据线传送到单片机中。 c 输出控制芯片的选通地址为b f f f h 和9 f f f h ，当该选通信号有效后， 输出端打开，单片机输出控制数据通过数据线传送到外设中，实现输出刷新。 3 2 2 2 看门狗定时器w d t 电路的工作原理 ad s l 2 3 2 各引脚功能如下： p b r s t ：按钮复位输入端t d ：看门狗定时器延时设置端 t o l ：5 或1 0 电压监测选择端g n d ：电源地： r s t ：高电平有效复位输出端r s t ：低电平有效复位输出端 s t ：周期输入端v c c ：电源。2 1 电源电压监视 bd s l 2 3 2 能够实时监测电源电压，当电源电压v c c 低于预置值时， d s l 2 3 2 的第5 脚和第6 脚输出互补复位信号。预置值通过第3 脚( t o l ) 来设 定；当 1 ：0 1 接地时，复位信号在电源电压跌落至4 7 5 v 以下时产生；当t o l 与v c c 相连时，只有当v c c 跌落至4 5 v 以下时才产生。图中电路采用4 7 5 v 以下时产生复位信号。 c d s l 2 3 2 提供了可直接连接复位按键的输入端p b r s t ( 第1 脚) ，在该引 脚上输入低电平信号，将在r s t 端输出至少2 5 0 m s 的复位信号。 d 在d s l 2 3 2 内部集成有看门狗定时器，当i s 1 2 3 2 的s t 端在设置的周 期时间内没有有效信号到来时，d s l 2 3 2 的r s t 端将产生复位信号以强迫微处 理器复位。这一功能对于防止由于干扰等原因造成的单片枫死机是非常有效 的。在本i 乜路中采样a l e 信号周期性的访问d s l 2 3 2 的s t 端。 e 故障指示，当发生故障时d s l 2 3 2 的r s t 端将产生复位信号使单片机 复位，同时使故障指示灯亮，故障消除指示灯灭。 3 2 3 单片机控制电路的特点 辽宁一l ：样技术大学硕士学位论文 1 1 a 采样片选电路使单片机的i o 口一点多用，节省了i o 点，同时使单 片机的功能得到充分发挥。采用片选电路为m i n i 智能p l c 输入输出点的扩 展、数据存储器和程序存储器的扩展以及今后数据通信设计提高了保证。 b 看门狗定时器芯片d s l 2 3 2 的使用，实现了只用一块j 占片同时具有单 片机停振保护、欠压保护、手动复位等功能。使系统的硬件结构紧凑。 3 3 元件类型及显示的电路设计 3 3 i元件类型及显示的电路的组成 如图3 3 所示，元件类型及显示电路由4 部分组成。 as m l 6 2 3 是专门用于按键扫描和l e d 显示控制的芯片，该芯片实现对按 键状态的扫描，并将结果传送给单片机：同时该芯片将单片机传送过来的信 号在l e d 上输出。 b 按键电路。该电路用于控制每个输出点的类型，即常开点或常闭点的 选择。 c 妊示电路。用于指示每个元件当前的工作方式，即继电器或定时器方 式工作。 d 数据传送线路，利用s m l 6 2 3 的4 个管脚d o u t 、d i n 、c l k 、s t b 与单 片机的p 1 0 p 1 3 相连，实现按键扫描和l e d 显示控制芯片s m l 6 2 3 与单片 机之间的通信。 3 3 2 元件类型及显示电路的工作原理 3 3 2 1元件类型及显示电路的工作原理 as 1 6 2 3 芯片管脚的功能如下： o s c ：振荡器脚。外接下拉电阻，确定振荡频率。 d o u t ：数据输出。c l ，k 下降沿输出数据，从低位开始。 d i n ：数掘输入。c l k 上升沿读取数据，从低位开始。 c l k ：时钟输入。上升沿读取数据，下降沿输出数据。 s i b ：片选。二升沿或下降沿初始化数据，然后等待接受数据。 k 1 k 3 ：键扫数据输入。 s e g k s l s e g l o k s l 0 ：段输出或作键扫描。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 s e g l l ：段输出 s e g l 2 g r i d 7 s e g l 4 g r i d 5 ：段位复用输出。 g r i d l g r i d 4 ：位输出。 酱母惜吲副糕票壶螋鲻暑皿程靶h置葛匾 辽宁i 科技术大学硕士学位论文 1 3 b 按键扫描电路。当键扫描s e g l f l k s i s e g 5 k s 5 依次扫描的过程中， 使控制线a 、b 、c 、d 、e 依次导通，此时，s m l 6 2 3 通过k l k 3 键扫数据输 入端，将数据按照从低位到高位的顺序读入到芯片，并保存在键扫数据存储 器中。 c、t i ：z l 示电路。s m l 6 2 3 按照显示寄存器的内容控制段输出s e g l k s l s e g s k s 5 ，当位输出g r i d l 导通时，对应的l e d 灯亮或灭。表示当前各个元 件为定时器或继电器工作状态。 3 3 2 2s m l 6 2 3 与单片机数据传送的工作过程 s m l 6 2 3 与单片机的数摒传送通过串行接口d o u t 和d i n 完成的。 as m l 6 2 3 接收单片机的数据时，首先片选s t 8 信号变为低电平，初始化 显示寄存器，等待接收数据，当时制，输入c i ，k 变为上升沿时，开始读取单片 机传送来的数据，并将数据存储在显示寄存器中；当数据接收结束，片选s t b 信号变为高电平，时钟输入c l k 失效。 bs 限1 6 2 3 向单片枧传送数据时，首先片选s t b 信号变为低电平，使时钟 输入c 【k 有效，当时钟输入c l k 变为上升沿时，开始向单片机传送s m l 6 2 3 键扫寄存器中的数据，当数据传送结束，片选s t b 信号变为高电平，时钟输 入c l k 失效。 3 3 3 。元件类型及显示电路的特点 as m l 6 2 3 芯片最多可以提供3 0 个键扫数据，这为m i n i 智能p l c 扩展按 键开关数提高保证。 bs m l 5 2 3 芯片最多可以提供1 1 段7 位显示，当采样l e i ) 时，可以扩展 的指示灯数完全满足m i n i 智能p l c 扩展要求。 e 在相同按键和显示灯的前提下，采用s m t 6 2 3 芯片与采用三态门芯片 和锁存器电路相比，s m l 6 2 3 芯片的结构紧凑。 ds m l 6 2 3 芯片占用单片机的i o 管脚只有4 个。 3 4 外部定时给定的电路设计 3 4 1 外部定时给定电路的组成 如图3 4 所示，外部定时给定电路由3 部分组成。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 4 蟹越披魁女稚菪议31蛊；l靴h置=一匝 辽宁l 槲技术大学硕+ 学位论文 1 5 aa d 转换芯片a d c 0 8 0 9 ，该芯片可以实现8 个模拟量输入信号的转换。 b 模拟量输入电路，由5 个电位器组成的电压调节电路，用来实现对5 个定时器的定时值进行外部设定。 c a d c 0 8 0 9 时钟电路。将单片机的地址锁存允许信号a l e 通过d 锁存器 芯片7 4 h c 7 4 进行1 4 分频后，传送到a d c 0 8 0 9 的时钟输入端，作为a d c 0 8 0 9 的时钟信号。 3 乱2 外部定时给定电路的工作原理 当m i n i 智能p l c 工作时。通过片选信号依次采样5 个模拟摄输入通道， 单片机每发出一次片选和写命令，a d c 0 8 0 9 就按照要求将指定通道的模拟量 信号进行转换，当转换完成后，向单片机发出中断请求，单片机响应中断后， 给a d c 0 8 0 9 发出读命令，这样转换数据就通过数据通道传送到单片机指定的 数据寄存器中。 3 4 3 外部定时给定电路的特点 a 采用8 位 d 转换芯片a d c 0 8 0 9 ，可以使数据信号能够在0 2 5 5 之间 变化，由于程序中设置内部时钟脉冲的单位为0 5 s ，这样时间继电器的延时 范围在o 1 2 7 5 s 之间，达到通用定时器的精度和延时范围要求。 b 采用电位器进行定时器设定值的外部给定，使设定值的调节线性变 化，使用直观，调节方便。 3 5 输入输出电路的设计 3 5 1 输入电路的设计 3 5 1 1 输入电路的组成 如图：j 5 所示，输入电路由2 部分组成。 a 八缓冲线驱动线接收器芯片7 4 h c 2 4 4 ，对外部输入信号进行采样控 制。 bj 组光电耦合电路，使外部输入信号与内部进行光电隔离。 3 5 i 2 输入电路的工作原理 输入信号4 i 是随时都可以输入到单片机中，只有当单片机发出片选信号， 使芯片7 4 i c 2 4 4 选通，此时输入信号通过数据线传送到单片机指定的数据寄 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 6 图3 5m i n i 智能p l c 输入电路 辽宁1 ：科技术大学硕十学位论文 存器中。如果没有被选通，外部信号的任何变化都不会被单片机接收到。 3 5 1 3 输入电路的特点 a 输入电路，采用光电耦合器，提高了系统的抗干扰能力 b 输入芯片采用选通控制，一定程度上提高了m i n i 智能p l c 的抗干扰 能力。 3 5 2 输出电路的设计 3 5 2 1 输出电路的组成 如图3 6 所示，输出电路由2 部分组成。 a 八d 边沿触发锁存器7 4 h c 3 7 4 芯片，对输出数据进行锁存控制。使输 出刷新每间隔0 5 秒执行一次。 b 输出采样具有光电耦台器的固态继电器a q f ，使外部信号和内部信号 进行光电隔离。 c 信号灯指示元件中的接点是否处于工作状态。 3 5 2 2 输出电路的工作原理 输出信号不是随时都可以控制外部接点的工作状态，只有当单片机发出 片选和写命令，使芯片7 4 h c 3 7 4 选通，此时单片机输出寄存器内的数据通过 数据线传送到锁存器7 4 h c 3 7 4 ，并通过锁存器对输出点进行刷新。如果没有 被选通，单片机内的输出数据不能输出到锁存器中，输出点只能保持前一次 的状态。 3 5 2 3 输出电路的特点 a 采样选通电路，使输出点不用频繁刷新，保证了接点工作的相对稳定 性。 b 输出采样固态继电器，提高了系统的抗干扰性和负载能力。 c 输出电路中采用与非门芯片7 4 l s 0 0 ，保证接点的输出状态与单片机管 脚的输出状态一致。 e 信号灯指示当前各个元件是否工作，使用户方便识别。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 8 密删习薅uld镒熟hzh蓦，隧 辽+ 卜i 一徉技术火学硕+ 学位论文 1 9 3 6 电源的设计 3 6 1 电源电路的组成 如圈3 7 所示，电源电路出2 部分组成。 am i n i 智能p l j c 内部5 v 电源。包括整流电路，滤波电路，稳压电路。 b 输入电源。作为输入信号的电源。 3 6 2 电源电路的特点 a内部电源电路中采用了双t 滤波器，在滤波器电路中要求 志2 5 0 胁，这样能够对5 0 h z 工频干扰进行有效的滤波。 b 内部5 v 电源与输入电源采样不同的接地，提高电源的抗干扰能力。 辽宁丁程技术大学硕士学位论文 昌 蛰 删 臻 脚 u 一 盎 d m 靴 i m t 苔 譬 一 匦 辽。，r 稿! 技术大学硕士学位论文 2 l 4m i n i 智能p l c 的软件设计 4 1系统的软件控制方案 按照m i n i 智能p i c 的功能要求和硬件结构设计，系统的软件设计要完成 女口卜i 拓! b 0 任务： 4 1 1 接点类型选择的实现 耍实现该功能，程序设计中要完成两项内容，一项是单片机读取s m l 6 2 3 芯片键扫数据，以获得选择开关的工作状态。另一项是将获得的键扫字节数 据转换为位数据，以便对每个元件的接点分别进行控制。由于s m l 6 2 3 芯片的 键扫控制具有l o m s 的防止抖动延时，因此，不必设置防抖动程序。 a 读取s m l 6 2 3j 枣片键扫数据 控制程序流程如图4 1 所示。 图4 1 读键扫程序流程 4 1 2 元件类型显示的实现 要实现元件类型显示功能，程序设计中要完成两项内容，一项是单片机 辽宁肼* 技术人学硕士学位论文 向s m l 6 2 3 芯片传送显示数据，使s m l 6 2 3 芯片按照单片机传送来的显示数据 进行显示。另一项是将元件类型的位数据转换为字节数据，以便使单片机能 够向s m l 6 2 3 芯片传送。 a向s m l 6 2 3 ：卷片传送显示数据 显示控制程序流程如图4 2 所示。 图4 2 显示控制予程序漉程 4 1 3 外部定时给定的实现 要实现浚功能，程序设计中要完成3 个内容，一是单片机读取a d c 0 8 0 9 芯片数据，以获得每个元件的定时设定值；二是在单片机内产生o 5 s 时钟脉 冲，作为定时器的定时单位；三是将每个设定值与时钟脉冲的当前值进行比 较，以确定是否达到延时值。 辽0 。r 群技术大学硕士学位论文 a 产生0 5 s 时钟脉冲 控制程序流程如图4 3 所示。 b 设定值与当前值的比较控制 控制程序流程如图4 4 所示。 图4 4设定值比较程序流程 图4 3 时钟脉冲程序流程 4 1 4 输入输出控制的实现 要实现输入控制功能，程序设计中要完成3 项内容，一是将获得输入数 据转换为位数据，以便对每个元件的接点进行控制。二是按照各个输入信号 的状态和每个定时器当前值对输出进行控制。三是将输出位数据转换为字节 数据，实现输出控制。 4 2 m i n i 智能p l c 系统的完整程序 # i n c l u d e # i n c l u d e # i n c l u d e s t d l i b h # i n c l u d e # i n c l u d e a b s a c c h # d e f i n eu c h a ru n s i g n e dc h a r 辽宁。【一科技术大学硕十学位论文 2 4 u c l l a r u c n a r u c h a r u c n a r u c h a r u c h a r u c h a r u c h a r u e h a r u c h a r t c u r r e n t ，t c o u n t ； a d _ 0 ，a d 一1 ，a d2 ，a d3 ，a d _ 4 ； + f o _ p v , t i p v , t 2 j 3 v , t 3 s o y , t 4 - p v t e m pk l ，t e m pk 2 ，t e m p _ k 3 ； m m 0 ，m m l ，r a m 2 ，m m 3 ； s e 0 ，s e l ，s e 2 ，s e 3 ，s e a ； s e 0 0 ，s e l1 ，s e 2 2 ，s e 3 3 ，s e 4 4 ； c s _ o u t l m ，c s _ o q t 2 m ； i n p u t d a t a ： a d j ； i n p u t0 a , i n p u t _ l a , i n p u t _ 2 a , i n p u t _ 3 a , i n p u l 4 a ； i n p u t o ，i n p u t _ l ，i n p u t _ 2 ，i n p u t _ 3 ，i n p u t _ 4 ； s e l e c t 一0 ，s e l e c tl ，s e l e c t _ 2 ，s e l e c l 3 ，s e l e c t _ 4 ； s e l e c to o ，s e l e c t11 ，s e l e c t _ 2 2 ，s e l e c l 3 3 ，s e l e c t _ 4 4 ； o h t p u t _ 0 ，o u t p u l 0 0 ； o u t p u t 一1 ，o u t p u t 1 1 ； o u t p u l 2 ，o u i p u t _ 2 2 ； o u t p u t _ 3 ，o u r p u t _ 3 3 ； o u t p u l 4 ，o u t p u t4 4 ； m o d e l e d 0 ，m o d el e d l ，r o o d e _ 1 e d 2 ，m o d e _ l e d 3 ，m o d el e d 4 ； s b i t s m l 6 2 3 j o u t = p 1 , , 0 ； s b i t s m l 6 2 3d i n ；- p l “】： s b i t s m l 6 2 3 _ c l k = p l 2 ； s b i ts m l 6 2 3s t b = p i 3 ； s b i t f e e d _ d o g = p l 4 ： # d e f i n ec so u t lx b y t e 0 x 9 f f f l # d e f i n ec so u t 2x b y t e 0 x b f f f l # d e f i n ec s i n p u tx b y t e 0 x d f f f l # d e f i n ec s0 8 0 91 n ox b y 丁e f 0 x f f f 0 1 # d e f i n ec s0 8 0 9j n lx b y t e o x f f f l l # d e f i n ec s0 8 0 9i n 2x b y t e 0 x f f f 2 1 # d e f i n ec s0 8 0 9i n 3x b y t e 0 x f f f 3 1 # d e f i n ec s0 8 0 9i n 4x b y t e o x f f f 4 1 v o i dd e l a y m ( u c h a rd e l a y m t e m p ) ； v o i dd i s p ( u c h a rd i s ) ； v o i dd i s p l a y ( ) ； u c h a rk e y ( v o i d ) ； u c h a ru k ； u c h a rc o d e d i s 6 ； 羔姗羔蚍眦叭眦薹眦_羔 辽宁一l 。稃技术火学硕十学位论文 2 5 v o i d m a i n ( v o i m 丁m o d = 0 x 0 1 ： t h 0 = 0 x 3 c ； t l 0 = 0 x b 0 ； t r 0 = 1 ： e t 0 = t ： e a = l ： t c o u n t = o ； tc u r r e n t = - 0 ； 设置t o ： 作方式1 殴置t 0 的延时值5 0 m s ，设置计数初值为零，用于计数t o 的延时溢出次数 i t i = i ：漫置模拟量值的外部中断采用，用于电位器给定值的a d 转换 e x l = 1 ： e a = i ： c s0 8 0 9i n o = o ： a di = o ： i f ( m o d e _ l e d 0 一1 ) 输出类型( 定时器或继电器) 显示 c o d ed i s 0 = c o d ed i s 0 1 0 x 0 1 ； e l s e ( c o d e _ d i s o = c o d e _ d i s o & o x f e ； i f ( m o d el e d l 1 ) c o d e _ d i s 0 l = c o d ed i s 0 1 0 x 0 2 ； e l s e c o d e d i s 0 = - - - c o d e _ _ d i s 0 & 0 x f d ；) i f ( m o d e _ l e d 2 1 ) ( c o d e _ d i s 0 】= c o d e _ d i s 0 1 0 x 0 4 ； e l s e c o d ed i s o = c o d e _ d i s 0 & 0 x f b ； i f ( m o d e _ l e d 3 一1 ) f c o d ed i s 0 = e o d ed i s 0 l o x 0 8 ； e l s e c o d e _ d i s 0 = c o d e _ d i s 0 & 0 x f 7 ；) i f ( m o d e l e d 4 = = 1 ) c o d e d i s 0 = c o d e _ d i s 0 1 0 x 1 0 ；) e l s e f c o d ed i s o = c o d e _ d i s 0 & 0 x e t j 坐塑燮燮塑竺墼生一 一一一 一垫 一一 0 c o d e d i s 【1 】= o ； c o d ed i s 2 i = o ； c o d ed i s 3 】= o ； c o d ed i s 4 = o ； c o d ed i s 5 = o ； d i s p l a y ( ) s m l 6 2 3s t b = o ； d i s p ( o x 4 2 ) ； t e m pk l = k e y o & o x l b