基于AT89C51單片機的微型可編程控制器

摘 要：介紹用AT89C51單片機構成微型可編程控制器PLC的設計思路、系統硬件配置和軟件設計方法，最后給出此微型可編程控制器在水塔水位控制中應用的實例。

關鍵詞：PLC 單片機 掃描 控制

可編程控制器PC(Programmable Controller)，為與個人計算機PC(Personal Computer)相區別，可簡稱為PLC。它是按照成熟而有效的繼電控制概念和設計思想，用先進的單片機技術來實現I/O的實時檢測和控制，可靠性高，編程簡單、易學，因此，得到廣泛應用。

將PLC技術引進電工學、電力拖動課程，是課程建設現代化的重要措施。在教學經費相對緊張的情況下，我們自己動手，以AT89C51單片機為核心，設計并研制了LD型微型PLC，應用于繼電控制實驗，取得了良好的效果。

用單片機構成的PLC，實際上就是一個單片機測控系統。用這樣一個程序控制的計算機系統去執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系，而計算機程序控制中，各被控電器之間在時間上是串行關系，二者顯然不協調。若簡單地像一般單片機測控系統一樣，對梯形圖各程序行依次實時采集輸入端子狀態，進行處理后實時輸出，是達不到控制目的的。為此，必須采用一次性采集全部輸入端子狀態，并將其存入輸入緩沖區。然后，按梯形圖程序行的邏輯關系，從輸入緩沖區讀取相應輸入端子狀態，處理后將待輸出的結果存入輸出緩沖區。最后,待梯形圖程序行全部執行完畢，一次性將輸出緩沖區的值輸出到相應的輸出端子，從而完成一個程序執行周期。如此往復，自動進行下一輪的采集輸入端子狀態……。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系協調了起來。另外，單片機執行一條指令的時間是μs級，執行一個掃描周期的時間為幾ms乃至幾十ms。相對于電器的動作時間而言，掃描周期是短暫的，可以認為在一個掃描周期內輸入端子的狀態是不變的，而對其狀態變化的采集和處理也是實時的，從而滿足了實時控制的要求。

系統硬件配置以AT89C51(以下簡稱51)單片機為核心，如圖１所示。該單片機有4 KB閃存，不必擴展程序存儲器，其4個I/O口共32個I/O引腳，都可供用戶使用，其中P0.7~0.0，P2.4~2.0共13個腳經光耦隔離后連到相應的輸入端子X07~X00，X14~X10。可以用行程開關、液位開關、霍耳開關和手動按鈕等進行輸入。開關接通時，相應引腳為0，取反后存入輸入緩沖區。

P1.7~1.0共8個引腳用于輸出控制：P1.i為0時，相應的PNP管導通，繼電器Ji線圈通電，其觸點Y5i接通，可驅動220 V/3 A的負載。