at89c51单片机在微型plc中的应用

1、 装备制造技术)2008年第1 1期 AT89C51单片机在微型PLC中的应用邢亚从 (苏州大学，江苏苏州215000) 摘要：介绍用AT89C51单片机构成微型可缡程控制嚣PLC的设计思路、系统硬件配王和软件设计方法，并给出此微型可编程控制器 在水塔水位控制中应用的实例。 关键词：单片机：可编程控制器：扫描：控制 文章编号：1 672545X(2008)1 1-0021-02 中图分类号：TP273文献标识码：A个FO口共32个IO引脚，都可供用户使用，其中P07至P0 0。P24至I20共13个脚经光耦隔离后，连到相应的输入端 子X07至X00，X14至X10。可以用行程开关、液位开关、霍

2、耳 开关和手动按钮等进行输入。开关接通时，相应引脚为0，取 反后存人输入缓冲区。 P17至P10共8个引脚用于输出控制：P1i为“0”时，相 应的PNP管导通，继电器Ji线圈通电，其触点Y5i接通，可驱可编程控制器PC(Programmable Controller)，为与个人计算机PC(Personal Computer)相区别，可简称为PLC。它是按照成熟而有效的继电控制概念和设计思想，用先进的单片机技术 来实现IO的实时检测和控制，可靠性高，编程简单、易学，因此，得到广泛应用。 将PIE技术引进电工学、电力拖动课程，是课程建设现代化的重要措施。在教育经费并不宽裕的情况下，师生自己动 手，

3、以AT89C51单片机为核心，设计了LD型微型PLC，应用 于继电控制实验，取得了较好的效果。 1 工作原理 用单片机构成的PLC，事实上就是一个单片机测控系统。用这样一个程控的计算机系统去执行继电控制的梯形图程 序，由于继电控制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

4、果存入输出缓冲区。最后，待梯形图程序行全部执行完毕，一次性将输出缓冲区的值输出到相应的输出端子，从而完图1 系统硬件配置 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。一方面，在编程状态时，可接收PC机上梯形图汇编程序编译结果的OBJ指令代 码，并存入程序内存；另一方面，在运行状态时，可将FO口的状态和处理结果实时地发送给上位机。 程序内存选用有SPI接口的X25045芯片。这是带可编程 看门狗和电源监控功能的E2PROM，有512字节，每字节可擦 写10万次，数据可保存100

5、年。上电时自动提供200 inB高电平复位脉冲；有三种可编程看门狗周期；电源欠压，VCC降到 转折点时，自动提供复位脉冲。E2PROM采用三线总线的串行外设接口SPI，既节省了IO口线和电路板空间，又降低了系 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s级，执行一个扫描周期的时间为数m8乃至 数十弛。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的 要求。 系统

6、硬件配置以AT89C51(以下简称51)单片机为核心， 如图1所示。该单片机有4 KB闪存，不必扩展程序内存，其4收稿日期：2008-0808 作者简介：邢亚从(1977一)女黑龙江大庆人，工程硕士在读，研究方向：语音端点检测。 Equipment Manufactring Technology No1 1，2008 统成本。因此，该芯片是性价比极好的组合芯片。 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。前者用IBMPc汇编语言编写， 我们称之为PLC编译软件。本机中我们自己设计了一套TD型PLC的梯形图汇编语言指令系统，有LDLDI、ANANI、ORORI、TM，TM

7、I、CNCNI、MAMAI、OUT、JPJE和END等16条基本指令和 X00=NXOl XSAH X02尹厶SAL yX03XX04 TDPLCOm衄州州邮乏删M洲鸯霎毅耋萋擞滥P (c)ycom 一X0007、X1014、Y0007、CN01、TM00-07、MA0007、1017 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。 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,51单片机软件由编程软件和运行软件组成。编程软 件主要有串行通信和写E2PRO

8、M两个模块。此时，须将面版上 的手动开关设置P27=0，单片机即处于编程状态。当P27= “l”时，单片机即处于运行状态。运行状态的程序主要有： 11输入端子采集模块 该模块两次采集Po 口和P1 口状态，结果全同时为有效， 即将其存入输入缓冲区，否则重新采集。用软件滤波的方法，提高了抗干扰能力。 h阳卜刊墨踟3结论单片机技术已深入国民经济的各个领域，对各个行业的技术改造和产品的更新换代起重要的推动作用。通过本文AT89C51单片机在微型PIG中的应用可以得出以下结论： (1)单片机在智能仪表中有广泛的应用，如实验室、交通工具和计量等的仪器仪表中，并能使之智能化，提高他们的测 量精度，加强其功

9、能，简化结构，便于使用、维护和改进。 (2)单片机在实时控制中发挥很好作用，如对水塔水箱等 的水位测量和控制和工业上窑炉的温度、酸度、化学成分的测 量与控制。将测量技术、自动控制技术、单片机和PLC相结合， 充分发挥数据处理和实时控制功能，使系统工作于最佳状态，提高系统的生产效率和产品的质量。 12指令分析模块 该模块从000H地址开始，依次读取E2PROM中的字节内容，先读出操作码，对其分析后转向相应的处理程序；接着 读操作数，供处理程序操作，从而完成一条梯形图汇编指令的 执行。然后再读取下一条指令的操作码。遇到0UT指令时，将待输出的数据存入相应的输出缓冲区。 13输出模块 (3)单片机价

10、格低廉、使用方便，目前已广泛应用到家用 电器中，市场前景看好，逐渐代替传统的开关控制和继电器等 机械组件，大大提高了家电产品的性价比。此外，单片机还广 泛运用于工业领域的机电一体化和分布式多机系统中。 总之，单片机以它体积小、功能全、性价比高等诸多优点， 将逐渐深入到我们生活的方方面面，发挥不可替代的作用。 当CPU从E2PROM 中读到END指令的二进制元码时，表示一次扫描周期结束。即将输出缓冲区的内容一次性输出到Pl口，从而完成输出端子的刷新。 2应用举例下面以水塔水位的控制为实例予以说明。 图2(a)是硬件接线图，SBISB2是启动，停止按钮；SAC是 水池液位开关：水浸到时接通，无水时

11、断开；SAH、SAL分别是 水塔的高低液位开关；M是水泵电机。 图2(b)是继电器梯形图，图2(c)是继电器汇编程序，即TD 参考文献：BYTE-WIDE SMART 5 FlashFihTM MEMORY FAMILY【M】Intel 【1 JProduct Preview，1996 【2】余时亮单片机原理应用及技术手册【M】上海：复旦大学，1996 【3型PIG源程序。其中y50是PIG输出端子，我们将它的软件触点y50作为水位上升或下降的标志：y50=“0”，表示电机已 停，水位下降，此时SAL虽已接通，但电机不动作；y50=“1”。 表示电机正在抽水，水位上升，此时SAL接通，电机通电

12、，继续 抽水。直到高水位。 【4【5】万光毅，严义单片机实验与实践教程【M】清华大学2003The Applications of the AT89C51Single-Chip Microcomputer in the Micro PLCXING Ya-cong(Suzhou University，Suzhou Jiangsu 215000，ChUm)of making a miero-pmgram池lcontroller(PLC”for short)with AT89C5 1Abstract：Thisintroduces the idea paperSingle-chipMicrocompu

13、ter，including the specific hardware eongiguration and software desigingTo illustrate PIGs function，the application of PIE in water tower to control water level is given 88 an exampleThe paper also suggests PLCs印plicafion in certain courses Key words：singl伊-chip；microcomputer；PIG；scan；contr01 AT89C51

14、单片机在微型PLC中的应用 邢亚从， XING Ya-cong作者： 作者单位：刊名： 苏州大学,江苏苏州,215000装备制造技术英文刊名： 年，卷(期)： 引用次数： EQUIPMENT MANUFACTURING TECHNOLOGY2008，(11)0次 参考文献(5条) 1.BYTE-WIDE SMART 5 FlashFileTM MEMORY FAMILY 19962.余时亮 单片机原理应用及技术手册 19963.李华 系列单片机实用接术 20004.何立民 单片机应用技术选编 20035.万光毅.严义 单片机实验与实践教程 2003相似文献(10条) 1.期刊论文 单片机与可编

15、程控制器的串行通信及应用 -西安邮电学院学报2005,10(1) 介绍了单片机与可编程控制器之间的串行通信,以欧姆龙CQM1H系列可编程控制器与MCS-51系列单片机的串行通信为例,阐述了通口的实现方法,并重点介绍了一种实用的数据采集系统. 2.期刊论文 张正喜.刘建平.赵军军 8098单片机实现的高速可编程控制器 -新技术新工艺2002(5)利用8098单片机内部的高速输出单元HSO,实现高速可编程控制器.与利用数字逻辑电路或慢速单片机实现的可编程序控制器相比,具有速度高、线路简单、性能可靠的特点. 3.学位论文 贾玉芬 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究 2006 本文分

16、析了当前可编程控制器(PLC)教学实验的状态和研究情况，根据可编程控制器教学实验的发展趋势和实训效果，提出了一个软、硬件相结合的可编程控制器虚拟控制系统教学实验的方案。该虚拟控制系统由两部分组成：信号适配器、计算机仿真软件。通过对目前常用的可编程控制器的输入口、输出口的电路分析，设计了信号适配器与可编程控制器相连的接口电路。信号适配器的主要功能是将可编程控制器的输入端口、输出端口的信号转换为计算机可以接收的串行信息，信号适配器的核心部分为单片机系统。不同的实验项目、对信号适配器I/O定义不同。计算机仿真软件采用VisualBasic6.0来开发，包括通讯检测窗体、项目选择窗体、实验项目窗体三部

17、分。本文列举了两个实验项目的实例。在实验项目窗体中，仿真软件与信号适配器的单片机程序配合，巧妙地实现了计算机与信号适配器间通讯自检测功能。通讯中断，仿真软件停止运行。重新进入仿真软件，必须复位信号适配器。用虚拟控制系统组建可编程控制器实验室，可以降低可编程控制器教学实验室建设成本和管理成本，也可以提高学生的求知兴趣和创新能力，具有较大的实用价值和推广价值。4.期刊论文 史晓娟.SHI Xiao-juan 基于双口RAM的嵌入式可编程控制器的设计与实现 -制造业自动化2009,31(7)本文针对传统可编程控制器控制方法的局限性,采用八位单片机、微机总线技术及双口RAM设计了嵌入式可编程控制器,并

18、对该系统的硬件、软件做了总体上的介绍.与传统PLC相比,该控制器具有结构紧凑、成本低、可靠性及实时性高等优点. 5.期刊论文 林善明.刘永富.朱昌平.祝江土 微型可编程控制器的嵌入式系统实现 -工矿自动化2004(5) 工矿控制系统中,以PLC为核心的控制系统以其可靠性高和编程灵活等特点,将逐渐取代传统的控制系统.通过对微型可编程控制器的工作原理、模块基本功能及软件工作流程等方面的阐述,重点介绍了以PHILIP80C552单片机为核心的微型可编程控制器的实现. 6.期刊论文 许松江.高庆山 OMRON可编程控制器与8031的通讯 -信息技术2001(2)叙述了OMRON可编程控制器C60R与MCS8031单片机间的通讯问题.且给出了通讯中可编程控制器的梯形图和MCS8031的原程序.经实际运行效果良好.7.会议论文 王爱民.蒋洪明 基于80C552的可编程控制器的研制 1998介绍了一种基于的双回路可编程控制器，并对其硬件设计软件设计作了较为详尽的论述。8.期刊论文 张晓杰.何.ZHANG Xiao-jie.HE Guo-feng 基于单片机的50m3炼铁高炉上料控制