孤军奋战自制仿西门子PLC进行中。。。

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RT，来论坛的时候，PLC的DIY活动已经结束了。。。郁闷，那就自己一个人孤军奋战吧。

一、日常工作中，我用的最多的PLC是西门子S7-200系列，其次是三菱FX2N系列。我想仿制西门子，原因有以下几点：
1、S7-200软件功能强大，大家可以对比西门子的系统手册和三菱的手册就知道了，举个例子，如果我们要算一个圆的周长，计算公式地球人都知道，直径X圆周率，
在S7-200里面，周长的计算就这样简单，

把直径放进VD100，结果存放在VD105，3.141593就不用我说是什么了吧，触摸屏上放置一个数值显示，地址填写VD105，这样就可以在触摸屏上直接读出周长了。
如果要改变直径，再放一个数值输入元件，地址填写VD100就可以随时输入直径了。
西门子PLC的浮点数运算， 要比三菱FX2N强大。
2、西门子的输入输出端子整体可拆卸，只拆一条线的时候也方便，而三菱的输入输出端子分成上下两排，如果你要拆的刚好是下面那排的线，那么必须把上面的先拆了，才能拆下面的线，很不方便。
3、仿制三菱已经烂大街了，仿制西门子的，目前国内只有几家。
4、其它，想到了再补充。。。
二、仿制的方案
1、输入输出点的电路，仿制西门子，采用和西门子上一样的的电路和元件，输入光耦用双向的PC3H3，输出用场效应管，通讯口用485芯片。
输入：


输出，10点晶体管，其中Q0.0和Q0.1要做高速脉冲输出，

Q0.2～Q1.1

通讯口，485芯片未定，因此原理图还没画，备用方案1是MAX485，2是ADUM2483，或者其它IC比如西门子上的SN75176，定型后的产品肯定要隔离的，现在试验，可以先用不隔离的试试。
2、掉电检测


先写到这里，发表看看帖子是否正常

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3，电源电路
DC24V供电，采用LM2596或者同类产品，做成独立的一块电源板，这个还没弄，网上方案多得是，待定。
24V的供电，1路经滤波电容后直接供给输出电路使用，另外一路用LM2596之类的IC降压成5V供外围IC供电，
CPU的3.3V电源，用1117之类的IC将5V降压成3.3V，要做简单的就用磁珠隔离，要稳定可靠隔离的话就做独立的。

4、外壳用仿西门子的外壳，型号记得好像是长河14-50-2吧，
电路板分3块，最底下是电源板，中间是IO板，最上面是CPU板，总之就是跟西门子一样的结构。

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本人技术水平有限，难免在硬件和软件上有出错的地方，还望各路高手多多指点。。。本帖长期缓慢更新，直至完成整个PLC的制作。

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5、MCU的选择
      仿制西门子PLC，就要实现西门子大部分的功能，国内仿制成功并量产的，采用的MCU有两种，1是STM32，2是NXP的ARM7。我买了一个力德CPU224，
里面用的就是NXP LPC2138FBD64，既然这个LPC2138能做，那我现在采用比LPC2138更新的LPC17系列也一定能满足要求。因此，选用LPC1758。
选用LPC1758，封装是LQFP80，这个比LPC1768少了20个引脚，方便手工焊接业余DIY。本来就不用那么多引脚，只要片内SRAM和Flash的容量够用就行，LPC1758是64K的SRAM和512的Flash。

LPC2138FBD64：

LPC1758:

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6、PLC输入输出点对应MCU的管脚
     选好了MCU，接下来最关键的就是PLC输入输出点对应MCU的管脚了，先查看西门子的S7-200系列CPU224的输入点，I0.0～I1.5，
其中，I0.0～I0.3要有外部中断功能，看西门子系统手册中关于中断事件的说明：
I0.0～I0.3要有外部IO中断，上升沿和下降沿中断

然后再看关于高速输入点的

6个高速计数器，其中4个具有双相计数，其余两个单相


输出的就简单多了，Q0.0和Q0.1接PWM输出管脚就行，后面8个随意，反正不用高速。

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IO板比较简单，排版进行中。。。

双面PCB，大概位置，还需修改，未布线


场效应管用贴片的，TO-252或者TO263，这个最终封装看布完之后空间再确定吧

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硬件原理图，输出部分照着西门子话的，输出是根据力德CPU224画的，
PCB板的布局和布线，我怕自己画的不够好，让我一个朋友帮忙做。

网上不少自制的PLC，都采用6N137光耦，我觉得不用，因为西门子也只采用CP9/3H3，而且6N137体积有点大不好布局。。。
至于速度，西门子的也只标30K，够用了，如果今后要100K甚至200K的话，那肯定不用光耦用磁耦了吧，先把功能实现了再说。
元芳，此事你怎么看？

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编程软件，大部分采用三菱的，少数几家采用西门子，而自主开发编程软件的都太监了。。。

原因很简单，用户买你的PLC，有的是准备当成正品原装卖给客户的，所以外壳仿三菱软件也直接用三菱，这样用户就不用再去安装你的编程软件了。
而且，编程软件工程量巨大，靠单枪匹马根本无法完成。

既然有现成的三菱和西门子的能用，何乐不为呢？

我比较熟悉西门子PLC，所以上位机编程软件直接用西门子的。

三菱是解释型，比较好搞，而西门子是编译型的，要做兼容它的下位机，难度比三菱的大多了。。。

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mubei 发表于 2012-10-20 15:44
lz进展速度好快啊

我用西门子PLC做工程已经有10年了，DIY是这两年断断续续研究的。。。

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bird777 发表于 2012-10-20 15:53
自家用就不多说了。
想拿出来卖的话，个人的想法建议直接做扩展。

无论是自己用用，还是打算做成产品来卖，都要尽量按照西门子的来做。

我的目标是硬件上符合要求一步到位，软件慢慢完善。

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仿制西门子，这些都要有，




能不能实现其功能咱先不说，先把地址分配好了

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这个很重要

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三、软件架构的初步想法
1、PLC程序运行方式
    市场上的小型PLC（256点以下），就两种：解释型和编译型，三菱FX系列为解释型，西门子S7-200是编译型，但工作方式都一样的：
（1）读输入：将物理输入点上的状态复制到输入过程映象寄存器中
（2）执行逻辑控制程序（即用户编写的梯形图LAD或者语句表STL、逻辑图FBD等6种国际电工委员会规定的语言）：执行程序指令并将
数据存储在各种存储区中。
（3）处理通讯请求
（4）执行CPU自诊断：检查固件、程序存储器和扩展模块是否工作正常。
（5）写输出：在输出过程映象寄存器中存储的数据被复制到物理输出点。
2、特殊寄存器与数据存储
（1）特殊存储器标志位提供大量的状态和控制功能，并能起到在CPU和用户程序之间交换信息的作用。特
殊存储器标志位能以位、字节、字或双字使用。范围：SM0.0～SM549.7
本人水平有限，无法确保能实现所有特殊存储器的功能，但可以先预留地址，具体功能有待慢慢完善，而那些实际编程中使用率高的特殊存储器则一定要做出来，比如：
SM0.1，该位在首次扫描时为1，用途之一是调用初始化子程序（相当于三菱FX系列里的M8002），
SM0.5，该位提供了一个时钟脉冲，0.5秒为1，0.5秒为0，周期为1秒钟。它提供了一个简单易用的延时或1秒钟的时钟脉冲
SMB28和SMB29：CPU自带的两个模拟电位器的输入值
SMB36到SMB65：高速计数器HSC0、HSC1和HSC2的寄存器
SMB66到SMB85：PTO/PWM寄存器
SMB131到SMB165：HSC3、HSC4和HSC5寄存器
SMB166到SMB185：PTO0，PTO1包络定义表
（2）数据存储
变量存储器（V）           VB0 -- VB8191
局部存储器（L）           LB0 -- LB63
位存储器（M）             M0.0 -- M31.7
计数器                        C0 -- C255
高速计数器                  HC0 -- HC5
顺序控制继电器（S）    S0.0 -- S31.7
累加寄存器                  AC0 -- AC3
跳转/标号                    0 -- 255
调用/子程序                 0 -- 63
中断程序                     0 -- 127
正/负跳变                    256
PID回路                      0 -- 7

西门子的数据存储采用小端对齐，即：
V0.0～V0.7  =  VB0
VB0+VB1     =  VW0
VW0+VW1  =  VD0
使用了VD0存放一个数据A之后，可以用VW0或VD0来读取或写入A，但是不能用VW1来存放数据B，如果该数据为实数（浮点数，32位），VD1~VD3也不能存放数据B了，B要存放于VD4以上。这点与其他大端对齐的PLC不同（比如施耐德PLC）。

下一帖再来说说3、MCU的flash分区

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AVR_ARM 发表于 2012-10-21 18:08
楼主，你不用奋斗了，不是我打击你，西门子S200兼容PLC的工作量，不是你想的那么一点。首先你要破解全套PPI ...

难度之大，我很清楚，我也知道自己的分量，如果我想靠山寨PLC赚钱，那我直接仿三菱就行了，代码论坛上都有，稍作修改完善再仿套硬件就可以出售了。
我现在的做法是，先研究出最基本的功能，其它太复杂的以后再说，一步步来吧，能做出多少算多少。

我从事工控10年，每年我自己的用量大概是200多不到300个CPU224，我当然知道西门子PLC功能强大，仿制难度更大，靠我自己一个人，10年20年也不一定能做出了。
但要是我不去想完全兼容，而是先从最基本最简单的做起，解决一个算一个，只要坚持下去，就能越做越好。

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foreng5908 发表于 2012-10-20 22:59
l楼主，西门子的AD模块方案怎么弄的？这方面的资料不多，在工业控制领域，模拟采集很多场合是必须的 ...

西门子的模拟量扩展模块：
主芯片
ATMEL
2808470-5001
82000778-X
6F1183B
0613   PH

其它芯片还有这些：           
               LM317D2T        ON电源芯片
               9L05A
               ICL7662         电压反转芯片
               MAX191BCWG      12bit ADC
               DG529CWN        8路复用器
               TLE2024C
               MAX530BCAG      12bit DAC
               AD620
               OPA2131UJ

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Ilove51andAVR 发表于 2012-10-22 13:17
我也用西门子PLC，建议楼主要搞就搞CPU 224XP的，以前的型号都淘汰不用了。224XP有6个高速计数器和内置模拟 ...

XP的高速计数器速度快一些，多了模拟量，程序容量大一些，其它的跟CPU224一样。
我还是先把CPU224整出来再说。

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mcu_lover 发表于 2012-10-22 20:20
呵呵，我正在研发文本显示器，可以看我的帖子：正在设计的文本显示器

看过了，不错，加油。
文本我也常用，步科（EV）的MD204不错，国内好多都是仿它家的，价格也便宜，现在300多元？据说还有100多元的，那种不敢用啊，太便宜了。

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tuowai 发表于 2012-10-23 14:51
楼主牛人啊！西门子的以前看过，不知道是不是习惯三菱那种思维，感觉很不好上手！ ...

说实话，三菱用来做高速脉冲比西门子简单得多，而且效果很好。
但是实数运算功能不如西门子。

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AVR_ARM 发表于 2012-10-23 17:16
正因为你现在经历的，就是曾经团队一年多所经历的，所以，我告诉你工作量非常之巨大。你一个，做不完的。 ...

你们有一个团队在研究，那技术力量肯定比我单枪匹马强得多，团队人心齐不齐是最重要的，技术力量反而是其次了。
我做过最坏的设想，10年也研究不出软件，但是我不担心：
1、我就当是玩一块LPC17系列的开发板玩了10年，兴趣所在，进度什么的都不要紧，所以我能坚持，再说我没其它爱好，业余时间都用来研究这个了。
2、硬件做出来后，我可以代替掉现在接的一些用西门子PLC来控制的简单工程，可以直接用C语言不用西门子的软件编程。这样确保我的板子能应用到实际中去。
3、我有其它收入来源，能确保我的生活工作不受影响。
4、投资小，打样买零售配件，按一台的量来买，也不过几百元钱就可以了，简单功能的测试，用MDK调试和万用表测量就行了，
高速输入输出的需要用示波器之类的仪器来测试，这个到客户那里用他们的仪器来用用，不用买仪器设备。
5、我的目标就是做出来自用，不管能实现多少功能，不是当成产品来开发后量产出售的。

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我给自己定了一个最小目标：
1、实现普通输入输出(高速输入输出以后再弄)，上载下载，在线监控，定时器，普通计数器，V变量存储器和常用的特殊寄存器。
只要实现了以上功能，我就可以在一些简单工程中应用我自己的PLC，
然后才会考虑做数字IO扩展和模拟量扩展以及其他模块，一步一步来吧。

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heky 发表于 2012-10-23 23:39
我现在也是从0开始，跟lz一样仿制西门子S7-200
只有一个s7-222的cpu，我的cpu选stm32f103RCT6.
目标：商业 ...

用STM32来做也可行的，加油！

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bsz84 发表于 2012-10-24 11:02
支持楼主的58楼的想法，在有生活条件下，有安静的心态，做事首先不急于求成，不急于得利。 ...

谢谢鼓励

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liuruoshui 发表于 2012-10-24 12:31
非常佩服楼主的精神和打算！我也正在弄这些工控类。上传从网上找到的西门子PLC电路图做参考！ ...

谢谢，这图纸我早就有了。
硬件不难，难的在于下位机程序。

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any_014 发表于 2012-10-24 15:33
咨询楼主个问题，看了69楼朋友分享的原理图后，发现对单片机来说输入输出都是低电平有效。
图中是继电器类 ...

低电平有效是因为单片机复位后上电IO都是高电平，所以设置低电平有效不会误触发。
晶体管输出，有的做法是光耦隔离后驱动场效应管，就像我前面贴的图那样。
有的使用专门的驱动芯片来驱动场效应管。

西门子的输入是经过光耦隔离------LM2901然后才到单片机。
西门子的继电器输出是单片机引脚------2803------继电器
西门子的晶体管输出是单片机引脚------驱动IC------三极管------NT2955

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vlog_user 发表于 2012-10-24 15:45
听到吆喝声赶过来凑一下热闹，不知楼主因何被激起了雄心壮志，刚开始的目标说是要全仿西门子，有人指出工程 ...

我在19楼已经说了“我的目标是硬件上符合要求一步到位，软件慢慢完善。”

46楼：
难度之大，我很清楚，我也知道自己的分量，如果我想靠山寨PLC赚钱，那我直接仿三菱就行了，代码论坛上都有，稍作修改完善再仿套硬件就可以出售了。
我现在的做法是，先研究出最基本的功能，其它太复杂的以后再说，一步步来吧，能做出多少算多少。

我从事工控10年，每年我自己的用量大概是200多不到300个CPU224，我当然知道西门子PLC功能强大，仿制难度更大，靠我自己一个人，10年20年也不一定能做出了。
但要是我不去想完全兼容，而是先从最基本最简单的做起，解决一个算一个，只要坚持下去，就能越做越好。

所以我并没有“刚开始的目标说是要全仿西门子，有人指出工程难度后目标又变得面目全非。”
我的意思是硬件上，符合高速输入高速输出的要求，一步到位，不能随便用普通IO来做输入，等以后试验高速输入的时候再改板子，意思就是这样。
希望硬件上做一次就完善，而下位机程序则是做到哪算哪。

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heky 发表于 2012-10-24 16:37
目前PLC市场的价格崩溃，祸起于山寨和开源。

这个不敢苟同，而是技术门槛降低之后，暴利阶段的彻底终结。 ...

赞同你的观点。。。

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vlog_user 发表于 2012-10-24 17:27
以目前百元PLC的利润，只够出品者一人赚足银子，基本不用聘人，不用交税，一人赚钱全家享用而已。这无法 ...

大环境如此，你我都无法改变的。

不管那么多了，不管别人的山寨PLC卖多少钱，反正我又不买，别人的事我管不了。

专心研究技术，就当是兴趣爱好，起码我是这样想的。

现在国内仿西门子的，价格在600以下了，我想的只是我什么时候能做得能像他们那么好（下位机程序部分），而不去想他们搞烂了市场。

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江南孤舟 发表于 2012-10-26 09:44
我对LZ的精神表示敬意。正好我刚用过LPC1764，要是需要，我可以为LZ效劳，权当是爱好吧。可以分配任务给我 ...

你好，谢谢你。对于PLC的输入输出分配，对应1758的哪些管脚，你有什么建议？
请你看看9楼的要求，然后选择管脚。
高速计数器输入点，一般用MCU定时器口或PWM口，同时要兼顾排PCB的走线。
Q0.0和Q0.1的高速输出口，用PWM1(1)和(2)，也就是P2.0和P2.1
而高速输入，怎么选择才好？当MCU放的朝向不同的时候（4个朝向如下图），怎样安排管脚，让布线更合理？

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hhybenben520 发表于 2012-11-6 11:20
对PLC的项目开发一直比较关注，前段时间也再做PLC的硬件部分；上位机的软件真的不懂，但是很想去做。我现在 ...

论坛上有相关的帖子，你自己搜索一下。

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zuolaosan 发表于 2012-11-6 16:51
大家好，请问西门子200的PLC是解释型的啊还是编译型的啊？

编译型的，你看帖不仔细啊。

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monkeynav 发表于 2012-11-6 18:47
是否考虑读出西门子PLC的单片机程序，反编译还原其机制？

这个。。。反编译难度很大啊，而且从机器码反汇编，结果是否正确很难说。

我还是从0开始自己摸索吧。

csca1

几天没更新了，说说我这几天研究的东西：
1、将LPC1758的512 Flash 进行划分，一共分为以下几块：
（1）系统程序区
（2）用户程序区
（3）数据区区
（4）系统块区
（5）I、O、V、L、M、SM等寄存器区
2、SRAM划分
（1）、索引表
（2）、程序运行区
（3）、保留位置
3、不知道需不需要移植一个uC/OS系统，况且我还不懂这个，因此先按照一般的编写单片机程序的方式来写程序吧。
4、继续监控西门子通信数据，

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bird777 发表于 2012-11-14 00:22
用OS好,处理用户编写的"PLC中断程序"时会相当方便.
当然,现在的32位机主频这么高,用一般方式写,对比早先的P ...

没学过OS的移植，不懂，还是先照一般的来吧，如果一般的解决不了，再学学移植OS。

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anxiangbo 发表于 2012-11-23 13:04
关注楼主检测数据！

检测数据有一大堆了，正在艰难地分析中。。。

csca1

anxiangbo 发表于 2012-11-24 08:19
楼主在分析PPI协议吗？下载，监控都用这个协议，感觉搞懂这个就有点好向下面进行。 ...

当然，PPI是最重要也是最难的一步。

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anxiangbo 发表于 2012-11-24 08:22
来点用价值的资料：：

这个我早有了，谢谢。

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anxiangbo 发表于 2012-11-24 08:27
楼主你用那个串口监控软件？

CommMonitor串口监控工具

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heky 发表于 2012-11-24 11:09
基本搞定了，和楼主共勉，属于第n梯队都不要紧，做工控是简单，实用为主。
我们做电工的，模仿是第一要素。 ...

厉害。。。呵呵，我要加油了。。。

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heky 发表于 2012-11-24 11:31
不急的，找个原装PLC进行数据比对，就是主要进行数据模仿，我也有一半多的指令还猜不出具体意义。CommMonit ...

你的硬件啥样？是不是用CPU224的外壳？可否拍张照片看看？

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wuyiduan 发表于 2012-12-5 10:55
请问分板怎么分？

IO板是通过3.3V信号和CPU板相连，那这个信号会不会太长了点？

IO板上5V接到CPU板上，CPU板上再用3.3V稳压IC稳压后供给MCU。
电源板是输出 24V 5V
CPU板上有两个模拟量输入，用3.3V

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wuyiduan 发表于 2012-12-5 16:18
我的系统打算这样分，你帮忙看看有没有什么隐患

最底下电源板：输入普通开关电源DC24V ，输出滤波后的DC ...

1、模拟量还是放CPU板，反正是模拟量输入到MCU，没有模拟量输出的。
2、没问题，西门子也是这样做的。MCU的输出输入IO都通过排阵与IO板连接。

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zhu_zhihao 发表于 2012-12-5 16:45
西门子s7-200是解释型的，但是是自己的规范，

嗯，西门子编程软件把梯形图语句表这样的1级代码转成2级代码发送到下位机里保存起来，运行前，PLC把2级代码转成可执行的3级代码再运行的。

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zhu_zhihao 发表于 2012-12-5 16:55
掉电检测电路不对的，这样的电路，检测到掉电了，系统一没有足够的电流来把系统参数写到IIC中。
做这样的项 ...

嗯，我打算用隔离型的485芯片，硬件上也是一改再改才能用，呵呵。

另外，程序存在MCU的FLASH里就可以了，不用另外的24C256

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zhu_zhihao 发表于 2012-12-5 17:17
内部FLASH 多次写还是会有问题的， 放在外部维修好换啊。维修方便些。
还有选择的MCU内部RAM要大，做PLC ...

谢谢，1万次够了。除了学习教学用的，下载程序次数比较多，正式用在工程上的PLC，连调试在内，不超过100次就把程序调试搞好了。
RAM是32K本地，两个16K外设，也足够。

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zhu_zhihao 发表于 2012-12-5 17:34
32K危险的，一个功能块32个字节以上的。不能比1千个功能块多了。
你看s700, RAM是外加的。
它51的MCU ,其实 ...

我是根据力德仿西门子PLC选LPC2138FBD64，所以选的LPC1758，RAM都是32K，FLASH都是512。