單片機與PLC之間的串行通信實現(xiàn)

隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機控制已經(jīng)擴展到了幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域。其中，PLC和單片機在小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。

在塑料擠出機溫度自動控制中，選用S7-200系列PLC作為主控器件，PIC16F877單片機作為溫度數(shù)據(jù)采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，單片機通過通信端口將數(shù)據(jù)傳輸給PLC，由于采用了RS-485接口標(biāo)準，傳輸距離可達1000m。PLC經(jīng)過PID運算后控制加熱圈以保持溫度恒定。下面結(jié)合實例就PLC和單片機的通信實現(xiàn)做一下介紹。

Microchip公司的PIC16F877單片機采用哈佛總線結(jié)構(gòu)和精簡指令集技術(shù)，具有功耗低、運行速度高、驅(qū)動能力強和外接電路簡潔的特點。PIC16F877單片機內(nèi)部集成了串行通信模塊即通用同步/異步收發(fā)器USART模塊，主要應(yīng)用目標(biāo)是系統(tǒng)之間的遠距離串行通信。USART模塊所需的兩條引腳是RC6和RC7，如圖1所示，當(dāng)發(fā)送允許位TXEN被置1，就可以把發(fā)送數(shù)據(jù)寫入TXREG寄存器來完成發(fā)送。

S7-200系列PLC通信端口采用異步串行通信方式，通信端口標(biāo)準采用平衡驅(qū)動、差分接受的RS485接口標(biāo)準，可以組成半雙工串行通信網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成分布式系統(tǒng)，系統(tǒng)中最多可以有32個站。S7-200支持多種串行通信協(xié)議，利用自由端口模式，可以通過語句表或梯形圖編程，實現(xiàn)用戶定義的通信協(xié)議，很方便地連接不同廠家的智能設(shè)備。在自由端口模式下，可以連續(xù)地發(fā)送或接收255個字節(jié)以內(nèi)的數(shù)據(jù)，這在大塊數(shù)據(jù)通信時是很方便的。

MAX485E芯片是RS-485接口標(biāo)準專用通信芯片，如圖1所示，RO腳為數(shù)據(jù)輸出腳，它接收RS-485的差模信號VAB，并轉(zhuǎn)換為TTL電平由RO輸出，RE腳為RO的使能端，低電平時選通RO，輸出有效。DI腳為數(shù)據(jù)輸入端，它將TTL電平的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為差模信號VAB，并由A、B兩腳輸送出去，DE是DI使能端，高電平選通DI，輸入有效。故A、B兩腳既是RS-485信號輸入端，同時也是該信號的輸出端，關(guān)鍵是由使能端RE、DE的電平來決定。

S7-200PLC采用RS-485接口標(biāo)準，接收差模信號，而PIC16F877單片機的輸出為TTL電平，所以二者在通信時必須先進行轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)采用MAX485E芯片作為轉(zhuǎn)換芯片，硬件連接如圖1所示。由PIC16F877單片機的RC4選擇數(shù)據(jù)的輸入或輸出。

圖1  硬件連接圖

本項目中由于PIC16F877單片機只是發(fā)送數(shù)據(jù)，PLC單純接收數(shù)據(jù)，所以采用單工串行通信。PLC采用自由端口模式協(xié)議，協(xié)議由語句表編程實現(xiàn);單片機使用USART模塊的異步發(fā)送模式，協(xié)議用匯編語言編程實現(xiàn)。由PIC16F877單片機的發(fā)送緩沖結(jié)構(gòu)可知，一次只能連續(xù)發(fā)送兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)，故PLC采用字符接收完成中斷比較方便。接口標(biāo)準采用與PLC側(cè)一致的RS-485，接頭采用9針D形連接器，傳輸線采用屏蔽雙絞線，單片機側(cè)的發(fā)送數(shù)據(jù)需經(jīng)轉(zhuǎn)換后再發(fā)送。

字符信息格式為：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，無校驗位，1位停止位。

異步通信的字符信息格式如圖2所示。

圖2    字符信息格式

數(shù)據(jù)位的發(fā)送順序為低位在前，高位在后。