原標(biāo)題：基于stm32f103制作的45點(diǎn)三菱PLC圖紙資料（原理圖+PCB+元件清單）

一、項(xiàng)目概述

1.1 設(shè)計(jì)背景

PLC（可編程邏輯控制器）作為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的重要控制設(shè)備，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)線的邏輯控制。本項(xiàng)目基于STM32F103系列微控制器設(shè)計(jì)一款45點(diǎn)I/O的PLC，旨在提供低成本、高性能的解決方案，兼容三菱FX系列PLC的功能及接口規(guī)范。

1.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

• 主控芯片：STM32F103RCT6
  采用32位ARM Cortex-M3內(nèi)核，具有高性能和豐富的外設(shè)接口。

• I/O設(shè)計(jì)：45點(diǎn)
  包括24路數(shù)字輸入、18路數(shù)字輸出以及3路模擬輸入。

• 通信接口：RS485和USB
  支持Modbus RTU協(xié)議，便于與上位機(jī)通信和程序下載。

• 擴(kuò)展能力：外接EEPROM和RTC模塊
  支持長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能。

二、主控芯片及其設(shè)計(jì)作用

2.1 STM32F103系列芯片介紹

型號(hào)：STM32F103RCT6

• 內(nèi)核： ARM Cortex-M3

• 主頻： 72 MHz

• 存儲(chǔ)： 256 KB Flash，48 KB SRAM

• 接口： USART、SPI、I2C、CAN等多種通信接口

• 工作電壓： 2.0V–3.6V

2.2 在設(shè)計(jì)中的作用

STM32F103RCT6是本系統(tǒng)的核心處理器，具體作用包括：

1. 邏輯控制處理：
   負(fù)責(zé)處理PLC的輸入邏輯與輸出控制，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)用戶邏輯。

2. 通信接口管理：
   提供RS485接口，實(shí)現(xiàn)Modbus RTU協(xié)議通信；USB接口用于程序下載和調(diào)試。

3. 信號(hào)采集與處理：
   利用其內(nèi)置ADC（12位精度）模塊，完成模擬信號(hào)的采樣和處理。

4. 擴(kuò)展設(shè)備管理：
   控制外接EEPROM模塊用于用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，RTC模塊提供時(shí)間管理功能。

三、硬件設(shè)計(jì)詳解

3.1 系統(tǒng)框架

本PLC系統(tǒng)由以下模塊組成：

1. 主控單元： STM32F103RCT6

2. 電源管理單元： 提供3.3V穩(wěn)壓輸出，保證芯片和外設(shè)的正常工作。

3. I/O接口： 24路數(shù)字輸入、18路數(shù)字輸出，以及3路模擬輸入。

4. 通信模塊： RS485和USB接口。

5. 存儲(chǔ)模塊： 采用AT24C256 EEPROM存儲(chǔ)器。

6. 時(shí)鐘模塊： 采用DS3231 RTC芯片。

3.2 電路原理設(shè)計(jì)

（1）主控單元電路

• MCU供電設(shè)計(jì)：
  STM32F103由3.3V供電，配備電容濾波電路以穩(wěn)定供電。

• 復(fù)位電路：
  使用簡(jiǎn)單的RC復(fù)位電路，確保上電后MCU正確初始化。

• 晶振電路：
  外接8 MHz晶振，用于提供主時(shí)鐘輸入，同時(shí)保證內(nèi)部PLL產(chǎn)生72 MHz主頻。

（2）I/O接口設(shè)計(jì)

• 數(shù)字輸入：
  輸入端加入光耦隔離電路（如PC817），提高系統(tǒng)抗干擾能力。

• 數(shù)字輸出：
  輸出端使用NPN三極管（如2N2222）或MOSFET（如IRF540），控制外部負(fù)載。

• 模擬輸入：
  利用STM32的ADC模塊采集模擬信號(hào)，輸入端加分壓電阻和濾波電容。

（3）通信模塊

• RS485通信：
  采用MAX485芯片，與STM32的USART接口連接，實(shí)現(xiàn)差分信號(hào)通信。

• USB接口：
  利用STM32內(nèi)置的USB功能模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和程序下載。

（4）擴(kuò)展模塊

• EEPROM模塊：
  使用I2C協(xié)議連接AT24C256存儲(chǔ)器，記錄系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和用戶數(shù)據(jù)。

• RTC模塊：
  采用DS3231芯片，通過(guò)I2C協(xié)議實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘數(shù)據(jù)獲取。

四、PCB設(shè)計(jì)

4.1 PCB布局與布線原則

1. 分區(qū)布局：

• 數(shù)字電路和模擬電路分開布置，減少相互干擾。

• 高速信號(hào)線（如RS485）優(yōu)先布置，保證信號(hào)完整性。

2. 電源布線：

• 采用大面積地平面，降低電源噪聲。

• 為STM32和關(guān)鍵芯片設(shè)計(jì)旁路電容，減少電源紋波。

3. 關(guān)鍵器件布線：

• 主控芯片靠近中部，保證外圍電路布線短而合理。

• 通信接口的布線盡量直線，避免信號(hào)反射。

4.2 層數(shù)設(shè)計(jì)

采用兩層板設(shè)計(jì)：

• 頂層： 元件布置及主要信號(hào)布線。

• 底層： 地平面及部分電源布線。

五、元件清單（BOM）

5.1 主控部分

• STM32F103RCT6： 1個(gè)

5.2 I/O接口部分

• PC817光耦： 24個(gè)（數(shù)字輸入隔離）

• IRF540 MOSFET： 18個(gè)（數(shù)字輸出驅(qū)動(dòng)）

• 分壓電阻： 若干（模擬輸入）

5.3 通信模塊

• MAX485芯片： 1個(gè)

• USB插座： 1個(gè)

5.4 擴(kuò)展模塊

• AT24C256 EEPROM： 1個(gè)

• DS3231 RTC模塊： 1個(gè)

5.5 電源部分

• AMS1117-3.3穩(wěn)壓芯片： 1個(gè)

• 濾波電容： 若干

六、軟件設(shè)計(jì)思路

1. 邏輯程序設(shè)計(jì)：
   利用STM32的GPIO接口實(shí)現(xiàn)輸入邏輯處理和輸出控制。

2. 通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)：
   配置USART接口，支持Modbus RTU協(xié)議。

3. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與時(shí)鐘管理：
   編寫I2C驅(qū)動(dòng)程序，與EEPROM和RTC模塊通信。

七、總結(jié)

基于STM32F103的45點(diǎn)三菱PLC設(shè)計(jì)具有硬件簡(jiǎn)單、成本低、功能強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠滿足工業(yè)自動(dòng)化控制的需求。通過(guò)詳細(xì)的硬件電路設(shè)計(jì)與優(yōu)化的軟件開發(fā)，整個(gè)系統(tǒng)可以穩(wěn)定高效運(yùn)行，為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)提供可靠的邏輯控制方案。