第七天 PLC+STM32 联合仿真（钻孔控制 + 深度解析）超详细实操步骤

第七天PLC+STM32联合仿真（钻孔控制+深度解析）超详细实操步骤核心目标：用PLCSIM（PLC仿真）+Proteus（单片机仿真）+虚拟串口，实现“PLC发送钻孔启停指令→STM32解析编码器正交脉冲计算深度→STM32通过Modbus-RTU上传深度数据→PLC接收数据并判断钻孔完成”的完整联动，完全适配深钻孔课程设计的核心逻辑。前期准备（10分钟完成）软件与工具：已安装STEP7-Micro/WINSMART（含PLCSIM）、STM32CubeIDE+CubeMX、Proteus8.9、虚拟串口工具VSPD（百度搜索免费下载，用于模拟PLC与单片机的串口通信）；程序基础：提前准备好PLC端（S7-200SMART）的Modbus主站程序、STM32端的Modbus从站+编码器脉冲解析程序（基于此前分享的代码修改）；硬件虚拟映射：PLC：I0.0=钻孔启动、I0.1=钻孔停止、Q0.0=钻孔中指示灯、VD100=接收的钻孔深度（mm）；STM32：PA0/A相、PA1/B相（编码器脉冲）、USART1（与PLC通信）、D200=编码器脉冲数、D204=实际钻孔深度（mm）。步骤1：配置虚拟串口（建立PLC与单片机的通信链路）打开VSPD虚拟串口工具，点击「Addpair」，自动生成一对虚拟串口（如COM3和COM4），记住这两个端口号，后续分别分配给PLC和STM32；确认串口参数：波特率9600、数据位8、校验位无、停止位1（与Modbus-RTU协议一致），无需额外配置，VSPD会自动保持参数同步。步骤2：STM32端程序修改+Proteus仿真搭建（30分钟）（1）STM32程序修改（适配联合仿真）基于此前的编码器脉冲解析+串口通信程序，新增Modbus-RTU从站逻辑（核心是响应PLC的读指令，上传深度数据），关键代码片段如下：c运行//核心头文件（需提前加入Modbus从站库，如modbus_slave.h）#include"modbus_slave.h"#include"usart.h"#include"gpio.h"//全局变量uint16_tencoder_pulse=0;//编码器脉冲数floatdrill_depth=0.0f;//实际钻孔深度（mm）uint16_tmodbus_data[2]={0};//Modbus发送缓冲区（存深度的整数+小数部分）//主函数核心逻辑intmain(void){HAL_Init();SystemClock_Config();MX_GPIO_Init();MX_USART1_UART_Init();//串口1配置：9600、8N1Modbus_Slave_Init(1);//初始化Modbus从站，地址为1while(1){//1.解析编码器A/B相脉冲（此前的正交脉冲解析逻辑）encoder_pulse=Get_Encoder_Pulse();//自定义函数，读取脉冲数//2.计算钻孔深度（编码器600P/R，4倍频，丝杠导程5mm）drill_depth=(float)encoder_pulse*5/2400;//3.转换为Modbus可传输的16位整数（扩大100倍，保留2位小数）modbus_data[0]=(uint16_t)drill_depth;//整数部分modbus_data[1]=(uint16_t)((drill_depth-(uint16_t)drill_depth)*100);//小数部分//4.Modbus从站轮询，响应PLC的读指令（上传modbus_data）Modbus_Slave_Poll(modbus_data,2,&huart1);}}编译程序：在STM32CubeIDE中点击「BuildProject」，生成hex格式文件（路径：项目文件夹\Debug\xxx.hex），保存到桌面备用。（2）Proteus仿真电路搭建打开Proteus，新建项目，命名为「STM32_Encoder_Modbus」；添加元器件：搜索并添加「STM32F103C8T6」「旋转编码器」「虚拟串口（VirtualSerialPort）」「LED」；电路接线：编码器A相→STM32PA0、B相→PA1、VCC→5V、GND→GND；STM32USART1_TX→PA9、RX→PA10，分别连接到虚拟串口的TX/RX；虚拟串口的「PortNumber」选择COM4（与VSPD的其中一个端口对应）；LED→PA5+限流电阻→GND（用于指示深度上传状态）；导入程序：双击STM32F103C8T6，在「ProgramFile」中选择桌面的hex文件，点击「OK」；启动仿真：点击Proteus左下角「Play」，仿真开始后，编码器会自动输出脉冲（或手动拖拽编码器旋钮模拟转动），STM32开始解析并计算深度。步骤3：PLC端程序修改+PLCSIM仿真配置（25分钟）（1）PLC程序修改（新增Modbus主站逻辑，读取STM32深度数据）基于此前的高速计数程序，新增Modbus-RTU主站指令，用于向STM32发送读指令并接收深度数据，关键STL代码片段如下：stl//网络1：初始化（高速计数+Modbus主站）LDSM0.1//高速计数器配置（编码器脉冲解析）MOVB16#F8,SMB37HDEF0,9HSC0//Modbus主站初始化（串口0，波特率9600，与STM32一致）MOVB16#60,SMB30//串口0：9600、8N1CALLMBUS_INIT,0,1,9600,1,&VB1000//初始化Modbus主站，状态地址VB1000//网络2：钻孔启动/停止控制LDI0.0EUSETM0.0//M0.0=1：钻孔中LDI0.1EURSTM0.0//M0.0=0：停止钻孔LDM0.0=Q0.0//Q0.0=1：钻孔中指示灯亮//网络3：Modbus读指令（轮询读取STM32的深度数据）LDSM0.0CALLMBUS_MSG,0,1,0,2,&VD100,&VB1000,1//读从站1，寄存器0开始，2个数据，存入VD100//网络4：深度数据解析（将STM32上传的整数+小数部分还原为实际深度）//VD100=整数部分（VW100）、VD102=小数部分（VW102）LDSM0.0MOVWVW100,VW200//整数部分存入VW200MOVWVW102,VW202//小数部分存入VW202DIVVW202,100,VD204//小数部分÷100，转换为0.xx格式ADDVW200,VD204,VD206//实际深度=整数+小数（VD206，单位：mm）//网络5：钻孔完成判断（深度≥5mm时，自动停止）LDVD206LDR>=VD206,5.0EURSTM0.0RSTQ0.0//关闭钻孔中指示灯（2）PLCSIM仿真与串口配置打开STEP7-Micro/WINSMART，导入修改后的程序，点击「仿真」→「运行」，启动PLCSIM仿真面板；配置PLC虚拟串口：电脑端打开「设备管理器」，找到「西门子虚拟串口」（如COM3，与VSPD的另一个端口对应）；在STEP7-Micro/WINSMART中，点击「通信」→「设置PG/PC接口」，选择「PCAdapter（MPI/DP）」→「属性」，将串口改为COM3，波特率设为9600，点击「确定」；建立通信：点击「通信」→「刷新」，找到虚拟PLC（地址2），点击「连接」，确认通信成功。步骤4：联合仿真运行与验证（15分钟）启动所有仿真：确保VSPD虚拟串口已打开、Proteus仿真已运行、PLCSIM仿真已连接；模拟钻孔启动：在PLCSIM仿真面板中，右键「I0.0」→「强制」→「1」，触发钻孔启动，Q0.0（钻孔中指示灯）变为1；模拟编码器转动：在Proteus中，手动拖拽编码器旋钮（顺时针），模拟Z轴进给，STM32解析脉冲并计算深度，通过Modbus上传到PLC；验证数据接收：在STEP7-Micro/WINSMART中，点击「监控」→「开始监控」，查看：VD206：实时显示钻孔深度（随编码器转动逐渐增加）；当VD206≥5.0mm时，PLC自动复位M0.0和Q0.0，钻孔停止；模拟钻孔停止：在PLCSIM中强制「I0.1=1」，Q0.0立即熄灭，STM32停止上传深度数据（或保持当前数值）。关键避坑要点虚拟串口匹配：PLC必须用COM3、STM32用COM4