简易型 PLC 实验

丝瓜***

论坛上有PLC相关的贴子，但我看了，感觉都做得太高大上了，有点浪费啊，
本身就是想着省钱和省学习成本，搞到和真的PLC一样就和初衷相异了。
工厂里好多自动和半自动的设备，好多就3-5个输入，3-5个输出，且非常简单，
但设备不便宜，每次要调参数要叫厂家来，车马费是少不了的，且时间上不好控制。

我就想能不能做不个简单的标准“工控板”，再做一个简单的上位机。
这样简单明了，产线的技术员都可以随时根据机器调整相关参数。


大佬们认为可行吗？


Ai8051U-32Bit 简易 PLC 项目 使用与说明文档
一、项目概述
本项目基于 STC Ai8051U-32Bit 单片机，实现一台简易 PLC（可编程逻辑控制器）。上位机通过 USB-HID 下发规则表，MCU 采集数字量/模拟量输入，按规则延时驱动输出，并实时上报状态变化。

核心特性：

8 路数字输入 + 7 路模拟输入 + 16 路输出
规则化控制：边沿触发 / 区间触发，独立延时（毫秒/秒/分钟三级单位）
双重校验（包级 CRC8 + 表级累加和），数据安全可靠
变化主动上报 + 10 秒心跳，实时监控
上位机 C# WinForms，纯 Win32 API 访问 HID，无第三方依赖
二、硬件资源分配
2.1 输入
类型        引脚        说明
数字输入        P1.0 ~ P1.7        准双向口，检测上升/下降/任意变化
模拟输入        P0.0 ~ P0.6        ADC 通道 8~14，高阻输入，区间触发
内部校准        ADC 通道 15        内部 1.19V 基准，反推 AVcc 做精度补偿
2.2 输出（推挽，外部经三极管/光耦隔离）
通道号        引脚        模式配置
0 ~ 7        P2.0 ~ P2.7        推挽输出
8 ~ 14        P4.0 ~ P4.6        推挽输出（P4.7 不用，保持高阻）
15        P3.5        推挽输出
上电初值全部为高电平（继电器不动作）。

2.3 其他资源
资源        用途
T0（12T，16位自动重载）        产生 1ms 系统节拍，规则延时计时
P3.0 / P3.1        USB D- / D+，不可接其它电路
系统时钟        24MHz，须与 ISP 下载设置一致
三、功能说明
3.1 规则模型
每条规则 12 字节，结构如下：

字节        字段        取值
+0        src_type        0=数字输入，1=模拟输入
+1        src_ch        数字 0~7→P1.x；模拟 8~14→P0.0~P0.6
+2        trig_mode        0=上升(低变高)，1=下降(高变低)，2=任意变化
+3~4        th_low_mv        模拟触发下限 mV（低字节在前）
+5~6        th_high_mv        模拟触发上限 mV（低字节在前）
+7        out_ch        0~7→P2.x，8~14→P4.x，15→P3.5
+8        act_level        0=置低，1=置高
+9~10        delay_val        延时值（低字节在前）
+11        time_unit        0=毫秒，1=秒，2=分钟
延时能力：delay_val 最大 65535；毫秒模式最长 65 秒，秒模式最长约 18 小时，分钟模式最长约 45 天。

3.2 规则约束
唯一性：同一（输入 + 输出）组合只能有一条规则。下发重复时，后者覆盖前者。
扇出限制：1 个数字输入最多关联 4 条输出规则。
模拟通道：建议一路模拟输入只对应一条规则，避免区间上报重复（上位机会提示）。
3.3 触发逻辑
数字输入：检测到符合 trig_mode 的电平变化 → 启动延时 → 延时到 → 按 act_level 驱动输出。
模拟输入：电压进入 [下限, 上限] 区间 → 上报"进入" + 启动延时；离开区间 → 上报"离开"。
3.4 主动上报
包类型        首字节        说明
事件包        0x81        [1]=类型，[2]=通道，[3~4]=数值，[63]=CRC8
心跳包        0x82        [1~2]=系统毫秒低16位，[63]=CRC8，每 10 秒一次
事件类型：1=数字输入变化，2=输出变化，3=模拟进入区间，4=模拟离开区间。

四、通信协议
每包固定 64 字节。

4.1 命令表
命令        方向        内容        应答
0x01        PC→MCU        [1]=总条数        无
0x02        PC→MCU        [1]=包序号，[2~61]=最多5条规则，[62]=CRC8([0~61])        无（静默接收）
0x03        PC→MCU        [1]=总条数，[2]=12×N 累加和低8位        0xA5 生效 / 0x5A 失败
0x04        PC→MCU        无        0xA4 + 状态数据
0x05        PC→MCU        无        无（输出全复位）
0x06        PC→MCU        无        无（停止所有计时）
4.2 校验机制
层级        方法        失败处理
包级（0x02）        CRC8（多项式 0x07，初值 0，不反转），覆盖 [0~61]        整包丢弃，不写入规则表
表级（0x03）        总条数比对 + 12×N 字节累加和（低8位）+ 约束检查        回 0x5A，清空整表
应答包        整包 CRC8（[63] 字节）        上位机丢弃异常应答
4.3 状态回传（0x04，回复 64 字节）
偏移        内容
[0]        0xA4 应答标识
[1]        有效规则数
[2]        已接收规则数
[3]        P1 数字输入电平（bit0~7 = P1.0~P1.7）
[4]        P2 输出实际电平
[5]        P4.0~P4.6 输出电平
[6]        bit0 = P3.5 输出电平
[7~10]        规则计时状态位图（32 位）
[11~24]        7 路 ADC 电压 mV（每路 2 字节，低字节在前）
[25~26]        AVcc 推算值 mV
[63]        整包 CRC8
五、工程建立与烧录
5.1 MCU 侧（Keil C251）
新建工程，器件选择 Ai8051U-32Bit；
将 stc_usb_hid_32g.LIB 与 stc_usb_hid.h 复制到工程目录，.LIB 添加到工程；
把 main.c 加入工程编译；
使用 ISP 工具下载，IRC 频率必须设为 24MHz；
下载时确认 USB 线仅连接 P3.0/P3.1，无其它电路干扰。
5.2 上位机侧（Visual Studio / .NET Framework）
新建 WinForms 项目；
加入 HidDevice.cs、PlcProtocol.cs、Form1.cs；
按实际固件修改 Form1.cs 中的 VID / PID；
编译运行。
六、操作步骤
6.1 首次连接
单片机上电，用 USB 线连接 PC；
打开上位机，点击「连接设备」；
状态栏显示 已连接 VID=... PID=... 即成功；
若提示"未找到设备"，检查 VID/PID 是否与固件一致、USB 线是否只连 P3.0/P3.1。
6.2 编辑与下发规则
在表格中勾选"启用"列（未勾选的行不下发）；
逐行选择：源类型、源通道、触发方式、上下限、输出通道、动作电平、延时值、单位；
点击「下发规则表」；
日志显示"下发成功，N 条规则已生效"即完成；
若显示失败，检查是否条数超限、校验不符、或存在同输入同输出冲突。
6.3 查看状态
自动刷新：每 200ms 自动读回一次，界面顶部实时显示 P1 输入、16 路输出电平、7 路 ADC 电压、AVcc；
手动读回：点击「读回状态」，日志额外显示规则数与接收数；
心跳：收到 0x82 后显示"心跳: 正常"，每 10 秒刷新。
6.4 紧急操作
按钮        作用
输出全复位        所有输出立即置高（发 0x05）
停止所有计时        取消所有正在计时的规则（发 0x06）
6.5 事件日志
P1.x 变高/低：数字输入电平变化；
P2.x/P4.x/P3.5 变高/低：输出电平变化；
AD P0.x 进入/离开区间 xxx mV：模拟量进/出触发区间。
七、注意事项
7.1 硬件
P3.0/P3.1 为 USB 专用，不可接 LED、按键等，否则影响下载与通信；
ADC 输入口必须设为高阻输入，本项目已在 Io_Init 中配置 P0M1=0xFF；
ADC 电源打开后需等待约 1ms 稳定，本项目已等待 2ms；
P4.7 上电有约 6.5ms 高电平，本项目不使用，保持高阻；
I/O 总灌/拉电流不超过 60mA，输出务必经三极管/光耦隔离；
建议在电源端加防反接与自我保护电路。
7.2 软件
系统时钟必须为 24MHz，否则 1ms 节拍与延时全错；
trig_mode 编码三处必须一致：0=上升、1=下降、2=任意；
修改延时单位后，delay_val 上限仍为 65535，注意不要超出所选单位的能力；
规则表下发的顺序必须与上位机累加顺序一致（包序号递增、包内规则顺序），否则 0x03 校验失败；
若 MCU 回 0x5A，规则表已清空，需重新下发完整表。
7.3 常见问题
现象        可能原因        处理
连不上设备        VID/PID 不符        核对固件与上位机常量
连不上设备        USB 线接了其它器件        检查 P3.0/P3.1 连线
下发失败（0x5A）        条数不符/累加和不符/规则冲突        检查启用行、模拟通道重复、同输入同输出
状态读回超时        MCU 未运行/时钟不对        确认 24MHz、程序已下载
延时不准        时钟非 24MHz        重新设置 ISP 频率
ADC 数值异常        输入口非高阻        检查 P0M1 配置
八、文件清单
文件        说明
main.c        MCU 主程序（单文件，含 I/O、定时器、ADC、规则、上报、协议）
stc_usb_hid.h / stc_usb_hid_32g.LIB        STC 官方 USB-HID 库
HidDevice.cs        上位机底层 USB-HID 访问类（Win32 API）
PlcProtocol.cs        上位机协议层（CRC8、下发、读回、上报解析）
Form1.cs        上位机界面（规则编辑、状态显示、日志）
九、协议速查卡（下发一条规则示例）
场景：P1.0 上升沿 → 延时 2 秒 → P2.0 置低

规则 12 字节：

00 00 00 00 00 00 00 00 00 02 00 01
│  │  │  └─┬─┘ └─┬─┘ │  │  └─┬─┘ │
│  │  │    │     │   │  │    │   └ time_unit=1(秒)
│  │  │    │     │   │  │    └──── delay=0x0002=2
│  │  │    │     │   │  └───────── act_level=0(置低)
│  │  │    │     │   └──────────── out_ch=0(P2.0)
│  │  │    │     └──────────────── th_high=0 (数字输入不用)
│  │  │    └────────────────────── th_low=0  (数字输入不用)
│  │  └─────────────────────────── trig_mode=0(上升)
│  └────────────────────────────── src_ch=0(P1.0)
└───────────────────────────────── src_type=0(数字)

下发流程：

0x01 包：[1]=1
0x02 包：[1]=0，[2~13]=上面12字节，其余填0，[62]=CRC8
0x03 包：[1]=1，[2]=12字节累加和低8位
收到 0xA5 即生效
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