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基于嵌入式PLC芯片组的多路模拟量PLC的开发
[正文]:摘要：本文介绍了一种新的plc开发过程——嵌入式plc的开发。
嵌入式plc以用户的应用为中心，软硬件可由用户根据工艺需要来裁剪，很好地满足了用户的个性化需求。
关键词：嵌入式plc芯片组 系统软件 内核 如今工业控制产品已发展到一个追求个性化、差异化的阶段。
传统的plc产品已经无法满足更加细分化的市场需求，为了满足这种需求，出现了嵌入式plc产品。
一、嵌入式plc 嵌入式plc是将plc系统软件构建于控制器内，根据用户控制需要定制硬件，以plc的应用方式解决对象控制问题的plc。
它由两部分组成：嵌入式plc系统软件和芯片组1、嵌入式plc系统软件嵌入式plc系统软件将plc语言(梯形图语言)、can总线嵌入到单片机中,使单片机的产品开发从使用汇编语言变为使用plc梯形图语言,并具有can总线的互连特性。
该系统软件具有以下特点:1.以梯形图语言为内核,添加了中断管理系统,能实现plc无法实现的硬实时操作;2.强化运算能力,增加了canbus函数库、浮点数库、专家自整定pid、嵌入式web等,丰富了plc的功能;3.提供开放式扩展结构,支持第三方开发扩展单元的接线;4.增加了网络互连功能,在远程端加载专用浏览器后,即可实现远程监控。
系统软件包括三个部分。
①嵌入式plc内核： 它完成实时任务调度、梯形图语言解释、执行、通讯等基本功能，并提供二次开发驱动接口；②二次开发驱动程序 通过系统软件提供的外挂任务，使用内核开发各种面向具体对象个性化、差异化的驱动程序；③终端应用程序 指面向工艺流程控制的梯形图语言程序 2、嵌入式plc芯片组easy core 1.00 是一个加载了嵌入式plc系统软件的核心芯片组，作为一款加载了系统软件的硬件平台，可以用来设计通用和专用plc。
1）芯片组基本性能：① 供电：+5v 200ma，ram掉电保护5年。
② cpu： c8051f040。
③ 嵌入扩展能力●32 i/o：可复用成spi、i2c接口及外中断、外计数、ad等。
●4 ad： 12位精度，100 kps。
●2 da： 12位精度，100 kps。
④ 通信接口●canbus：系统软件管理，使用工具软件canset构建canbus总线网络。
●uart0：系统软件管理，用于梯形图编程、监控，支持人机界面及用户驱动程序下载。
●uart1：系统软件管理，用于下载canbus网络参数、构建rs485网络及支持第三方设备互连。
2）芯片组原理框图：
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二、应用开发基于加载了系统软件的核心芯片组，我们可以根据工艺需要来开发自己的嵌入式plc产品。
下面就介绍基于嵌入式plc芯片组开发的16路输入的模拟量plc产品（可输入标准信号或热电偶信号）。
1、硬件设计硬件整体结构图如下：
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ai0是芯片组内的一个ad转换通道，p1.0—p1.4作为模拟开关的通道控制线来进行16个模拟信号通道间的切换。
（1）信号采集电路用ad公司的高精密放大器op07构成模拟信号放大电路，op07具有低输入偏移电压（10uv）、低漂移电压（0.2uv/℃）和宽范围的供电电压（±3v－±18v）, 可以很好地满足该产品的要求。
在这里op07由±5v供电，r18、r79作为调零电阻，输出电压由下式给出：vout＝vin（1＋r98/r56）。
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（2）信号选择电路选择16通道的模拟开关cd4067构成信号选择电路，a、b、c、d、inh接到芯片组的p1.0－p1.4引脚，做为模拟开关的通道选择控制信号。
out引脚接到芯片组的ain0，即第一个ad转换通道。
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2、软件开发嵌入式plc是基于cygnal公司的c8051f040芯片开发的，所以二次程序的开发使用51汇编语言。
开发选择的编译器是keil c51，因为它可以生成我们所需要的.hex文件。
内核留出了七个用户嵌入程序接口，我们只需要充分理解各个接口的功能就可了进行二次开发了，需要熟悉如下内容：a、内核功能b、内核结构c、内核任务管理d、内核存储空间分配。
【1】由于系统软件中已经加入了232通信、485通信和can通信的功能，所以16路模拟量plc的二次驱动软件的开发主要集中在模拟量的ad转换和plc资源区中ad值的实时刷新上。
（1）程序规划t4中断：完成ad转换和16个通道的切换程序user_scan：plc资源区中ad值的刷新。
ad转换过程如下：每一通道连续采样16次，采样完后得到累加和，然后启动下一通道的ad转换。
plc资源区中ad值的刷新过程如下：在梯形图扫描周期结束时进行，把各路ad值的累加和求平均值后放入plc的资源区的对应位置处。
（2）程序代码init_ad: ;ad初始化 mov sfrpage, #adc0_page mov ref0cn, #07h ;内部参考电压/输出到verf ;启动内部温度传感器 mov amx0cf, #00h ;单极性输入 mov adc0cf, #0b8h ;d7--d3=sysclk/采样时钟-1 ;采样转换时钟=1us ;d2--d0=gain ;000 gain=1 mov adc0cn, #90h ;启动ad采样 mov ad_channel, #00h ;ad通道号，初值为0mov ad_count, #00h ;16次采样次数计数。
初值为0 ret sample_ad: ;ad采样开始mov sfrpage, #adc0_page ;ad控制寄存器页 mov a, ad_channel ;采样值的累加和是一个字基地址 ;为#xai,偏移地址为ad_channel rl a mov dptr, #xai ;xai存放16次采样值的累加和 add a, dpl ;低字节相加 mov dpl, a movx a, @dptr mov b, a mov a, adc0l clr c addc a, b movx @dptr, a inc dptr ;高字节相加 movx a, @dptr mov b, a mov a, adc0h anl a, #0fh addc a, b movx @dptr, a ;#xai中存放格式为低字节、高字节 mov sfrpage, #adc0_page ;ad控制寄存器页 mov adc0cn, #090h ;启动下次ad采样 inc ad_count mov a, ad_count clr c subb a, #16 jnc fill_xai_xad ;当16次采样完成后,把xai中16 ;个采样和（2字节）存放到xadret3、驱动程序的嵌入在keil c51中编译上述程序。
使用下载工具软件“downhex”，把生成的.hex文件通过串口下载到芯片组的固定地址处，使得内核可以调用它，从而完成二次驱动程序的开发。
到此，16路模拟量plc的开发工作基本完成。
三、功能介绍基于嵌入式plc开发的多路模拟量网络节点具有以下功能：1、采集工业现场的多路热电偶信号，2、支持三菱、台达等多家人机界面， 3、支持梯形图编程（86条指令）， 4、支持canbus互连（多机并联运行或扩展单元连接）等。
这里简要介绍下该网络节点的梯形图功能应用。
嵌入式plc的系统软件中内置了温度转换函数，其功能是把热电偶毫伏信号对应的ad值转化成温度值。
适用于任意分度热电偶输入信号，应用于不同的控温场合，配合pid调节，使受控温度精度可达±1℃。
下面的梯形图程序就是把一路热电偶信号转换成温度值，该信号ad值放在d5000，转换后的温度值存放在d5160中。
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四、结束语笔者利用嵌入式plc芯片组开发的的plc产品的实例证明，本着软硬件可裁剪的原则，开发出的产品可以很好的满足用户的个性化需求，节约了硬件成本、缩短了研发周期，并且得到了许多强大的功能，相信它的出现必将使得plc生产厂家生产出越来越多的贴近终端市场的plc。
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