一種用Atmel89c2051仿真PLC控制的方法

　1　引言

　　用Atmel89c2051來仿真PLC的控制，能集單片機控制和PLC控制的優(yōu)點。單片機控制作為嵌入式系統(tǒng)的核心技術(shù)，具有高可靠性和高性價比，而且小巧靈瓏、成本低廉；PLC控制中的梯形圖編程與繼電接觸控制電原理圖相似，簡單易學，深受電氣技術(shù)人員的歡迎。筆者設計了以89C2051單片機為主控芯片的硬件線路，以此仿真板為硬件平臺，允許用戶先按梯形圖對控制對象編程，這對繼電接觸控制技術(shù)較為熟悉的電氣技術(shù)人員來說提供了方便。由于仿真板本身是一個不帶編譯程序的仿真PLC的單片機應用系統(tǒng)，所以，先要將梯形圖轉(zhuǎn)化為MCS51匯編指令程序。然后，用51系列仿真器，對轉(zhuǎn)化后的匯編源程序進行編輯、編譯，直至輸出Intel HEX文件，并將此十六進制文件的內(nèi)容寫入到89C2051芯片中。最后，將固化好的89C2051芯片插入其仿真板座子上，就能成功地進行預定的PLC的仿真控制了。

　　該仿真電路板價格低廉，使得使用者無需購買上千元的PLC，就能進行仿真PLC的控制。因此，它又十分適合做成專用的功能電路模塊而開發(fā)成產(chǎn)品，還特別適合于教師在講述PLC控制時的演示實驗。同時，只要修改89C2051芯片中的程序，就能改變仿真板的控制功能，所以仿真板又是“柔性”的。

　　2　ATMEL89C2051單片機仿真PLC電路原理

　　2.1　仿真電路板的電路原理分析

　　ATMEL89C2051是20引腳的與8051兼容的8位高性能單片機。它內(nèi)部含有2K字節(jié)閃速存儲器，正是閃存的特點，使得ATMEL89系列單片機具有讀寫容易、價格低、功耗低和掉電信息不丟等優(yōu)點。這也就是筆者在硬件結(jié)構(gòu)上首先想到了用ATMEL89C2051作為PLC仿真控制電路的主控芯片。圖1給出了用89C2051單片機仿真PLC簡化后的電路原理。圖1左下部分是仿真電路板的輸入電路，由SB1～SB5、R3～R7和作為輸入口的P3組成，5個開關的狀態(tài)分別輸入到P3口的P3.2～P3.5和P3.7。例如SB1和R3相連端是與引腳P3.2相連的，SB1未按下時，由于下拉電阻R3接地，輸入到P3.2的是低電平；當SB1按下時，5V電壓就通過開關SB1加到了P3.2，輸入到P3.2的是高電平。這里只用了P3口的5條口線，留下的P3.0和P3.1還可以接2個開關，可以參照圖1進行擴充。

圖1中C2、C3和CR1晶體振蕩器與單片機內(nèi)部振蕩器組成的振蕩電路構(gòu)成了時鐘電路。C1、R2構(gòu)成了上電復位電路。SB6按鍵按下后，將引起按鍵復位。

　　下面來分析圖1右邊部分電路，右邊部分是仿真電路板的輸出電路，P1口是作為輸出口來使用的。P1.0的輸出電路由R8、R9、R13、發(fā)光二極管D1、三極管T1和微型繼電器KM1組成。R8是 P1.0的拉升電阻，又同R9一起給三極管T1提供偏置電流。P1.0輸出信號經(jīng)過三極管T1反相放大，去驅(qū)動繼電器，再由繼電器去驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。當P1.0輸出低電平時，三極管T1截止，T1的集電極為高電平，發(fā)光二極管不亮，繼電器KM1也不得電。反之，當P1.0輸出高電平時，三極管T1飽和導通，T1的集電極為低電平，發(fā)光二極管點亮，繼電器KM1也得電?？梢姲l(fā)光二極管的狀態(tài)與繼電器的通斷狀態(tài)是一致的，所以可以將發(fā)光二極管作為反映輸出機構(gòu)狀態(tài)的指示。P1.1的輸出電路由R10～R12、發(fā)光二極管D2、三極管T2和微型繼電器KM2組成，其工作原理的分析也是一樣的。不過圖1中只用了P1.0和P1.1兩個口線，留下的P1.2～P1.7還可以接6個輸出驅(qū)動電路，如果需要的話，可以參照圖1進行擴充。

　　2.2　仿真電路板與被仿真PLC的輸入/輸出端口之間的對應關系

　　首先要明確圖1仿真電路與被仿真PLC的輸入/輸出端口之間的對應關系。從圖1可以看出，89C2051的P3口對應為PLC的輸入口， P1口對應為PLC的輸出口。表1中按端口順序給出了一種對應關系，P3.0～P3.5依次對應的是X000～X005，P3.7對應的是X007；P1.0～P1.7依次對應的是Y000～Y007。必須指出表1給出的僅僅是一種對應關系，完全可以按照實際的輸入/輸出情況進行對應，如也可以將P3.7對應為X000，等等。

　3　仿真板的編程思路

　　3. 1 梯形圖與MCS51匯編指令間的一一對應關系

　　能否把FX2系列PLC的梯形圖轉(zhuǎn)化為51匯編指令程序呢？筆者想到了89C2051具有布爾代數(shù)指令,特別是其中的位操作的邏輯指令，可以用這些位操作邏輯指令來替換FX2系列PLC的梯形圖中的對應的基本邏輯指令。例如，可以用MCS－51的位與指令來替換PLC的接點串聯(lián)指令，可以用MCS－51的位或指令來替換PLC的接點并聯(lián)指令。下面將在仿真PLC控制中經(jīng)常用到的可以替換的指令用表2列出。