【正文】 態(tài)。 (2) 程序處理： 在 PLC執(zhí)行 程序 時，程序指令 逐條 依次 執(zhí)行 ， 從輸入映像寄存器和其它軟元件的映像寄存器中 讀出 用戶程序中相關(guān)元件的狀態(tài) ， 按照 程序指令 來 進行邏輯運算， 再在相應(yīng)的映像寄存 器中 寫入 結(jié)果 。 (3) 集中 輸出： 執(zhí)行完畢全部的 用戶程序 后 ， 向輸出鎖存寄存器傳送 輸出映像寄存器的狀態(tài) ，通過 驅(qū)動功率放大電路 、 隔離電路 等外部電路， 將 PLC的控制信號 向外輸出 [8]。 系統(tǒng)設(shè)計要求 該課題是以單片機為主控元件，根據(jù) PLC 的接口特性，利用適當?shù)耐鈬骷?，設(shè)計一種 PLC原理樣機。 I/O 接口的數(shù)量是衡量 CPU 性能的主要標準之一。 可通過上位機軟件，與單片機進行實時通信，從 PC機接收指令，并按照指令運行程序， 同時可以 向 PC機反饋 設(shè)備運行時記錄的數(shù)據(jù)，并能夠 將 數(shù)據(jù)保存 。系統(tǒng)總體方案框圖如圖 23所示 ： 圖 23 系統(tǒng)總 體框圖 AT89S52單片機主控模塊 復位電路 串口轉(zhuǎn)換 PC串口 晶振電路 輸入 光電隔離 電源 光電隔離 輸出 硬件 的選型 主控模塊 的選型 單片機作為主控模塊， 其選型尤為重要 。大致總結(jié)出以下幾點： (1) 單片機的基本參數(shù) 。 (2) 單片機的增強功能 。 (3) Flash和 OTP（一次性可編程） 相比，哪個更方便 。 (5) 工作溫度 的 范圍 (是 工業(yè) 機 還是商業(yè)機 )。 (7) 工 作電壓 的 范圍。 (9) 價格 范圍 。 (11) 仿真器。 (13) 資料盡量 詳細 豐富 且完善 。 (15) 綜合考慮 和其他外設(shè)芯片放在一起 是否使用方便 。使用 4路 8位 I/O接口即可滿足設(shè)計要求；系統(tǒng) 不 需要擴展外部存儲器對數(shù)據(jù)進行存儲，數(shù)據(jù) 的 存儲量為 32KB已 達到 要求，因此采用 16位或準 16位地址總線的單片機即可滿足設(shè)計需要；由于 處于 實驗階段，采用 DIP（雙列直插）封裝的芯片 比較方便 ，不考慮實際工業(yè)控制中對外界環(huán)境的具體要求；系統(tǒng) 供電 采用 DC9V，且對功耗沒有具體要求，芯片供電 使用 DC5V，便于 設(shè)計 系統(tǒng)外圍電 路；芯片支持 ISP可節(jié)省仿真器的投入。 而處于 掉電保護 模式時 ， 將 RAM中的 內(nèi)容 保存 ，凍結(jié) 晶振 ，停止單片機 所有 工作，直到 硬件復位 或 下一個中斷 才能結(jié)束這種狀態(tài) 。 通信模塊 的選型 AT89S52單片機內(nèi)部有一個全雙工異步串行 I/O接口，占用 。不同設(shè)備間串口通信的 過程中，需要采用相同的的接口標準才能通信。 可以完成兩路 TTL/RS232電平的轉(zhuǎn)換，它的的 112引腳是 TTL電平端，用來連接單片機的。 光電耦合 器 的選型 PLC 工作于工業(yè)控制現(xiàn)場，而工業(yè)控制現(xiàn)場往往環(huán)境惡劣，存在著電磁、噪聲、振動等各種干擾，因此 PLC 要正常工作必須具備良好的抗干擾性能。 PLC 產(chǎn)品為了實現(xiàn)接口電路與 CPU 的 隔離通常采用光電耦合器隔離的方法。 在一些需要通過絕緣層傳送信息但卻不允許物理電氣接觸的場合，通常需要一些隔離器件，依照信號經(jīng)過絕緣層傳送方式的不同，有幾種型態(tài)的隔離器可以選擇，其中較為普遍的就是通過光的方式傳送，這類隔離器件就稱為光電耦合器 (Optocoupler)[10]。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（ LED），使 它 發(fā)出一定波長的光， 由 光探測器接收 后 產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。 本次電路的設(shè)計中選用 TLP5214型號的光電耦合器： 表 TLP5214光電耦合器參數(shù) 品牌 /商標 TOSHIBA 型號 /規(guī)格 TLP5214 種類 光電耦合器 波段范圍 微波 運轉(zhuǎn)方式 穩(wěn)頻式 激勵方式 電激勵式 工作物質(zhì) 自由電子 光路徑 內(nèi)光路 輸出形式 光敏器件型 傳輸信號 OC門型 速度 高速 通道 多通道 輸出波長 16（ nm） 線寬 20（ mm） 3 系 統(tǒng)硬 件設(shè)計 AT89S52 單 片 機簡介 AT89S52是一種高性能 、 低功耗 的 8位微控制器， 采用 CMOS工藝 ， 在線系統(tǒng)可編程Flash存儲器 達到 8K[12]。片上 Flash允許程序存儲器在 線 系統(tǒng)可編程 也 適于常規(guī)編程器 [14]。 AT89S52 具有以下標準功能： 8位字長 的 CPU,8K 字節(jié) 系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash 存儲器 ,256 字節(jié) 內(nèi)部 RAM,20多個特殊功能寄存器， 四個 8 位 I/O 端口、 ISP 端口， 全雙工串行口 ， 時鐘電路及片內(nèi)晶振 ， 而且 AT89S52 的 靜態(tài)邏輯操作可降 到 0Hz，兩 種支持 的 軟件 ， 節(jié)電模式可 以 選擇 [15]； 看門狗定時器是一種硬、軟件相結(jié)合的重要的且常用的抗干擾技術(shù)， 能監(jiān)視系統(tǒng)的運行情況，當系統(tǒng)受到干擾使程序“跑飛”時，能使程序退出死循環(huán)，并轉(zhuǎn)向出錯 處理程序。此外，還有 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)一個，數(shù)據(jù)指針 兩 個， 16 位 定時 器 /計數(shù) 器三個。 AT89S52 單片 機的引腳介紹 圖 31 AT89S52管腳圖 P0口：一個 漏極開路的 8位雙向 I/O口。 寫 “ 1”到 P0端口時， 輸入 為 被 用 來作為 高阻抗 的 引腳 。這種模式 狀態(tài)時 ， P0由 內(nèi)部 提供 上拉電阻。 處于 程序校驗 狀態(tài)時 ，外部 需要 上拉電阻 [17]。 寫 “ 1”到 P1端口時，內(nèi)部 提供的 上拉電阻 拉高 端口 ，此時 P1端 將被當做 輸入口 來 使用。此外， 為 定時器 /計數(shù)器 2的外部計數(shù)輸入 端口 （ ） ， 定 時器 /計數(shù)器 2的觸發(fā)輸入 端口 （ ） ，具體如 表所示 ： 表 端口引腳第二功能 引腳號 第二功能 ，時鐘輸出 ,外部中斷輸入的觸發(fā)腳位 MOSI(在系統(tǒng)編程用 ) MISO(在系統(tǒng)編程用 ) SCK(在系統(tǒng)編程用 ) 當 FLASH編程和校驗時， P1口 用于 低 8位地址字節(jié) 的 接收 [20]。 P2端口寫 入 “ 1” 后 ， 內(nèi)部 提供的 上拉電阻 拉高 端口，此時 P1端將 被當做輸入口 來 使用。 P2口當用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八位。 在FLASH編程和校驗時，高 8位地址字節(jié)和一些控制信號 由 P2口接收 [20]。對 P3端口寫 “ 1” 時， 它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P3口 也會 作為 AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示 [16]。 RST—— 復位輸入。 ALE/PROG—— 表示地址鎖存器啟用的信號。 一般 在執(zhí)行 程序 時 ， ALE引腳 以 1/6的 系統(tǒng)工作 頻率輸出 固定的脈沖信號，因此它可 用作對 外輸出時鐘 脈沖 或者 用于定時 的 目的 [23]。 在 FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG） [23]。 此外，該引腳被 略微 拉高， 所以當 單片機 處于 執(zhí)行外部程序 的狀態(tài) 時， ALE禁止位 應(yīng)設(shè)置 為 無效 [25]。 程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號 ， 當 AT89S52由外部程序存儲器 執(zhí)行 指令 代碼 （或數(shù)據(jù)）時， PSEN在 每個機器周期 被激活兩次 ，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器， PSEN信號 將跳過兩次 [25]， 即 PSEN將不被激活。需 要 注意的是： 若 加密位 LB1被編程， EA端狀態(tài) 在復位時會 被 內(nèi)部 鎖存 [27]。 FLASH存儲器編程時，該引腳加上 ＋ 12V的編程允許電源 Vpp[28]。 XTAL2： 系統(tǒng)時鐘的 反相 振蕩 放大器的輸出端。并附加復位電路，組成單片機最小 系統(tǒng)。 其 功能是產(chǎn)生給RS232 提供 需要 的 串口電平 的 +12v 和 12v 兩個電源 [29]。其中第一數(shù)據(jù)通道 由 13 腳（ R1IN）、 12腳（ R1OUT）、 11 腳（ T1IN）、 14 腳（ T1OUT）構(gòu)成 [29]。從 11 引腳（ T1IN）、 10 引腳（ T2IN） 將 TTL/CMOS 數(shù)據(jù) 輸入 ，并且 轉(zhuǎn)換成 ，然后 從 14 腳（ T1OUT）、 7腳（ T2OUT） 將 RS232 數(shù)據(jù) 送到電腦 DB9 插頭； 相反的， 從13 引腳（ R1IN）、 8引腳（ R2IN） 將 DB9 插頭的 RS232 數(shù)據(jù) 輸入 轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS 數(shù)據(jù) ，然后 從 12引腳（ R1OUT）、 9引腳（ R2OUT） 將轉(zhuǎn)換后 TTL/CMOS 數(shù)據(jù) 的 輸出 [30]。 圖 35 串行通信模塊電路圖 R2OUT引腳接到單片機串口接收引腳 RXD（ ） ， T2IN引腳接到單片機串口發(fā)送引腳 TXD（ ） 。 其他外圍接口電路設(shè)計 繼電器部分電路 繼電器電路設(shè)計。設(shè)計電路如下圖所示： 圖 36 繼電器部分電路圖 光電耦合器 隔離電路 由于光 電 耦合器輸入 與 輸出 之 間相 互 隔離， 而 電信號 的 傳輸具有單向性等特點，因 此光耦 具有 良好的 抗干擾 性 和 電絕緣 性 。 所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比 [32]。 系統(tǒng)運行程序 根據(jù) PLC 循環(huán)掃描、集中采集輸入、集中輸出的 工作方式 ，設(shè)計了 本次設(shè)計的 系統(tǒng)運行程序。而后調(diào)用 MOV 20H,00H 將輸入映像區(qū) 20H 清空，隨后進入一個“讀輸入 — 邏輯運算— 寫輸出”循環(huán)周期。邏輯與運算完畢后將進入寫輸出操作 階段 ，由于在翻譯邏輯運算的同時已經(jīng) 在 輸出映像區(qū) 24H的對應(yīng)位 將輸出量寫 進去了 ，因 此 在循環(huán)末尾只需調(diào)用 MOV P1,24H 在 引腳 中 將輸出緩沖區(qū)全部寫 入 即可。文件掃描模塊主要是將編好的程序記錄到系統(tǒng)中，為下一步的錯誤檢查做準備；；而查錯模塊主要用于對梯形圖和指令表進行語法檢查；轉(zhuǎn)化模塊用于實現(xiàn)梯形圖與指令表的轉(zhuǎn)化 [8]； 邏輯翻譯模塊是翻譯程序的核心 ,主要用于對指令表語言的編輯翻譯，使其變成能下載到 單片機中的目標碼；監(jiān)控則是 由 通信模塊 和 上下位機之間的通信，監(jiān)控下位機的運行，實時跟蹤下位機各資源的內(nèi)部狀態(tài) [8]。翻譯是通過函數(shù) Interpreter()的調(diào)用實現(xiàn)的。通過研究 可以 發(fā)現(xiàn) ，可以利用 PLC助記符程序和 MCS51匯編語言存在著一定的 對應(yīng)指針指向文件首行 讀取當前行指令 指針是否指向文件末行 指針是否為END 詞法檢查無誤 刪除指令多余空格 詞法檢查有誤，彈出錯誤信息 指針碼搭配是否恰當 操作數(shù)是否越界 文件指針指向下一行 Y N Y N N Y Y N 關(guān)系進行翻譯。 PLC 助記符指令與 MCS51 匯編指令對應(yīng)表 如表 41所示： 表 41 PLC助記符 指令與 MCS51匯編指令對應(yīng)表 PLC助記符程序 MCS51匯編語言 LD MOV C , BIT LDNOT MOV C , BIT CPL C OR ORL C , BIT ORNOT ORL C , /BIT AND ANL C , BIT ANDNOT ANL C,/BIT ORLD ORL C , ANDLD ANL C , OUT MOV , C 圖 43 邏輯翻譯模塊 I/O 映像區(qū)地址表的建立 輸入輸出映像區(qū)地址表中包含了目標程序中全部可用的輸入輸出點的位地址。 int Iid。/*輸入映像區(qū)定義 */ 字符指針分別指向輸入緩沖區(qū) 20H和輸出緩沖區(qū) 24H， 輸入緩沖區(qū) 的 每一位的位地址標號 由 Iid標示， 輸出緩沖區(qū) 的 每一位的位地址標號 由 Xid 標示。/*輸入映像區(qū)表初始化 */ 通過 該初始化過程可以發(fā)現(xiàn)： 每字節(jié)位地址的位標號 與 輸入（輸出）表的 Iid 字段和位地址 是相對應(yīng)的，如輸入（輸出）映像區(qū)地址“ （ ）”對應(yīng)的標號Iid 為“ 0（ 0）”，與“ （ ）”對應(yīng)的 Iid 為“ 1（ 0）”。 源文件操作碼類型和 I/O 點號的分離 當遍歷到一個節(jié)點時， 將 操作數(shù)（ Poprand）字段 從節(jié)點數(shù)據(jù)域中取出，并 分離操作數(shù)字段的 I/O 點 號 和 I/O點 類型 ，具體方法是： 先取出 Poprand 字段第一個字符 Poprand[0]存入變量 Poprand_1，該字段表示了I/O 點的類型，“ I”是輸入點，“ X”代表輸出點，“ 0”是 ORLD/ANDLD 指令使用的 固定操作碼。 操作碼字段翻譯 當掃描到節(jié)點時，首先 判別取出 的 節(jié)點的操作碼字 斷 Popcode[ ]，通過判別可以確定最終翻譯生成的匯編代碼的 操作數(shù)字段 和 操作碼字 段其 中的一個， 通過分離后的Poprand_1 和 Poprand_2 共同確定 表示位地址的操作碼字段。邏輯節(jié)點組暫存選用了位地址 。 (2) 通過操作碼字段的翻譯后只需確定位地址的語句的翻譯 OR(ORNOT) I1. 譯為 ORL C,I1(ORL C,/I1) AND(ANDNOT) I1. 譯為 ANL C,I1(ANL C,/I1) 從 這兩