基于AT89C51單片機(jī)的微型可編程控制器

摘 要：介紹用AT89C51單片機(jī)構(gòu)成微型可編程控制器PLC的設(shè)計(jì)思路、系統(tǒng)硬件配置和軟件設(shè)計(jì)方法，最后給出此微型可編程控制器在水塔水位控制中應(yīng)用的實(shí)例。

關(guān)鍵詞：PLC 單片機(jī) 掃描 控制

可編程控制器PC(Programmable Controller)，為與個(gè)人計(jì)算機(jī)PC(Personal Computer)相區(qū)別，可簡稱為PLC。它是按照成熟而有效的繼電控制概念和設(shè)計(jì)思想，用先進(jìn)的單片機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)I/O的實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制，可靠性高，編程簡單、易學(xué)，因此，得到廣泛應(yīng)用。

將PLC技術(shù)引進(jìn)電工學(xué)、電力拖動(dòng)課程，是課程建設(shè)現(xiàn)代化的重要措施。在教學(xué)經(jīng)費(fèi)相對(duì)緊張的情況下，我們自己動(dòng)手，以AT89C51單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)并研制了LD型微型PLC，應(yīng)用于繼電控制實(shí)驗(yàn)，取得了良好的效果。

用單片機(jī)構(gòu)成的PLC，實(shí)際上就是一個(gè)單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)。用這樣一個(gè)程序控制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)去執(zhí)行繼電控制的梯形圖程序，由于繼電控制梯形圖中各被控電器之間是并行關(guān)系，而計(jì)算機(jī)程序控制中，各被控電器之間在時(shí)間上是串行關(guān)系，二者顯然不協(xié)調(diào)。若簡單地像一般單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)一樣，對(duì)梯形圖各程序行依次實(shí)時(shí)采集輸入端子狀態(tài)，進(jìn)行處理后實(shí)時(shí)輸出，是達(dá)不到控制目的的。為此，必須采用一次性采集全部輸入端子狀態(tài)，并將其存入輸入緩沖區(qū)。然后，按梯形圖程序行的邏輯關(guān)系，從輸入緩沖區(qū)讀取相應(yīng)輸入端子狀態(tài)，處理后將待輸出的結(jié)果存入輸出緩沖區(qū)。最后,待梯形圖程序行全部執(zhí)行完畢，一次性將輸出緩沖區(qū)的值輸出到相應(yīng)的輸出端子，從而完成一個(gè)程序執(zhí)行周期。如此往復(fù)，自動(dòng)進(jìn)行下一輪的采集輸入端子狀態(tài)……。這種工作方式即稱為掃描方式，它將串行程序工作和電器并行工作兩種關(guān)系協(xié)調(diào)了起來。另外，單片機(jī)執(zhí)行一條指令的時(shí)間是μs級(jí)，執(zhí)行一個(gè)掃描周期的時(shí)間為幾ms乃至幾十ms。相對(duì)于電器的動(dòng)作時(shí)間而言，掃描周期是短暫的，可以認(rèn)為在一個(gè)掃描周期內(nèi)輸入端子的狀態(tài)是不變的，而對(duì)其狀態(tài)變化的采集和處理也是實(shí)時(shí)的，從而滿足了實(shí)時(shí)控制的要求。

系統(tǒng)硬件配置以AT89C51(以下簡稱51)單片機(jī)為核心，如圖１所示。該單片機(jī)有4 KB閃存，不必?cái)U(kuò)展程序存儲(chǔ)器，其4個(gè)I/O口共32個(gè)I/O引腳，都可供用戶使用，其中P0.7~0.0，P2.4~2.0共13個(gè)腳經(jīng)光耦隔離后連到相應(yīng)的輸入端子X07~X00，X14~X10。可以用行程開關(guān)、液位開關(guān)、霍耳開關(guān)和手動(dòng)按鈕等進(jìn)行輸入。開關(guān)接通時(shí)，相應(yīng)引腳為0，取反后存入輸入緩沖區(qū)。

P1.7~1.0共8個(gè)引腳用于輸出控制：P1.i為0時(shí)，相應(yīng)的PNP管導(dǎo)通，繼電器Ji線圈通電，其觸點(diǎn)Y5i接通，可驅(qū)動(dòng)220 V/3 A的負(fù)載。