基于Modbus协议的DSP与触摸屏串口通讯.pdf

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1、技术创新微计算机信息(嵌入式与 SOC)2010 年第 26 卷第 4-2期360元/年 邮局订阅号：82-946现场总线技术应用 200 例博士论坛基于 Modbus 协议的 DSP 与触摸屏串口通讯DSP Serial Port Communicating With Touch Screen Base on Modbus Protocol(青岛科技大学)于镭田家彩亓玉刚YU Lei TIAN Jia-cai QI Yu-gang摘要:近年来以DSP为核心处理器的运动控制得到快速的发展,在运动控制系统的设计上也越来越注重人性化设计。拥有人性化设计的运动控制系统具有易于操作、直观的优点。方便了

2、工人对产品的使用掌握,有利于工作效率的提高。触摸屏以其使用、安装方便、人机界面友好等优点得到越来越多的应用。本文是在此基础上实现了基于Modbus协议的DSP与触摸屏的串口通讯。关键词:DSP;Modbus协议;串口;通讯中图分类号:TP202文献标识码:BAbstract:In resend year motion control with DSP core processor have very fast development,in the design of motion control moreand more pay attention to Humanizing Design.W

3、ith Humanizing Design motion control have some merit of simplify operation and di-rect viewing.And making worker expediently to hold product,in favor for improving work efficiency.Touch screen gets increasingapplication because of some merits of using and fixing convenience and good human-computer i

4、nterface.This paper is based onthese merits,carrying out serial port communication between DSP and touch screen base on Modbus protocol.Key words:DSP;Modbus Protocol;Serial Port;Communication文章编号:1008-0570(2010)04-2-0024-021引言随着数字信号处理技术应用到生产过程中,大运算量的复杂算法使得传统的单片机不能实现数据的实时处理。DSP 芯片的出现,为数据的实时处理提供了很好的解决

5、方案。当 DSP 芯片用于运动控制器后,形成了一种能够实现复杂的控制算法和功能,具有高精度、高速度、多轴联动、体积小、集成度高的新型运动控制器。这种新型控制器可以满足多轴联动的数控机床、机器人等高性能控制系统的要求。Modbus 协议最初由美国 Modicon 公司开发出来的串行现场总线通信协议,在 1979 年末该公司成为施耐德自动化(SchneiderAutomation)部门的一部分,现在 Modbus 已经是工业领域全球最流行的协议。此协议支持传统的 RS-232、RS-422、RS-485 和以太网设备。许多工业设备,包括 PLC,DCS,智能仪表,运动控制器等都在使用 Modbus

6、 协议作为他们之间的通讯标准。本设计主要是作为从站的 DSP 运动控制器通过与串口通信电路连接及对软件程序的开发来完成与触摸屏的通讯。触摸屏作为 Modbus 协议的主站,主动定时查询从站。DSP 运动控制器作为从站完成信号采集、处理、对机械设备运行的控制。由于DSP 运动控制器作为 Modbus 协议的从站,它本身没有主动通信功能,只能在响应主站查询后,接受触摸屏发来的数据或发送触摸屏需要的数据。主站与从站的通信都遵循 Modbus 协议。2 ModBus协议简介ModBus 协议有两种通信模式:ASC II 模式和 RTU(远程终端单元)模式。ASC II 模式是将一个字节分为两个 ASC

7、II 字符发送。而 RTU 模式以十六进制传送数据,一个字节的信息作为一个单八位的字符发送。因而数据传送的效率高于 ASC II 模式。大多数工业控制器采用 RTU 模式。在同一个网络中,无论主机还是从机都必须采用相同的通信模式及相同的传输速率。日前ModBus 协议常用的传输速率为 1200 bit/s19200 bit/s。2.1 ModBus 协议数据包的格式本设计采用 ModBus 协议实现触摸屏与运动控制系统核心DSP 的通信。下面对 ModBus 协议的数据包的格式以及通信命令格式介绍如下:ModBus 协议数据包的格式如图 1 所示。图 1 协议数据包的格式其中第 1 帧为从机地

8、址。第 2 帧为功能码。第 3、4 帧为主机欲访问的从机的起始寄存器地址。第 5、6 帧为要访问的寄存器个数。最后两帧为 16 位 CRC 校验码。对任何一个 ModBus 协议数据包。其第 1、2、3 帧及最后两帧的意义都是相同的。其他帧则根据功能码不同而有所区别。在多从站运动控制系统中,通信首先由主机向从机发送地址开始。所有从机都会接收到地址并与本机地址比较。若地址不同则可不接收其余帧或对其余帧不做处理,若地址相同则准备接收本次数据包的其余帧。然而在现实中通常是单从站系统,本设计就是一种单从站运动控制系统。这时只需要主站单独与该站通讯就可以了。但从站也需要核对本机地址与接收到的地址。当从机

9、接收完毕后,生成接收数据(CRC 码除外)的 CRC 校验码并与主机发送的 CRC 码比较。若相同则认为接收正确。从机按功能码的要求完成操作,并把生成的回送数据包发送给主机。若校验出错则从机向主机发送出错数据包。出错数据包的特征是将功能码的最高位置位。即大于 127 的功能码是出错功能码。主机发送的两个数据包之间的间隔应大于 3.5 帧,从机检测于 镭:副教授 硕士生导师24-邮局订阅号：82-946 360元/年技术创新博士论坛PLC 技术应用 200 例您的论文得到两院院士关注到线路上空闲时间大于 3.5 帧就认为主机的数据包已经发送结束,下一帧数据即为地址帧,因此在一个数据包中帧与帧的间

10、隔不能超过 3.5 帧,否则将可能引发通信出错。3 DSP与触摸屏的串口通讯的硬件设计本设计的运动控制器是基于 Motorola 公司的 DSP5F807 芯片自主开发的运动控制器,使用这种处理器的优点是在串口通讯的硬件设计上比较简单。此 DSP 芯片具有 SCI 串行通讯外设,对控制寄存器设置好后可以自动的接受和发送数据。只需要在 DSP 与运动控制器的串行通讯接口之间设计上 MAX232 等芯片,实现 EAI-RS-232C 与 TTL 电路之间电平和逻辑关系的变换。连接器一般可以使用 DB9 接头,简单的接法只需要发送(Tx),接受(Rx)和地(GND)三个信号即可满足通讯的需要。当工作

11、现场有强干扰对控制器产生影响时,可以在 DSP 芯片与 MAX232 之间设计上光耦隔离。在传输上,RS-232 接口标准的通讯低于20kb/s,传输距离一般在 15m 之内。当现场干扰比较严重或需要长距离传输时,可选用 RS485 接口标准。该接口标准是一种平衡方式传输,能够连接 32 个发送器/接收器对,实现多点对多点通讯。15m 传输距离内最大传输速率达到 10Mb/s,采用双绞线传输 100Kb/s 的传输速率时可以达到 1.2Km。在本设计中经现场使用验证,RS232 接口标准已经满足使用要求。4 DSP与触摸屏串口通讯的软件设计在编制控制系统程序的主程序时,完成对各个模块的初始化的

12、同时对串口及定时器完成初始化。通过串口中断来及时接收来自触摸屏发来的消息,用定时器及时判断是否接收完来自触摸屏的消息,图 2 分别是串口中断程序流程图和定时器中断流程图。Modbus 通讯协议中要求触摸屏为主机,DSP 为从机,当主机触摸屏给从机 DSP 发送完消息后等待从机 DSP 的回应,如果触摸屏 3 秒(该时间可以在编制触摸屏程序中设定)后没接收到来自从机的回应消息,触摸屏显示通讯错误。为了回应触摸屏的消息可编制回应触摸屏的函数。该函数的流程图如图 3 所示。通过及时调用该函数,能够及时地回应触摸屏的查询。图 2 串口中断程序流程图和定时器中断程序流程图在每次产生串口中断时都对定时器

13、TimerD3 从新进行设置,使定时器从新开始计时。当定时器计时到 3.5 字符传送时间时,还没有串口中断进行从新配置,则发生定时器中断。在定时器中断程序中,主要完成定时器中断标志清零,CRC 校验。当CRC 校验正确时,置位接收完成标志位 Flag_RX_complete=1,以标志 DSP 从触摸屏接收消息成功;当 CRC 校验错误时,清零接收完成标志位 Flag_RX_complete=0,以标志 DSP 从触摸屏接收消息错误。此时请求触摸屏从新发消息直至 DSP 接收成功。图 3 DSP 对触摸屏的指令处理及回应函数流程图而 DSP 回应触摸屏函数主要完成 DSP 对触摸屏所发消息的回

14、应,以及对各个功能指令的实现。只有当 DSP 对触摸屏的接收和回应都成功时,才能说明 DSP 与触摸屏成功的完成了一次通讯。所以 DSP 对触摸屏的回应非常重要。5结束本文介绍了如何实现触摸屏与 DSP 的串口通讯。在作者参与的工程中得到了切实的应用,经过现场设备运行的验证,证明该设计可以稳定可靠的工作。本文作者创新点:1.本文实现了 Motorola 公司的 DSP5F807芯片与触摸屏的通讯。2.从工程的角度实现了系统的软硬件两方面设计。参考文献1邵贝贝,龚光华,薛涛,刘永毅等,Motorola DSP 型 16 位单片机原理与实践,北京:北京航空航天大学出版社,2003.1,5-192M

15、odicon Inc.Modbus Protocol Reference GuideZ.19963Motorola DSP56F801/803/805/807 User s Manual Preliminary-Rev.3.0Z4范寿康,康广荃,尹磊等编著 Freescale 16 位 DSP 原理与开发技术,机械工业出版社,2006.3,20-355吴振纲,陈虎.PLC 的人机接口与编程J.微计算机信息,2005,8-1:21-236Motorola DSP Embedded SDK Programmer s GuideZ7欧阳明星,刘学清著 微型计算机接口技术及应用,华中科技大学出版社,2

16、000.48张雄伟,曹铁勇,DSP 芯片的原理与开发应用(第二版),北京:电子工业出版社,2000,17-20作者简介:于镭(1969-),男,汉,副教授,青岛科技大学,硕士生导师,研究方向为视觉机器人,数字伺服系统;田家彩(1983-),男,汉,青岛科技大学,硕士研究生,研究方向为运动控制与智能控制;亓玉刚(1985-),男,汉,青岛科技大学,硕士研究生,研究方向为基于 DSP 智能高压开关柜控制系统的研究Biography:YU Lei(1969-),male,Han nationality,Qingdao Uni-versity of Science and Technology,master tutor,working in vi-sion robot,figure servo system.(266042青岛科技大学自主导航与智能控制研究所)于镭田家彩 亓玉刚通讯地址:(266042青岛科技大学(四方校区)郑州路53号自动化学院150信箱)田家彩(收稿日期:2009.04.01)(修稿日期:2009.07.01)25-