喬勇

摘 要：本文詳細(xì)介紹了Siemens公司的點到點通信處理器模塊CP340如何與C8051F021單片機實現(xiàn)ASCII協(xié)議通信的。文章給出了硬件電路連接，介紹了通信協(xié)議的制定方法，并給出了PLC與單片機的編程介紹。

關(guān)鍵詞：PLC；點到點通信；ASCII協(xié)議；RS-485

0 引言

本文介紹了CP340在SIMATIC S7-300中，采用RS-485的接口協(xié)議與C8051F021單片機的通訊解決方案，本系統(tǒng)以PLC為核心控制單元，通過通訊模塊CP340與單片機系統(tǒng)實現(xiàn)485通信，實現(xiàn)主控單元與單片機系統(tǒng)之間的指令、數(shù)據(jù)通訊；實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收功能，最后由PLC負(fù)責(zé)將這些數(shù)據(jù)進行運算處理。

CP340通訊處理器模塊可以在西門子 S7系列中使用，該模塊可以實現(xiàn)ASCII碼、打印機驅(qū)動和3964三種通訊協(xié)議，通過集成在STEP7中參數(shù)化工具進行設(shè)置。并提供了三種通訊接口：RS232、模擬量20mA、RS422/485。

1 通訊接口設(shè)計

CP340-RS422/485可配置RS422全雙工模式和RS485半雙工模式，方案設(shè)計中配置為RS485半雙工模式，CP340模塊提供一15針接頭，在硬件連接上需要引出第4腳R（A）/T（A）和第11腳R（B）/T（B）兩個數(shù)據(jù)線引腳；而C8051F021單片機只需配置一個全雙工的串行口線，為了增強抗干攏能力，設(shè)計上選用了內(nèi)部集成隔離電路的MAX1480芯片，將其轉(zhuǎn)化成RS485信號。

2 通訊協(xié)議的制定

CP340可以傳輸十六位進制的00-FF之間的任何數(shù)據(jù)，用戶可以自己制定相關(guān)的傳輸協(xié)議，CP340的ASCII協(xié)議只有三種可選的波特率：2400bps、4800bps、9600bps。

制定通信協(xié)議：單片機作為從機，PLC作為主機，從機在建立與主機通信之前，一直處于對通信線路的監(jiān)聽狀態(tài)，主機PLC通過CP340通訊模塊向從機發(fā)送通訊指令，從機在接收到指令后對其進行識別，校驗，判斷是否主機呼叫從機，如果地址相符，確認(rèn)呼叫從機。然后，從機停止監(jiān)聽通訊線路，并發(fā)送程序指定的數(shù)據(jù)。通信的指令格式如下：

（1）主機發(fā)送指令格式：從機地址號{參數(shù)號1：參數(shù)值1， 參數(shù)號2：參數(shù)值2， ……}CRC16校驗碼EOF。說明：1）第一個字節(jié)是地址，所以第9位必須置1；其他字節(jié)隨意；2）第一個字節(jié)是從機特定地址。從機地址若被分配為ASCII碼“1”，轉(zhuǎn)換為十六進制是：0x31；3）參數(shù)號不分大小先后，可以發(fā)送單個或者多個參數(shù)，參數(shù)之間的分隔符可以是除了數(shù)字、e、E、小數(shù)點和冒號這些關(guān)鍵字之外的所有字符，例如空格、逗號等。所以參數(shù)可以分行。參數(shù)串以大括號“ }”結(jié)尾。所有字符都必須是ASCII字符。4）發(fā)送完參數(shù)串以后，上位機必須計算參數(shù)串的16位CRC校驗碼，并將校驗碼（用4位十六進制字符表示）發(fā)送給下位機，最后是EOF作為一幀數(shù)據(jù)的結(jié)尾。5）發(fā)送完EOF以后，從機計算接收到的參數(shù)串的16位CRC校驗碼，如果和主機發(fā)送的校驗碼吻合，則發(fā)送“1”作為通信有效應(yīng)答，否則發(fā)送“0”作為通信錯誤應(yīng)答。如果主機在發(fā)送數(shù)據(jù)完成后在約定時間（2秒）內(nèi)沒有接收到任何應(yīng)答，也將認(rèn)為通信發(fā)生錯誤。這樣主機可以根據(jù)應(yīng)答判斷通信狀況：“1”-發(fā)送成功；“0”-發(fā)送數(shù)據(jù)錯誤；無應(yīng)答（“＼0”）-可能線路發(fā)生故障。6）小于10的參數(shù)號不能在前面加“0”。如參數(shù)號“7”不能用“07”代替；7）參數(shù)號后面緊跟著冒號“：”，緊跟著參數(shù)值，緊跟著分隔符；（為了易于辨認(rèn)，參數(shù)后可加注釋）。8）系統(tǒng)將順序搜索字符串，每當(dāng)找到一個冒號“：”，就提取它前面的參數(shù)號和它后面的參數(shù)；直到字符串被搜索完畢。所以，如果傳輸多個相同的參數(shù)號，系統(tǒng)將最終接受最后的1個。9）注意：單片機內(nèi)部串口輸入緩沖區(qū)長度被設(shè)置為1024個字節(jié)，輸出緩沖區(qū)長度則是1024字節(jié)。所以單次發(fā)送的字符串（包括校驗碼）總長度不能超過1024個字節(jié)！

（2）從機發(fā)送數(shù)據(jù)格式：從機地址號{數(shù)據(jù)}CRC16校驗碼EOF。

3 通信程序設(shè)計

（1）PLC通信程序設(shè)計。PLC（西門子 S7-300）以專用通訊模塊與CP340接口進行數(shù)據(jù)交換，程序設(shè)計中用到功能塊FB3（發(fā)送數(shù)據(jù)）和FB2（接收數(shù)據(jù)），F(xiàn)B3將數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)寫入到CP340的發(fā)送緩沖區(qū)中，F(xiàn)B2將CP340接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)讀回，存入到接收數(shù)據(jù)塊中。

設(shè)計程序的時候，使用一個延時定時器T0來控制超時的時間，超時的時間必須大于發(fā)送指令開始到正確接收到一幀完整數(shù)據(jù)之間的時間，如果定時器輸出‘1，則表示在規(guī)定的超時時間內(nèi)沒有接收到正確的數(shù)據(jù)，如果定時器輸出‘0，則表示沒有出現(xiàn)通訊錯誤，每次發(fā)送指令時啟動定時器T0，如果正確的接收到數(shù)據(jù)，復(fù)位定時器T0后，再進行下一指令的發(fā)送，保證定時器T0輸出為‘0。如果沒有接收到正確數(shù)據(jù)，定時器輸出置位，此時做相應(yīng)的錯誤處理程序后再準(zhǔn)備指令的重新發(fā)送。

波特率選用9600bps，1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位，發(fā)送數(shù)據(jù)塊DB1，接收數(shù)據(jù)塊DB10，假設(shè)發(fā)送指令字節(jié)數(shù)4個，接收最大字節(jié)數(shù)為40個，所以超時時間應(yīng)大于：（1/9600）*（1+8+1）*（4+40）*1000=46ms，可設(shè)定超時時間為70ms。

指令數(shù)據(jù)塊：在通訊模塊中，定義指令格式，采用字符數(shù)組形式，內(nèi)存分配如下表所示：

（2）單片機通信程序設(shè)計。單片機C8051F021程序使用C語言編寫， RS485為半雙工模式，一般情況下將RS485芯片使能于接收狀態(tài)，接收到指令后，開始校驗，若正確，就將RS485芯片置位于發(fā)送狀態(tài)，并將主機所需要的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，發(fā)送結(jié)束后，再使其置位于接收狀態(tài)。通信程序采用中斷方式，從機默認(rèn)地址為01。

4 結(jié)束語

在點到點數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)設(shè)計中，采用SIMATIC S7-300和CP340通訊模塊與C8051F021單片機實現(xiàn)了ASCII碼協(xié)議通信，該方案結(jié)構(gòu)簡單，投資少，運行穩(wěn)定，傳輸距離遠(yuǎn)，這使得PLC在工業(yè)在線檢測儀表主機的開發(fā)中具有很高的應(yīng)用價值。

參考文獻：

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