STM32仿三菱PLC程序设计(源码+电路原理图)

在工业自动化领域，三菱PLC以其稳定性和易用性占据重要地位。然而，对于开发者和爱好者而言，自主实现一套兼容三菱协议的PLC系统不仅能降低成本，还能深入理解工业控制的核心原理。本文将结合硬件电路原理图和提供的STM32源码，详细介绍如何实现一款仿三菱PLC系统。

一、系统架构与硬件设计

1.1 核心控制单元

本系统采用STM32F103系列微控制器作为核心，其丰富的外设资源和强大的处理能力完全满足PLC的控制需求。STM32F103具备多个UART接口、定时器、ADC/DAC模块，可轻松实现数字量输入输出、模拟量采集、通信等功能。

1.2 硬件电路设计

说明:由于电路原理图有4页，因此这里仅截图一部分，可关注本人公众号

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根据提供的原理图，系统主要包含以下几个部分：

电源模块
提供稳定的5V和3.3V电源，确保系统可靠运行。
输入输出接口
8路隔离数字量输入和8路隔离达林顿管输出，满足工业现场的信号采集和控制需求。
通信接口
RS232编程接口和RS485通信接口，支持与上位机、触摸屏、变频器等设备的通信。
模拟量采集
两个电位器输入，可用于模拟量信号的采集和调节。

二、软件系统设计

2.1 系统初始化

系统初始化是PLC运行的基础，包括时钟配置、GPIO初始化、定时器初始化、通信接口初始化等。以下是系统初始化的核心代码：

int main(void)

{

//配置系统时钟

sys_config();

//配置 NVIC 和 Vector Table

NVIC_Configuration();

//配置使用的GPIO口

GPIO_Configuration();

//改变指定管脚的映射 GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable JTAG-DP 失能 + SW-DP使能

GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable , ENABLE);

xxdelay();

SysTick_Config();

I2C_EE_Init();

Analog_Configration();

DMA_Configration();

program = (unsigned char *)(0x0800C000);

UART0_setup();

UART1_setup();

LED0_OFF;

LED1_OFF;

//主循环

plc_main();

}

2.2 输入输出处理

PLC的核心功能是实现输入信号的采集和输出信号的控制。在本系统中，输入信号通过GPIO口读取，输出信号通过GPIO口控制。以下是输入输出处理的核心代码：

*输入更新函数，将外部输入信号转换为内部数据

******************************************************************************/

void update_input(void)

{

unsigned int temp;

//第一部分为数字量输出

temp = ~GPIOC_IDR;

temp = temp & 0x00ff;

memory[P_X + 0] = temp;

//第二部分为模拟量输出（两个电位器设定）

memory[P_D + 2030] = sys_analog[0];

memory[P_D + 2031] = sys_analog[1];

}

/******************************************************************************

*输出更新函数，将内部数据转换为外部输出信号

*******************************************************************************/

void update_output(void)

{

unsigned int temp;

temp = 0;

temp = memory[P_Y + 0];

temp = temp << 8;

GPIOB_BRR = temp;

GPIOB_BSRR =(~temp)&(0xff00);

}

2.3 通信协议实现

本系统支持RS232和RS485通信接口，可与上位机、触摸屏等设备进行通信。通信协议采用三菱PLC的专用协议，确保与三菱编程软件的兼容性。以下是通信处理的核心代码：

/******************************************************************************

*通讯处理程序，232编程通讯，受主程序调用

*******************************************************************************/

void communicate(void)

{

uart0_dispose();

uart1_dispose();

}

/*******************************************************************/

* 名称：uart1_dispose()

* 功能：串口uart1数据处理。专用编程接口

* 入口参数：无

* 出口参数：无

*******************************************************************/

void uart1_dispose(void)

{

unsigned char bitres;

unsigned short address;

unsigned short length;

unsigned short counter;

unsigned char ta;

unsigned short tc;

if((uart1_rxptr > 4) && (uart1_time > 10))

{

if((uart1_rxbuf[0] == 0x00) || (uart1_rxbuf[0] == program[0x1b]) ) //通讯地址判断机制——8位模式 #### 以后用数据表参数代替

{

crc3 = uart1_rxbuf[uart1_rxptr - 2];

crc4 = uart1_rxbuf[uart1_rxptr - 1];

uart_crc(uart1_rxbuf , (uart1_rxptr - 2));

if((crc3 == crc1)&&(crc4 == crc2))

{

switch(uart1_rxbuf[1])

{

case(0x01):

address = uart1_rxbuf[2];

address = address << 8;

address |= uart1_rxbuf[3];

bitres = address & 0x0f;

address = address >> 4;

length = uart1_rxbuf[4];

length = length << 8;

length |= uart1_rxbuf[5];

if(length == 0) length = 1;

ta = 0;

uart1_txbuf[0] = uart1_rxbuf[0];

uart1_txbuf[1] = uart1_rxbuf[1];

//uart1_txbuf[2] =

counter = 3;

uart1_txbuf[counter] = 0;

while(length)

{

if(memory[address] & (1<<bitres))

{

uart1_txbuf[counter] |= (1<<ta);

}

else

{

uart1_txbuf[counter] &= ~(1<<ta);

}

bitres++;

if(bitres == 16)

{

bitres = 0;

address ++;

}

ta++;

length--;

if((ta == 8)&(length != 0))

{

ta = 0;

counter ++;

uart1_txbuf[counter] = 0;

}

uart1_txbuf[2] = counter - 2;

uart_crc(uart1_txbuf,(counter + 1));

uart1_txbuf[counter+1] = crc1;

uart1_txbuf[counter+2] = crc2;

uart1_txall = counter+2;

uart1_txptr = 0;

COM1_OUT;

USART2->DR = uart1_txbuf[0];

break;

//其他指令处理...

}

uart1_rxptr = 0; //清空uart1的缓冲计数以及定时

uart1_time = 0;

}

else

{

uart1_rxptr = 0; //清空uart1的缓冲计数以及定时

uart1_time = 0;

}

else

{

uart1_rxptr = 0; //清空uart1的缓冲计数以及定时

uart1_time = 0;

}

if((uart1_rxptr <= 4) && (uart1_time > 15))

{

uart1_rxptr = 0; //清空uart1的缓冲计数以及定时

uart1_time = 0;

}

2.4 逻辑控制实现

PLC的逻辑控制功能是通过执行用户程序实现的。本系统支持梯形图语言编程，用户可以使用三菱编程软件GX Developer或GX Works2进行编程、下载、调试和监视。以下是逻辑控制的核心代码：

/******************************************************************************

*PLC外循环主程序

*******************************************************************************/

void plc_main(void)

{

clear_output();

//运行控制初始化

sys_status = 0;

sys_run_flag = 0;

//全局变量初始化

sys_counter_10t = 0;

sys_counter_100t = 0;

sys_counter_1ms = 0;

sys_counter_10ms = 0;

sys_counter_100ms = 0;

//逻辑部分初始化

//系统级参数读取

system_setup();

//掉电保存输出的恢复

nv_load();

memory[0] = 0;

memory[1] = 0;

memory[2] = 0;

memory[3] = 0;

//初始输入输出数据

//update_input();

//update_output();

logic_recover();

sys_status = 0x10; //初始启动进入手动运行控制模式

sys_run_flag = 0;

//主无限循环程序

while(1)

{

//非运行模式程序

if((sys_status == 0x10)||(sys_status == 0x20))

{

if(sys_run_flag) //从运行转换为停止状态的第一个处理程序，用于恢复寄存器

{

logic_recover();

//在非运行状态，需要清楚所有的输出

clear_output();

//---

sys_run_flag = 0;

LED0_OFF;

LED1_OFF;

sys_loc_err = 0;

}

//运行控制状态的转换，开关模式下转换到运行状态

if( (sys_status == 0x10) && ((GPIOA_IDR & (1<<6)) == 0) )sys_status = 0x30;

}

//运行模式程序

if((sys_status == 0x30)||(sys_status == 0x40))

{

if(sys_run_flag == 0) //进入运行的第一个循环，处理特殊寄存器

{

sys_run_flag = 1;

LED0_ON;

//运行第一周期的特殊寄存器操作

memory[P_M + 125] |= (1<<2);

memory[P_M + 125] &= ~(1<<3);

//-----

}

else if(sys_run_flag == 1) //度过了第一个循环，转而进入正常运行循环

{

sys_run_flag = 0xff;

//解除运行第一周期的特殊寄存器操作

memory[P_M + 125] &= ~(1<<2);

memory[P_M + 125] |= (1<<3);

memory[P_M + 125] |= (1<<0);

memory[P_M + 125] &= ~(1<<1);

//-----

}

//输入更新

update_input();

//逻辑堆栈复位

logic_reset();

execute_time = 0;//服务后台程序计时变量

//用户程序执行

program_excute();

memory[P_D + 2001] = execute_time; //将程序运行计时数据传送到用户数据区

memory[P_D + 2002] = sys_loc_err; //将程序运行计时数据传送到用户数据区

//输出更新

update_output();

//转换信号处理

if( (sys_status == 0x30) && (GPIOA_IDR & (1<<6)) )sys_status = 0x10;

if( sys_loc_err ) LED1_ON;

}

//通讯处理程序

communicate();

if((GPIOB_IDR & 0x01)==0) nv_save();

}

三、系统调试与测试

3.1 硬件调试

硬件调试主要包括电源测试、输入输出测试、通信测试等。通过万用表、示波器等工具，确保硬件电路的正确性和稳定性。

3.2 软件调试

软件调试主要包括系统初始化调试、输入输出调试、通信调试、逻辑控制调试等。通过调试工具和上位机软件，确保软件系统的正确性和稳定性。

3.3 系统测试

系统测试主要包括功能测试、性能测试、稳定性测试等。通过模拟工业现场的实际工况，测试系统的各项功能和性能指标。

四、总结

本文详细介绍了如何实现一款仿三菱PLC系统。通过对系统架构、硬件设计、软件系统设计、系统调试与测试等方面的介绍，读者可以深入理解PLC的核心原理和实现方法。同时，本文提供的代码和调试方法也可以作为开发者和爱好者实现自己的PLC系统的参考。

下一步：根据文章中的代码和原理，搭建硬件电路，进行实际测试和调试，进一步优化系统性能和稳定性。

五、资料

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