夜雨聆风一、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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