斗破苍穹之黑暗拍卖10:急寻单片机制作实验报告

用单片机制作可编程控制器实验
　　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控制器。
　　关键词:中一片机;可编程逻辑控制器
　　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: This paper discussed 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.
　　可编程控制器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控制器.供学生实验使用。这对学
　　生掌握可编程控制器的应用技能.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系列单片机8031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 ISH/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
　　SBH/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
　　SBHT053 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
　　二菱系列可编程控制器。
　　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控制器实验。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.符合通用可编程控制器惯例。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

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这是我上个学期的单片机实验报告，程序经过调试的，可以保证结果，你看看可以不？

单片机实验报告 电子时钟实验 02级通信工程
一、实验目的：
通过设计电子时钟的综合实验掌握单片机编程的基本思想，以及中断、定时程序的基本编写方法。

二、实验内容：
利用定时计数器，设计一个电子时钟，从左到右依次显示时分秒。有两种方法实现，一种是在中断程序中计数，产生时分秒计数，送到显示缓冲区。另一种是中断程序每一秒清除一个位变量，而主程序通过监视位变量的变化来知道每秒的时间。
提高要求：
1、可以加入时间调整程序，使用两个或三个按钮，调节当前的时间。类似平常使用的电子表。可以让正在调整的位闪烁显示。
2、可以加入一个闹钟设置，当所定的时间到时，产生断续的蜂鸣声。

三、实验过程：
编程基本思路：在主程序里负责读取存储区的时分秒的值，然后送到显示缓冲区，并且查询秒的存储区，当为0时说明满一分，调用报时子程序；在中断程序中计数，产生时分秒计数，定时器采用方式一，每100ms中断一次，中断10次 为一秒。
程序如下：
org 0000h
ljmp main ；转主程序
org 000bh
ajmp it0p ；转定时器T0中断
org 0100h
main：
mov tmod，#01h ；T0工作在方式1
mov 20h，#0ah
clr a
mov 50h，a
mov 51h，a
mov 52h，a ；清0存放秒分时值的单元
setb et0 ；允许T0中断
setb ea ；允许中断
mov th0，#3ch
mov tl0，#0b0h ；计数器赋初值
setb tr0 ；启动计数器T0
first:
clr p1.0
lcall bell
mov a，52h
anl a，#0fh
mov 78h，a
mov a，52h
anl a，#0f0h
swap a
mov 79h，a ；秒的高低位送79H，78H
mov a，51h
anl a，#0fh
mov 7ah，a
mov a，51h
anl a，#0f0h
swap a
mov 7bh，a ；分的高低位送7BH，7AH
mov a，50h
anl a，#0fh
mov 7ch，a
mov a，50h
anl a，0f0h
swap a
mov 7dh，a ；时的高低位送7DH，7CH
dir： ；显示子程序
mov r0，78h ；置缓冲器指针初值
mov r3，01h ；位选码初值送R3
mov a，3
ld0：
mov dptr，8002h
movx @dptr，
mov dptr，8004h
mov a，r0 ；显示数据送A
add a，0fh ；加偏移量
movc a，a+pc ；查表取段码
dir1：
movx @dptr，a
acall delay ；调用延时1m秒的程序
inc r0 ；指下一个显示数据单元
mov a，3 ；位选码送A
jb acc.5，d1 ；看是否扫描到最右
rl a ；让下一个LED亮
mov r3，a
ajmp ld0
ld1：
ljmp first
table：
db 3fh, 06h, 5bh, 4fh, 66h, 6dh
db 7dh, 07h, 7fh, 6fh ；段码表数字 0到9
delay： ；延时1m秒的子程序
mov r7，02h
dl：
mov r6，0ffh
dl1：
djnz r6，l1
djnz r7，dl
ret

it0p： ;T0中断服务子程序
push psw
push a
mov th0，#3ch
mov tl0，#0b0h ；定时器赋初值
djnz 20h，return ；看10次计数是否到，未到恢复现场
mov 20h，0ah ；到了则重新设置下次10次计数值
mov a，01h
add a，52h ；秒值加1
da a
mov 52h，a
cjne a,#60h，return ；看是否到60秒，未到就恢复现场
mov 52h，#00h
mov a，#01h
add a，51h ；到了60秒就分钟加1，秒位清0
da a
mov 51h，a
cjne a,#60h，return ；看是否到60分，未到就恢复现场
mov 51h，#00h
mov a，#01h
add a，50h ；到了60分就分钟加1，分位清0
da a
mov 50h，a
cjne a,#24，return
mov 50h，#00h ；到了24小时就把小时清0
return：
pop a
pop psw
reti
bell: ；报时子程序
push a
mov a，42h
cjne a，#00h，back
setb p1.0
back：
pop a
ret
end
实验结果：
执行程序后从0开始计时，满60秒进一分，并且报时一次，与预想的结果一样。开始的时候显示时会出乱码，不知道是怎么回事，后来问了老师才知道是数的进制问题，加了一条 DA A的指令就可以了。还有刚开始的时候根本进不了中断定时的程序，仔细检查之后发现自己在开关中断时设置错了。
报时部分是做了，但是键盘部分没有做出来，那部分掌握的不太好，没有很仔细的看书，一个小小的遗憾。
四、实验总结：
这是这个学期的最后一次实验，是一个综合实验。开始还以为特别难，后来慢慢也就做下来了，虽然做的不是特别好。通过一个学期的学习发现《单片机》的确是一门很有用的课程，对今后的学习工作有很大的帮助，因为单片机目前在社会中有在和极其广泛的用途，各个地方都离不开它的。但是我觉得就我们在课堂上学到的这点知识还是极其有限的，更多的东西还靠我们自己去课下学习。老师只起到一个引导我们学习的作用，关键还是在于我们自己，这就是所谓的“师傅领进门，修行在个人”吧。冰冻三尺非一日之寒，滴水穿石非一时之功，谨以此自勉。