PLC通信技術教學探究

康永澤

摘 要 對UART通信技術和IIC通信技術進行探討，關于PLC通信技術的研究對PLC技術的教學有著很大的促進作用。

關鍵詞 PLC；通信技術；單片機

中圖分類號：G712 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2015）13-0130-02

1 前言

在從事專業教學時，用PLC技術去改造接觸器—繼電器控制，比如一些普通機床的改造，在整個工作中往往還要解決通信問題，掌握PLC與電腦、PLC與變頻器、PLC與觸摸屏、PLC與PLC之間的通信是很重要的。PLC上的CPU就為單片機，為了增加控制功能和提高實時處理的速度，在PLC中應用16位或32位單片機，PLC與計算機、變頻器、觸摸屏之間都有通信電纜。還有樓宇消防與安防上的控制器上都采用單片機控制。單片機與外圍設備之間的通信很重要，比如溫度傳感器把溫度信號通過通信傳給單片機，單片機通過數碼管把這個溫度數據顯示出來，通信技術在單片機系統內起到銜接作用，信號通過通信傳遞進來。如果沒有通信，單片機的功能就被局限了。所以研究PLC的通信是很重要的，有助于從事專業教學。

2 UART的通信

很多PLC教材關于PLC通信這塊知識模塊沒有提及，只要能使用PLC的簡單功能就可以了。這樣不利于知識拓展，因為要把PLC功能開發與單片機學習結合起來更利于知識的拓展和深入自學。通信技術也是控制工程重要的一個學習模塊，要了解控制的框架，然后再一個一個深入。探討PLC通信技術顯得尤為關鍵，先探討UART的通信技術。UART通信的并行通信是通信時數據的各個位同時傳送，可以實現一個字節的8位同時發送。而串行通信，一次只能發送一位，要發送8次才能發送一個字節。單片機之間UART的通信示意圖如圖1所示。

比如用串行通信發送00100111字節，要從低位開始發送。通信上有2個引腳，即RXD和TXD引腳，TXD發送信號，RXD接受信號。信號發送持續時間等于波特率分之一，即波特率的倒數。PLC的單片機1與PLC的單片機2的波特率要保持一致才能正常通信。數據發送什么時候開始，又什么時候結束，這如何解決？單片機1接受單片機2發送的數據，不管是提前發送還是延時發送，接受的數據都有可能會錯過。什么時候知道數據來了，開始接受第一位。UART的通信技巧：當沒有信號發送時，通信線保持高電平，發送完之后也保持高電平。發送數據之前先發送一個低電平，低電平的持續時間也是波特率的倒數。發送8位數據之后，再發送停止位1。發送一個字節8位，實際上發送了10位。多了一個起始位，一個停止位。按0、D1、D2、……、D8、1的順序發送或接受，如圖2所示。

計算機的通信，RS232在工業領域用得多，是9針接口。筆記本電腦都用USB接口了。RS232接口采用的是負邏輯，即-3 V到-15 V的范圍為“1”高電平。而TTL/CMOS電平標準是高電平“1”大于2點幾伏特。由于電平標準不一樣，就用MAX232轉換芯片對單片機電壓與串口電壓做一個轉接。如圖3所示，MAX232的10腳TXD與9腳RXD到單片機去，MAX232的7腳TO-PC-RX到RS232的2腳，MAX232的8腳TO-PC-RX到RS232的3腳。MAX232的10腳TXD是高電平的時候，7腳TO-PC-RX卻輸出一個-3 V到-15 V，電腦上輸出一個-8 V到-9 V左右。同樣的原理可以把-8 V到-9 V轉換成高電平。有了USB，USB把UART轉換后送給單片機，USB還把單片機信號轉換后送給筆記本電腦。有了USB口，不管是臺式機還是筆記本電腦，都可以與單片機進行通信。

為了更直觀地看到單片機與電腦之間的通信，可以把通信傳送的數據在數碼管上顯示出來。要完成這一任務，就用筆記本電腦一臺、KST-51單片機開發板一塊、STC89C52RC芯片一塊、USB線纜一根、邏輯分析儀一臺，KST-51單片機開發板上有數碼管。還可以用邏輯分析儀把通信的波形抓出來看看，這樣更直觀。I0口模擬UART串口通信如圖4所示。

學習使用時電腦上安裝上三個軟件。一個軟件是編寫程序的KeiL-C51-9.02a，一個軟件是下載軟件STC-ISP-v4.80。STC-ISP-v4.80是把通信程序下載到單片機，單片機運行顯示結果。注意安裝下載軟件時點右鍵以管理員身份運行一次，再來安裝。第三個軟件是單片機驅動軟件CH341SER的X64或X86，裝哪一個根據操作系統是32位還是16位來選擇使用。把軟件裝好后，打開Keil uVision4編寫UART通信程序，通信程序寫好后下載到STC-ISP-v4.80中。打開STC-ISP-v4.80的串口助手，選擇十六進制發送，十六進制顯示，注意COM與下載程序的COM、設備管理器的COM口保持一致，波特率設為9600，數據8位，停止位1位，其他默認。程序主要是實現通信的時序圖，并且讓串口助手與單片機開發板進行通信。讓助手向單片機發送1，單片機返回給串口助手來顯示出來，就顯示為1。在STC-ISP-v4.80串口助手如果選擇用字符格式發送，字符格式顯示，這里就要弄懂ASCII字符表格。如字符發送4，那么十六進制顯示為多少呢？到ASCII字符表格里去查，字符4對應的十進制是52，52轉換成十六進制是34[1]。

3 IIC通信

教學時要進行比較分析，找出各種方法的使用條件與范圍，研究通信技術也一樣。URAT通信是用于板與板子之間的通信，是一對一通信。而還有板子內部的通信，是多對多的通信，IIC通信就是多對多的通信。IIC通信總線是由數據線SDA和時鐘SCL構成的串行總線，IIC通信總線必須要兩條線。URAT通信，其波特率是由電腦CPU產生的，是電腦自身的時鐘產生的，單片機接受依靠單片機自己的時鐘，只管自己接受，不管發送方是什么樣的時鐘，波特率對了就可以接受了。但是IIC通信總線就不一樣了，它的發送與接受需要同一個時鐘，發送方與接受方有共同的時鐘，即SCL線。SCL線上所有的器件組成一個“線與”的關系，任何一個器件都可以拉低SCL的電平。只有所有器件的時鐘為高電平SCL才為高電平。IIC通信有起始信號、數據傳輸部分、停止信號傳輸時。SCL為高電平時，SDA才傳送數據，數據傳輸采用時鐘脈沖一位一位串行傳送方式， 發送器送到SDA線上的每個字節必須是8位長，傳送的時候必須是高位在前、低位在后的順序。傳送的時候每個字節需要9個時鐘脈沖，第9個時鐘脈沖為低時，發送器釋放SDA線，接收器把SDA線拉低，以給出一個接受確認位。第9個時鐘脈沖高電平期間，發送器收到這個確認位后，開始下一個字節的傳送。數據傳送時，送出的第一個字節是用來選擇從器件的地址的，前7位為地址碼，后面一位如果為0就是寫，如果為1就是讀。當主器件發送完一字節的數據后，接著發出對應于SCL線上的一個時鐘認可位，這個時候時鐘內的主器件釋放SDA線，一字節傳送就結束了。起始時序必須SCL保持高電平，SDA從高電平到低電平變化，然后傳輸BIT7、BIT6、……、BIT1。停止時序，SCL必須是個高電平，SDA有一個從高電平到低電平的變化[2]。

4 總結

搞控制工程的不僅是教好教材，還要不斷學習新知識，不斷拓展。PLC的教學不僅是教知識，還要教會學生學習搭框架，然后再去自己拓展知識，這樣才會深入，越學越有興趣。PLC控制技術是一門綜合性很強的技術，功能的開發在于知道的多和少，所以通信技術的研究利于對PLC的功能不斷探究。

參考文獻

[1]隋曉紅.通信原理[M].北京：北京大學出版社，2007.

[2]黃葆華.通信原理[M].西安：西安電子科技大學，2007.endprint