急寻单片机制作实验报告

用单片机制作可编程**实验　　韦志诚　　(华东船舶工业学院机械系.江苏镇江212003)　　摘要:分析pt.c的运行原理系统程序的安排.以及用户程序的编译方法.少{在此基础上说明如何用　　单片机制作可编程逻辑**。　　关键词:中一片机;可编程逻辑**　　中图分类号:t p 273文献标识码:13文章编号:1006 7167( 2003) 01-0056-05　　using single chip computer to fabricate plc　　l}fl 77.1-c}7.}1zba　　(dept.of mechanical eng二east china shipbuilding tnst二7,henjiang 212003, china)　　abstract: th** ** d**cussed the principle of pt.c and the method to transform pt.c command to cp[丁con　　mand, and explained how to fabricate pt.c by using single chip computer.　　key words: single chip computer, programmable logical controller(pt.c)　　在普通高校机械系机床电气控制技术》课程中.　　可编程**是一项很重要的教学内容.为了配合该　　课程的教学一般都开设相应的p1.c实验。　　我院机械系实验室也配各了ge公司、二菱公司　　等厂商生产的可编程**.供学生实验使用。这对学　　生掌握可编程**的应用技能.起到了很好的作用。　　在历届实验教学过程中.不少学生j{不满足少　　p1.c的应用.常常提出如卜问题:`}'1.c的硬件是怎样　　构成的?" }'1.c的运行程序是怎样编制的?”前一个问　　题教课}j中有些简略介绍.后一个问题往往是生产厂　　商不公开的技术.因此不好向学生解释。　　为了解决这个问题.笔者结合单片机实验.尝试用　　51系列单片**031来实现p1.c的功能.以满足学生　　的要求。　　用户　　图1 plc硬件组成框图　　p1.c运行时.程序执行过程如图2.巡回扫描i　　p1.c的基木工作方式。　　系统程序用户程序　　1 plc的构成　　p1.c的硬件组成框图如图1:　　p1.c的软件应包括系统软件和应用软件两部分。　　系统软件有以卜功能:(1)系统配置及初始化;　　}2)系统自诊断;}3)命令识别与处理;(4)用户程序　　编译;(5)模块化r程序及调用管理。　　应用软件即用户用p1.c程序语言编写的应用程　　序。它是根据预期的控制功能编写的.可随时修改。　　图2 plc不tly执行流程　　如果一个单片机系统可作为p1.c运行.关键碑　　该系统能够认识”用p1.c语言编写的命令。其实单)　　机系统只认得机器码.因此.若能把p1.c命令编译丈　　单片机相应的机器码.此系统就能作p1.c运行了。　　2 plc命令到单片机指令的编译　　在机床电气控制中通常都作一些逻辑控制p1.c　　在该领域的应用也以逻辑控制居多。卜而仅讨论如何　　实现这些逻辑控制功能。　　组成简易p1.c的单片机系统如图30　　+5v　　x000　　茎o(i7　　xi)日)　　xol7　　yif?i1　　vnz}　　图3组成plc的最小单片机系统　　用8255的pa口.pr口作为输入端.分别定义为在8031芯片的内部存储器中有一个位寻址区.共　　x 000 x 007和x010 x017; pc口作为输出端.定义为有128个可寻址位.地址编号为ooh 7fh.它们正好　　y020 y027。按p1.c系统惯例.编号为8进制数。木可以用来作为p1.c的输入、输出映像寄存器.以及其　　文只讨论简易系统.所以输入部分略去了光电祸合电它p1.c兀件的映像寄存器。为简便起见.定义输入中-　　路.输出部分略去了继电器电路。兀x 000 x 007对应的可寻址位为ooh-07h, xo10-　　通常p1.c应该有若干内部继电器m.定时器t x017为loh-17h,输出中一兀y020 y027为20h-　　和计数器c等。现只定义16个内部继电器m 130- 27h。对」几内部继电器m130 m137,m140 m147.定时　　m137.m140 m147.还有4个定时器t 050 t 053和4器t 050 t 053和计数器c 054-(. 057等.也用cpu内　　个计数器c 054-(. 057。这里n_把x 000 , y 020等输入、部ram的可寻址位与之一一对应。　　输出中一兀.以及内部继电器m.定时器t.计数器c等列出内部ram的地址分配表如表to　　称为p1.c兀件。　　表1 8031内部ram地址分配表　　20h ooh/x000 oih/x001 02h/x002 03h/x003 04h/x004 osh/x005 06h/x006 07h/x007　　ioh/x010 i ih/x01 i 12h/x012 13h/x013 14h/x014 **h/x015 16h/x016 17h/x017　　20h/y020 21h/y021 22h/y022 23h/y023 24h/y024 25h/y025 26h/y026 27h/y027　　30h/vi 130　　31h/vi 131　　32h/vi132 33h/vi133 34h/vi134 35h/vi135 36h/vi136　　37h/vi 137　　40h/vi 140　　41h/vi 141　　42h/vi142 43h/vi143 44h/vi144 45h/vi145 46h/vi146　　47h/vi 147　　soh/t 050　　58h/t 050　　s i h/t o51　　59h/t os i　　52h/t 052　　sa h/t 052　　53h/t 053　　**h/t053　　54h八:054　　sc h/c 054　　ssh八　　sdh/(　　56h八　　seh/(　　57h八:057　　sf h/c 057　　h h h h h h h h h h h h h hh　　21 22 23 24 25 26 27 2829叭2b鱿21) zezf　　soht 050常数　　58ht050 i1数　　sihto51 }'数　　59ht051 i1数　　52ht052 }'数　　saht052 i1数　　53ht 053常数　　**ht053 i1数　　54h c 054常数　　schc054 i1数　　sshco55常数　　sdhco55 i1数　　56hc056常数　　sehc056 i1数　　57hc057常数　　sfhc057 i1数　　表中每个输入、输出l从.内部继电器分别对应一　　个可寻址位。ifn每个定时器.计数器分别对应两个可寻　　址位还对应两个字节存储单兀。　　对应」几p1.c的逻辑控制功能.cpu芯片8031一　　般是用位操作指令来进行运算的。卜边讨论如何把　　p1.c命令编译成8031位操作指令码。　　先看一条简中一的p1.c　　二菱系列可编程**。　　x000　　程序。程序的编制方法参照　　比如:　　x000　　xool　　丫020　　丫020　　日一—　　日/一一一　　这条程序很简龟p1.c命令为1. d x 000, o u t　　y 0200其逻辑关系为:　　y 020=x 000　　即直接把输入端的状态送到输出端.无须运算。　　再看一条控制电动机起动、停止的p1.c程序:　　x000 xool丫020　　第一条plc命令a031指令a031机器码　　ldi x000 m0vc,ooii a200　　cpl r. r3　　机器码为3字节。　　又如定时器回路:　　x000 t 050　　日一—(>icloo　　一习一/一—　　日({2口　　p1.c命令为1,d x000, or y020, an1 x001,　　out y020.逻辑关系如卜:　　y 020=(x 000+y 020)*x 001　　显然一般单片机系统不能处理这个关系式。　　假如输入扫描己将输入端状态扫入其对应的映像　　寄存器中.那么上述逻辑关系式可转化为:　　(20h)=l(ooh)+(20h)」*(o1h)　　输入、输出单兀分别用它们的映像寄存器取代.地　　址山表1确定。这样.中一片机系统就能够实现这条逻辑　　运算了。　　完成这条逻辑运算所需要的8031指令及机器码　　与p1.c命令有如卜对应关系:　　plc命令a031指令a031机器码　　l p x 000 m0vc, 0011 a2 qq　　o r i 020 o r l c , 2011 72 20　　ani x001 anl c, /0111 p}0 o1　　olt丫020 m 0v 2011, c 92 2q　　只要把p1.c命令转换成右侧的机器码.输入到图　　3的用户存储器6264中.即可执行上边这条程序了。　　先山系统程序将输入端状态扫入其对应的映像寄存器　　中.然后执行用户程序.再山系统程序把结果扫描到输　　出-w},。　　当输入x 000接通时.输出y 020接通.对应的发　　光一极管亮;x 000断开.输出仍山y 020的接l从保持;　　只有x 001接通时.输出y 020才断开。　　上边有卜划线的数字是与x,y,m,t,c等p1.c　　兀件号对应的8031内部ram可寻址位地址.山表1　　确定。在这里.它正好与p1.c的兀件号相符。　　因此.根据p1.c命令及x,y ,m等兀件的编号.　　即可转换成相应的机器码和映像寄存器地址。　　分析p1.c命令及相应的8031指令.会发现p1.c　　命令多半可转换为2字节机器码.ifn有的命令则转换　　为3字节、4字节、甚至多字节机器码必须区别对待。　　plc命令a031指令a031机器码　　l p x 000 m0vc , ooi i a 2 00　　oct 1050 m0v sail c 92 5a　　k 100 m 0v 50ii#(4ii 75 50 (4　　其中与输入时间常数命令对应的机器码为二‘　　节。　　位58h也是与t 050对应的可寻址位.它用来　　记t 050的输入状态.ifn位50h则表示t 050的输{　　状态。还有字节单兀50h用来存放t 050的定时常鲜　　#64h是十进制数100转换成的十六进制数。　　再看比较复杂的块ji联回路:　　x000 xool丫020　　川一仁(’　　这条p1.c程序是将上一分支回路的运算结果　　卜一分支回路的运算结果相或后送到输出端.因此)　　先把上一分支回路的运算结果保存起来.然后才能j　　行卜一分支回路的运算.否则就会造成逻辑混乱。所}　　简中一地套用前述ijd命令的编译方法就不行了。　　根据p1.c编程经验.不管有无分支回路.每档，　　形图程序总是以1.d或1.d1命令开始的。我们可以二　　1.d,1.d1命令编译程序的开头处加一条8031指令.:　　位运算器c的状态(即上一分支回路的运算结果)’　　存起来.等遇到块步{联0rt3命令时再取出来和卜　　分支回路的运算结果相或.这样就不会造成逻辑混l　　了。可以采用指定专用位存储器寄存的办法.也可采)　　专用字节存储器移位寄存的办法。参考资料[2],后　　种方法较好。这里指定8031的片内存储器1fh中-　　为专用移位寄存器.用来暂存位运算器c的状态。　　这样一来.对」几有步{联分支回路的p1.c程序.)　　需要的8031指令及机器码与p1.c命令有如卜对应　　系:　　plc命令a031指令a031机器码　　l p x 000 m0va，1fii i;5 1f　　rlc a 33　　m()、　　m()、　　1fii, a　　c, ooii　　and x001　　t. d x 002　　and x003　　()rr　　0 t; t丫020　　anl c, olii　　m 0ya, 1fii　　rlc a　　m 0y 1fii, a　　m 0yc, 02ii　　anl c, 03ii　　m 0ya, 1fii　　rr a　　m 0y 1fii, a　　orl c,acc.　　moy 20ii, c　　fs 1f　　a 2 00　　82 o1　　ds 1f　　33　　fs 1f　　a 2 02　　82 03　　ds 1f　　03　　fs 1f　　72 l7　　92 20　　注意.第一条1.d命令对应的8031指令先把位运　　算器c的状态(即上一分支回路的运算结果)存入　　1fh中一兀的do位。待到ort3命令时.对应的8031指　　令则把1fh中一兀的do位状态存入累加器acc的d7　　位中。山j几该右循环指令不影响位运算器c.此时c的　　状态仍为卜一分支回路的运算结果.这样c与acc.7　　相或就是总的运算结果。　　为了处理ji联分支回路.1.d命令和ort3命令对　　应的机器码为7字节.if}j 1.d1则更多。　　另外.第一条1.d命令对应的左循环指令在这里　　无效。但为了编译方便.只要是1.d命令.或1.d1命令.　　编译时都作左循环处理.包括前边的例r。　　与ort3命令对应的右循环指令又还原了上一分　　支回路的运算结果.以便处理多分支ji联回路。　　采用这种移位循环方法最多可以处理8路ji联分　　支的p1.c程序。　　关」几ji联块与ji联块的串联.这种情况要用到块　　串联命令ant3.可仿照上述办法处理。　　通过以上分析.可以看出对j几不同的p1.c命令.　　8031都有与之对应的操作码.ifn随后的操作数则山相　　应的p1.c兀件号确定。根据这个规律.把p1.c命令编　　译成8031的机器码就不难了。　　前边己经提到了定时器的编程.现在对定时器的　　运行再作一些说明。　　以t 050为例.表1列出了它的两个可寻址位为　　50h和58h,前者存放它的输出状态.后者存放它的输　　入状态。因为定时器的输出状态不仅仅山其输入状态　　决定.还要取决」几计时是否到.所以每个定时器要，片用　　两个可寻址位。另外还要有两个字节存储器50h和　　58h.前者存放它的预置时间常数.后者用来作它的计　　数器。　　在系统程序中安排一个定时器中断.时标为0. 1　　秒。运行中若检测到可寻址位58h(输入状态)为1.则　　在中断程序中把字节存储器58h加to当其中的计数　　与字节存储器50h中的预置数相等时则将可寻址位　　50h(输出状态)置1。木例中常数为k 100.故t 050的　　定时值为10秒。　　木文只讨论用中一个存储器来计数.因ifn定时范围　　有限。若要扩大定时范围.则用双存储器来计数。　　对j几计数器c 054-(. 057.可用外部中断实现其功　　能。编程方法及系统程序的安排与定时器相似。　　系统cpu在处理定时器、计数器时.需用字节操　　作指令。所以在p1.c系统中.位操作指令和字节操作　　指令都要用到。　　关」几p1.c的主控命令mc,mcr.其实只是多一　　条综合逻辑关系;还有常用的sft ,rst命令.用」几对　　计数器置位、复位。这些都不难分析。　　至」几fnd命令.实际上是安排一条跳转指令.山　　用户程序跳转到系统程序输出扫描的入口处去。这条　　命令是必不可少的。　　不难看出.只要适当安排p1.c的兀件号.步{在编　　译时作时号”处理.表1中空白的内部ram可寻址　　位都是可以利用的。这就意味着.只用8031芯片内部　　ram.就可以把p1.c的兀件(x,y,m,t,c等)做到　　100个以上。　　3结束语　　笔者利用复h过去生产的一块mcs 51通用实验　　板和一块24键,8只数码管的键盘显示器一试作了用　　51中一片机制作可编程**实验。p1.c用户程序到　　8031指令的编译在作为编程器的键盘显示器中完成.　　对应的机器码顺序存入图3的6264中。ifn p1.c的主　　程序输入扫描、输出扫描、定时器中断、计数器中断等　　则固化在2764中。所用的p1.c编程方法参照了二菱　　系列产品.符合通用可编程**惯例。它的技术指标　　女口卜:　　输入1(点x000- x007. x010- x017　　输出8点1' 000- 1' 007　　内部继电器24点m 100- m 107. m 110- m 117　　m 120-m 127　　定时器4点t 050 t 053时标0. 1 s最人定时伯　　25. 5s　　i}一数器4点c 054-c 057最人i}一数伯255　　编程命令ld ldi　　and ani　　or ori　　olt　　m c m cr　　orp} anp}　　51;t r5t　　nnn　　输入程序步数soo 20210311