基于单片机的通用控制器系统分析

来源:用户上传      作者: 刘颖

　　一　单片机通用控制器系统简介
　　
　　单片机的控制器系统一般包括软件系统和硬件系统两部分。控制器是指按照预定的顺序通过改变主电路或控制电路的接线或是改变电路中的电阻值从而达实现对电动机的调速、启动、等方面的控制的主令装置。工业中运用较多的单片机通用控制器一般为可编程控制器，它是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，采用了可以编制的程序存储器。具有应用普遍；可靠性高，抗干扰能力强；硬件配套齐全，功能完善，适用性强；易学易用，深受工程技术人员欢迎等特点。
　　
　　二　单片机通用控制器的设计与实现
　　
　　1、硬件系统的设计与实现
　　硬件系统的是控制器的基本构成。控制器的基本硬件包括：电源、CPU、储存器、输入输出接口电路、功能模板和通信模板。因此单机片的通用控制器设计时也具备以下几个必要模板。(1)储存器。主要用来储存信息、数据和运算结果。(2)微控制器。它包含了CPU和存储器。目前市场上制造商提供了各式各样型号的可供保持的存储器，这使得断电后一些用户数据和程序得以保存，只要通电PLC就仍能继续进行操作。但是这也要求微控制器的运行速度要快，可靠性要高。此外，微控制器还要求有编程功能，需下载一些用户程序。(3)复位电路和输入输出接口。复位电路主要包括上电、按键及看门狗等复位，其作用是在死机或是一些特别情况下保证系统的正常工作。输出模块包括用来控制如接触器、电磁铁、数字显示配置、指示灯和报警装置等部件的输出设备。(4)模数及数模转换模块。主要用于模拟量的输入和输出控制。微控制器一般只能处理一些数字信号，而一些机构有时会要求输入或输出模拟量，这时就需要数模转换。(5)串口的通讯模块。它能够方便控制器和PC之间的通信，有助于数据交换及用户程序下载的买现。
　　关于硬件系统的实现。通用控制器芯片内部集结了RAM、ROM、ISP等多种模块，电路比较简单化。同时由于芯片内的RAM容量较为有限，因此增加了某些芯片如：DS1566芯片，扩大了数据的储存量。此外，单机片还采用24位的地址寻址比以往16位的地址寻址能够寻址范围更大。在通信模块的实现方面，采用了通用的串行接口。另外为实现单片机电平和标准电平的相互转换，采用一种单电源来供电的通信器。为增加数字的输入输出量，增加端口的数目，通用控制器通过采用增加芯片数目的方法来实现。
　　
　　2、系统软件设计需求与实现
　　一般控制器的软件系统主要包括上位机软件和下位机软件两大部分。上位机软件属编程软件，用于编辑、创建和翻译用户程序。然后再发送到下位机。下位机是控制器的内部软件，一般包括驱动程序、操作系统和一些指令的解释模块等。它们同是软件系统重要组成部分。因此，对一个软件系统的分析也应从这两方面入手。
　　(1)上位机软件的设计与实现。通用控制器系统的上位机软件的任务是把指令表的程序转变成为单片机能够识别的编码。在其具体操作中主要包括以下三个方面：A、对指令表程序的文本处理。处理步骤是：首先进行预处理，删除其程序文本的注释；然后，进行词法的分析，将文本分解成独立符号。B、对指令进行编码。这包括对操作符的编码以及对操作数的编码两部分。对于操作符，我们通常不需要对其一一进行编码，而是选择性的对一些常用的进行编码。操作数又包括立即数和线圈两种。在对操作数进行编码时要注意两个基本原则：其一，按照一定宽度进行编码，这有助于下位机的程序下载和储存，也有利于下位机程序扫描。其二，编码中要包含操作数或操作符的类型信息，以便简化下位机的解释程序。C、将编码后，把程序发往下位机。
　　上位机的软件是在Windows的平台下进行开发的。包括三个阶段。第一阶段主要是文本的处理，这可以通过字符操作的模块和文件读写的模块来实现。第二阶段主要是实现编码的转换，这在通用控制器中是通过在LabVIEW的case结构中构造出有限状态机，分析上一阶段的词法符号，然后转换成对应编码。第三阶段实现串口读写操作，这个用VISA工具包直接能够实现。
　　(2)、下位机软件的设计与实现。下位机软件的功能是要实现系统模拟的工作方式。因此要分析下位机软件就要分析系统的工作方式。控制器系统有运行和停止两种操作模式。在运行模式中，主要是通过响应用户的命令来实现其控制的功能。在停止模式中，能够不执行用户的程序，仅对用户程序进行创建和编辑。可编程控制器用户程序运行与其他计算机相比不同之处就在于处理输入和输出的方式。即其每次进入运行模式时都要执行一次初始化。因此下位机软件开发时应注意以下几个方面：A、系统的初始化。包括端口的初始化和系统功能的初始化，甚至有时候还需检查其部分功能。在实现这一功能时，可以设置CPU内部的寄存器来实现。在输入输出口设定一个相应全局变量，以实现输入输出过程的整个映像。B、分析指令。包括对上位机发过来的指令的解码，找到对应函数和分析指令正确性等。C、对指令解释和执行。在经过以上对指令的分析，找到相应函数，然后执行期望的操作，以实现对PLC运行的完全模拟。D、坚持和上位机保持通信功能。以便进行两者的协作，实现最佳结果。
　　
　　三　总结
　　
　　总而言之，文章通过对单机片通用控制器各个部分的设计与实现进行分析，有利于了解控制器整个系统，有利于对单片机控制技术的掌握。具有重要的经济、社会价值。

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