基于ADuC831的微型可编程控制器的设计与实现

摘要

可编程控制器简称PC或PLC，它是在电气控制技术和计算机技术的基础上发展起来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，融自动化技术、计算机技术和通讯技术为一体的新型工业控制装置。由于它设置和编程方便，运行可预估，甚至在恶劣的工作环境下仍可以保持正常运行，所以已被广泛应用于工业控制的各个领域。
　　 本论文是在对传统PLC的体系结构、运行原理和基本指令功能进行深入分析、研究的基础上，结合单片机控制系统的特点，设计了一个基于ADuC831单片机的微型可编程控制器，旨在利用微型PLC系统编程语言实现对单片机模块的常规工业应用进行配置，从而构成价格低廉和操作方便的应用系统，摆脱单片机应用的编程瓶颈，使其能在工控领域中具有较好的应用前景。
　　 本论文的设计研究的主要内容包括硬件设计和软件两大部分。在硬件设计方面，下位机以单片机ADuC831作为核心控制器来开发，硬件电路设计采用模块化设计方法实现，主要包括单片机最小系统，数字量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、通讯模块和时钟与显示模块五部分；同时在硬件设计过程中严格遵循抗干扰设计原则，确保系统具有良好的抗干扰特性和稳定性。
　　 在软件设计方面，为了实现控制器对PLC指令的执行，在分析和研究常用PLC指令及其特点的基础上，首先设计了常用PLC指令的操作码和操作数对应的二进制编码表，再参考当前市场上主流的小型PLC的功能和特点分别设计了上、下位机软件。
　　 上位机软件的功能主要是将PLC指令表程序转化成能被单片机识别和执行的二进制程序编码。该软件是在Windows环境中用VB6.0软件编程实现的，主要内容包括：PLC指令文本处理，指令编码转换实现，一键设置下位机时钟，通过串口向下位机发送数据和接收并处理接收数据五部分。上、下位机通信采用Modbus通讯协议，通过串行通讯接口实现了用户程序的下载和信息交换。此外专门设计了便于PLC级联的远距离通讯接口，为将来扩展实现功能较强的PLC系统提供了软硬件基础。
　　 下位机软件的功能就是模拟PLC的运行原理，完成输入处理、目标代码的执行和输出处理等工作。本设计中，下位机软件使用汇编语言开发，通过Keil软件编程实现，主要内容包括：串行通讯、数字时钟显示、数据读写处理、解释执行用户数据、数制转换和校验码计算等。
　　 基于ADuC831单片机的微型可编程控制器的设计，顺应了现代工业控制器向低成本、高性能发展的趋势，提供了更加灵活方便的软、硬件扩展方案，并且极大地降低了控制系统的成本，具有较高的实用价值。