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F3U源码STM32仿三菱PLC底层实现

news 2026/3/27 0:23:50

项目概述

这个项目实现了基于STM32的仿三菱PLC底层系统，提供了类似三菱FX系列PLC的功能，包括梯形图编程、I/O处理、通信协议等核心功能。

系统架构

+-----------------------+|应用层||(梯形图程序/ST语言)|+----------+------------+||执行引擎 v+----------+------------+|PLC运行时系统||+-------------------+|||任务调度器|||+-------------------+|||I/O管理器|||+-------------------+|||通信协议栈|||+-------------------+|||数据存储区|||+-------------------+|+----------+------------+||硬件抽象 v+----------+------------+|STM32 HAL层|+----------+------------+||寄存器访问 v+----------+------------+|STM32 MCU|+-----------------------+

核心功能实现

1. 任务调度器

// plc_scheduler.c#include"plc_scheduler.h"#include"stm32f3xx_hal.h"#defineMAX_TASKS8#defineTICK_PERIOD_MS1typedefstruct{void(*task_func)(void);uint32_tinterval;uint32_tlast_run;}Task;staticTask task_list[MAX_TASKS];staticuint8_ttask_count=0;staticvolatileuint32_tsystem_tick=0;// SysTick中断处理函数voidSysTick_Handler(void){system_tick++;}voidscheduler_init(void){// 配置SysTick为1ms中断HAL_SYSTICK_Config(SystemCoreClock/1000);HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn,0,0);}voidscheduler_add_task(void(*task)(void),uint32_tinterval_ms){if(task_count<MAX_TASKS){task_list[task_count].task_func=task;task_list[task_count].interval=interval_ms;task_list[task_count].last_run=0;task_count++;}}voidscheduler_run(void){while(1){uint32_tcurrent_tick=system_tick;for(inti=0;i<task_count;i++){if((current_tick-task_list[i].last_run)>=task_list[i].interval){task_list[i].task_func();task_list[i].last_run=current_tick;}}// 进入低功耗模式__WFI();}}

2. I/O管理器

// plc_io.c#include"plc_io.h"#include"main.h"// 输入/输出映像寄存器staticuint8_tinput_image[16]={0};staticuint8_toutput_image[16]={0};// 特殊功能寄存器#defineM_SF_BASE0x1000staticuint16_tspecial_registers[M_SF_SIZE];voidio_init(void){// 初始化GPIOMX_GPIO_Init();// 初始化特殊寄存器for(inti=0;i<M_SF_SIZE;i++){special_registers[i]=0;}}voidupdate_input_image(void){// 更新数字输入input_image[0]=(GPIOC->IDR&GPIO_IDR_0)?1:0;// X0input_image[1]=(GPIOC->IDR&GPIO_IDR_1)?1:0;// X1// ... 其他输入点// 更新模拟输入// ADC读取代码...}voidupdate_output_image(void){// 更新数字输出HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_0,output_image[0]?GPIO_PIN_SET:GPIO_PIN_RESET);// Y0HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_1,output_image[1]?GPIO_PIN_SET:GPIO_PIN_RESET);// Y1// ... 其他输出点}uint8_tread_input(uint8_taddress){if(address<sizeof(input_image)){returninput_image[address];}return0;}voidwrite_output(uint8_taddress,uint8_tvalue){if(address<sizeof(output_image)){output_image[address]=value;}}

3. 通信协议栈 (Modbus RTU)

// plc_modbus.c#include"plc_modbus.h"#include"usart.h"#defineMODBUS_SLAVE_ADDR0x01#defineMODBUS_BUFFER_SIZE256staticuint8_trx_buffer[MODBUS_BUFFER_SIZE];staticuint8_ttx_buffer[MODBUS_BUFFER_SIZE];staticuint16_trx_index=0;voidmodbus_init(void){// 初始化USARTMX_USART2_UART_Init();// 启用接收中断HAL_UART_Receive_IT(&huart2,&rx_buffer[0],1);}voidprocess_modbus_frame(uint8_t*frame,uint16_tlength){if(length<4)return;uint8_taddr=frame[0];uint8_tfunc=frame[1];if(addr!=MODBUS_SLAVE_ADDR)return;switch(func){case0x03:// 读保持寄存器handle_read_holding_registers(frame,length);break;case0x06:// 写单个寄存器handle_write_single_register(frame,length);break;// 其他功能码...}}voidhandle_read_holding_registers(uint8_t*frame,uint16_tlength){uint16_tstart_addr=(frame[2]<<8)|frame[3];uint16_treg_count=(frame[4]<<8)|frame[5];// 准备响应tx_buffer[0]=MODBUS_SLAVE_ADDR;tx_buffer[1]=0x03;tx_buffer[2]=reg_count*2;// 填充寄存器值for(inti=0;i<reg_count;i++){uint16_treg_value=read_holding_register(start_addr+i);tx_buffer[3+i*2]=(reg_value>>8)&0xFF;tx_buffer[4+i*2]=reg_value&0xFF;}// 计算CRCuint16_tcrc=calculate_crc(tx_buffer,3+reg_count*2);tx_buffer[3+reg_count*2]=crc&0xFF;tx_buffer[4+reg_count*2]=(crc>>8)&0xFF;// 发送响应HAL_UART_Transmit(&huart2,tx_buffer,5+reg_count*2,100);}

4. 梯形图执行引擎

// plc_ladder.c#include"plc_ladder.h"#include"plc_io.h"// 梯形图元素类型typedefenum{LD,// 常开触点LDI,// 常闭触点AND,// 与ANI,// 与非OR,// 或ORI,// 或非OUT,// 输出线圈SET,// 置位RST,// 复位TON,// 通电延时定时器TOF,// 断电延时定时器CTU,// 加计数器CTD// 减计数器}LadderElementType;// 梯形图网络typedefstruct{LadderElementType type;uint16_toperand1;uint16_toperand2;uint16_tnext;}LadderNetwork;// 预定义的梯形图程序constLadderNetwork ladder_program[]={{LD,0x0000,0,1},// 常开触点X0{OR,0x0010,0,2},// 或X1{AND,0x0001,0,3},// 与X1{OUT,0x0100,0,0},// 输出Y0{LD,0x0002,0,5},// 常开触点X2{TON,0x0200,100,0},// 定时器T0, 10秒{LD,0x0200,0,7},// 常开触点T0{OUT,0x0101,0,0},// 输出Y1{LD,0x0003,0,9},// 常开触点X3{CTU,0x0300,10,0},// 计数器C0, 10次{LD,0x0300,0,11},// 常开触点C0{OUT,0x0102,0,0}// 输出Y2};voidexecute_ladder_network(uint8_tnetwork_id){constLadderNetwork*net=&ladder_program[network_id];staticuint8_trung_state=0;switch(net->type){caseLD:rung_state=read_input(net->operand1);break;caseLDI:rung_state=!read_input(net->operand1);break;caseAND:rung_state&=read_input(net->operand1);break;caseANI:rung_state&=!read_input(net->operand1);break;caseOR:rung_state|=read_input(net->operand1);break;caseORI:rung_state|=!read_input(net->operand1);break;caseOUT:write_output(net->operand1,rung_state);break;caseTON:// 定时器处理break;caseCTU:// 计数器处理break;// 其他元素处理...}if(net->next){execute_ladder_network(net->next);}}voidexecute_ladder_program(void){for(inti=0;i<sizeof(ladder_program)/sizeof(LadderNetwork);i++){execute_ladder_network(i);}}

主程序结构

// main.c#include"stm32f3xx_hal.h"#include"plc_scheduler.h"#include"plc_io.h"#include"plc_modbus.h"#include"plc_ladder.h"intmain(void){HAL_Init();SystemClock_Config();// 初始化各模块io_init();modbus_init();scheduler_init();// 添加任务scheduler_add_task(update_input_image,10);// 10msscheduler_add_task(execute_ladder_program,20);// 20msscheduler_add_task(update_output_image,10);// 10msscheduler_add_task(modbus_poll,5);// 5ms// 启动调度器scheduler_run();while(1){}}