單片機(jī)與PLC串行口通信電路設(shè)計(jì)研究

1、單片機(jī)與PLC串行口通信電路設(shè)計(jì)研究1 引言在工業(yè)智能控制領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用的設(shè)備有兩種，一種是單片機(jī)，另一種就是PLC,但是單片機(jī)與PLC各自存在優(yōu)缺點(diǎn)。PLC是在單片機(jī)的原理上得出的產(chǎn)物，它的主要功能就是降低工程研發(fā)時(shí)間，和單片機(jī)相比，其具備的優(yōu)勢(shì)就在于操作方便，不需要運(yùn)用太多的電子方面的知識(shí)。單片機(jī)作為一個(gè)獨(dú)立的單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，性能方面存在較高的優(yōu)勢(shì)，且功能強(qiáng)大，可以滿足各個(gè)電氣控制的需求，但是，單片機(jī)具備開發(fā)困難、開發(fā)周期長(zhǎng)、開發(fā)成本高等缺點(diǎn)，而PLC控制器中沒有安裝鍵盤、顯示器等設(shè)備，因此不能對(duì)控制數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。鑒于以上因素，針對(duì)多種控制任務(wù)，假若將單片機(jī)與PLC進(jìn)行融合，各自發(fā)揮自身具

2、備的優(yōu)勢(shì)，將會(huì)取得理想的結(jié)果。因此，要想實(shí)現(xiàn)上述功能，首先要就實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PLC之間的串行通信。本篇文章將重點(diǎn)對(duì)單片機(jī)與PLC之間的串行通信實(shí)現(xiàn)進(jìn)行全面的解析和探討。2 單片機(jī)和PLC概述單片機(jī)主要是借助超大規(guī)模集成電路技術(shù)，將具備數(shù)據(jù)處理功能的設(shè)備集中整合構(gòu)建成一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其中具備數(shù)據(jù)處理功能的設(shè)備主要有中央處理器、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器、I/O口、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器等。PLC即是可編程邏輯控制器，它是具備編程功能的存儲(chǔ)器，其內(nèi)部設(shè)有存儲(chǔ)程序，一旦用戶發(fā)出運(yùn)算、控制、定時(shí)、保存等指令，可以利用數(shù)字或者模擬式輸入或輸出的方式來實(shí)現(xiàn)機(jī)械或者工業(yè)生產(chǎn)的控制。3 單片機(jī)與PLC串行口通信接口電路及設(shè)

3、置3.1接口電路設(shè)計(jì)PLC設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)化的RS系列接口，電平邏輯為常規(guī)的EIA邏輯，而AT89C5型號(hào)1的電平邏輯和PLC并不兼容，主要為TTL或CMOS系列的電平邏輯，因此就需要進(jìn)行電平件的邏輯轉(zhuǎn)換處理。通常情況下，我們主要應(yīng)用MAX系列的串行通信芯片，這是因?yàn)槠渚哂袉纹呻p的驅(qū)動(dòng)功能和接收功能。在進(jìn)行通信接口電路供電時(shí)，一般應(yīng)用單一+5V型號(hào)的電源，并在通信接口電路外部接入四支RS系列接口，從而實(shí)現(xiàn)TTL或CMOS系列的電平邏輯轉(zhuǎn)換。因此，TTL或CMOS系列的電平邏輯直接借助RS系列接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)的輸送。3.2 RS-232C串行通信接口的設(shè)置（1）PLC串行口的設(shè)置以松下電工FP

4、1系列的PLC為例，利用安裝系統(tǒng)寄存器的方式來實(shí)現(xiàn)PLC串行口初始化處理，該串行通信接口格式主要以RS系列接口為主，其中，在進(jìn)行控制字各位設(shè)定時(shí)，可以將其設(shè)定為H00,也就是設(shè)計(jì)一個(gè)起始位置、設(shè)計(jì)八個(gè)數(shù)據(jù)位置、設(shè)計(jì)一個(gè)無校驗(yàn)以及設(shè)計(jì)一個(gè)停止位置。但是，在進(jìn)行No.414型號(hào)的寄存器安裝時(shí)，必須要應(yīng)用RS系列中型號(hào)為232C的接口，并在進(jìn)行控制字各位設(shè)定時(shí)，將其設(shè)定為H01,我們也可以將其稱之為計(jì)算機(jī)連接通信方式。（2）單片機(jī)串行口的設(shè)置在進(jìn)行單片機(jī)串行口的設(shè)置時(shí)，首先要在單片機(jī)內(nèi)部安置一個(gè)串行口，將TXD設(shè)置為數(shù)據(jù)的輸送位置，把RXD設(shè)置為數(shù)據(jù)的接收位置。其中，該設(shè)備中主要被兩種型號(hào)的寄存器進(jìn)

5、行控制，一種是SCON型號(hào)的寄存器，另一種是PCON型號(hào)的寄存器。在進(jìn)行軟件設(shè)置時(shí)，通信方式常采用的是標(biāo)準(zhǔn)異步通信。它是將單片機(jī)串行口設(shè)置成八個(gè)異步通信接口，這種方式主要應(yīng)用在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單片機(jī)串行口中。每幀信息有十個(gè)位，包括一個(gè)起始位置、八個(gè)數(shù)據(jù)位置、一個(gè)停止位置。3.3通信協(xié)議設(shè)計(jì)單片機(jī)與PLC之間的串行通信的工作原理是，借助單片機(jī)設(shè)備對(duì)PLC發(fā)送命令，PLC按照單片機(jī)設(shè)備下達(dá)的命令，進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳送和接收，從而給機(jī)械或者工業(yè)生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)參數(shù)。通信協(xié)議主要利用指令或接收等模式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送，其中每幀字符不能高于三十個(gè)。單片機(jī)設(shè)備傳送的數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)模式分為六種：起始符、指令碼、元件首址、字節(jié)數(shù)

6、、數(shù)據(jù)塊以及結(jié)束符。（1）起始符數(shù)據(jù)流中排在首位的字符，預(yù)示著單片機(jī)設(shè)備將要傳送數(shù)據(jù)。（2）指令碼單片機(jī)設(shè)備給PLC發(fā)送的執(zhí)行指令。其中發(fā)送的指令有兩種，一種是讀取指令，另一種是修改指令。（3）元件首址PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)中存在的元件型號(hào)和寄存器所在的位置，其中元件首址占據(jù)兩個(gè)字符。（4）字節(jié)數(shù)以元件首址為起點(diǎn)，對(duì)PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)中所有數(shù)據(jù)信息進(jìn)行讀取和傳送，同時(shí)還要保證數(shù)據(jù)信息讀取和傳送的精準(zhǔn)性。（5）數(shù)據(jù)塊其占據(jù)字符數(shù)量不高于20個(gè)。（6）結(jié)束符主要是指指令結(jié)束，在PLC中占據(jù)一個(gè)字符。4 單片機(jī)與PLC串行口的通信過程在單片機(jī)與PLC串行口的通信過程中，單片機(jī)的串行接口處設(shè)有一個(gè)SBUF型號(hào)的數(shù)

7、據(jù)寄存器，這個(gè)寄存器不僅具備數(shù)據(jù)傳送功能，同時(shí)還具備數(shù)據(jù)接收功能。在相同的條件下，單片機(jī)只要把想傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入，并啟動(dòng)設(shè)備，就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送，這時(shí)數(shù)據(jù)寄存器就會(huì)啟動(dòng)接收功能進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。當(dāng)PLC利用RS型號(hào)的接口來實(shí)現(xiàn)和單片機(jī)通信時(shí)，我們可以先讓單片機(jī)給PLC發(fā)送一個(gè)命令幀格式指令，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送，當(dāng)PLC接收到指令后，會(huì)立即作出響應(yīng)，這時(shí)單片機(jī)也會(huì)接收到PLC發(fā)送的響應(yīng)幀格式指令，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收。這些通信過程都是由單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，PLC不需要進(jìn)行通信程序的編制。4.1發(fā)送命令幀格式在進(jìn)行通信時(shí)，首先需要單片機(jī)給PLC發(fā)送一個(gè)呼叫命令，其中包含一些特殊表碼或者呼叫字符等，發(fā)送命令幀格

8、式見圖1:4.2響應(yīng)幀格式當(dāng)完成命令幀格式輸送后，PLC會(huì)及時(shí)給出響應(yīng)，同時(shí)給單片機(jī)發(fā)送一個(gè)響應(yīng)幀格式指令，單片機(jī)接收PLC的響應(yīng)幀格式見圖2:5 單片機(jī)與PLC的應(yīng)用PLC是在單片機(jī)的原理上得出的產(chǎn)物，是一種新型的科技產(chǎn)品。單片機(jī)作為一種合成電路，其可以建立多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)可以是大型的，也可以是小型或者微型的。通常情況下，單片機(jī)主要應(yīng)用C語言和匯編語言。單片機(jī)應(yīng)用范圍比較廣泛，但是在操作和維護(hù)上，都具有一定的難度，在PLC和單片機(jī)的性能角度來說，對(duì)于單項(xiàng)工程，通常應(yīng)用PLC,這是因?yàn)槠渚邆漭^高的成功率和較強(qiáng)的穩(wěn)定性，但是，成本比較高。對(duì)于大量配套工程，通常應(yīng)用單片機(jī)，這是因?yàn)槠渚邆湫б婧?/p>

9、、成本低等特點(diǎn)。隨著我國(guó)科技發(fā)展逐漸加快，在單片機(jī)系統(tǒng)中融合PLC設(shè)備的各項(xiàng)性能，不僅可以給工程項(xiàng)目帶來更高的效益，還能發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，取得理想的結(jié)果。6 總結(jié)與展望本文對(duì)單片機(jī)與PLC之間的串行通信作了較詳細(xì)的分析。這種串行通信技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便、運(yùn)行牢靠、抗干擾等特點(diǎn)，因此得到了工程項(xiàng)目的廣泛應(yīng)用。隨著我國(guó)科技的快速發(fā)展，人們?cè)龃罅藛纹瑱C(jī)與PLC之間的串行通信系統(tǒng)的研發(fā)力度，將單片機(jī)與PLC進(jìn)行緊密融合，從而提供更好的應(yīng)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)：1 李生軍，李少蒙。單片機(jī)與PLC之間的串行通信實(shí)現(xiàn)J.化工自動(dòng)化及儀表，2010（02）：78-80.2 王宏超，吳亦鋒。CPM2AH PLC 與 STC89C52 單片機(jī)之間的串行通信設(shè)計(jì)及其應(yīng)用J.機(jī)電工程技術(shù)，2010,39（9）：35-36.3 武德慶。單片機(jī)與PLC串行通信數(shù)據(jù)傳輸模式實(shí)現(xiàn)J.民營(yíng)科技，2010（09）：34.4 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（08）：29.5 孫進(jìn)，曹肖偉，丁靜，等?；贛odbus通信協(xié)議的PLC與CAN總線通訊J.徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)