【正文】 realizes the digital control logic to control the progress of its application fields。第一，解決了 PLC 的開放性的難題， PLC 缺點(diǎn)之一就是它的軟、硬件體系結(jié)構(gòu)是封閉而不是開基于單片機(jī)的 PLC 工控模塊的研究設(shè)計(jì) II 放的，如專用總線、通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議、 I/O 模塊更互不通用，幾乎各公司的 PLC 均互不兼容 ，同時(shí)，每一個(gè) PLC 的生產(chǎn) 廠家都有自己的 PLC 控制編寫語言，這讓可以科研人員在處理不同廠家的 PLC 控制器時(shí)都頭痛不已，但是利用單片機(jī)生產(chǎn)的 PLC 工控板則不會(huì)遇到此類問題，由于 大部分科研人員都已熟練掌握了 C語言、 VB等編程語言， 不存在修改編寫程序的障礙，因此，可以順利的調(diào)試下位機(jī)使其達(dá)到自己的控制要求，第二，解決了 PLC 價(jià)格昂貴的問題， 一些科研項(xiàng)目的建設(shè)完全沒有必要采用 PLC、 DCS 等動(dòng)輒幾萬甚至幾十萬元的控制系統(tǒng)作為一次性的試驗(yàn)投入， 在一些小的控制項(xiàng)目，完全可以用基于單片機(jī)的 PLC 工控模塊來代替，而且花費(fèi)只是幾百元左右。可編程控制器已成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備 長期以來， PLC 始終處于工業(yè)自動(dòng)化控制 領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了非常可靠的控制應(yīng)用。它是將微型計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化技術(shù)及通信技術(shù)融為一體，應(yīng)用到工業(yè)控制領(lǐng)域的一種高可靠控制器。 PLC 需要解決的問題依然是新技術(shù)的采用、系統(tǒng)開放性和價(jià)格 。 此次設(shè)計(jì) 任務(wù) 是設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的 PLC 工控模塊，要求有 信號(hào)輸入 8個(gè)口（光電隔 離） ， 8 個(gè)輸出口（ 6 組繼電器 2 組雙向可控硅） ， 定時(shí)器 2 組 ， 計(jì)數(shù)器 2 個(gè) ， 溫度檢測(cè)口 1個(gè) ， 模擬量檢測(cè)口 1 個(gè) ， PWM 脈寬調(diào)制口 1 個(gè) ， 強(qiáng)制復(fù)位口 1 個(gè) ， 中斷控制口1 個(gè) ， 高速脈沖輸出口 2 個(gè) ，具有輸入輸出狀態(tài)指示。 power supply power supply filtering can, in the range of 9V32V, the use of inductive load, such as a relay or solenoid valve (hydraulic or pneumatic) action current in or less, only the use of general resistance can move from both power and power. (see I/O), can be charged and, without damage, convenient and labor, to a single chip as the core, to construct a simple, practical, easy to use, reliable singlechip puter hardware which has microcontroller based control technology, which applies to input points of small control occasions, in small applications can pletely replace the small PLC, also has the same flexible PLC. Keywords Single chip microputer。可是，那里沒有用到單片機(jī)，而是用的 PLC，為什么呢？關(guān)鍵在于可靠性！工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的苛刻要求，不要說是初學(xué)者，就是富有經(jīng)驗(yàn)的開發(fā)者，往往也覺得頭痛。但其價(jià)格也相當(dāng)昂貴。 2．單片機(jī)的新特性也為其工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用創(chuàng)造了條件 目前，單片機(jī)的 品種不斷增加，新的單片機(jī)加入了很多新特性，如內(nèi)部 RAM、 Flash、Rom 的增加等，為高級(jí)語言的普遍使用創(chuàng)造了條件；幾乎都有 ISP（在線編程）的功能，便于采用 “ 軟件仿真＋寫片驗(yàn)證 ” 的開發(fā)方式，一條下載線即可解決問題；采用 SST 單片機(jī)更可實(shí)現(xiàn)在板仿真功能。由于家用電器體積小，故要求其控制器體積更小以便能嵌入其結(jié)構(gòu)之中。單片機(jī)程序指令 ,常數(shù)及表格等固化在 ROM 中不易破壞 ,許多信號(hào)通 道均在一個(gè)芯片內(nèi) ,故可靠性高。例如 ,工業(yè)上的鍋爐控制 ,電機(jī)控制 ,車輛檢測(cè)系統(tǒng) ,水閘自動(dòng)控制 ,數(shù)控機(jī)床及軍事上的雷達(dá) ,導(dǎo)彈系統(tǒng)等。 （ 5）在人類生活中的應(yīng)用 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁 共 59 頁 單片機(jī)由于其價(jià)格低廉 ,體積小巧 ,被廣泛應(yīng)用在人類生活的諸多場(chǎng)合 ,如洗衣機(jī) ,電冰箱 ,空調(diào)器 ,電飯煲 ,視聽音響設(shè)備 ,大屏幕顯示系統(tǒng) ,電子玩具 ,信用卡 ,樓宇防盜系統(tǒng)等 .單片機(jī)將使人類的生活更加方便舒適 ,豐富多彩。然后根據(jù)市場(chǎng)上各種單片機(jī)的貨源情況和單片機(jī)的性能及開發(fā)工具等因素選擇合適的機(jī)型。在軟件中一般需考慮以下幾個(gè)方面： 1） 根據(jù)要求確定軟件的具體任務(wù)細(xì)節(jié)，然后確定合理的軟件結(jié)構(gòu)。 （ 4）系統(tǒng)的調(diào)試任務(wù) 在系統(tǒng)樣機(jī)的組裝和軟件設(shè)計(jì)完成以后，就進(jìn)入系統(tǒng)的調(diào)試階段。 溫度檢測(cè)口： 十位精度 ADC,共八路 。 針對(duì)課題采取以下研究方法及步驟： （ 1）各種 元器件以及芯片的選擇 （ 2）硬件電路的設(shè)計(jì) （ 3）用匯編語言完成軟件方面的設(shè)計(jì) （ 4）結(jié)合電路對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試 （ 5）找出程序中的錯(cuò)誤，改正這些錯(cuò)誤 2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思想 本設(shè)計(jì)采用 STC12C5A60S2 其外圍擴(kuò)展系統(tǒng)，軟件方面主要是應(yīng)用 C語言設(shè)計(jì)程序。 1個(gè)。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 由設(shè)計(jì)要求所要求 的工控板 具有 的功能，可以有以下初步設(shè)計(jì)方案 ：工控板應(yīng)具備 具有 電源指示 ； 六 路 輸入 光電隔離引入信號(hào) ； 六 路輸出光 電 隔離輸出控制繼電器 ； 標(biāo)準(zhǔn)的 晶振 ； （便于設(shè)置串口波特率） 具有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位 ； 支持 AT89SXX 系列單片機(jī) ； 帶有掉電存儲(chǔ)功能，芯片 24C08； 輸入八路具有 LED 指示 ； 輸出八路具有 LED 指示。當(dāng) P0 作為地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用時(shí)，是低 8 位地址線 [A0~A7]， 數(shù)據(jù)線的 [D0~D7]。 VCC ：電源正極 A/D 轉(zhuǎn)換 器 電路結(jié)構(gòu) STC12C5A60AD/S2 系列帶 A/D 轉(zhuǎn)換的單片機(jī)的 A/D 轉(zhuǎn)換口在 P1 口 ?()，有 8 路 10 位高速 A/D 轉(zhuǎn)換器 ,速度可達(dá)到 250KHz(25 萬次 /秒 )。用數(shù) /模轉(zhuǎn)換器 (DAC)轉(zhuǎn)換的模擬量與本 次 輸入的模擬量通過比較器進(jìn)行比較，將比較結(jié)果保存到逐 次 比較器，并通過逐 次 比較寄存器輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。所有的中斷都具有 4 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。例如，假設(shè) SYSclk = 20MHz，要求 PCA高速脈沖輸出 125kHz 的方波，則 CCAPnL 中的 值 應(yīng)為： CCAPnL = INT (20210000 / ( 4125000 ) + ) = INT ( 40 + ) = 40 = 28H 脈寬調(diào)節(jié)模式 脈寬調(diào)制 (PWM， Pulse Width Modulation)是一種使用程序來控制波形占空比、周期、相位波形的技術(shù)，在三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)、 D/A 轉(zhuǎn)換等場(chǎng)合有廣泛的應(yīng)用。 由于 PWM是 8位的，所以： PWM 的頻率 = PCA時(shí)鐘輸入源頻率 /256 PCA 時(shí)鐘輸入源可以從以下 8 種中選擇一種： SYSclk， SYSclk/2， SYSclk/4，SYSclk/6， SYSclk/8， SYSclk/12,定時(shí)器 0的溢出， ECI/ 輸入 定時(shí) /計(jì)數(shù) STC12C5A60S2 系列單片機(jī)有 4個(gè)定時(shí)器，其中定時(shí)器 0 和定時(shí)器 1兩個(gè) 16 位定時(shí)器，與傳統(tǒng) 8051 的定時(shí)器完全兼容，也可以設(shè)置為 1T模式，當(dāng)在定時(shí)器 1 做波特率發(fā)生器時(shí)，定時(shí)器 0可以當(dāng)兩個(gè) 8位定時(shí)器用 (另外 2 路 PCA/PWM 可以再實(shí)現(xiàn) 2個(gè) 16位定時(shí)器 )。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 1 除模式 3 外，其 他 工作模式與定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 相同， T1 在模式 3 時(shí)無效，停止計(jì)數(shù) 。如果 WP 管腳連接到 Vcc，所有的內(nèi)容都被寫保 護(hù)只能讀；當(dāng) WP管腳連接到 Vss 或懸空，允許器件進(jìn)行正常的讀 /寫操 作 。發(fā)送 (24C08： P=15) 個(gè)額外的字節(jié)每發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后， 24C08 產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答位并將字節(jié)地址低位加 1 高位保持不變 。 連續(xù)讀：連續(xù)讀操作可通過立即讀或選擇性讀操作啟動(dòng) 。這些器件的固定輸出電壓有 5V、 12V、 15V。 LM2576 規(guī)格 如 圖36所示 基于單片機(jī)的 PLC 工控模塊的研究設(shè)計(jì) 第 20 頁 共 59 頁 圖 36 LM2576管腳圖 管腳說明 VIN： 輸入電壓端 ,為減小輸入瞬態(tài)電壓和給調(diào)節(jié)器提供開關(guān)電流 ,此管腳應(yīng)接旁路電容 CIN。電容的電流均方根值至少要為直流負(fù)載電流的 1/2。如果電容的 ESR 太小 ,就有可能使反饋環(huán)路不穩(wěn) 定 ,導(dǎo)致輸出端振蕩。由 6腳和 4 只電容構(gòu)成。 15 腳 GND、 16腳 VCC（ +5v MAX232 的結(jié)構(gòu)圖 MAX232 結(jié)構(gòu)圖如圖 38所示 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 23 頁 共 59 頁 圖 38 MAX232結(jié)構(gòu)圖 九針串口 九針串口簡(jiǎn)介 九針串口即 RS232 接口，個(gè)人計(jì)算機(jī)上的通訊接口之一，由電子工業(yè)協(xié)會(huì)(Electronic Industries Association， EIA) 所制定的異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口。并且提供計(jì)華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 25 頁 共 59 頁 算機(jī)校正時(shí)鐘同步的機(jī)會(huì) 奇偶校驗(yàn)位：在串口通信的一個(gè)簡(jiǎn)單的檢錯(cuò)方式。硬件將自動(dòng)清 “0 ” 此位 看門狗 “IDLE ” 模式位 , 當(dāng)設(shè)置為 “1” 時(shí) , 看門狗定時(shí)器在 “ 空閑模式 ” 計(jì)數(shù) 當(dāng)清 “0” 該位時(shí) , 看門狗定時(shí)器在 “ 空閑模式 ” 時(shí)不計(jì) 數(shù) STC12C5A60S2 晶振電路 單片機(jī) 引腳 XTAL1 和 XTAL2 與晶體振蕩器及電容 C C2 按圖 225 所示方式連接。 圖 41 復(fù)位電路 STC12C5A60S2 看門狗復(fù)位 為了防止 “ 系統(tǒng)在異常情況下，受到干擾， MCU/CPU 程序跑飛，導(dǎo)致系統(tǒng)長時(shí)間異常工作 ”, STC12C5A60S2 系列單片機(jī)內(nèi)部引進(jìn)了此看門狗功能 ,如果 MCU/CPU 不在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)按要求訪問看門狗 ,就認(rèn)為 MCU/CPU處于異常狀態(tài) ,看門狗就會(huì)強(qiáng)迫 MCU/CPU復(fù)S1R2 104+5VRSTC9 10uF基于單片機(jī)的 PLC 工控模塊的研究設(shè)計(jì) 第 26 頁 共 59 頁 位 ,使系統(tǒng)重新從頭開始按規(guī)律執(zhí)行用戶程序。 邏輯 1?： 3 ?15V 邏輯 0?： +3?+15V 串口通信參數(shù) 波 特率： RS232C標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)定的的數(shù)據(jù)傳輸速率為 50、 7 100、 150、 300、 600、1200、 2400、 4800、 9600、 19200 波特。 其中 13 腳（ R1IN）、 12 腳（ R1OUT）、 11腳（ T1IN）、 14 腳（ T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 該器件符合 TIA/EIA232F 標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA232F 電平轉(zhuǎn)換成 5V TTL/CMOS 電平。為什么呢？ LM2576 既可工作于連續(xù)型也可非連續(xù)型 ,流過電感的電流若是連續(xù)的為連續(xù)型 ,電感電流在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)降到零為非連續(xù)型。 ON/OFF： 控制端 ,高電平有效 ,待機(jī)靜態(tài)電流僅為 75181。 在指定輸入電壓下和輸出負(fù)載條件下，保證輸出電壓的誤差在 4%以內(nèi)。 讀操作時(shí)地址計(jì)數(shù)器在 24C08 整個(gè)地址內(nèi)增加這樣整個(gè)寄存器區(qū)域在可在一個(gè)讀操作內(nèi)全部讀出 。 立即地址讀： 24C08 的地址計(jì)數(shù)器內(nèi)容為最后操作字節(jié)的地址加 1， 也就是說如果上次讀 /寫的操作地址為 N ,則立即讀的地址從地址 N+1 開始。 寫操作 字節(jié)寫：在字節(jié)寫模式下 ， 主器件發(fā)送起始命令和從器件地址信息 R/W 位置 零給從器件 。通過華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁 共 59 頁 器件地址輸入端 A0、 A1 和 A2 決定器件地址 SDA:串行地址數(shù)據(jù) 用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。只是計(jì)數(shù)脈沖來源不同：如果計(jì)數(shù)脈沖來自系統(tǒng)時(shí)鐘，則為定時(shí)方式，此時(shí)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器每 12 個(gè)時(shí)鐘或者每 1 個(gè)時(shí)鐘得到一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)值加 1；如果計(jì)數(shù)脈沖來自單片機(jī) 外部引腳 (T0為 ,T1 為 )，則為計(jì)數(shù)方式，每來一個(gè)脈沖加 1。當(dāng)寄存器 CL 的值小于 [EPCnL, CCAPnL]時(shí)，輸出為低；當(dāng)寄存器 CL 的值等于或大于 [EPCnL,CCAPnL]時(shí)，輸出為高。STC12C5A60S2 系列單片 機(jī)的各個(gè)中斷查詢 次 序如下表 31所示 ： 表 3