PLC—單片機—點陣液晶顯示器雙總線監控系統的研究分析

【摘要】依據計算機三總線的組成以及時序的配合，發現了PLC的總線結構。為了能使PLC的輸出總線和單片機能夠完全融合，使用84C55芯片作為連接載體，形成了一種最新的控制系統。本文主要闡述了單片機的工作原理，以及PLC地址以及各種數據的設計理念。與此同時，還詳細的介紹了點陣顯示器工作原理以及編程方法。

【關鍵詞】PLC；單片機；點陣顯示器；監控系統

自從進入二十一世紀以來，微電子以及計算機技術正在迅猛發展，隨著這種發展，使得PLC的運行速度以及工作效率大大提升，例如豐田公司的FX2a系列的PLC就是很好的一個例子，這種PLC的運行速度為1數百微妙，而這款PLC的基本指令則只有0.05μS。但從這款PLC上我們不難看出，在各方面已經達到相當完美的地步，這款PLC除了工作效率高、運行速度快以外，還增添了浮點運算，對于這款PLC的尋址方式而言，主要分成兩種，分別是直接尋址以及變址尋址。在整個PLC的程序執行中，主要分成了三個階段，即輸入數據、執行必要程序以及輸出數據。在執行程序的過程中，由于程序的長短不等，所以周期也是不一樣的。假設要生產出一個完美的監視系統，那么就必須選擇特定的PLC與通信口連接，但這樣做的話，相對應的成本也會很高。本文主要依據PLC系統的自身特點，從各方面分析了PLC系統的工作原理，以及點陣液晶顯示器監控系統的原理。

一、PLC軟件系統的電路

從圖1中我們可以很明顯的看出，PLC的輸出口被分成了兩個部分，其中一個專門用作PLC的遠程控制；而另一個則被用作是PLC的總線構成。其中，Y0-Y17構成了數據線DB，Y20-Y25構成了地址線，這個地址線和PLC的芯片82C55相互連接，圖中的Y27是整個PLC系統的輸出控制線，同時，Y27還是單片機的輸入和輸出信號。從該圖中，我們不難看出，82C55是PLC總線以及單片機的載體，通過82C55可以將單片機以及PLC軟件系統精密的聯系在一起。當該系統讀入信息之后，所有的信息都是PLC的輸出數據總線，而所有信息的讀寫操作都是由單片機來完成的。液晶顯示器的接口是根據顯示器的接口控制要求而精心設計的，液晶顯示器會通過單片機以及PLC控制接口。從圖中我們可以看出，PLC實際上有兩組線路，分別是單機片的高速總線以及PLC軟件系統的低速總線。無論是哪種總線，它們都必須經過82C55作為載體，實現最終的數據傳輸。

二、可編程控制器的時序配合以及結構

若要是想讓數據順利的傳輸出去，那么PLC的總線則必須按照時序關系來進行。對于可編程控制器而言，它的掃描速度非常慢，其數據和信息只有在掃描周期結束之后，才可以得出一組新數據，其工作效率遠遠不及單片機的工作效率，為了保證PLC的工作效率，只有通過芯片接口，讓兩總線之間的信息能夠相互傳輸。假如在PLC軟件系統中，有一個新信息等待輸出，那么圖中的Y27便會向單片機發出輸出信息信號，而單片機會在第一時間內反饋輸出信息，執行PLC信息的輸出程序。從圖2可編程控制器和單片機的時序圖中我們可以直觀的看出，Y17是PLC的控制信號，同時也是單片機中斷外設的申請信號；從之前的論述中我們知道，PLC的數據輸出信號非常慢，當單片機在讀入數據時，為了使其更加準確，當單片機在中斷程序的過程中，一般會盡量延遲2-4MS，當所有的信息和數據相對平穩之后，單片機再通過82C55作為載體，讀入數據。這樣做的目的是為了讓可編程控制器的數據和信息更加穩定，便于單片機更加準確的讀入信息。

三、點陣液晶顯示器和可編程控制器

點陣液晶顯示器一般有80000個顯示點，每10個顯示點便會構成一個字節，每一行有50個字節，從總數上講，一共有9700個字節。這種顯示模塊的用途非常廣泛，既可以用來顯示圖形，也可以用來顯示字符和數據。其中，漢字以及數據的點陣形式為24×24以及72×72等。對于點陣液晶顯示器的接口而言，它的接口有15跟，每一根都和可編程控制器直接相連。對于點陣顯示器而言，有一個最大的優點，即：其內部具有功能強大的I/O緩沖器；而且自身的容量也非常大，在存儲器的選擇方面，種類也相對較多，例如有隨機存儲器以及只讀存儲器等等。

圖3是整個點陣液晶顯示器的指令集，從指令集中我們可以直觀的看出，點陣液晶顯示器除了一般顯示器所具備的原始地址、顯示、列數以及分數等普遍的信息數據以外，還有一個其他顯示器所無法做到的功能，那就是設置光標，通過對顯示器的光標進行設置，可以使控制變得更加簡單、易于客戶操作，在對顯示器進行編程時，也較為方便。

四、可編程控制器線路接口的設計

單從軟件方面上講，可編程控制器大致可以將其分成兩種軟件系統，一種是PLC軟件系統，另一種則是單片機軟件系統。PLC軟件系統主要是過程控制，而單片機軟件系統主要是總線控制軟件。僅對于單片機軟件系統而言，又可以將其細分為三種，即總線時序配合軟件、點陣顯示器接口控制軟件以及其他軟件。

（一）可編程控制器（PLC）總線設計

從上圖中我們可以很明顯的看出，可編程控制器主要是由三種不同的部分組成，分別是：發出信號程序、地址組成程序以及地址信號、數據信號的輸出程序。

如果把地址數據信號放在所有程序之首，那么這些控制信號便很容易實現。可編程序控制器所控制的，一般都是順序開關量。當可編程序在對這些數據以及信息進行控制的過程時，所有的參數都會被確定好了的，每一位參數都有預設。

（二）可編程序控制器和單片機的接口設計

通過以上的論述中我們可以得出一個結論，即單片機的接口是通過PLC的時序配合來進行控制的。通過中斷服務程序可以對PLC的信息以及各種數據進行采集和分析，這對于單片機的電路以及點陣液晶顯示器的總體框架而言，具有通用性。

（三）單片機和PLC的控制接口

從整體性能上講，單片機和PLC的控制接口主要分為顯示內容的子程序、控制器的初始化、漢字顯示程序以及刷新顯示程序等等。其中PLC的初始化程序會根據之前所述的指令集，對顯示器的行列數以及顯示方式進行設計，與此同時，還會對顯示器的光標以及原始地址進行設計。

當PLC的主程序在對顯示程序進行使用之前，會根據情況判定是否有新的數據或信息傳輸進來，假設有新信息或者數據傳輸進來，則會顯示出其中的子程序。跳過顯示程序，自動執行其他程序。

參考文獻

[1]何衍慶周金壽可編程序控制器原理及應用技巧[M].北京化學工業出版社，2012：115-116.

[2]陳宇.可編程控制器基礎及編程技巧[M].華南理工大學出版社，2011：125-128.

[3]李維，郭強.液晶顯示應用技術[M].電子工業出版社， 2013：448-501.

[4]李華，孫曉華，等.系列單片機實用接口技術[M].北京：航空航天大學出版社，2013：331-333.