基于單片機的通用控制器系統分析
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作者: 劉穎
一 單片機通用控制器系統簡介
單片機的控制器系統一般包括軟件系統和硬件系統兩部分?？刂破魇侵赴凑疹A定的順序通過改變主電路或控制電路的接線或是改變電路中的電阻值從而達實現對電動機的調速、啟動、等方面的控制的主令裝置。工業中運用較多的單片機通用控制器一般為可編程控制器，它是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置，采用了可以編制的程序存儲器。具有應用普遍；可靠性高，抗干擾能力強；硬件配套齊全，功能完善，適用性強；易學易用，深受工程技術人員歡迎等特點。
二 單片機通用控制器的設計與實現
1、硬件系統的設計與實現
硬件系統的是控制器的基本構成。控制器的基本硬件包括：電源、CPU、儲存器、輸入輸出接口電路、功能模板和通信模板。因此單機片的通用控制器設計時也具備以下幾個必要模板。(1)儲存器。主要用來儲存信息、數據和運算結果。(2)微控制器。它包含了CPU和存儲器。目前市場上制造商提供了各式各樣型號的可供保持的存儲器，這使得斷電后一些用戶數據和程序得以保存，只要通電PLC就仍能繼續進行操作。但是這也要求微控制器的運行速度要快，可靠性要高。此外，微控制器還要求有編程功能，需下載一些用戶程序。(3)復位電路和輸入輸出接口。復位電路主要包括上電、按鍵及看門狗等復位，其作用是在死機或是一些特別情況下保證系統的正常工作。輸出模塊包括用來控制如接觸器、電磁鐵、數字顯示配置、指示燈和報警裝置等部件的輸出設備。(4)模數及數模轉換模塊。主要用于模擬量的輸入和輸出控制。微控制器一般只能處理一些數字信號，而一些機構有時會要求輸入或輸出模擬量，這時就需要數模轉換。(5)串口的通訊模塊。它能夠方便控制器和PC之間的通信，有助于數據交換及用戶程序下載的買現。
關于硬件系統的實現。通用控制器芯片內部集結了RAM、ROM、ISP等多種模塊，電路比較簡單化。同時由于芯片內的RAM容量較為有限，因此增加了某些芯片如：DS1566芯片，擴大了數據的儲存量。此外，單機片還采用24位的地址尋址比以往16位的地址尋址能夠尋址范圍更大。在通信模塊的實現方面，采用了通用的串行接口。另外為實現單片機電平和標準電平的相互轉換，采用一種單電源來供電的通信器。為增加數字的輸入輸出量，增加端口的數目，通用控制器通過采用增加芯片數目的方法來實現。
2、系統軟件設計需求與實現
一般控制器的軟件系統主要包括上位機軟件和下位機軟件兩大部分。上位機軟件屬編程軟件，用于編輯、創建和翻譯用戶程序。然后再發送到下位機。下位機是控制器的內部軟件，一般包括驅動程序、操作系統和一些指令的解釋模塊等。它們同是軟件系統重要組成部分。因此，對一個軟件系統的分析也應從這兩方面入手。
(1)上位機軟件的設計與實現。通用控制器系統的上位機軟件的任務是把指令表的程序轉變成為單片機能夠識別的編碼。在其具體操作中主要包括以下三個方面：A、對指令表程序的文本處理。處理步驟是：首先進行預處理，刪除其程序文本的注釋；然后，進行詞法的分析，將文本分解成獨立符號。B、對指令進行編碼。這包括對操作符的編碼以及對操作數的編碼兩部分。對于操作符，我們通常不需要對其一一進行編碼，而是選擇性的對一些常用的進行編碼。操作數又包括立即數和線圈兩種。在對操作數進行編碼時要注意兩個基本原則：其一，按照一定寬度進行編碼，這有助于下位機的程序下載和儲存，也有利于下位機程序掃描。其二，編碼中要包含操作數或操作符的類型信息，以便簡化下位機的解釋程序。C、將編碼后，把程序發往下位機。
上位機的軟件是在Windows的平臺下進行開發的。包括三個階段。第一階段主要是文本的處理，這可以通過字符操作的模塊和文件讀寫的模塊來實現。第二階段主要是實現編碼的轉換，這在通用控制器中是通過在LabVIEW的case結構中構造出有限狀態機，分析上一階段的詞法符號，然后轉換成對應編碼。第三階段實現串口讀寫操作，這個用VISA工具包直接能夠實現。
(2)、下位機軟件的設計與實現。下位機軟件的功能是要實現系統模擬的工作方式。因此要分析下位機軟件就要分析系統的工作方式?？刂破飨到y有運行和停止兩種操作模式。在運行模式中，主要是通過響應用戶的命令來實現其控制的功能。在停止模式中，能夠不執行用戶的程序，僅對用戶程序進行創建和編輯?？删幊炭刂破饔脩舫绦蜻\行與其他計算機相比不同之處就在于處理輸入和輸出的方式。即其每次進入運行模式時都要執行一次初始化。因此下位機軟件開發時應注意以下幾個方面：A、系統的初始化。包括端口的初始化和系統功能的初始化，甚至有時候還需檢查其部分功能。在實現這一功能時，可以設置CPU內部的寄存器來實現。在輸入輸出口設定一個相應全局變量，以實現輸入輸出過程的整個映像。B、分析指令。包括對上位機發過來的指令的解碼，找到對應函數和分析指令正確性等。C、對指令解釋和執行。在經過以上對指令的分析，找到相應函數，然后執行期望的操作，以實現對PLC運行的完全模擬。D、堅持和上位機保持通信功能。以便進行兩者的協作，實現最佳結果。
三 總結
總而言之，文章通過對單機片通用控制器各個部分的設計與實現進行分析，有利于了解控制器整個系統，有利于對單片機控制技術的掌握。具有重要的經濟、社會價值。
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