原创 使用梯形图编写工业控板程序（二）

    如何使用梯形图来写单片机程序，是目前网络上讨论得比较热烈的一个话题，这里根据自己的学习和研究写了一部分材料。需要说明的是，这并非实现这一技术的唯一方案（其实技术都是如此，哪有终极方案的，但这里还是要强调一下这一点），大家讨论过程中，可以根据自己的需要获取部分知识，这就足够了。

PLC简介

通常PLC指令较多，各种不同型号的PLC指令也各不相同。但用于逻辑量处理的指令并不多，各种型号的PLC此类指令也是大同小异。表1列出了某型PLC常用的指令及其含义。

本书不对PLC指令详细说明，读者如对这些指令的用法有疑问，可以找PLC教材阅读。

     2、梯形图转换方法分析

要使用梯形图的方式来编写单片机程序，关键是将梯形图转化为单片机可以识读的HEX格式文件。通常梯形图是用一些专用软件在PC机上绘制，如图1所示是一个简单的梯形图。

<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" />  

图1 梯形图例子

如果希望采用这种图形化方式来编程，就需要自行开发可以绘制梯形图的软件，限于条件，这种方案不考虑。

自行开发图形编程软件不考虑，那么就要对梯形图进一步进行分析。对应于梯形图，最终会形成一个指令表，如图1的梯形图，可以转换为如下所示的指令表：

LD    X000

OUT   C1   K5

LD    C1

SET   Y002

LD    X001 

RST   C1

LD    X002

RST   Y002

END

这是一种文本格式，文本处理较之图形要容易一些。因此，可以考虑编写一段程序，读入每一条指令，然后对其进行解释以直接生成HEX格式文件或者生成C语言源程序，最后编译、链接生成HEX格式文件。这种方式较之上述直接编写图形化软件要方便一些，但仍不是最佳选择。

绘制好的梯形图最终必须保存为文件，对文件分析可以得到诸多有用的信息。因此接下来对各条指令在文件中的保存情况进行分析，以找到每条指令与其保存代码之间的关系。

2.1  LD类指令

LD类指令功能是使常开触点与左母线连接。LD指令的操作元件可以是输入继电器X、输出继电器Y、辅助继电器M、状态继电器S、定时器T和计数器C中的任何一个。下面首先分析LD  S类指令。

ld   s* （*的取值从000~999）

         这是取状态继电器s触点的指令，s元件的个数最多为1000个，当PLC编程指令为：

Ld   s0

时，其对应的二进制代码为：

 00  20

而当PLC指令为：

LD  S999

时，其对应的代码为：

0xE7  0x23

不难看出，，代码中第一个数是元件号，第二个数是命令码，可以用来区分是哪一条指令。

接下来再分析LD  X类指令

指令：ld  x* （*的取值从0~255，用8进制表示）

经过分析，其代码为：* 24，即当指令为：LD X0时，其对应的代码为：00 24，而当指令为：LD  X377（377为8进制数，相当于十进制的255）时，其对应的代码为：00 FF。

分析了这两条指令，下面的指令都是类似的，就不再一一分析了，表2给出了指令与其代码之间的对应关系。

说明：S*中的*取值为000~999，M*中的*取值为 0000~1536，其余*的取值为0~255。在书写指令时，X和Y元件中的*用八进制书写，其他元件中的*均用十进制书写。如用指令格式书写PLC程序时，不会出现LD X8或LD Y9之类的指令，因为对X或Y操作时，其后数字必须是八进制。

可以出现

LD           S8或

LD           M9

之类的指令，因为这些操作数均用十进制表示。表格中代码所在行中的数均为16进制数，为简单起见，未加前缀0x。

LDI类指令称之为“取反指令”，其功能是使常闭触点与左母线连接。LDI指令的操作元件与LD类指令相同。其指令与代码关系如表3所示。

说明：S*中的*取值为000~999，M*中的*取值为 0000~1536，其余*的取值为0~255。在写指令时，X*，Y*中的*用八进制写法，其他均用十进制写法。表格中代码所在行中的数均为16进制数，为简单起见，未加前缀0x。

......更多的指令可以根据这里的提示自行分析

3.使用单片机处理PLC程序

PLC的工作过程是一个不断循环扫描的过程。每一次扫描过程包括：输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段，如图2所示。

图2 PLC程序的工作过程示意图

（1）输入采样阶段： PLC在输入采样阶段，首先扫描所有输入端，并将各输入端的状态存入对应的输入映像寄存器中。当输入映像寄存器被刷新后，进入程序执行阶段。

（2）程序执行阶段：不论梯形图如何画，是否有分支、块等，最终得到的指令序列是一个一维的指令序列。PLC按顺序逐句扫描执行程序。当指令中涉及输入状态时，CPU从输入映像寄存器中读取输入状态，而不是直接去读输入端的状态。当指令需要输出时，CPU将待输出的数据送到输出映像寄存器，而不是直接进行输出。当指行到结束指令END时，结束程序执行阶段，进入输出刷新阶段。

（3）输出刷新阶段：当用户程序执行结束后，输出映像寄存器中所有输出继电器的状态，在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，并最终驱动执行机构（晶体管、继电器等动作）。

输出刷新阶段完成后，转到输入采样又开始下一轮循环，只要PLC不断电，这个循环就会一直不停地工作下去。

3．1 整体流程

使用单片机来处理PLC程序时，也必须按照这一工作过程来进行，如图3所示是这个处理程序的总流程示意图。

图3 主程序流程图

程序开始运行后，首先对内存、定时器、I/O口等进行初始化；然后读入X元件值，即输入采样；随后进入逐条取指令-执行指令的阶段，每取一条指令先判断该指令是否是END指令，如果不是则要对每一条指令进行分析判断并执行，执行完一条指令后转去取下一条指令并分析执行，如此循环不断；当取到END指令时，进入输出刷新阶段，将Y值通过I/O口输出。

从前面的分析可以看出，每一条指令都有其特定的操作码，因此，对操作码进行判断就能知道这条指令要做的工作；除了诸如NOP、END等少数指令外，大部分指令都用操作数表示了操作对象、参数等特性。因此，编程时先找出操作码，然后通过一个switch语句来区分，根据指令的用途查找这条指令的操码，并且最终完成这条指令的操作。

根据这样的思路，写出了程序，下面是指令处理的部分程序：

for（；；）

{     InPut（）；                               //读输入数据，即输入采样。

/*从这里开始一次读指令-处理指令的过程，直到所有指令执行完毕，遇到结束指令END，才能退出这个无限循环*/

       for（i=0；；）                              //i的增加由循环内部控制

       {    

              pCode[0]=Code；