原标题：基于stm32f103制作的45点三菱PLC图纸资料（原理图+PCB+元件清单）

一、项目概述

1.1 设计背景

PLC（可编程逻辑控制器）作为工业自动化领域的重要控制设备，广泛应用于生产线的逻辑控制。本项目基于STM32F103系列微控制器设计一款45点I/O的PLC，旨在提供低成本、高性能的解决方案，兼容三菱FX系列PLC的功能及接口规范。

1.2 系统特点

• 主控芯片：STM32F103RCT6
  采用32位ARM Cortex-M3内核，具有高性能和丰富的外设接口。

• I/O设计：45点
  包括24路数字输入、18路数字输出以及3路模拟输入。

• 通信接口：RS485和USB
  支持Modbus RTU协议，便于与上位机通信和程序下载。

• 扩展能力：外接EEPROM和RTC模块
  支持长时间数据存储和实时时钟功能。

二、主控芯片及其设计作用

2.1 STM32F103系列芯片介绍

型号：STM32F103RCT6

• 内核： ARM Cortex-M3

• 主频： 72 MHz

• 存储： 256 KB Flash，48 KB SRAM

• 接口： USART、SPI、I2C、CAN等多种通信接口

• 工作电压： 2.0V–3.6V

2.2 在设计中的作用

STM32F103RCT6是本系统的核心处理器，具体作用包括：

1. 逻辑控制处理：
   负责处理PLC的输入逻辑与输出控制，通过编程实现用户逻辑。

2. 通信接口管理：
   提供RS485接口，实现Modbus RTU协议通信；USB接口用于程序下载和调试。

3. 信号采集与处理：
   利用其内置ADC（12位精度）模块，完成模拟信号的采样和处理。

4. 扩展设备管理：
   控制外接EEPROM模块用于用户数据存储，RTC模块提供时间管理功能。

三、硬件设计详解

3.1 系统框架

本PLC系统由以下模块组成：

1. 主控单元： STM32F103RCT6

2. 电源管理单元： 提供3.3V稳压输出，保证芯片和外设的正常工作。

3. I/O接口： 24路数字输入、18路数字输出，以及3路模拟输入。

4. 通信模块： RS485和USB接口。

5. 存储模块： 采用AT24C256 EEPROM存储器。

6. 时钟模块： 采用DS3231 RTC芯片。

3.2 电路原理设计

（1）主控单元电路

• MCU供电设计：
  STM32F103由3.3V供电，配备电容滤波电路以稳定供电。

• 复位电路：
  使用简单的RC复位电路，确保上电后MCU正确初始化。

• 晶振电路：
  外接8 MHz晶振，用于提供主时钟输入，同时保证内部PLL产生72 MHz主频。

（2）I/O接口设计

• 数字输入：
  输入端加入光耦隔离电路（如PC817），提高系统抗干扰能力。

• 数字输出：
  输出端使用NPN三极管（如2N2222）或MOSFET（如IRF540），控制外部负载。

• 模拟输入：
  利用STM32的ADC模块采集模拟信号，输入端加分压电阻和滤波电容。

（3）通信模块

• RS485通信：
  采用MAX485芯片，与STM32的USART接口连接，实现差分信号通信。

• USB接口：
  利用STM32内置的USB功能模块，实现数据传输和程序下载。

（4）扩展模块

• EEPROM模块：
  使用I2C协议连接AT24C256存储器，记录系统运行参数和用户数据。

• RTC模块：
  采用DS3231芯片，通过I2C协议实现时钟数据获取。

四、PCB设计

4.1 PCB布局与布线原则

1. 分区布局：

• 数字电路和模拟电路分开布置，减少相互干扰。

• 高速信号线（如RS485）优先布置，保证信号完整性。

2. 电源布线：

• 采用大面积地平面，降低电源噪声。

• 为STM32和关键芯片设计旁路电容，减少电源纹波。

3. 关键器件布线：

• 主控芯片靠近中部，保证外围电路布线短而合理。

• 通信接口的布线尽量直线，避免信号反射。

4.2 层数设计

采用两层板设计：

• 顶层： 元件布置及主要信号布线。

• 底层： 地平面及部分电源布线。

五、元件清单（BOM）

5.1 主控部分

• STM32F103RCT6： 1个

5.2 I/O接口部分

• PC817光耦： 24个（数字输入隔离）

• IRF540 MOSFET： 18个（数字输出驱动）

• 分压电阻： 若干（模拟输入）

5.3 通信模块

• MAX485芯片： 1个

• USB插座： 1个

5.4 扩展模块

• AT24C256 EEPROM： 1个

• DS3231 RTC模块： 1个

5.5 电源部分

• AMS1117-3.3稳压芯片： 1个

• 滤波电容： 若干

六、软件设计思路

1. 逻辑程序设计：
   利用STM32的GPIO接口实现输入逻辑处理和输出控制。

2. 通信协议实现：
   配置USART接口，支持Modbus RTU协议。

3. 数据存储与时钟管理：
   编写I2C驱动程序，与EEPROM和RTC模块通信。

七、总结

基于STM32F103的45点三菱PLC设计具有硬件简单、成本低、功能强的特点，能够满足工业自动化控制的需求。通过详细的硬件电路设计与优化的软件开发，整个系统可以稳定高效运行，为工业现场提供可靠的逻辑控制方案。