基于PLC系统的两线连接型数显仪表的设计

　　0 引言

　　可编程逻辑控制器简称PLC(Programmable Logic Controller)，具有编程简单、可靠性高、通用性强和使用方便等特点，广泛应用于工业控制中的各类生产过程[1>。目前的PLC系统多用指 示灯来显示生产过程或设备的状态信号，或借助于专用的人机界面(HMI)、工业PC来显示过程变量或设置系统参数。HMI和IPC不仅增加了PLC系统的 成本，而且无法适应高温、高湿热、多粉尘的工作环境。基于LED的数显仪表具有环境适应性强、显示直观、醒目等优点，可以满足某些工业现场的特殊显示需 求。然而，如果使用PLC系统的I/O直接驱动数码管进行显示，则需要占用大量的PLC系统I/O资源。本文采用单片机和程序控制技术，通过特定的传输时 序，只需使用PLC系统的2个I/O点即可实现其参数显示。

　　1 硬件设计

　　以STC89C51为核心实现的PLC系统两线连接型数显仪表的硬件组成如图1所示。整个硬件系统 主要由STC89C51单片机、输入接口、程序下载接口、数码管显示驱动电路、按键输入(可选)和报警输出(可选)等部分组成。STC89C51和标准 80C51保持硬件结构和指令系统兼容，提高了时钟速率，扩充了在系统编程(ISP)、在应用编程(IAP)、电源欠压检测与复位、看门狗复位等功能，其 I/O口经过了特殊的设计，使其在工业控制环境中具有极高的可靠性。

　　1.1 PLC系统输入接口

　　PLC系统通过两个输出点将显示数据按照一定的时序传给数显仪表。PLC系统一般有继电器出、可控 硅输出、晶体管输出和24V直流电压输出等多种形式可供选择，一般使用其晶体管输出或24V输出形式经过相应的转换电路连接数显仪表。为了适应两种输出形 式，采用光电耦合器统一将PLC系统的输出信号转换为TTL电平信号。如果PLC系统的输出形式为24VDC，例如西门子的S7系列PLC，则PLC输出 与光电耦合器输入侧的连接如图2所示。如果PLC系统的输出为晶体管集电极开路或漏极开路输出，如三菱的FX系列PLC，则PLC输出与光电耦合器输入侧 的连接如图3所示。无论采用何种连接方式，转换后进入STC89C51单片机的信号逻辑都与PLC系统的输出逻辑保持一致。使用光电耦合器实现信号转换， 有利于提高系统的抗干扰能力，因为干扰信号即使具有较高的电压幅值，但其能量相对较小，形成的微弱电流一般不足以使光电耦合器导通。转换后的两路信号分别 作为数据线和时钟线，连接到单片机的两个外中断输入引脚，便于使用中断方式传输显示数据。

　　1.2 程序下载接口

　　借助于ISP编程功能，可以通过RS-232C接口将程序代码从计算机下载到单片机内部的 Flash中。程序下载接口一般设计为标准的RS-232接口，使用一片MAX232转换芯片即可实现。