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1、嵌入式 PLC 芯片组的多路模拟量应用开发本文介绍了一种新的 PLC 开发过程嵌入式 PLC 的开发。嵌入式 PLC 以用户的应用为中心，软硬件可由用户根据工艺需要来裁剪，很好地满足了用户的个性化需求。 关键词：嵌入式 PLC 芯片组 系统软件 内核 如今工业控制产品已发展到一个追求个性化、差异化的阶段。传统的 PLC 产品已经无法满足更加细分化的市场需求，为了满足这种需求，出现了嵌入式 PLC 产品。一、嵌入式 PLC 嵌入式 PLC 是将 PLC 系统软件构建于控制器内，根据用户控制需要定制硬件，以 PLC 的应用方式解决对象控制问题的 PLC。它由两部分组成：嵌入式 PLC 系统软件和芯
2、片组1、嵌入式 PLC 系统软件嵌入式 PLC 系统软件将 PLC 语言（梯形图语言）、CAN 总线嵌入到单片机中,使单片机的产品开发从使用汇编语言变为使用 PLC 梯形图语言,并具有 CAN 总线的互连特性。该系统软件具有以下特点:1.以梯形图语言为内核,添加了中断管理系统,能实现 PLC 无法实现的硬实时操作;2.强化运算能力,增加了 CANBUS函数库、浮点数库、专家自整定 PID、嵌入式 WEB 等,丰富了 PLC 的功能;3.提供开放式扩展结构,支持第三方开发扩展单元的接线;4.增加了网络互连功能,在远程端加载专用浏览器后,即可实现远程监控。系统软件包括三个部分。嵌入式 PLC 内核
3、： 它完成实时任务调度、梯形图语言解释、执行、通讯等基本功能，并提供二次开发驱动接口；二次开发驱动程序 通过系统软件提供的外挂任务，使用内核开发各种面向具体对象个性化、差异化的驱动程序；终端应用程序 指面向工艺流程控制的梯形图语言程序 2、嵌入式 PLC 芯片组EASY CORE 1.00 是一个加载了嵌入式 PLC 系统软件的核心芯片组，作为一款加载了系统软件的硬件平台，可以用来设计通用和专用 PLC。1）芯片组基本性能： 供电：+5V 200mA，RAM 掉电保护 5 年。 CPU： C8051F040。 嵌入扩展能力32 I/O：可复用成 SPI、I2C 接口及外中断、外计数、AD 等。
4、4 AD： 12 位精度，100 KPS。2 DA： 12 位精度，100 KPS。 通信接口CANBUS：系统软件管理，使用工具软件 CANSet 构建 CANBUS 总线网络。UART0：系统软件管理，用于梯形图编程、监控，支持人机界面及用户驱动程序下载。UART1：系统软件管理，用于下载 CANBUS 网络参数、构建 RS485 网络及支持第三方设备互连。2）芯片组原理框图：二、应用开发基于加载了系统软件的核心芯片组，我们可以根据工艺需要来开发自己的嵌入式 PLC 产品。下面就介绍基于嵌入式 PLC 芯片组开发的 16 路输入的模拟量 PLC 产品（可输入标准信号或热电偶信号）。1、硬件
5、设计硬件整体结构图如下：AI0 是芯片组内的一个 AD 转换通道，P1.0P1.4 作为模拟开关的通道控制线来进行 16 个模拟信号通道间的切换。（1）信号采集电路用 AD 公司的高精密放大器 OP07 构成模拟信号放大电路，OP07 具有低输入偏移电压（10uV）、低漂移电压（0.2uV/）和宽范围的供电电压（3V18V）, 可以很好地满足该产品的要求。在这里 OP07 由5V 供电，R18、R79 作为调零电阻，输出电压由下式给出：VoutVin（1R98/R56）。（2）信号选择电路选择 16 通道的模拟开关 CD4067 构成信号选择电路，A、B、C、D、INH 接到芯片组的 P1.0
6、P1.4 引脚，做为模拟开关的通道选择控制信号。OUT 引脚接到芯片组的 AIN0，即第一个 AD 转换通道。2、软件开发嵌入式 PLC 是基于 Cygnal 公司的 C8051f040 芯片开发的，所以二次程序的开发使用 51 汇编语言。开发选择的编译器是 KEIL C51，因为它可以生成我们所需要的.HEX 文件。内核留出了七个用户嵌入程序接口，我们只需要充分理解各个接口的功能就可了进行二次开发了，需要熟悉如下内容：a、内核功能 b、内核结构 c、内核任务管理 d、内核存储空间分配。【1】由于系统软件中已经加入了 232 通信、485 通信和CAN 通信的功能，所以 16 路模拟量 PLC
7、 的二次驱动软件的开发主要集中在模拟量的 AD 转换和 PLC 资源区中 AD 值的实时刷新上。（1）程序规划T4 中断：完成 AD 转换和 16 个通道的切换程序USER_SCAN：PLC 资源区中 AD 值的刷新。AD 转换过程如下：每一通道连续采样 16 次，采样完后得到累加和，然后启动下一通道的 AD 转换。PLC 资源区中 AD 值的刷新过程如下：在梯形图扫描周期结束时进行，把各路 AD 值的累加和求平均值后放入 PLC 的资源区的对应位置处。（2）程序代码INIT_AD: ;AD 初始化MOV SFRPAGE, #ADC0_PAGEMOV REF0CN, #07H ;内部参考电压/
8、输出到 VERF;启动内部温度传感器MOV AMX0CF, #00H ;单极性输入MOV ADC0CF, #0B8H ;D7D3=SYSCLK/采样时钟-1;采样转换时钟=1US;D2D0=GAIN;000 GAIN=1MOV ADC0CN, #90H ;启动 AD 采样MOV AD_CHANNEL, #00H ;AD 通道号，初值为 0MOV AD_COUNT, #00H ;16 次采样次数计数。初值为 0 RETSAMPLE_AD: ;AD 采样开始MOV SFRPAGE, #ADC0_PAGE ;AD 控制寄存器页 MOV A, AD_CHANNEL ;采样值的累加和是一个字基地址 ;为
9、#XA I ,偏移地址为 AD_CHANNELRL AMOV DPTR, #XAI ;XAI 存放 16 次采样值的累加和ADD A, DPL ;低字节相加MOV DPL, AMOVX A, DPTRMOV B, AMOV A, ADC0LCLR CADDC A, BMOVX DPTR, AINC DPTR ;高字节相加MOVX A, DPTRMOV B, AMOV A, ADC0HANL A, #0FHADDC A, BMOVX DPTR, A ;#XAI 中存放格式为低字节、高字节MOV SFRPAGE, #ADC0_PAGE ;AD 控制寄存器页MOV ADC0CN, #090H ;启动
10、下次 AD 采样 INC AD_COUNTMOV A, AD_COUNTCLR CSUBB A, #16 JNC FILL_XAI_XAD ;当 16 次采样完成后,把 XAI 中 16 ;个采样和（2 字节）存放到 XADRET3、驱动程序的嵌入在 KEIL C51 中编译上述程序。使用下载工具软件“DOWNHEX”，把生成的.HEX 文件通过串口下载到芯片组的固定地址处，使得内核可以调用它，从而完成二次驱动程序的开发。到此，16 路模拟量 PLC 的开发工作基本完成。三、功能介绍基于嵌入式 PLC 开发的多路模拟量网络节点具有以下功能：1、采集工业现场的多路热电偶信号，2、支持三菱、台达等
11、多家人机界面， 3、支持梯形图编程（86 条指令）， 4、支持 CANbus 互连（多机并联运行或扩展单元连接）等。这里简要介绍下该网络节点的梯形图功能应用。嵌入式 PLC 的系统软件中内置了温度转换函数，其功能是把热电偶毫伏信号对应的 AD 值转化成温度值。适用于任意分度热电偶输入信号，应用于不同的控温场合，配合 PID 调节，使受控温度精度可达1。下面的梯形图程序就是把一路热电偶信号转换成温度值，该信号 AD 值放在 D5000，转换后的温度值存放在 D5160 中。四、结束语笔者利用嵌入式 PLC 芯片组开发的的 PLC 产品的实例证明，本着软硬件可裁剪的原则，开发出的产品可以很好的满足用户的个性化需求，节约了硬件成本、缩短了研发周期，并且得到了许多强大的功能，相信它的出现必将使得 PLC 生产厂家生产出越来越多的贴近终端市场的 PLC。
