基于单片机的可编程控制器的设计——毕业设计论文

沈阳大学科技工程学院——毕业设计论文基于单片机的可编程控制器的设计专业：自动化答辩日期：2013 年6 月10 日目录摘要 (2)ABSTRACT (3)引言 (4)1可编程逻辑控制器控制系统的功能需求分析 (7)1.1控制系统的硬件功能分析 (7)1.2控制系统的软件功能分析 (7)2 可编程控制器控制系统的硬件设计 (8)2.1单片机的选用 (8)2.2模拟芯片的简介 (9)2.3电源电路的设计 (10)2.4可编程控制器输出输入电路的设计 (12)2.5模拟输入输出电路的设计 (14)2.6整个原理图的设计 (14)2.7生成PCB及敷铜 (14)3 编程控制系统软件设计及调试 (16)结论 (20)致谢 (21)参考文献 (22)附录1 编程控制器控制系统的原理图及实物图 (23)附录2 编程控制器的程序模版 (24)摘要随着自动化智能产品的大量兴起，民用自动化产品更新换代极快，要求自动控制系统的精度、工作效率大大提高，所以民用自动控制前景很大，自动控制系统主要采用PLC进行控制，但PLC价格昂贵。

由于单片机价格低廉、使用简单、精度高等特点，本设计采用单片机制作控制器，来实现PLC的控制功能，设计人员只需一点C语言基础，就可以编写可编程控制器的程序。

根据控制要求设计电路，最终制作出能实现控制器功能的PCB板，即为用户降低设计成本，又能方便设计人员使用。

编程语言使用C语言的可编程控制器扩大了使用人群的范围，并且有程序的工程模版，很大程度上降低了编程的难度。

接线操作简单，控制对象不管是交流、直流均可，并且控制精准。

支持模拟量的输入输出，控制更智能。

PCB电路板经过敷铜处理，极大的提高了抗干扰性。

关键词：单片机；可编程控制器；CAbstractWith a growing number of automated intelligence products, civilian automation product replace fast, automatic control system requires precision and efficiency are both been greatly improved, so large civil automatic control have a bright future. automatic control system is mainly controlled by PLC, but it is very expensive. Compared with PLC, the microcontroller is cheap, easy to use, high precision, the design uses single-chip controller to achieve PLC control functions, designers need a little C programming knowledge, you can use it to control. According to the control requirements of circuit design, it can made PCB board with the same control function .It can reduce design costs, but also facilitate the designer.Most of the people can use the special programmable controller , expand the scope of using crowd, programme greatly redue the difficutly of program . Wiring is simple, the control object whether it is AC or DC .They can both wrok and be accurate. Supporting analog input and output, control more intelligently. PCB circuit board through copper processing, greatly improves the immunity. The results tell the truth, the control system controlling civilian exhibit excellent stability and good runnability.Keywords:microcontroller; programmable controller; C引言可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程[1]。

采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。

另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。

一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。

它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。

PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。

PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。

PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。

PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。

硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。

传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障。

PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。

PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。

PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。

PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。

这种编程方法很有规律，很容易掌握。

对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多[2]。

PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。

完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。

PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。

PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故[3]。

但是PLC产品价格昂贵，编程主要是梯形图使用人群范围窄。

而用单片机制作的控制器成本相当低廉，使用简单，此外，PLC编程用的是梯形图，电气相关的专业编程很容易，其他的专业很难说容易。

可编程控制器也是参照PLC的原理制作而成，开关量输出是继电器输出，开关量输入，模拟输入输出。

但是编程是C语言，工科学生基本上都学过C语言，所以很容易上手，加上此可编程控制器的程序建立了工程模板，所以不需要复杂的编程，编程很简单，只需要开关量的判断，函数的调入，时间控制只需要时间函数的调入，这些函数都是已写好。

PLC在工业自动化上一直迅速增长，但是民用很难接受，PLC的价格昂贵，因为隔行如隔山对于普通人来说使用是复杂的，所以在民用市场还是一片空白。

可编程控制器不用于工业控制，针对民用开发的，不仅价格低廉，还使用简单实用。

现在民间的控制几乎是继电器控制，但是继电器不是智能控制，而且成本也是很昂贵，加上继电器控制的逻辑很简单，不用于复杂的，以前工业上用PLC代替继电器，现在此产品代替民用的继电器。

大家公认的是现在是智能社会，但是很多产品是标准的，但是我们每一个人的需求不是标准的，继而此可编程控制器就是用于非标的，因为它能编程，能让按照自己的想法去做。

可编程控制器可以控制家庭中大部分的电器，可以控制空调、冰箱、热水器、豆浆机等也就是说通用性好。

还有最大的优势就是此可编程控制器的价格低廉，成本远小于PLC。

由于现在人们的素质极大的提高，很多人都会C语言但是不一定会梯形图，所以在使用上比PLC更有优势。

但是此可编程控制器不用于工业控制，针对民用自动化和民用自动控制，此控制器不仅价格低廉，而且使用简单实用。

现在民间的控制几乎是继电器控制，但是继电器不是智能控制，而且成本也是很昂贵，加上继电器不能控制的逻辑复杂的控制，以前工业上用PLC代替继电器，现在此产品代替民用的继电器。

现在人们的素质极大的提高，很多人都会C语言但是不一定会梯形图这语言，所以在使用上比PLC更有优势。

1 可编程逻辑控制器控制系统的功能需求分析1.1控制系统的硬件功能分析可编程控制系统分为三个部分。

首先，开关量输入输出，它的输出是继电器输出，负载不管是直流还是交流均可，它的输入是由三极管放大输入（0-5V），然后它的模拟量输入输出，模拟量输入能识别（0-5V）的电压，模拟输出能输出（0-5V）的电压。

最后它的核心控制系统为单片机控制，控制性灵活。

一开始用Protel DXP画原理图，画好原理图后生成PCB，最后制作成印制电路板，硬件仿真用Proteus 软件仿真[4]。

1.2控制系统的软件功能分析软件是对单片机的编程了，编程的软件是keil，目前keil是比较流行的软件，很多人对单片机编程是通过keil编写。

编写此程序是编写一个工程模版，用户一开始直接就可以编写程序，调用函数就不用编写底层程序，这样给用户带来极大的方便和减少他们的编写程序的复杂程度，加上此工程模版高度优化，用户只需要懂得很少的C语言基础就行了。

编程界面如图1所示：图1 keil软件界面图2 可编程控制器控制系统的硬件设计2.1 单片机的选用单片机的种类较多，本设计选用的是AT89S52[5]是51系列单片机的一个型号，他是ATMEL公司生产的。