单片机与PLC之间的串行通讯实现.docx

单片机与PLC之间的串行通讯实现1、引言随着微处理器、计算机和数字通讯技术的飞速开展，计算机控制已经扩展到了几乎所有的工业领域。其中，和单片机在小规模控制系统中获得了广泛的应用。在塑料挤出机温度自动控制中，选用S7-200系列PLC作为主控器件，PIC16F877单片机作为温度数据收集和模数转换芯片，单片机通过通讯端口将数据传输给PLC，由于采用了RS-485接口标准，传输间隔可达1000m。经过PID运算后控制加热圈以保持温度恒定。下面结合实例就PLC和单片机的通讯实现做一下介绍。2、硬件构成2.1、PIC16F877单片机Microchip公司的PIC16F877单片机采用哈佛总线构造和精简指令集技术，具有功耗低、运行速度高、驱动才能强和外接电路简洁的特点。PIC16F877单片机内部集成了串行通讯模块即通用同步/异步收发器USART模块，主要应用目的是系统之间的远间隔串行通讯。USART模块所需的两条引脚是RC6和RC7，如图1所示，当发送允许位TXEN被置1，就可以把发送数据写入TXREG存放器来完成发送。2.2、S7-200系列PLCS7-200系列PLC通讯端口采用异步串行通讯方式，通讯端口标准采用平衡驱动、差分承受的RS485接口标准，可以组成半双工串行通讯网络，构成分布式系统，系统中最多可以有32个站。S7-200支持多种串行通讯协议，利用自由端口形式，可以通过语句表或者梯形图编程，实现用户定义的通讯协议，很方便地连接不同厂家的智能设备。在自由端口形式下，可以连续地发送或者接收255个字节以内的数据，这在大块数据通讯时是很方便的。2.3、MAX485E芯片MAX485E芯片是RS-485接口标准专用通讯芯片，如图1所示，RO脚为数据输出脚，它接收RS-485的差模信号VAB，并转换为TTL电平由RO输出，RE脚为RO的使能端，低电平时选通RO，输出有效。DI脚为数据输入端，它将TTL电平的数据转换为差模信号VAB，并由A、B两脚输送出去，DE是DI使能端，高电平选通DI，输入有效。故A、B两脚既是RS-485信号输入端，同时也是该信号的输出端，关键是由使能端RE、DE的电平来决定。2.4、硬件连接图S7-200PLC采用RS-485接口标准，接收差模信号，而PIC16F877单片机的输出为TTL电平，所以二者在通讯时必须先进展转换，本系统采用MAX485E芯片作为转换芯片，硬件连接如图1所示。由PIC16F877单片机的RC4选择数据的输入或者输出。图1硬件连接图3、通讯协议本工程中由于PIC16F877单片机只是发送数据，PLC单纯接收数据，所以采用单工串行通讯。PLC采用自由端口形式协议，协议由语句表编程实现;单片机使用USART模块的异步发送形式，协议用汇编语言编程实现。由PIC16F877单片机的发送缓冲构造可知，一次只能连续发送两个字节的数据，故PLC采用字符接收完成中断比拟方便。接口标准采用与PLC侧一致的RS-485，接头采用9针D形连接器，传输线采用屏蔽双绞线，单片机侧的发送数据需经转换后再发送。字符信息格式为：1位起始位，8位数据位，无校验位，1位停顿位。异步通讯的字符信息格式如图2所示。图2字符信息格式数据位的发送顺序为低位在前，高位在后。异步通讯的传输速率即波特率选择为38400bit/s。为进步数据传输的可靠性，采用异或者校验，报文采用定长发送，前四个字节参加异或者校验，报文的最后一个字节为校验码。PIC16F877单片机的模数转换精度为10位，故温度值采用双字节保存。报文帧格式如表1所示。表1报文帧格式4、初始设置4.1、PIC16F877单片机发送数据初始设置PIC16F877单片机内部集成的USART模块使用的波特率应该和S7-200PLC一样，当采用高速波特率时，波特率存放器SPBRG由下式计算：SPBRG=F/16TImes;波特率-1式中：F单片机时钟频率。单片机的数据位、校验位、停顿位要和PLC统一。PIC16F877单片机最多只能连续发送两个字节的数据。其初始设置汇编语言程序如下：LISTP=16F877A;伪指令INCLUDE“P16F877A.INC;伪指令;-体1设置子程序-T1BCFSTATUS，RP1;BSFSTATUS，RP0;体1MOVLWD5;38400bit/sMOVWFSPBRG;MOVLWB00100100;异步，发送使能MOVWFTXSTA;高速，8位数据MOVLWB11101111;RC6，RC7，MOVWFTRISC;RC4通讯CLRFINTCON;制止中断RETURN;子程序返回;-体0设置子程序-T0BCFSTATUS，RP0;体0BSFPORTC，4;RC4=1通讯MOVLWB10000000;使能串口RETURN;子程序返回4.2S7-200PLC接收数据初始设置CPU处于STOP形式时，自由端口形式被制止，使用其它形式的通讯，例如与编程设备的通讯。只有CPU处于RUN形式时，才能使用自由端口形式。假如使用通讯端口0通讯，将通过特殊存储器SMB30进展初始设置。Network1LDSM0.7/假设为RUN形式EU/上升沿OSM0.1/或者首次扫描MOVB16#01，SMB30/38400bit/s，8，N，1ATCHINT0，8/中断与int0连接ENI/允许中断Network2LDNSM0.7/假设非RUN形式EU/上升沿RSM30.0，1/设置为PPI协议DTCH8/制止中断5、通讯程序5.1、PIC16F877单片机发送数据通讯程序报文采用定长发送，每一帧报文由五个字节组成，每一温度值都经数字滤波后再发送。由于温度值变化缓慢，对通讯的实时性要求较低，在发送数据通讯程序中参加了较多的延时程序。由于波特率时钟依靠于系统时基振荡器，所以单片机进入睡眠状态时不能进展异步通讯。单片机发送N个测温点温度数据通讯程序流程图如图3所示。图3单片机程序流程图5.2、S7-200PLC接收数据通讯程序PLC采用字符接收完成中断接收数据，通过起始字节判定接收数据帧的开场，由数据长度决定接收数据帧的完毕，采用异或者校验进步接收数据的可靠性，S7-200PLC在接收完一帧数据后计算出接收到数据的异或者校验码，并与单片机传送过来的校验码比拟，假如不同就舍弃，不要求重发。本应用中传送数据为温度值，舍弃后接收下一个数据即可。PLC接收数据通讯程序流程图如图4图6所示。6、结论由PIC16F877单片机和S7-200PLC组成的串行通讯系统，采用平衡驱动、差分接收的RS-485接口标准，与TTL电平兼容，具有开发简单、本钱低的优点，经过试用证实性能稳定、运行可靠、抗干扰才能强。假如需要，也可以进展半双工通讯或者略作改动组成多机通讯网络。0