LC與單片機(jī)之間的串行通信及應(yīng)用探討

　　摘要：本文圍繞16F877單片機(jī)(PIC)與S7-200可編程序控制器(PLC)，分別從硬件連接、軟件實(shí)現(xiàn)、通信過程等方面，探討了二者之間實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離串行通信的具體方法，希望能為此領(lǐng)域研究提供借鑒與幫助。

　　本文源自中國設(shè)備工程,2020(17):137-138.《中國設(shè)備工程》曾用刊名：(中國設(shè)備管理;設(shè)備管理)1985年創(chuàng)刊是中國工業(yè)領(lǐng)域的國家級宣傳平臺，國家一級刊物。以宣傳報道國家工業(yè)發(fā)展工作的戰(zhàn)略、政策、法規(guī)，關(guān)注全球工業(yè)、設(shè)備管理等全面解決方案的專業(yè)載體。它憑借提供準(zhǔn)確、客觀、專業(yè)性的信息，服務(wù)于中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展。雜志充分依托國家發(fā)改委、工信部等平臺資源優(yōu)勢，為企業(yè)搭建政策與市場機(jī)會的平臺，為企業(yè)提供展示優(yōu)勢和對接服務(wù)的平臺，搭建企業(yè)與政府互動的平臺，推動中國工業(yè)綠色發(fā)展，推動綠色經(jīng)濟(jì)，建設(shè)生態(tài)文明。

　　在由單片機(jī)(PIC)構(gòu)成的各種工業(yè)控制設(shè)備中，許多用戶會選用其并行接口開展各項功能的擴(kuò)展，比如，顯示、鍵盤等;針對此些擴(kuò)展而言，往往需要占用比較多的I/O點(diǎn)資源。需要指出的是，針對那些先進(jìn)且優(yōu)質(zhì)的PLC而言，均配置有串行接口單元(SIU)，此單元的主要職責(zé)就是完成高速狀態(tài)下的串行通信任務(wù)，無須對CPU運(yùn)行造成干擾;另外，還需強(qiáng)調(diào)的是，其能夠解放CPU，使其能夠集中精力對所存在的實(shí)時控制問題，或者是數(shù)據(jù)處理問題給解決掉。針對PLC所配置的RS-232C接口而言，便為一個比較實(shí)用的串行通信接口，其不僅能與計算機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)實(shí)時性通信，而且還能與外圍設(shè)備相連接，比如，串行打印機(jī)、條碼判讀器等。如果經(jīng)單片機(jī)而與PLC之間實(shí)現(xiàn)通信，并讀、寫PLC的各個寄存器，那么便能夠較好的對單片機(jī)進(jìn)行充分利用，降低其成本，為擴(kuò)展提供切實(shí)方便，提高PLC應(yīng)用的整體靈活性。本文就PLC與單片機(jī)間的串行通信策略作一探討。

　　1、硬件組成分析

　　1.1PIC16F877單片機(jī)分析

　　PIC16F877單片機(jī)是一種比較常用的單片機(jī)類型，由Microchip公司所生產(chǎn)，采用的是精簡指令集技術(shù)，結(jié)構(gòu)為哈佛總線結(jié)構(gòu)，有著比較高的運(yùn)行速度、比較強(qiáng)的驅(qū)動能力、比較低的功耗以及比較簡潔的外接電路。在此單片機(jī)的內(nèi)容中，集成有當(dāng)前比較先進(jìn)的串行通信模塊，也就是同步/異步收發(fā)器USART模塊，其具體目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)間的高效率、遠(yuǎn)距離、優(yōu)質(zhì)化通信。針對USART模塊來講，通常情況下，需要設(shè)置2個引腳，其一為RC6，其二是RC7，在設(shè)置發(fā)送允許位TXEN時，如果將其設(shè)置為1，那么，此時便能高質(zhì)量的XREG寄存器發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　1.2S7-200系列PLC

　　針對SIMATICS7-200系列PLC(西門子公司產(chǎn))而言，其實(shí)，為一類小型整體式PLC，因操作比較簡單，而且指令也比較豐富，另外，運(yùn)行穩(wěn)定且可靠，通信能力強(qiáng)，因而在多種機(jī)械設(shè)備中，尤其是生產(chǎn)自動化控制中，得到廣泛應(yīng)用。針對此系列的LC通信端口來講，所選用的通信方式為異步串行，而在相配套的通信端口標(biāo)準(zhǔn)上，選用的是RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)，其不僅能差分接受，而且還能平衡驅(qū)動，此外，還能根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要，構(gòu)建起比較完整且實(shí)用程度高的半雙工串行通信網(wǎng)絡(luò)，形成分布式系統(tǒng)(其中，站的數(shù)量可以達(dá)到32個)。還需要說明的是，此系列PLC能夠同時支持許多類型的串行通信協(xié)議，并且還能采取自由端口模式，聯(lián)合梯形圖或者語句表來進(jìn)行編程，如此一來，便能夠用戶所需通信協(xié)議的自定義，為不同廠家所生產(chǎn)智能設(shè)備的有效連接，提供切實(shí)方便。基于自由端口這一模式下，能夠根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要，對<255個字節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)性的收、發(fā)，因而能為大數(shù)據(jù)通信提供方便，同時，還能結(jié)合實(shí)際情況，采用字符接收終端，而并非接受指令，來對所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，但需要強(qiáng)調(diào)的是，此方式雖然比較靈活，但是，難以編程。

　　1.3MAX485E芯片分析

　　對于MAX485E芯片來講，實(shí)為一種專用的通信芯片(RS-485接口標(biāo)準(zhǔn))，其中，針對RO腳而言，實(shí)為其數(shù)據(jù)輸出腳，其能夠根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要，對RS-485所對應(yīng)的VAB(差模信號)進(jìn)行實(shí)時或有選擇性的接收，而且還能向TTL電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最后，從RO處向外輸出;而對于RE腳來講，實(shí)際就是RO的使能端，當(dāng)處于低電平狀態(tài)時，選通RO，此時，便可有效實(shí)現(xiàn)輸出。針對DI腳而言，其作為一種數(shù)據(jù)輸入端，能夠把TTL電平所接收到的數(shù)據(jù)，以一種合理、高效的方式，相差模信號VAB進(jìn)行轉(zhuǎn)換，且借助A、B兩腳實(shí)現(xiàn)向外輸送;對于DE來分析，其實(shí)，為DI使能端，當(dāng)在高電平狀態(tài)下對DI進(jìn)行選通，可有效輸入。因此，針對A、B兩腳而言，除了是RS-485所對應(yīng)的信號輸入端之外，還是此信號所對應(yīng)的輸出端，對其起到?jīng)Q定作用的是使能端RE、DE所對應(yīng)的電平值。為了能夠更加簡便地進(jìn)行控制，一般會把兩端相連接，當(dāng)處于高電平狀態(tài)時，DI腳所輸入的數(shù)據(jù)便始終保持有效狀態(tài);如果處于低電平狀態(tài)，那么，由RO腳所輸出的數(shù)據(jù)處于有效狀態(tài)。

　　1.4硬件連接圖

　　針對S7-200PLC而言，其所選用的借口標(biāo)準(zhǔn)為RS-485，能夠?qū)Σ钅Ｐ盘栠M(jìn)行實(shí)時接收，而對于PIC16F877單片機(jī)來講，其所輸出的是TTL電平，因此，兩者在進(jìn)行通信時，首先，需實(shí)施轉(zhuǎn)換處理，本系統(tǒng)將MAX485E芯片當(dāng)作具體的轉(zhuǎn)換芯片，由RC4(PIC16F877單片機(jī))進(jìn)行數(shù)據(jù)選擇，然后，進(jìn)行傳送或輸入。

　　2、通信協(xié)議

　　針對此項目而言，因其中的PIC16F877單片機(jī)僅為發(fā)送數(shù)據(jù)，PLC的主要作用就是接收數(shù)據(jù)，因此，可選擇單工串行通信。另外，還需要指出的是，由于PLC所選用的是比較新型且實(shí)用的自由端口模式協(xié)議，而且此協(xié)議主要借助語句表來進(jìn)行編程;而對于單片機(jī)而言，其采用異步發(fā)送模式(USART模塊)，而且在具體協(xié)議上，采用匯編語言進(jìn)行編程。基于單片機(jī)(PIC16F877)所對應(yīng)的發(fā)送緩沖結(jié)構(gòu)而言，一次僅能對2個字節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行連接與發(fā)送，因此，PLC通過接收字符的方式，來實(shí)現(xiàn)中斷，操作比較簡單。而在具體的接口標(biāo)準(zhǔn)上，所選用的是一致于PLC側(cè)的RS-485，另外，接頭所選用的是D形連接器(9針)，將具體的屏蔽雙絞線當(dāng)作系統(tǒng)的傳輸線。字符信息的基本格式是：8位數(shù)據(jù)位，1位起始位，1位停止位，無校驗位。還需要強(qiáng)調(diào)的是，數(shù)據(jù)位在具體的發(fā)送順序上，主要秉持的是高位在后、低位在前的原則。通常情況下，異步通信的波特率一般為38400bit/s。

　　為了能夠使數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、可靠性得到提升，可采取異或校驗，并且還可選用定長發(fā)送報文，最前邊的4個字節(jié)進(jìn)行異或校驗，而報文最后面的那個字節(jié)便是校驗碼。還需要指出的是，針對PIC16F877單片機(jī)來講，由于其在數(shù)模上，能夠向10位精度進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因此，可選用雙字節(jié)來保存溫度值。

　　3、通信過程

　　針對單片機(jī)所對應(yīng)的串行端口而言，通常會設(shè)置1個數(shù)據(jù)寄存器SBUF，對于此寄存器來講，不僅能為發(fā)送提供服務(wù)，而且還能為接收提供服務(wù);另外，在特定狀況或條件下，單片機(jī)會將數(shù)據(jù)寫入SBUF中，如此一來，便能將整個發(fā)送過程予以啟動;通過對SBUF進(jìn)行讀取，便能夠?qū)⒔邮者^程啟動。如果PLC借助RS-232C串行接口，而實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)之間的實(shí)時通信，那么，此時，需要單片機(jī)將命令幀格式發(fā)送給PLC(也就是發(fā)送過程);當(dāng)發(fā)送完成后，PLC便能夠根據(jù)完成情況，即刻作出反應(yīng)，與此同時，對于從PLC中所輸出的響應(yīng)幀格式，單片機(jī)會予以接收(也就是接收過程)，上述全部通信都由單片機(jī)進(jìn)行收、發(fā)。

　　(1)發(fā)送命令幀格式。當(dāng)開始通信后，首先，由單片機(jī)將呼叫發(fā)送給PLC，其包含諸多部分，不僅有呼叫字符，而且還有PLC站號、特殊標(biāo)志碼等。

　　(2)響應(yīng)幀格式。當(dāng)完成命令幀格式的傳送工作后，PLC會即刻作出響應(yīng)，并且還會將1個響應(yīng)幀格式傳送給單片機(jī)。

　　4、結(jié)語

　　綜上，串行通信實(shí)為一種已經(jīng)在多個領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用的實(shí)用型通信方式，本文僅探討了AT89C51單片機(jī)與PLC之間進(jìn)行串行通信的具體思路，從中可知，串行通信有著比較強(qiáng)的實(shí)用性、比較簡單的結(jié)構(gòu)，此外，整個操作比較簡便靈活，容易擴(kuò)充其他應(yīng)用，有著不錯的應(yīng)用效能。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]龔志廣,孫維連,李新領(lǐng)等.OMRONCPM2APLC與AT89C52單片機(jī)的串行通信及應(yīng)用[J].微計算機(jī)信息,2016,000(10Z):P.238-240.

　　[2]葉翠安.三菱PLC與單片機(jī)間串口通信的實(shí)現(xiàn)[J].船電技術(shù),2018,035(005):66-69.

　　[3]張潔,馬鳳銘,徐穎.基于MODBUS協(xié)議的單片機(jī)與S7-200PLC串行通信的實(shí)現(xiàn)[J].鞍山師范學(xué)院學(xué)報,2019(4):15-19.

　　[4]張兆營.AT89C51與S7-200PLC串行通信及其應(yīng)用[J].山東煤炭科技,2018,000(004):114-115.