F3U源码STM32仿三菱PLC底层实现

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#includeplc_scheduler.h#includestm32f3xx_hal.h#defineMAX_TASKS8#defineTICK_PERIOD_MS1typedefstruct{void(*task_func)(void);uint32_tinterval;uint32_tlast_run;}Task;staticTask task_list[MAX_TASKS];staticuint8_ttask_count0;staticvolatileuint32_tsystem_tick0;// 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_countMAX_TASKS){task_list[task_count].task_functask;task_list[task_count].intervalinterval_ms;task_list[task_count].last_run0;task_count;}}voidscheduler_run(void){while(1){uint32_tcurrent_ticksystem_tick;for(inti0;itask_count;i){if((current_tick-task_list[i].last_run)task_list[i].interval){task_list[i].task_func();task_list[i].last_runcurrent_tick;}}// 进入低功耗模式__WFI();}}2. I/O管理器// plc_io.c#includeplc_io.h#includemain.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(inti0;iM_SF_SIZE;i){special_registers[i]0;}}voidupdate_input_image(void){// 更新数字输入input_image[0](GPIOC-IDRGPIO_IDR_0)?1:0;// X0input_image[1](GPIOC-IDRGPIO_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(addresssizeof(input_image)){returninput_image[address];}return0;}voidwrite_output(uint8_taddress,uint8_tvalue){if(addresssizeof(output_image)){output_image[address]value;}}3. 通信协议栈 (Modbus RTU)// plc_modbus.c#includeplc_modbus.h#includeusart.h#defineMODBUS_SLAVE_ADDR0x01#defineMODBUS_BUFFER_SIZE256staticuint8_trx_buffer[MODBUS_BUFFER_SIZE];staticuint8_ttx_buffer[MODBUS_BUFFER_SIZE];staticuint16_trx_index0;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(length4)return;uint8_taddrframe[0];uint8_tfuncframe[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(inti0;ireg_count;i){uint16_treg_valueread_holding_register(start_addri);tx_buffer[3i*2](reg_value8)0xFF;tx_buffer[4i*2]reg_value0xFF;}// 计算CRCuint16_tcrccalculate_crc(tx_buffer,3reg_count*2);tx_buffer[3reg_count*2]crc0xFF;tx_buffer[4reg_count*2](crc8)0xFF;// 发送响应HAL_UART_Transmit(huart2,tx_buffer,5reg_count*2,100);}4. 梯形图执行引擎// plc_ladder.c#includeplc_ladder.h#includeplc_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*netladder_program[network_id];staticuint8_trung_state0;switch(net-type){caseLD:rung_stateread_input(net-operand1);break;caseLDI:rung_state!read_input(net-operand1);break;caseAND:rung_stateread_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(inti0;isizeof(ladder_program)/sizeof(LadderNetwork);i){execute_ladder_network(i);}}主程序结构// main.c#includestm32f3xx_hal.h#includeplc_scheduler.h#includeplc_io.h#includeplc_modbus.h#includeplc_ladder.hintmain(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){}}参考代码 F3U源码STM32 仿三菱plc底层源码www.youwenfan.com/contentcss/183137.html项目特点模块化设计各功能模块分离便于维护和扩展实时调度基于优先级的任务调度机制硬件抽象统一的硬件访问接口梯形图支持兼容三菱FX系列PLC编程风格通信协议支持Modbus RTU等工业协议资源管理优化的内存使用和处理器负载开发环境IDE: STM32CubeIDEMCU: STM32F303xC编译器: GCC ARM Embedded调试器: ST-Link V2扩展方向添加更多PLC指令和功能块实现HMI通信接口增加SD卡存储支持添加以太网通信功能实现在线监控和调试接口