基于STM32F103的仿三菱PLC系统设计与实现：详细原理图与程序

基于STM32F103的仿三菱PLC系统设计与实现

前言

可编程逻辑控制器（PLC）是现代工业自动化控制的重要设备之一。三菱PLC以其高性能和可靠性在工业界广受欢迎。然而，基于成本和学习的需要，使用STM32F103微控制器仿三菱PLC的功能成为一种可行且有趣的尝试。本文将详细介绍如何基于STM32F103设计并实现一个仿三菱PLC的系统，包括原理图、软件流程图及完整的程序代码。希望通过本文的学习，读者能够掌握STM32微控制器与PLC的基本知识，并能够实现类似的系统开发。

系统概述

目标与要求

设计并实现一个基于STM32F103的仿三菱PLC系统，要求包括：

• 基本的PLC功能，如输入输出控制、定时器和计数器等。
• 简单的用户界面，显示系统状态和日志。
• 稳定可靠的通信功能，与PC或其他设备进行数据交互。

系统组成

硬件设计

STM32F103微控制器

STM32F103系列微控制器具有高性能、低功耗和丰富的外设接口，是嵌入式系统开发的理想选择。主要特性包括：

• ARM Cortex-M3内核
• 最高72MHz主频
• 多个GPIO、ADC、DAC、UART、SPI、I2C等外设

原理图设计

数字输入输出模块

数字输入输出模块用于读取外部数字信号和控制外部数字设备，如传感器、继电器等。

Digital Input: PA0-PA7
Digital Output: PB0-PB7

模拟输入输出模块

模拟输入输出模块用于读取外部模拟信号和控制外部模拟设备，如传感器、变频器等。

Analog Input: ADC1 (PA0-PA3)
Analog Output: DAC1 (PA4, PA5)

通信接口

通信接口用于与PC或其他设备进行数据交互。常用的接口包括UART和RS485。

UART1: PA9 (TX), PA10 (RX)
RS485: PB10 (DE), PB11 (RE), PB12 (TX), PB13 (RX)

显示屏接口

显示屏接口用于连接LCD或OLED显示屏，显示系统状态和日志信息。

OLED I2C: PB6 (SCL), PB7 (SDA)

软件设计

软件架构

软件架构分为以下几个模块：

1. 硬件抽象层（HAL）：提供对STM32外设的基本操作接口。
2. PLC功能模块：实现基本的PLC功能，如逻辑控制、定时器、计数器等。
3. 通信模块：实现与PC或其他设备的数据通信。
4. 用户界面模块：实现系统状态和日志信息的显示。

软件流程图

系统初始化流程

1. 系统时钟配置
2. 外设初始化（GPIO、ADC、DAC、UART、I2C等）
3. 显示屏初始化
4. 通信模块初始化
5. PLC功能模块初始化

主循环流程

1. 读取输入信号（数字输入、模拟输入）
2. 执行PLC逻辑
3. 更新输出信号（数字输出、模拟输出）
4. 刷新显示屏
5. 处理通信数据
6. 循环执行

代码实现

主程序

#include "main.h"
#include "gpio.h"
#include "adc.h"
#include "dac.h"
#include "usart.h"
#include "i2c.h"
#include "lcd.h"
#include "plc.h"
#include "comm.h"

void SystemClock_Config(void);

int main(void)
{
   
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  
  MX_GPIO_Init();
  MX_ADC1_Init();
  MX_DAC_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_I2C1_Init();
  LCD_Init();
  PLC_Init();
  Comm_Init();

  while (1)
  {
   
    PLC_ReadInputs();
    PLC_ExecuteLogic();
    PLC_UpdateOutputs();