单片机与PLC之间的串行通信实现.docx
单片机与PLC之间的串行通信实现导语： PLC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和单片机的通信实现做一下介绍。1、引言随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经扩展到了几乎所有的工业领域。其中，PLC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采集和模数转换芯片，单片机通过通信端口将数据传输给PLC,由于采用了 RS-485接口标准，传输距离可达lOOOmo PLC经过PID运算后控制加热以保持温度恒定。下面结合实例就PLC和单片机的通信实现做一下介绍。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结构和精简指令集技术，具有功耗低、运行速度高、驱动能力强和外接电路简洁的特点。PIC16F877单片机内部集成了串行通信模块即通用同步/异步收发器USART模块，主要应用目标是系统之间的远距离串行通信。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寄存器来完成发送。2.2、 S7-20。系列 PLCS7-200系列PLC通信端口采用异步串行通信方式，通信端口标准采用平衡驱动、差分接受的RS485接口标准，可以组成半双工串行通信网络，构成分布式系统，系统中最多可以有32个站。S7-200支持多种串行通信协议，利用自由端口模式，可以通过语句表或梯形图编程，实现用户定义的通信协议，很方便地连接不同厂家的智能设备。在自由端口模式下，可以连续地发送或接收255个字节以内的数据，这在大块数据通信时是很方便的。2.3、 MAX485E 芯片MAX485E芯片是RS-485接口标准专用通信芯片，如图1所示，R0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R0输出，RE脚为R0的使能端，低电平时选通R0,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DL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，所以二者在通信时必须先进行转换，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选择数据的输入或输出。图1硬件连接图3、通信协议本项目中由于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信。PLC采用自由端口模式协议，协议由语句表编程实现;单片机使用USART模块的异步发送模式，协议用汇编语言编程实现。由PIC16F877单片机的发送缓冲结构可知，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较方便。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位停止位。异步通信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。异步通信的传输速率即波特率选择为38400bit/So为提高数据传输的可靠性，采用异或校验，报文采用定长发送，前四个字节参加异或校验，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1。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相同，当采用高速波特率时，波特率寄存器SPBRG由下式计算：SPBRG=F/ （16&TImes;波特率）-1式中：F单片机时钟频率。单片机的数据位、校验位、停止位要和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, RPO;体 1MOVLWD' 5' ;38400bit/sMOVWFSPBRG;MOVLWB7 00100100, ;异步,发送使能MOVWFTXSTA;高速，8位数据MOVLWB7 lllOllir ;RC6, RC7,MOVWFTRISC;RC4 通信CLRFINTCON;禁止中断RETURN;子程序返回;体0设置子程序TOBCFSTATUS, RPO;体 0BSFPORTC, 4;RC4=1 通信MOVLWB' M000000'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模式时，自由端口模式被禁止，使用其它模式的通信,例如与编程设备的通信。只有CPU处于RUN模式时，才能使用自由端口模式。如果使用通信端口0通信，将通过特殊存储器SMB30进行初始设置。Network 1LDSM0.7/若为RUN模式EU/上升沿OSMO/或首次扫描MOVB16#01, SMB30/38400bit/s, 8, N, 1ATCHINTO, 8中断与into连接ENI 允许中断Network2LDNSM0.7/若非 RUN 模式EU上升沿RSM30.0, 1设置为PPI协议DTCH8/禁止中断5、通信程序5.1、 PIC16F877单片机发送数据通信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，对通信的实时性要求较低，在发送数据通信程序中加入了较多的延时程序。由于波特率时钟依赖于系统时基振荡器，所以单片机进入睡眠状态时不能进行异步通信。单片机发送N个测温点温度数据通信程序流程图如图3所示。图3单片机程序流程图5.2、 S7-200PLC接收数据通信程序PLC采用字符接收完成中断接收数据，通过起始字节判断接收数据帧的开始，由数据长度决定接收数据帧的结束，采用异或校验提高接收数据的可靠性，S7-200PLC在接收完一帧数据后计算出接收到数据的异或校验码，并与单片机传送过来的校验码比较，如果不同就舍弃，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接收数据通信程序流程图如图4图6所示。6、结论由PIC16F877单片机和S7-200PLC组成的串行通信系统，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、成本低的优点，经过试用证明性能稳定、运行可靠、抗干扰能力强。如果需要，也可以进行半双工通信或略作改动组成多机通信网络。
