毕业设计说明书。
课题名称： 15点嵌入式plc系统设计
系别。专业。
班级。姓名。
学号。指导教师。
起讫时间： 2024年 12 月 25日～2007 年 3月 16 日（共 8 周）
15点嵌入式plc
本课题是指导老师的科研课题，主要通过对科威嵌入式plc芯片组的研究 、分析。从而掌握该嵌入式plc芯片组的原理及编程方法，通过设计相应的plc外围电路以及嵌入式驱动程序、完成一个满足特定功能的嵌入式plc。主要用在一些通用plc无法满足要求的特殊场合，和一些要求低成本plc控制的场合。
实践证明该方法实现的嵌入式plc整体是结构紧凑、运行稳定可靠、整体性价比突出、实用性和可再次开发性强。具有很好的市场推广价值。
关键词：嵌入式plc 单片机嵌入式plc芯片组。
2024年美国gm（通用汽车）公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年美国数字公司研制出了第一土改可编程序控制器，满足了gm公司装配线的要求。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有第五代plc产品了。
plc自问世以来，经过40多年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的工业控制类产业之一。世界总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种不断翻新。产量产值大幅度上升而**则不断下降。
目前，世界上有200多个厂家生产plc，较有名的：美国：ab通用电气、莫迪康公司；日本：
三菱、富士、欧姆龙、松下电工等；德国：西门子公司；法国：te 施耐德公司；韩国：
三星、lg公司等。
随着工业的不断发展，控制技术也随之不断发展。一些特殊的场合通用plc已无法满足控制要求。而嵌入式plc有着以往通用plc无法比拟的灵活性。
以往一些特殊的控制需要使用各个plc生产商生产的专用控制模块，控制成本非常的高，甚至远远高于plc主机。有些极为特殊的场合甚至没有相应的控制模块。使得通用plc无法满足控制要求。
而使用嵌入式plc则可以自行开发特定的软硬件，来满足特定的功能要求，功能扩展非常的方便，且成本非常低。
本次设计的课题是“嵌入式plc”，它是一种特殊的plc。它有着通用plc梯型图编程语言简单易懂的特点。但它更大的优势是预留了一段程序存储空间，供用户根据不同的工艺要求来开发不同的嵌入式程序，灵活性较强。
可以通过嵌入式程序开发一些通用的接口（如简单经济的led数码管显示接口），使plc的人机界面更加友好。还有can现场总线的加入，使其有了更强的通信能力。它的体积如嵌入式系统，可嵌入到各种工作环境中。
现已广泛应用于隧道窑控制系统，且它的特殊功能不会像通用plc的特殊功能模块那么昂贵，使整个系统的性价比更高。系统软件包括三个部分：
嵌入式plc内核： 它完成实时任务调度、梯形图语言解释、执行、通讯等基本功能，并提供二次开发驱动接口；
② 嵌入式驱动程序： 通过系统软件提供的外挂任务，使用内核开发各种面向具体对象个性化、差异化的驱动程序；满足用户特定的要求。
③ 终端应用程序： 指面向工艺流程控制的梯形图语言程序。
在本系统的设计制作过程中，得到了葛惠民老师的大力支持与指导；得到了陈基伟老师、羊建平学长、严星火同学、魏春锋同学、邵建群同学的热情指导和诚挚帮助。
实现嵌入式plc的方法有很多。如用一块高性能的单片机自行设计开发plc梯形**释、执行的内核及外围电路来实现、利用湖北省黄石市科威自控****提供的嵌入式plc芯片组，在设计外围电路及嵌入式驱动程序来实现。
单片机自行开发设计是指利用高性能的单片机自行设计开发一个能和三菱、欧姆龙、西门子上位机编程软件通信，符合其通信协议的plc内核。或自行开发上位机编程软件，利用该软件与自行设计的plc内核通信，传输plc梯形图与实时监控。
优点：该方案实施起来的话，其特点是有自己的知识产权。所有的东西都是自己的，如果成功的话将能得到很大的回报，切整体的经济代价最小，系统的性价比高。
如果能成功的话，这是最理想、最有回报的方案。
缺点：该方案实施起来的难度极大，对设计者的理论要求极高，成功的概率太小。总体设计开发的周期太长。理论上可实施，但实际可实施性太低。
嵌入式芯片组二次开发的方案是指利用湖北省黄石市科威自控****提供的嵌入式plc芯片组的基础上，进行外围输入、输出电路的开发，嵌入式驱动程序的开发，使之成为一个嵌入式plc的方案。
优点：该芯片组已经嵌入了符合三菱plc协议的plc系统内核，可以实现与pc机上的三菱plc编程软件的通信。并可以**plc的梯形图程序，内核能对所**的梯形图程序进行识别、执行。
且带有两输出、四输入的12位精度的模拟量以及can现场总线和两个232通信接口。其特点如下。
供电： +5v 200ma，ram掉电保护5年。
cpu： c8051f040。
32 i/o：可复用成spi、i2c接口及处中断、外计数、ad等。
4 ad： 12位精度，100 kps； 2 da： 12位精度，100 kps。
canbus：软件内核管理，使用工具软件canset构建canbus总线网络。
uart0： 软件内核管理，用于梯形图编程、监控，支持人机界面及用户驱动程序**。
uart1： 软件内核管理，用于**canbus网络参数、构建rs485网络及支持第三方设备互连。
使得整个plc的设计开发难度大大降低、整体的稳定性大大提升、整个设计周期得以大大缩短。适宜产品化开发。
缺点：整体成本比单片机自行开发高，plc内核功能被限定。
表2-1 方案比较。
综合上表的比较，利用单片机开发有着本身较难克服的弊端。而利用芯片组二次开发很好的满足用户的个性化需求，节约了硬件成本、缩短了研发周期，并且得到了许多强大的功能。所以这里选用利用湖北省黄石市科威自控****提供的嵌入式plc芯片组这一方案。
该方案是在原有的芯片组的基础上进行二次开发，在芯片组的基础上进行输入输出电路、电源电路、通信电路的设计制作。
一。 该方案需要完成如下设计指标：
1、plc系统的硬件设计。
2、plc嵌入式软件设计。
3、plc测试梯形图软件设计。
4、整机安装、调试。
二。 通过本方案的训练达到如下要求：
1、熟练掌握protel99se软件的使用，能熟练设计电路原理图、pcb图；
2、熟练掌握单片机系统开发的工具和过程；
3、熟练掌握plc梯形图编程软件的使用。
三。该方案的总体结构框图。
图2-1 系统设计框图。
15点嵌入式plc的硬件系统由四大部分：主板cpu电路、输入、输出电路、通信电路、电源电路组成。本章将着重介绍、分析本系统的硬件电路部分。
3.1.1 主板cpu电路介绍。
该系统的主cpu部分采用黄石科威公司推出的嵌入式plc芯片组，该芯片组已经嵌入了符合三菱plc协议的plc系统内核，可以实现与pc机上的三菱plc编程软件的通信。并可以**plc的梯形图程序，内核能对所**的梯形图程序进行识别、执行。且带有两输出、四输入的12位精度的模拟量以及can现场总线和两个232通信接口，见图3-1。
图3-1 嵌入式plc芯片组。
3.1.2 easy core 1.00嵌入式芯片组的技术参数。
easy core 1.00 是一个加载了easy＿v1.00嵌入式plc软件平台的核心芯片组，用于设计plc，专用控制器（客制式plc）及其它自动化装置plc功能的嵌入。
一、硬件。芯片组内部硬件原理，见图3-2。
图3-2 芯片组内部硬件原理。
一。 供电：+5v 200ma，ram掉电保护5年。
二。 cpu： c8051f040。
三。嵌入扩展能力。
1） 32 i/o： 可复用成spi、i2c接口及处中断、外计数、ad等。
2） 4 ad： 12位精度，100 kps。
3） 2 da： 12位精度，100 kps。
四。通信接口。
1）canbus： 软件内核管理，使用工具软件canset构建canbus
总线网络。2）uart0： 软件内核管理，用于梯形图编程、监控，支持人机界面。
及用户驱动程序**。
3）uart1： 软件内核管理，用于**canbus网络参数、构建。
rs485网络及支持第三方设备互连。
二、外观及尺寸。
1）外形尺寸 （图3-3a\b）
图3-3 a图3-3b
2）引脚排布 （表3-1）
表3-1 芯片组引脚功能。
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