基于AT89s52单片机的小型PLC的设计与实现

基于AT89s52单片机的小型PLC的设计与实现

the designation and accomplishment of the small PLC which is

based on AT89s52 Singlechip

[摘要]可编程控制器（PLC）以抗干扰性强、可靠性高和编程灵活等特点在工业上得到广泛应用。其缺点是价格比较昂贵。单片机也以其价格低廉，编程灵活，控制能力强等优点广泛应用于工业控制领域。

把两者的优点结合起来，利用PLC的编程思想和实现方法，结合单片机价格低，编程灵活的特点，设计了一种小型可编程控制器。本文介绍了基于A T89s52单片机的小型PLC的设计，阐述了软硬件结构和实现的基本方法。

[关键字]可编程序控制器（PLC）；单片机

[Abstract]Programmable Logic Controller (PLC) has been widely applied in industry because it’s strong antidisturbance, high reliability and flexible. Its disadvantage is very expensive. But Single Chip Microcomputer has been widely applied because it’s low price flexible and strong control ability.

Combining their advantage together, this paper designs a smart PLC with using the method of PLC programmer and advantage of Single Chip Microcomputer. This paper introduce a hardware and software design method of smart PLC based on MCS-8051。

[Keyword] Programmable Logic Controller (PLC); Single Chip;

1.引言

可编程序控制器（PLC）是按照成熟的继电器控制思想，结合计算机技术、自动化技术、通讯技术来实时控制的先进控制系统。PLC广泛应用于工业生产，在工业控制领域占有重要地位，与机器人、CAD/CAM并称为当代工业自动化的三大支柱。

可靠性高、接口类型丰富、能适应各种复杂的工业环境是PLC的突出优点，同时PLC采用面向过程的编程语言，编程简单直观，易学易懂，使用灵活方便，工程技术人员经过短期学习即能上手。但它也存在不少缺点：内存有限，编程优化调试困难；产品多为进口，价格昂贵；针对性比较差。特别是当环境条件尚佳，控制量不大，控制逻辑不太复杂，控制要求不高时，它的优势不能完全发挥出来，而且会提高系统的成本。鉴于此，根据可编程序控制器的实现思想和理念，设计小型的PLC控制系统具有较大的实际意义。

本文中笔者借鉴PLC的实现思想和运行原理，利用性价比比较高的AT89s52单片机设计了了一种小型PLC。

2.硬件设计

此次设计笔者在PLC结构和实现思想的基础上进行了一些尝试，把系统程序和用户程序合并到一起，即不区别系统存储区和用户存储区，不设常驻CPU的系统程序，而是在上位机通过编程软件将用户程序和系统程序合并在一起。此方法简化了硬件结构了，整个硬件系统由单片机AT89s52以及外围接口电路构成。其硬件结构图如图1所示：

2.1 CPU

PLC常用的CPU有8位16位及32位通用微处理器和单片机。自从单片机问世以来，已有不少产品采用单片机制造可编程控制器，如常见的MSC-8051系列单片机，就被一些公司用来制造小型可编程序控制器，特别是该系列的单片机具有较强的布尔处理机，更适合用来制造PLC。此次采用的AT89s52单片机即是MSC-8051系列的衍生产品。

2.2 I/O单元

I/O接口的数量是衡量CPU性能的主要标准之一。本系统的设计定位是：应

用于控制量较小，控制要求不高的控制场合的微型可编程控制器，故本系统设置了8个输入点和8个输出点，这种设计完全可以满足该工况的需要。

PLC 工作于工业控制现场，而工业控制现场往往环境恶劣，存在着电磁、噪声、振动等各种干扰，因此PLC 要正常工作必须具备良好的抗干扰性能。工业现场中，电磁干扰是较为严重的，因此为了实现良好的抗干扰性能必须把I/O 接口和CPU 从物理上隔离开来，以防止干扰信号的串入。PLC 产品为了实现接口电路与CPU 隔离通常采用光电耦合器隔离的方法。本设计已采用了这种方法，使用光电耦合器把输入输出接口同CPU 隔离开来。光电隔离电路如图2所示：

D2LED D3LED D4LED D5LED D6LED D7LED D8LED

P 10/T 2

1P 11/T 2E X 2P 123P 134P 145P 156P 167P 178R S T 9P 30/R X D 10

P 31/T X D 11P 32/I N T 0

12P 33/I N T 1

13P 34/T 014P 35/T 115P 36/W R 16P 37/R D

17X A L T 218X A L T 1

19G N D

20

P 20

21

P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 27

28P S E N

29A L E /P R O G 30E A /V P P 31P 0732P 0633P 0534P 0435P 0336P 0237P 0138P 0039V C C 40U17

AT89S52

R21k

R31k

R41k

R51k

R61k

R71k

R81k

+5

+5

+5

+5

+5

Y1

C9

30pF

C1030pF XTAL1

XTAL2

X T A L 2X T A L 1R S T C111uF

R1751k R181k

RST

+5

C2

1uF C3

1uF C4

1uF C5

1uF C6

1uF C7

1uF C8

1uF 1

1

3

3

2

2

4

4

5

5

K1

JD

Q1

8050

R201K

D9

IN4148

D10

LED

+12

R191K

2

4

Q4

8050

R261K

D16

LED

R251K

1

1

33

22

4

4

55

K3

JD

Q3

8050

R241K

D13IN4148

D14

LED

+12

R231K

1

1

3

3

2

2

4

4

5

5

K2

JD

Q2

8050

R221K

D11IN4148

D12LED

+12

R211K

1

1

3

3

22

4

4

5

5

K8JD

Q88050

R341K

D23IN4148

D24

LED

+12

R331K

1

1

3

3

22

4

4

5

5

K7JD

Q78050

R321K

D21IN4148

D22LED

+12

R311K

11

3

3

22

4

4

5

5

K6JD

Q68050

R301K

D19IN4148

D20LED

+12

R291K

1

1

3

3

22

4

4

5

5

K5JD

Q58050

R281K

D17IN4148

D18+12

R271K

D1LED

R11k

+5

C11uF +5

+5

1

234J1CON4

1

234J2CON4

R351.5K

R364K

D25LED

D26LED

+5

G N D

+12G N D

R3720

R3820

R3920

R4020

R42

20

R43

20R44RES-7

1

1

22334455667788991

010

1111121213131414151516

16

U1P521-4

1

1

223344556677889910

10

1111121213131414151516

16

U2P521-4

+5

1

1

22334455667788991010111112121313141415151616

U3

P521-4

1122334455667788

9

9

1010111112121313141415151616U4P521-4

+5

+5+5+5

+5+5

+5+5

S1

SW SPST S2

SW SPST S3

SW SPST S4

SW SPST S5

SW SPST S6

SW SPST S7

SW SPST S8

SW SPST

S9

SW SPST

+5

+5

123456789

J410K +5

123456789

J310K