李維尊

摘要：單片機(jī)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(jī)械設(shè)備控制技術(shù)起到了作用，PLC與單片機(jī)串行通信是兩者結(jié)合的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；PLC；串行通信

單片機(jī)和PLC是現(xiàn)代社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)、家用電器等各方面廣泛應(yīng)用的兩種技術(shù)，通過兩者的串行通信，能夠組建一個(gè)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(jī)械設(shè)備的控制技術(shù)中發(fā)揮作用，PLC與單片機(jī)的串行通信是兩者結(jié)合使用的關(guān)鍵。

1單片機(jī)與PLC

單片機(jī)是借助于超大規(guī)模的集成電路技術(shù)，組建一個(gè)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)以整合各種有數(shù)據(jù)處理功能的機(jī)械設(shè)備，這些設(shè)備包括中央處理器、I/O接口、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、中斷系統(tǒng)以及定時(shí)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(chǔ)程序的存儲(chǔ)器，可通過數(shù)字模式、模擬式等對(duì)用戶發(fā)出的運(yùn)算、控制、保存、定時(shí)等指令進(jìn)行輸入或輸出，從而對(duì)機(jī)械設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行控制。

2 PLC和單片機(jī)之間串行通信設(shè)置的相關(guān)細(xì)節(jié)分析

2.1 PLC單片機(jī)之間數(shù)據(jù)發(fā)送的相關(guān)初始分析

在初始設(shè)置中，單片機(jī)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(jì)算。在這個(gè)公式中F所代表的量是單片機(jī)時(shí)鐘的頻率大小，在整個(gè)公式的取值中，要求SPBRG值為整數(shù)值。所以，單片機(jī)波特率和PLC之間是必然存在著誤差的。而且根據(jù)整個(gè)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(xì)微的差異，但是這種差異是非常細(xì)微的，在整個(gè)的分析過程中，并不會(huì)因?yàn)檫@種細(xì)小的誤差而產(chǎn)生收發(fā)錯(cuò)位的現(xiàn)象。但是需要我們特別注意的是，單片機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)初始設(shè)置時(shí)，其數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)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(guān)功能的設(shè)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(yùn)行下才能這樣選擇。在應(yīng)用通信的端口進(jìn)行通信任務(wù)執(zhí)行時(shí)，首先需要是進(jìn)行初始化的設(shè)置。在整個(gè)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(shè)備的初始設(shè)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(jìn)行銜接，并且對(duì)數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)位以及波特率等方面按照要求進(jìn)行初始化的設(shè)置。

3 PLC與單片機(jī)之間的串行通信及運(yùn)用

3.1硬件選型及連接

以塑料擠出機(jī)溫度自動(dòng)控制為例，為讓PLC與單片機(jī)之間的串行通信得以實(shí)現(xiàn)，需要選擇PLC和通信芯片、單片機(jī)等硬件設(shè)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(duì)其進(jìn)行簡單操作，同時(shí)，其本身具有較強(qiáng)的通信功能，現(xiàn)階段，在多種自動(dòng)控制領(lǐng)域中，這種PLC都得到了十分廣泛的應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)為差分接受、平衡驅(qū)動(dòng)的RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)。選擇MAX495E作為通信芯片，該通信芯片為RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)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(jī)方面，本文選擇Microchip公司生產(chǎn)的PIC16F877型號(hào)單片機(jī)，這種單片機(jī)的運(yùn)行功耗相對(duì)較低、運(yùn)行速度相對(duì)較快，且其外界電路較為簡潔，并擁有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。在單片機(jī)內(nèi)部，可以集中串行通信模塊，讓系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的串行通信。

3.2通信協(xié)議設(shè)置

考慮到SMATICS7-200系列的PLC和PIC16F877型號(hào)單片機(jī)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(jī)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(shí)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(shí)現(xiàn)。憑借單片機(jī)的發(fā)送緩沖結(jié)構(gòu)，在數(shù)據(jù)的每次發(fā)送時(shí)，其連續(xù)發(fā)送字節(jié)數(shù)量僅有兩個(gè)。接口標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用一致為PLC側(cè)RS-485，傳輸線為屏蔽雙絞線，在對(duì)單片機(jī)側(cè)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)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(shè)置

在單片機(jī)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(shè)單片機(jī)時(shí)鐘頻率為F，那么波特率寄存器SPBRG=F/（16·波特率）-1.在計(jì)算SPBRG結(jié)果后，需要取整數(shù)，在PLC和單片機(jī)實(shí)際波特率之間存在微小誤差。在異步通信時(shí)，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(gè)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(huì)讓收發(fā)錯(cuò)位事件出現(xiàn)。單片機(jī)需要在數(shù)據(jù)位、停止位和校驗(yàn)位和PLC統(tǒng)一。在單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，僅有兩個(gè)連續(xù)發(fā)送的字節(jié)，對(duì)此，匯編語言初始設(shè)置可以分為體0、體1兩個(gè)部分。在STOP模式中，CPU會(huì)對(duì)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(chǔ)器SMB30可以完成S7-200PLC初始設(shè)置，利用字符的接收與中斷，可以讓數(shù)據(jù)接收得以實(shí)現(xiàn)。在此情況下，可以對(duì)初始設(shè)置工作予以簡單完成，也就是將中斷程序和中斷事件8進(jìn)行連接，并設(shè)置波特率。在PLC和單片機(jī)進(jìn)行串行通信過程中，在單片機(jī)串行接口處有設(shè)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(jī)將傳送的數(shù)據(jù)輸入完成后，會(huì)啟動(dòng)相應(yīng)的設(shè)備，讓數(shù)據(jù)傳送得到真正實(shí)現(xiàn)。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)傳送和接收功能也可得到實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而讓數(shù)據(jù)傳送工作真正完成。利用RS-485接口時(shí)，S7-200系列PLC為讓自身和單片機(jī)進(jìn)行串行通信，單片機(jī)需要發(fā)動(dòng)給PLC命令幀格式，在PLC接收到相關(guān)指令后，會(huì)做出響應(yīng)。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(yīng)幀格式主要包含了起始碼、高位、低位、正確傳送標(biāo)志、響應(yīng)文本、塊檢查碼和結(jié)束碼。在此過程中，單片機(jī)需要完全負(fù)責(zé)整個(gè)通信過程，利用PLC可以對(duì)通信程序進(jìn)行編制。單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)通信程序流程可以概括為：開始→初始設(shè)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(shí)程序→發(fā)送校驗(yàn)碼→延時(shí)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(jì)數(shù)器清零→異域校驗(yàn)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(jìn)步，使單片機(jī)與PLC的結(jié)合使用正在不斷拓展，單片機(jī)系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)的整合，有效提高了機(jī)械設(shè)備與工業(yè)生產(chǎn)控制性能，降低了成本，提高了項(xiàng)目收益。

參考文獻(xiàn)：

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

（作者單位：天津津?yàn)I威立雅水業(yè)有限公司）