单片机与PLC循环控制软、硬件比较

丁文权

（滁州职业技术学院，安徽 滁州 239000）

一、前言

单片机与PLC 是自动控制技术中两个重要的器件，对于很多控制任务和控制要求，无论采用单片机方案还是PLC 方案都能够完成。曾从事过这两种控制系统设计的人员会发现，对于同样的循环控制任务和控制要求，两种器件在软、硬件的设计上有着不同的思路，特别是在循环控制程序的设计上有着天壤之别。

现实中，流水彩灯在我们的生活当中无处不在，例如：每当节假日的时候，为了烘托节日喜庆的气氛，在很多建筑物的周围都有很多亮丽的流水彩灯。还有就是商场店铺的广告牌，为了能够吸引顾客的注意，它们的周围也有各式各样的彩灯。可见它们的存在更加衬托了生活的绚丽多彩。

由于流水彩灯既具有实际意义，而且随着彩灯控制规模不同，控制的难度可以不同，它可以作为一个案例进行论题的分析；且随着控制难度的增加，可以进行更深一步的研究，故本文以闪烁流水灯循环控制线路为例，来对单片机与PLC 循环控制软、硬件设计进行比较。

二、单片机与PLC 发射型闪烁流水灯控制软、硬件设计

下面先利用PLC 设计闪烁流水灯循环控制线路，接着再利用单片机实现相同的控制功能，从而比较一下两种设计在软、硬件上的不同。

（一）发射型闪烁流水灯控制要求：

按下启动按键时，附图1 中的灯从内向外发射型闪烁：L1 亮0.5s 后灭，接着L2、L3、L4、L5 亮0.5s后灭，接着L6、L7、L8、L9 亮0.5s 后灭，接着L1 亮，0.5s 后灭……如此循环。按下停止按键时，所有灯都熄灭。

附图1 发射型闪烁流水灯图

（二）PLC 方案的硬件电路图与程序（软件）：

1、I/O 硬件接线图

以SIMATIC S7-200 系列PLC 为例，如附图2所示。

附图2 I/O 硬件接线图

2、I/O分配表

分别给启动按键、停止按键和L1～L9分配如表1 所示的PLC 输入／输出点。

表1 I/O分配表

3、梯形图程序

根据发射型闪烁流水灯控制要求设计的梯形图程序，如附图3 所示。

附图3 梯形图程序

（三）单片机方案的硬件电路图与程序（软件）：

1、硬件功能框图

根据本控制的要求我们可以发现，硬件部分共有三个功能：开关输入，发光二极管输出，单片机控制。所以硬件功能框图如附图4 所示。

附图4 硬件功能框图

2、设计硬件电路图

以Atmel 公司的单片机AT89C51 为例，硬件接线图中，K1 为启动按键，K2 为停止按键，如附图5所示。

附图5 硬件电路图

3、设计软件程序（C 语言）。

根据发射型闪烁流水灯控制要求设计的C 语言程序，如下所示。

三、两种软、硬件设计的比较

（一）硬件设计的区别

1、硬件组成

单片机是将计算机的基本环节：如CPU，存储器，总线，输入输出接口等，采用集成电路技术集成在一块硅基片上。因此，从控制的观点，我们也常称它为单片控制器。PLC的硬件系统主要由五部分组成：CPU、存储器模块、输入输出模块、编程器、电源，是一个复杂的嵌入式系统。CPU 是两者的控制中枢，起运算和控制的作用。存储器主要功能是存储程序和数据。单片机具有最简单的输入输出结构，PLC的输入/输出接口部分采取了光电隔离、滤波等抗干扰技术措施。

单片机的工作电源是直流5V，PLC 内部有一个专用的开关式稳压电源，将交/直流供电电源转换为PLC 内部电路需要的工作电源（5V 直流）。PLC 目前大量的应用单片机制成，PLC 是单片机在继电器控制系统中的应用。

2、工作过程

（1）都是从输入接口接收来自外界的信息存入存储器。这些信息主要包括两部分的来源，一部分是来自于诸如温度、压力等传感器的信息；另一部分是来自人工干预的一些手动信息，如开关、按钮等；

（2）CPU 根据存储器中的程序对输入的数据进行高速运算处理，不断重复，使系统正常运行；

（3）将运算处理的结果通过输出接口送去控制执行机构，如继电器，电机，灯泡，LED 等。

3、应用场合

由于单片机体积小，功能强，因而广泛用于电子设备中做控制器之用。目前，大到导弹火箭国防尖端武器，小至电视机微波炉等现代家用电器，都运用单片机作为控制器。单片机又以其体积小，重量轻，价格便宜等优势广泛应用于仪器仪表以及小型控制系统。PLC 以其高可靠性，使用简便等优点，且具有丰富的扩展模块和联网能力，可以做成大型的复杂的控制系统，一般用于工业控制领域。

（二）软件设计的区别

1、程序语言和下载

PLC 采用梯形图或逻辑语句来编程，而单片机采用汇编语言或高级语言来编程，它们的程序编制过程都要考虑硬件。单片机编程不易掌握，首次程序开发工作量大，需要很专业的人员去做。而PLC 编程，比较简单，可以利用梯形图设计，这是一种高级语言,它相对单片机的程序设计屏蔽了一些硬件细节，开发周期要短。

单片机与PLC的程序都是可通过一定的方式经计算机下载的，单片机一般都是将已设计好的程序固化在存储器中，清除重新编写次数有限。PLC 对于不同控制系统的程序可将存储器中的程序反复清除，重新编写。它是使用编程器进行编程，现在一般都使用个人电脑进行编程，将编写好的程序通过编程电缆下载到PLC的用户存储器中。

2、程序循环运行

工作方式不一样，传统的PLC 采用循环扫描的工作方式+中断，PLC 程序运行主要特点是：程序循环扫描执行。而单片机采用顺序程序+中断的方式工作，单片机不是从上往下对输入输出程序等进行循环扫描工作，单片机的运行方式由具体程序决定，一般主程序为循环程序。这与上面的发射型闪烁流水灯控制程序中设计有明显的区别：由于PLC 是自动循环扫描的工作方式，程序中就不需要加入循环语句，而单片机的主程序中就必须加入while(1)语句，否则发射型闪烁流水灯的控制将不会有绚丽的流水效果。

四、结束语

由以上实例的比较可以明显看出单片机方案不论在硬件设计还是软件（程序）设计上都比PLC 方案要复杂。对于从事控制系统设计的人，在很多时候都会面临在核心控制元件的选择上究竟是采用PLC 还是单片机的问题。由于对于很多控制任务和要求无论采用单片机方案还是PLC 方案都能够完成，所以我们要详细分析对于一个具体的设计任务，究竟哪种方案能够实现用相对较低的设计成本达到更为理想的控制效果。要找到这个问题的答案，我们就必须仔细研究单片机与PLC的联系和区别。

本文只是初步通过对单片机和PLC的循环控制软、硬件比较得出了一些结论，为想了解单片机和PLC 这两种技术的人员提供一些微薄之力。对于本文提到的一些结论，在理解上要灵活对待。比如我们一般认为设计控制系统采用单片机方案比PLC 方案廉价，这一点就不是绝对的，因为设计的开支包括“硬”和“软”两个方面，单片机方案在硬件开支方面确实比PLC 廉价，但由于开发难度大，所以在人力的消耗上往往却比PLC 多很多。因此对于控制系统设计方案选择这个问题，设计人员要针对具体问题进行综合考虑，这样才能使设计出的控制系统具有令人满意的性价比。

[1]蔡行健，黄文钰，李娟.深入浅出西门子S7-200 PLC（第三版）[M].西门子(中国)有限公司工业自动化与驱动技术集团，北京：航空航天大学出版社，2007.

[2]李广地，朱月秀，王秀山.单片机基础.[M].北京：北京航空航天大学出版社（修定版），2007.