單片機與PLC之間的串行通信實現(xiàn)

李維尊

摘要：單片機和PLC是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、家用電器等廣泛使用的兩種技術(shù)，通過它們之間的串行通信，可以形成一種小型的控制系統(tǒng)，并發(fā)揮一定的數(shù)據(jù)傳輸能力，從而在各種各樣的機械設備控制技術(shù)起到了作用，PLC與單片機串行通信是兩者結(jié)合的關鍵。

關鍵詞：單片機；PLC；串行通信

單片機和PLC是現(xiàn)代社會工業(yè)生產(chǎn)、家用電器等各方面廣泛應用的兩種技術(shù)，通過兩者的串行通信，能夠組建一個小型控制系統(tǒng)，并發(fā)揮一定的數(shù)據(jù)傳輸能力，從而在多種機械設備的控制技術(shù)中發(fā)揮作用，PLC與單片機的串行通信是兩者結(jié)合使用的關鍵。

1單片機與PLC

單片機是借助于超大規(guī)模的集成電路技術(shù)，組建一個微型計算機控制系統(tǒng)以整合各種有數(shù)據(jù)處理功能的機械設備，這些設備包括中央處理器、I/O接口、數(shù)據(jù)存儲器、中斷系統(tǒng)以及定時器等。PLC是可編程邏輯控制器，是一種有編程功能、內(nèi)部有存儲程序的存儲器，可通過數(shù)字模式、模擬式等對用戶發(fā)出的運算、控制、保存、定時等指令進行輸入或輸出，從而對機械設備或工業(yè)生產(chǎn)進行控制。

2 PLC和單片機之間串行通信設置的相關細節(jié)分析

2.1 PLC單片機之間數(shù)據(jù)發(fā)送的相關初始分析

在初始設置中，單片機的波特率是必須和PLC保持高度一致的。在高速波特率的選擇上，我們可以根據(jù)公式：SPBRG=F/（16×波特率）-1來計算。在這個公式中F所代表的量是單片機時鐘的頻率大小，在整個公式的取值中，要求SPBRG值為整數(shù)值。所以，單片機波特率和PLC之間是必然存在著誤差的。而且根據(jù)整個工作流程來看，數(shù)據(jù)的發(fā)送方和接收方在頻率上都存在著比較細微的差異，但是這種差異是非常細微的，在整個的分析過程中，并不會因為這種細小的誤差而產(chǎn)生收發(fā)錯位的現(xiàn)象。但是需要我們特別注意的是，單片機在發(fā)送數(shù)據(jù)初始設置時，其數(shù)據(jù)位、校驗位、停止位要和PLC保持較為高度的一致，以避免大的誤差的出現(xiàn)。

2.2 PLC接受數(shù)據(jù)相關功能的設置

在一般情況下，PLC接受數(shù)據(jù)往往有著比較高的要求，如果選擇了自由端口的模式，那么必須要求在CPU和RUN模式的運行下才能這樣選擇。在應用通信的端口進行通信任務執(zhí)行時，首先需要是進行初始化的設置。在整個的接收過程中，我們是選擇通過字符接收中斷數(shù)據(jù)的，所以，在設備的初始設置中，我們要將接收數(shù)據(jù)中斷程序和中斷事件8之間進行銜接，并且對數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位以及波特率等方面按照要求進行初始化的設置。

3 PLC與單片機之間的串行通信及運用

3.1硬件選型及連接

以塑料擠出機溫度自動控制為例，為讓PLC與單片機之間的串行通信得以實現(xiàn)，需要選擇PLC和通信芯片、單片機等硬件設備。在本文中，選擇西門子公司生產(chǎn)的SMATICS7-200系列的PLC，這種可編程邏輯控制器具有小型整體性，本身具有十分豐富的指令，可以對其進行簡單操作，同時，其本身具有較強的通信功能，現(xiàn)階段，在多種自動控制領域中，這種PLC都得到了十分廣泛的應用。通信端口為S7-200系列PLC，利用異步串行通信方法，通信端口標準為差分接受、平衡驅(qū)動的RS-485接口標準。選擇MAX495E作為通信芯片，該通信芯片為RS-485接口標準專用，DI腳為數(shù)據(jù)輸入端，RO腳為數(shù)據(jù)輸出端。在單片機方面，本文選擇Microchip公司生產(chǎn)的PIC16F877型號單片機，這種單片機的運行功耗相對較低、運行速度相對較快，且其外界電路較為簡潔，并擁有較強的驅(qū)動能力。在單片機內(nèi)部，可以集中串行通信模塊，讓系統(tǒng)間實現(xiàn)遠距離的串行通信。

3.2通信協(xié)議設置

考慮到SMATICS7-200系列的PLC和PIC16F877型號單片機只能完成數(shù)據(jù)接收操作和數(shù)據(jù)發(fā)送操作，因此，在本文中采用了單工串行通信技術(shù)，PIC16F877單片機通信協(xié)議采用了內(nèi)部USRT模塊異步發(fā)送模式，利用匯編語言編程可讓其實現(xiàn)；在PLC通信協(xié)議中，利用了自有端口模式，利用語句表編程方式可讓其得以實現(xiàn)。憑借單片機的發(fā)送緩沖結(jié)構(gòu)，在數(shù)據(jù)的每次發(fā)送時，其連續(xù)發(fā)送字節(jié)數(shù)量僅有兩個。接口標準應用一致為PLC側(cè)RS-485，傳輸線為屏蔽雙絞線，在對單片機側(cè)發(fā)送數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換后可以將其發(fā)送至PLC，在字符信息方面，格式起始位為1位，格式數(shù)據(jù)位為8位，格式停止位為1位，沒有校檢位。

3.3初始設置

在單片機內(nèi)部，集成了USART模塊，波特率和SQ-200PLC相同，如果波特率為高速，設單片機時鐘頻率為F，那么波特率寄存器SPBRG=F/（16·波特率）-1.在計算SPBRG結(jié)果后，需要取整數(shù)，在PLC和單片機實際波特率之間存在微小誤差。在異步通信時，為確保其具有同步性，需要檢測字符起始位的下降沿。在每個字符中，均具有較多的位數(shù)，所以，即使發(fā)送方和接收方收發(fā)頻率存在些許不同，累積誤差也不會讓收發(fā)錯位事件出現(xiàn)。單片機需要在數(shù)據(jù)位、停止位和校驗位和PLC統(tǒng)一。在單片機發(fā)送數(shù)據(jù)時，僅有兩個連續(xù)發(fā)送的字節(jié)，對此，匯編語言初始設置可以分為體0、體1兩個部分。在STOP模式中，CPU會對自由端口模式予以禁止，利用其他模式可以完成通信。在EUN模式中，可以使用自由端口模式。如果通信端口使用0，那么通過特殊存儲器SMB30可以完成S7-200PLC初始設置，利用字符的接收與中斷，可以讓數(shù)據(jù)接收得以實現(xiàn)。在此情況下，可以對初始設置工作予以簡單完成，也就是將中斷程序和中斷事件8進行連接，并設置波特率。在PLC和單片機進行串行通信過程中，在單片機串行接口處有設置數(shù)據(jù)寄存器，這種寄存器可以完成數(shù)據(jù)的傳送和接收工作。在單片機將傳送的數(shù)據(jù)輸入完成后，會啟動相應的設備，讓數(shù)據(jù)傳送得到真正實現(xiàn)。與此同時，數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)傳送和接收功能也可得到實現(xiàn)，進而讓數(shù)據(jù)傳送工作真正完成。利用RS-485接口時，S7-200系列PLC為讓自身和單片機進行串行通信，單片機需要發(fā)動給PLC命令幀格式，在PLC接收到相關指令后，會做出響應。命令幀格式主要包含了起始碼、高位、低位、特征碼、發(fā)送文本、塊檢查碼和結(jié)束碼。響應幀格式主要包含了起始碼、高位、低位、正確傳送標志、響應文本、塊檢查碼和結(jié)束碼。在此過程中，單片機需要完全負責整個通信過程，利用PLC可以對通信程序進行編制。單片機發(fā)送數(shù)據(jù)通信程序流程可以概括為：開始→初始設置→測溫地址清零→發(fā)送起始字節(jié)發(fā)送測溫地址→模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)字濾波→發(fā)送溫度值→延時程序→發(fā)送校驗碼→延時程序→測溫地址+1→測溫地址判斷，在PLC的接收數(shù)據(jù)通信程序中，其流程可以概括為：INT_0開始→是否等于起始字節(jié)→字符接收完成中斷連接INT_1→字符計數(shù)器清零→異域校驗碼清零→指針指向接收緩沖區(qū)首地址→終端返回。

4結(jié)束語

通信科技的進步，使單片機與PLC的結(jié)合使用正在不斷拓展，單片機系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)的整合，有效提高了機械設備與工業(yè)生產(chǎn)控制性能，降低了成本，提高了項目收益。

參考文獻：

[1]饒偉.小議PLC與單片機之間的串行通信及應用[J].電子制作，2016（10）：82.

[2]林慧文.分析單片機與PLC之間的串行通信實現(xiàn)[J].電子制作，2016（8）：29.

（作者單位：天津津濱威立雅水業(yè)有限公司）