ADUC831作为控制器的CPU的研究

第一章绪论

1.1选题的背景及其研究意义
由于可编程控制器具有控制功能完善、编程和使用方便、可靠性高、通用性好和维护简单等优点，在工业自动化领域中逐渐被认可并突显出极大的优越性，已经成为工控领域中的重要手段之一目前，应用可编程控制器的行业和领域也日益增多，市场对不同应用规模和种类的可编程控制器的需求越来越多，所以对可编程控制器研究设计的方案也层出不穷，在这里，我们也提出了一种灵活适用，简单可行的新方案。
现阶段我国PLC市场份额的大部分仍被国外的产品所占据，国产化率不是很高，国内PLC的制造厂商主要以合资企业为主，拥有自主知识产权的企业很少，其根本原因就是PLC的核心技术长期被国外发达国家所垄断着，尤其是CPU模块'2-3近些年来，随着微控制器技术的快速发展，高性能单片机的种类数量逐渐增多，功能也日益增强，成本也不断降低，再加上单片机开发技术也逐渐成熟起来，使得我们利用高性能单片机作为控制核心模块来设计研发具有自主知识产权的PLC成为了可能。目前，微型PLC的应用需求日益增多，市场占有比例也逐渐增大，可达全部PLC产品的40%以上w。在现实工业控制领域中，微小型控制系统的应用场合很多，在诸如这些应用规模较小的场合中，对控制点数的需求较少，且多以逻辑控制为主，使用一般的微小型PLC系统即可满足控制要求。所以幵发这类功能完善的微小型PLC控制系统，单从应用角度考虑，就有很高的实用价值和广阔的市场前景。另外对于中小规模的应用场合，在满足应用性能需求的提前下，经济成本往往也是使用者考虑的一个首要因素。
目前市场上供应的微型PLC价格依然普遍偏高，但随着电子技术和计算机控制技术的不断发展和进步，电子元器件的性价比不断提高以及电子工艺技术的逐渐成熟，这就为自主研制低成本、高性能PLC的奠定了基础。目前利用高性能单片机作为控制核心开发微小型控制器成本降到较低，若批量生产还可进一步压缩成本。正因为利用高性能单片机开发微小型PLC控制系统具有良好的经济价值，现已经成为一种发展趋势。可编程控制器的应用情况往往体现着一个国家的工业自动化水平。
我国PLC市场虽然很大，但国产PLC成品并不占主导地位。因此，大力开拓国内自主PLC的研究设计方案，对于推动国内PLC的发展具有深远意义。基于上述分析，自主设计研制基于单片机的微型可编程控制器具有非常现实的意义。由于微型PLC的用途最为广泛，研发难度也相对较低，条件也较为成熟，所以我们考虑从易于实现的微型PLC入手，运用一种简便灵活的方案，设计实现一个基于高性能单片机ADUC831的微型可编程控制器，实现微型PLC的基本控制功能，既可以满足一般微型PLC的应用要求，又可以通过多PLC的级联满足中小型PLC的应用场合，为用户提供更加灵活、实用的配置方案。

1.2 PLG的发展现状与趋势
PLC技术伴随着计算机和微电子技术的发展而迅速发展，由最初的1位机发展到为8位机，随着微处理器和微型计算机技术在PLC中的应用与成熟，逐渐形成了现代意义上的PLC[8—9进入20世纪80年代以来，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的快速发展，以16位和32位处理器为核心的微机化PLC也得到了飞速的发展，从而使PLC在概念、设计、性价比等方面都有了新的突破。不仅在控制功能、功耗、体积、成本、可靠性、编程和故障检测等方面都得到了显著改善，而且在远程I/O、网络通信、数据处理和人机界面（HMI)等方面也取得了长足的发展。
大致总结一下，PLC的发展以下经历了初级阶段、崛起阶段、成熟阶段、飞速发展阶段和开放性、标准化阶段五个阶段。自从美国数字设备公司（DEC)在1969年研制出世界上第一台可编程控制器并成功应用以后，日本和西欧等国家也相继于1971年和1973年研制出各自的可编程控制器"°3。我国也于1974年开始了对PLC技术的探索研究，自行仿制美国生产的第二代PLC ，但由于当时技术条件等局限未能够推广使用；1977年我国采用了美国MOTOROLA公司的八位MC14500集成芯片作为控制核心，成功研制出了我国第一台具有实用价值的可编程控制器，随后才有了国产PLC产品的批量生产，并逐渐应用于工业生产控制过程中，但我国PLC技术研究起步较晚与国外发达国家一直都保持着较大差距。

第三章 硬件设计与实现  ..................................... 26-42
    3.1 ADuC831必需的外接电路 ..................................... 26-28
    3.2 数字量I/O模块  .....................................28-31
    3.3 模拟量I/O模块  .....................................31-33
    3.4 时钟与显示电路 .....................................  33-35
    3.5 通讯接口电路  .....................................35-39
    3.6 印制电路板设计 ..................................... 39-41
第四章 上位机软件设计与实现 ..................................... 42-56
    4.1 PL-指令文本处理  ..................................... 42-43
    4.2 PL-指令编码实现 ..................................... 43-48
    4.3 一键设置下位机时钟 .....................................  48-49
    4.4 VB串行通信实现  .....................................49-53
    4.5 上位机运行实例  ..................................... 53-54
第五章 下位机软件设计与实现 ......................56-88
    5.1 ADuC831内部存储器介绍及资源分配................. 56-59
    5.2 下位机通讯软件设计 ..........................59-71
    5.3 扩展功能模块程序设计  .....................................71-74
    5.4 PLC指令解释程序模块设计与实现  .....................................74-86
第六章 软件的调试与仿真  .....................................88-92
    6.1 软件开发工具介绍 ..................................... 88-89
    6.2 系统调试仿真 .....................................  89-92

第七章总结与展望

本设计的主要任务是利用高性能单片机研制开发一开放性好、扩展方便的个微型可编程控器。在对单片机控制技术、PLC原理及应用进行仔细学习研究和参阅了大量参考文献的基础上，构思了一种不拘束于硬件系统的单片机应用新方法，结合这种思想，本文设计完成了一个基于ADUC831单片机的微型可编程控制器。在仔细分析单片单片机控制技术的应用途径和优缺点的基础上，构思了一种不完全依赖于单片机硬件系统的应用新方法，摆脱单片机应用的编程瓶颈。
在认真研究传统PLC体系结构和工作原理的基础上，提出了基于ADUC831高性能单片机的可编程控制器的总体设计方案，包括硬件总体设计和软件总体设计两部分。在设计过程中，硬件电路各项功能的调试已经顺利通过，软件的基本功能也通过调试仿真得到了检验。
经过合理实验和测试，系统的合理性和可行性得到了初步的验证。本设计的控制器实现了微型PLC的基本功能，满足一般微小型PLC的应用要求。另外，本控制器采用16位地址寻址，最大可以寻址64K的地址空间，能够支持更多外围设备扩展。此外，通过多PLC的级联指令扩展还可以满足一些中型，甚至大型PLC的应用要求。