论文部分内容阅读
摘要 介绍以SOC型单片机C8051F020为核心，LED单元板为显示单元的PLC实训模拟器的研发。通过硬件电路设计和汇编语言平台的软件设计，实现PLC实训模拟器的集成化、动态化和自动化。
关键词 模拟器；单片机；接口电路；汇编语言
中图分类号：TP391.9 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2011)03-0083-03
Design of PLC Training Simulator on C8051F020//Tang Yuefu
Abstract It introduces the design of the PLC training simulator, which takes SOC MCU C8051F020 as the core and uses LED modules as the display unit. With the design of the hardware circuit and assembly language software，the PLC training simulator can be more integrated, dynamic and automatic.
Key words simulator; microcontroller; interface circuit; assembly language
Author’s address Jiaojiang Secondary Vocational School, Taizhou, Zhejiang, China 318000
目前教仪企业为职业学校提供的PLC实训设备都是多个实训模拟单元的组合式设备。各实训单元画出PLC被控对象的图案，但不能模拟动作过程；用开关或按钮模拟行程开关和各种传感器的信号，但无法实现信号的自动产生。
将LED显示及驱动技术和C8051F单片机技术相结合，可将几十个实训模块集成其中，实现PLC被控对象动作过程的模拟，并实现行程开关和各种传感器信号的自动产生。
1 模拟器概述
采用SOC型8位单片机C8051F020对PLC的控制对象进行模拟。通过选择模块号对集成其中的模块进行选择使用。通过单片机对其输出端口的控制自动产生各种限位开关、位置传感器等信号。采用64点×64点的LED显示屏作为单片机的显示装置，通过单片机对显示数据的不断刷新动态模拟运动过程。输入输出端口采用光耦隔离，对核心部件C8051F020进行保护。将PLC、单片机、LED显示屏、小键盘及电源进行一体化设计，使模拟器具有体积小、能耗低、功能强、性价比高的特点。
2 模拟器硬件设计
2.1 模拟器的硬件构成
模拟器的硬件主要由单片机、LED显示屏、键盘、PLC、输入/输出接口电路和电源6部分构成，如图1所示。单片机与LED显示屏、键盘、PLC通过输入/输出接口电路实现通信与控制，输入/输出接口电路的设计是硬件设计的重点。
2.2 模拟器的硬件选型
PLC在目前教学中的主流机型之一是三菱的FX2N系列，并考虑到继电器输出型能适应交直流2种电源且不易损坏，选用三菱FX2N-32MR。
3 模拟器软件设计
3.1 软件设计规划
模拟器规划集成20多个实训模块，采用汇编语言编程的程序总长度接近64 KB，即使生成代码效率很高的KEIL公司C51生成的代码也无法满足要求，所以只能采用效率最高的汇编语言来编程。
软件划分为初始化程序、封面程序、模块号输入程序、模块号无效提示程序、模块选择程序、模块1程序～模块N程序。图5为程序总流程图。
3.2 程序设计——机械手模块物块二维运动动态效果的软件实现
整个程序比较庞大，不能逐一进行讨论，但每个模块的程序设计具有一定的共性，举一可以反三。各种限位开关、位置传感器等信号的自动产生，只要对输出端口的相应位进行SETB操作或CLR操作即可实现（如SETB P3.0或CLR P3.0）。由于运动物体动态效果的实现是软件设计中的难点并具有代表性，所以仅选取机械手模块中的物块二维运动的软件设计进行讨论。
1）模块简介。图6为机械手模块的界面，机械手能夹住或松开物块并可上下左右运动，实现将物块从一处搬运到另一处。物块被机械手夹住后，随机械手在显示平面内作二维运动。
2）程序设计思路。设置片内RAM二个单元分别为X（左右方向）、Y（上下方向）坐标，根据机械手的状态及位置对物块坐标进行处理；根据X、Y的坐标计算物块的地址，计算公式为：地址=原点地址 X坐标×#01H Y坐标×#40H。刷新物块所在地址的显示数据，调用显示子程序按刷新后的数据进行显示。
4）程序清单。
UNIT09E: ；物块运动程序
；机械手夹紧否判断
JNB 24H.0 UNIT09E3
；X、Y坐标值处理（25H、26H）
MOV A,22H
ANL A,#0FH
MOV 25H,A
MOV A,23H
ANL A,#0FH
MOV 26H,A
；物块首地址计算，结果到DPTR
MOV A,25H
MOV B,#40H
MUL AB
ADD A,26H
MOV 27H,A
CLR A
ADDC A,B
MOV 28H,A
MOV A,27H
ADD A,#24H；#24H为原点地址低位数据
MOV DPL,A
MOV A,#01H；#01H为原点地址高位数据
ADDC A,28H
MOV DPH,A；显示数据刷新
MOV R1,#04H ；物块四行三列
UNIT09E1:
MOV R2,#03H
UNIT09E2:
MOVX A,@DPTR
ANL A,#0EFH
MOVX @DPTR,A
INC DPL
DJNZ R2,UNIT09E2
MOV A,DPL
研发过程中发现，由于显示单元的像素只有64点×64点，难以模拟圆弧轨迹的物体运动的动态效果。PLC的通讯、模拟量控制实训功能有待在下一版本研发。
参考文献
[1]张迎新,雷文.C8051F系列SOC单片机原理及应用[M].北京:国防工业出版社,2005
[2]靳桅,邬芝权,李骐,刘全.基于51系列单片机的LED显示屏开发技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2009
关键词 模拟器；单片机；接口电路；汇编语言
中图分类号：TP391.9 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2011)03-0083-03
Design of PLC Training Simulator on C8051F020//Tang Yuefu
Abstract It introduces the design of the PLC training simulator, which takes SOC MCU C8051F020 as the core and uses LED modules as the display unit. With the design of the hardware circuit and assembly language software，the PLC training simulator can be more integrated, dynamic and automatic.
Key words simulator; microcontroller; interface circuit; assembly language
Author’s address Jiaojiang Secondary Vocational School, Taizhou, Zhejiang, China 318000
目前教仪企业为职业学校提供的PLC实训设备都是多个实训模拟单元的组合式设备。各实训单元画出PLC被控对象的图案，但不能模拟动作过程；用开关或按钮模拟行程开关和各种传感器的信号，但无法实现信号的自动产生。
将LED显示及驱动技术和C8051F单片机技术相结合，可将几十个实训模块集成其中，实现PLC被控对象动作过程的模拟，并实现行程开关和各种传感器信号的自动产生。
1 模拟器概述
采用SOC型8位单片机C8051F020对PLC的控制对象进行模拟。通过选择模块号对集成其中的模块进行选择使用。通过单片机对其输出端口的控制自动产生各种限位开关、位置传感器等信号。采用64点×64点的LED显示屏作为单片机的显示装置，通过单片机对显示数据的不断刷新动态模拟运动过程。输入输出端口采用光耦隔离，对核心部件C8051F020进行保护。将PLC、单片机、LED显示屏、小键盘及电源进行一体化设计，使模拟器具有体积小、能耗低、功能强、性价比高的特点。
2 模拟器硬件设计
2.1 模拟器的硬件构成
模拟器的硬件主要由单片机、LED显示屏、键盘、PLC、输入/输出接口电路和电源6部分构成，如图1所示。单片机与LED显示屏、键盘、PLC通过输入/输出接口电路实现通信与控制，输入/输出接口电路的设计是硬件设计的重点。
2.2 模拟器的硬件选型
PLC在目前教学中的主流机型之一是三菱的FX2N系列，并考虑到继电器输出型能适应交直流2种电源且不易损坏，选用三菱FX2N-32MR。
3 模拟器软件设计
3.1 软件设计规划
模拟器规划集成20多个实训模块，采用汇编语言编程的程序总长度接近64 KB，即使生成代码效率很高的KEIL公司C51生成的代码也无法满足要求，所以只能采用效率最高的汇编语言来编程。
软件划分为初始化程序、封面程序、模块号输入程序、模块号无效提示程序、模块选择程序、模块1程序～模块N程序。图5为程序总流程图。
3.2 程序设计——机械手模块物块二维运动动态效果的软件实现
整个程序比较庞大，不能逐一进行讨论，但每个模块的程序设计具有一定的共性，举一可以反三。各种限位开关、位置传感器等信号的自动产生，只要对输出端口的相应位进行SETB操作或CLR操作即可实现（如SETB P3.0或CLR P3.0）。由于运动物体动态效果的实现是软件设计中的难点并具有代表性，所以仅选取机械手模块中的物块二维运动的软件设计进行讨论。
1）模块简介。图6为机械手模块的界面，机械手能夹住或松开物块并可上下左右运动，实现将物块从一处搬运到另一处。物块被机械手夹住后，随机械手在显示平面内作二维运动。
2）程序设计思路。设置片内RAM二个单元分别为X（左右方向）、Y（上下方向）坐标，根据机械手的状态及位置对物块坐标进行处理；根据X、Y的坐标计算物块的地址，计算公式为：地址=原点地址 X坐标×#01H Y坐标×#40H。刷新物块所在地址的显示数据，调用显示子程序按刷新后的数据进行显示。
4）程序清单。
UNIT09E: ；物块运动程序
；机械手夹紧否判断
JNB 24H.0 UNIT09E3
；X、Y坐标值处理（25H、26H）
MOV A,22H
ANL A,#0FH
MOV 25H,A
MOV A,23H
ANL A,#0FH
MOV 26H,A
；物块首地址计算，结果到DPTR
MOV A,25H
MOV B,#40H
MUL AB
ADD A,26H
MOV 27H,A
CLR A
ADDC A,B
MOV 28H,A
MOV A,27H
ADD A,#24H；#24H为原点地址低位数据
MOV DPL,A
MOV A,#01H；#01H为原点地址高位数据
ADDC A,28H
MOV DPH,A；显示数据刷新
MOV R1,#04H ；物块四行三列
UNIT09E1:
MOV R2,#03H
UNIT09E2:
MOVX A,@DPTR
ANL A,#0EFH
MOVX @DPTR,A
INC DPL
DJNZ R2,UNIT09E2
MOV A,DPL
研发过程中发现，由于显示单元的像素只有64点×64点，难以模拟圆弧轨迹的物体运动的动态效果。PLC的通讯、模拟量控制实训功能有待在下一版本研发。
参考文献
[1]张迎新,雷文.C8051F系列SOC单片机原理及应用[M].北京:国防工业出版社,2005
[2]靳桅,邬芝权,李骐,刘全.基于51系列单片机的LED显示屏开发技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2009