LC與單片機之間的串行通信及應用探討

　　摘要：本文圍繞16F877單片機(PIC)與S7-200可編程序控制器(PLC)，分別從硬件連接、軟件實現、通信過程等方面，探討了二者之間實現遠距離串行通信的具體方法，希望能為此領域研究提供借鑒與幫助。

　　本文源自中國設備工程,2020(17):137-138.《中國設備工程》曾用刊名：(中國設備管理;設備管理)1985年創刊是中國工業領域的國家級宣傳平臺，國家一級刊物。以宣傳報道國家工業發展工作的戰略、政策、法規，關注全球工業、設備管理等全面解決方案的專業載體。它憑借提供準確、客觀、專業性的信息，服務于中國經濟發展。雜志充分依托國家發改委、工信部等平臺資源優勢，為企業搭建政策與市場機會的平臺，為企業提供展示優勢和對接服務的平臺，搭建企業與政府互動的平臺，推動中國工業綠色發展，推動綠色經濟，建設生態文明。

　　在由單片機(PIC)構成的各種工業控制設備中，許多用戶會選用其并行接口開展各項功能的擴展，比如，顯示、鍵盤等;針對此些擴展而言，往往需要占用比較多的I/O點資源。需要指出的是，針對那些先進且優質的PLC而言，均配置有串行接口單元(SIU)，此單元的主要職責就是完成高速狀態下的串行通信任務，無須對CPU運行造成干擾;另外，還需強調的是，其能夠解放CPU，使其能夠集中精力對所存在的實時控制問題，或者是數據處理問題給解決掉。針對PLC所配置的RS-232C接口而言，便為一個比較實用的串行通信接口，其不僅能與計算機之間，實現實時性通信，而且還能與外圍設備相連接，比如，串行打印機、條碼判讀器等。如果經單片機而與PLC之間實現通信，并讀、寫PLC的各個寄存器，那么便能夠較好的對單片機進行充分利用，降低其成本，為擴展提供切實方便，提高PLC應用的整體靈活性。本文就PLC與單片機間的串行通信策略作一探討。

　　1、硬件組成分析

　　1.1PIC16F877單片機分析

　　PIC16F877單片機是一種比較常用的單片機類型，由Microchip公司所生產，采用的是精簡指令集技術，結構為哈佛總線結構，有著比較高的運行速度、比較強的驅動能力、比較低的功耗以及比較簡潔的外接電路。在此單片機的內容中，集成有當前比較先進的串行通信模塊，也就是同步/異步收發器USART模塊，其具體目標是實現各系統間的高效率、遠距離、優質化通信。針對USART模塊來講，通常情況下，需要設置2個引腳，其一為RC6，其二是RC7，在設置發送允許位TXEN時，如果將其設置為1，那么，此時便能高質量的XREG寄存器發送數據。

　　1.2S7-200系列PLC

　　針對SIMATICS7-200系列PLC(西門子公司產)而言，其實，為一類小型整體式PLC，因操作比較簡單，而且指令也比較豐富，另外，運行穩定且可靠，通信能力強，因而在多種機械設備中，尤其是生產自動化控制中，得到廣泛應用。針對此系列的LC通信端口來講，所選用的通信方式為異步串行，而在相配套的通信端口標準上，選用的是RS-485接口標準，其不僅能差分接受，而且還能平衡驅動，此外，還能根據現實需要，構建起比較完整且實用程度高的半雙工串行通信網絡，形成分布式系統(其中，站的數量可以達到32個)。還需要說明的是，此系列PLC能夠同時支持許多類型的串行通信協議，并且還能采取自由端口模式，聯合梯形圖或者語句表來進行編程，如此一來，便能夠用戶所需通信協議的自定義，為不同廠家所生產智能設備的有效連接，提供切實方便。基于自由端口這一模式下，能夠根據現實需要，對<255個字節的數據進行持續性的收、發，因而能為大數據通信提供方便，同時，還能結合實際情況，采用字符接收終端，而并非接受指令，來對所接收的數據進行控制，但需要強調的是，此方式雖然比較靈活，但是，難以編程。

　　1.3MAX485E芯片分析

　　對于MAX485E芯片來講，實為一種專用的通信芯片(RS-485接口標準)，其中，針對RO腳而言，實為其數據輸出腳，其能夠根據現實需要，對RS-485所對應的VAB(差模信號)進行實時或有選擇性的接收，而且還能向TTL電平進行轉換，最后，從RO處向外輸出;而對于RE腳來講，實際就是RO的使能端，當處于低電平狀態時，選通RO，此時，便可有效實現輸出。針對DI腳而言，其作為一種數據輸入端，能夠把TTL電平所接收到的數據，以一種合理、高效的方式，相差模信號VAB進行轉換，且借助A、B兩腳實現向外輸送;對于DE來分析，其實，為DI使能端，當在高電平狀態下對DI進行選通，可有效輸入。因此，針對A、B兩腳而言，除了是RS-485所對應的信號輸入端之外，還是此信號所對應的輸出端，對其起到決定作用的是使能端RE、DE所對應的電平值。為了能夠更加簡便地進行控制，一般會把兩端相連接，當處于高電平狀態時，DI腳所輸入的數據便始終保持有效狀態;如果處于低電平狀態，那么，由RO腳所輸出的數據處于有效狀態。

　　1.4硬件連接圖

　　針對S7-200PLC而言，其所選用的借口標準為RS-485，能夠對差模信號進行實時接收，而對于PIC16F877單片機來講，其所輸出的是TTL電平，因此，兩者在進行通信時，首先，需實施轉換處理，本系統將MAX485E芯片當作具體的轉換芯片，由RC4(PIC16F877單片機)進行數據選擇，然后，進行傳送或輸入。

　　2、通信協議

　　針對此項目而言，因其中的PIC16F877單片機僅為發送數據，PLC的主要作用就是接收數據，因此，可選擇單工串行通信。另外，還需要指出的是，由于PLC所選用的是比較新型且實用的自由端口模式協議，而且此協議主要借助語句表來進行編程;而對于單片機而言，其采用異步發送模式(USART模塊)，而且在具體協議上，采用匯編語言進行編程。基于單片機(PIC16F877)所對應的發送緩沖結構而言，一次僅能對2個字節的數據進行連接與發送，因此，PLC通過接收字符的方式，來實現中斷，操作比較簡單。而在具體的接口標準上，所選用的是一致于PLC側的RS-485，另外，接頭所選用的是D形連接器(9針)，將具體的屏蔽雙絞線當作系統的傳輸線。字符信息的基本格式是：8位數據位，1位起始位，1位停止位，無校驗位。還需要強調的是，數據位在具體的發送順序上，主要秉持的是高位在后、低位在前的原則。通常情況下，異步通信的波特率一般為38400bit/s。

　　為了能夠使數據傳輸的穩定性、可靠性得到提升，可采取異或校驗，并且還可選用定長發送報文，最前邊的4個字節進行異或校驗，而報文最后面的那個字節便是校驗碼。還需要指出的是，針對PIC16F877單片機來講，由于其在數模上，能夠向10位精度進行轉換，因此，可選用雙字節來保存溫度值。

　　3、通信過程

　　針對單片機所對應的串行端口而言，通常會設置1個數據寄存器SBUF，對于此寄存器來講，不僅能為發送提供服務，而且還能為接收提供服務;另外，在特定狀況或條件下，單片機會將數據寫入SBUF中，如此一來，便能將整個發送過程予以啟動;通過對SBUF進行讀取，便能夠將接收過程啟動。如果PLC借助RS-232C串行接口，而實現與單片機之間的實時通信，那么，此時，需要單片機將命令幀格式發送給PLC(也就是發送過程);當發送完成后，PLC便能夠根據完成情況，即刻作出反應，與此同時，對于從PLC中所輸出的響應幀格式，單片機會予以接收(也就是接收過程)，上述全部通信都由單片機進行收、發。

　　(1)發送命令幀格式。當開始通信后，首先，由單片機將呼叫發送給PLC，其包含諸多部分，不僅有呼叫字符，而且還有PLC站號、特殊標志碼等。

　　(2)響應幀格式。當完成命令幀格式的傳送工作后，PLC會即刻作出響應，并且還會將1個響應幀格式傳送給單片機。

　　4、結語

　　綜上，串行通信實為一種已經在多個領域中得到了廣泛應用的實用型通信方式，本文僅探討了AT89C51單片機與PLC之間進行串行通信的具體思路，從中可知，串行通信有著比較強的實用性、比較簡單的結構，此外，整個操作比較簡便靈活，容易擴充其他應用，有著不錯的應用效能。

　　參考文獻：

　　[1]龔志廣,孫維連,李新領等.OMRONCPM2APLC與AT89C52單片機的串行通信及應用[J].微計算機信息,2016,000(10Z):P.238-240.

　　[2]葉翠安.三菱PLC與單片機間串口通信的實現[J].船電技術,2018,035(005):66-69.

　　[3]張潔,馬鳳銘,徐穎.基于MODBUS協議的單片機與S7-200PLC串行通信的實現[J].鞍山師范學院學報,2019(4):15-19.

　　[4]張兆營.AT89C51與S7-200PLC串行通信及其應用[J].山東煤炭科技,2018,000(004):114-115.