單片機與PLC之間的串行通信實現

李維尊

摘要：單片機和PLC是現代工業生產、家用電器等廣泛使用的兩種技術，通過它們之間的串行通信，可以形成一種小型的控制系統，并發揮一定的數據傳輸能力，從而在各種各樣的機械設備控制技術起到了作用，PLC與單片機串行通信是兩者結合的關鍵。

關鍵詞：單片機；PLC；串行通信

單片機和PLC是現代社會工業生產、家用電器等各方面廣泛應用的兩種技術，通過兩者的串行通信，能夠組建一個小型控制系統，并發揮一定的數據傳輸能力，從而在多種機械設備的控制技術中發揮作用，PLC與單片機的串行通信是兩者結合使用的關鍵。

1單片機與PLC

單片機是借助于超大規模的集成電路技術，組建一個微型計算機控制系統以整合各種有數據處理功能的機械設備，這些設備包括中央處理器、I/O接口、數據存儲器、中斷系統以及定時器等。PLC是可編程邏輯控制器，是一種有編程功能、內部有存儲程序的存儲器，可通過數字模式、模擬式等對用戶發出的運算、控制、保存、定時等指令進行輸入或輸出，從而對機械設備或工業生產進行控制。

2 PLC和單片機之間串行通信設置的相關細節分析

2.1 PLC單片機之間數據發送的相關初始分析

在初始設置中，單片機的波特率是必須和PLC保持高度一致的。在高速波特率的選擇上，我們可以根據公式：SPBRG=F/（16×波特率）-1來計算。在這個公式中F所代表的量是單片機時鐘的頻率大小，在整個公式的取值中，要求SPBRG值為整數值。所以，單片機波特率和PLC之間是必然存在著誤差的。而且根據整個工作流程來看，數據的發送方和接收方在頻率上都存在著比較細微的差異，但是這種差異是非常細微的，在整個的分析過程中，并不會因為這種細小的誤差而產生收發錯位的現象。但是需要我們特別注意的是，單片機在發送數據初始設置時，其數據位、校驗位、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。

2.2 PLC接受數據相關功能的設置

在一般情況下，PLC接受數據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模式的運行下才能這樣選擇。在應用通信的端口進行通信任務執行時，首先需要是進行初始化的設置。在整個的接收過程中，我們是選擇通過字符接收中斷數據的，所以，在設備的初始設置中，我們要將接收數據中斷程序和中斷事件8之間進行銜接，并且對數據位、停止位、校驗位以及波特率等方面按照要求進行初始化的設置。

3 PLC與單片機之間的串行通信及運用

3.1硬件選型及連接

以塑料擠出機溫度自動控制為例，為讓PLC與單片機之間的串行通信得以實現，需要選擇PLC和通信芯片、單片機等硬件設備。在本文中，選擇西門子公司生產的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，可以對其進行簡單操作，同時，其本身具有較強的通信功能，現階段，在多種自動控制領域中，這種PLC都得到了十分廣泛的應用。通信端口為S7-200系列PLC，利用異步串行通信方法，通信端口標準為差分接受、平衡驅動的RS-485接口標準。選擇MAX495E作為通信芯片，該通信芯片為RS-485接口標準專用，DI腳為數據輸入端，RO腳為數據輸出端。在單片機方面，本文選擇Microchip公司生產的PIC16F877型號單片機，這種單片機的運行功耗相對較低、運行速度相對較快，且其外界電路較為簡潔，并擁有較強的驅動能力。在單片機內部，可以集中串行通信模塊，讓系統間實現遠距離的串行通信。

3.2通信協議設置

考慮到SMATICS7-200系列的PLC和PIC16F877型號單片機只能完成數據接收操作和數據發送操作，因此，在本文中采用了單工串行通信技術，PIC16F877單片機通信協議采用了內部USRT模塊異步發送模式，利用匯編語言編程可讓其實現；在PLC通信協議中，利用了自有端口模式，利用語句表編程方式可讓其得以實現。憑借單片機的發送緩沖結構，在數據的每次發送時，其連續發送字節數量僅有兩個。接口標準應用一致為PLC側RS-485，傳輸線為屏蔽雙絞線，在對單片機側發送數據進行轉換后可以將其發送至PLC，在字符信息方面，格式起始位為1位，格式數據位為8位，格式停止位為1位，沒有校檢位。

3.3初始設置

在單片機內部，集成了USART模塊，波特率和SQ-200PLC相同，如果波特率為高速，設單片機時鐘頻率為F，那么波特率寄存器SPBRG=F/（16·波特率）-1.在計算SPBRG結果后，需要取整數，在PLC和單片機實際波特率之間存在微小誤差。在異步通信時，為確保其具有同步性，需要檢測字符起始位的下降沿。在每個字符中，均具有較多的位數，所以，即使發送方和接收方收發頻率存在些許不同，累積誤差也不會讓收發錯位事件出現。單片機需要在數據位、停止位和校驗位和PLC統一。在單片機發送數據時，僅有兩個連續發送的字節，對此，匯編語言初始設置可以分為體0、體1兩個部分。在STOP模式中，CPU會對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，那么通過特殊存儲器SMB30可以完成S7-200PLC初始設置，利用字符的接收與中斷，可以讓數據接收得以實現。在此情況下，可以對初始設置工作予以簡單完成，也就是將中斷程序和中斷事件8進行連接，并設置波特率。在PLC和單片機進行串行通信過程中，在單片機串行接口處有設置數據寄存器，這種寄存器可以完成數據的傳送和接收工作。在單片機將傳送的數據輸入完成后，會啟動相應的設備，讓數據傳送得到真正實現。與此同時，數據寄存器的數據傳送和接收功能也可得到實現，進而讓數據傳送工作真正完成。利用RS-485接口時，S7-200系列PLC為讓自身和單片機進行串行通信，單片機需要發動給PLC命令幀格式，在PLC接收到相關指令后，會做出響應。命令幀格式主要包含了起始碼、高位、低位、特征碼、發送文本、塊檢查碼和結束碼。響應幀格式主要包含了起始碼、高位、低位、正確傳送標志、響應文本、塊檢查碼和結束碼。在此過程中，單片機需要完全負責整個通信過程，利用PLC可以對通信程序進行編制。單片機發送數據通信程序流程可以概括為：開始→初始設置→測溫地址清零→發送起始字節發送測溫地址→模數轉換數字濾波→發送溫度值→延時程序→發送校驗碼→延時程序→測溫地址+1→測溫地址判斷，在PLC的接收數據通信程序中，其流程可以概括為：INT_0開始→是否等于起始字節→字符接收完成中斷連接INT_1→字符計數器清零→異域校驗碼清零→指針指向接收緩沖區首地址→終端返回。

4結束語

通信科技的進步，使單片機與PLC的結合使用正在不斷拓展，單片機系統與PLC系統的整合，有效提高了機械設備與工業生產控制性能，降低了成本，提高了項目收益。

參考文獻：

[1]饒偉.小議PLC與單片機之間的串行通信及應用[J].電子制作，2016（10）：82.

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

（作者單位：天津津濱威立雅水業有限公司）