1、引言

隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術的飛速發(fā)展，計算機控制已經擴展到了幾乎所有的工業(yè)領域。其中，PLC和單片機在小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)中獲得了廣泛的應用。

在塑料擠出機溫度自動控制中，選用S7-200系列PLC作為主控器件，PIC16F877單片機作為溫度數(shù)據(jù)采集和模數(shù)轉換芯片，單片機通過通信端口將數(shù)據(jù)傳輸給PLC，由于采用了RS-485接口標準，傳輸距離可達1000m。PLC經過PID運算后控制加熱圈以保持溫度恒定。下面結合實例就PLC和單片機的通信實現(xiàn)做一下介紹。

2、硬件構成

2.1、PIC16F877單片機

Microchip公司的PIC16F877單片機采用哈佛總線結構和精簡指令集技術，具有功耗低、運行速度高、驅動能力強和外接電路簡潔的特點。PIC16F877單片機內部集成了串行通信模塊即通用同步/異步收發(fā)器USART模塊，主要應用目標是系統(tǒng)之間的遠距離串行通信。USART模塊所需的兩條引腳是RC6和RC7，如圖1所示，當發(fā)送允許位TXEN被置1，就可以把發(fā)送數(shù)據(jù)寫入TXREG寄存器來完成發(fā)送。

2.2、S7-200系列PLC

S7-200系列PLC通信端口采用異步串行通信方式，通信端口標準采用平衡驅動、差分接受的RS485接口標準，可以組成半雙工串行通信網絡，構成分布式系統(tǒng)，系統(tǒng)中最多可以有32個站。S7-200支持多種串行通信協(xié)議，利用自由端口模式，可以通過語句表或梯形圖編程，實現(xiàn)用戶定義的通信協(xié)議，很方便地連接不同廠家的智能設備。在自由端口模式下，可以連續(xù)地發(fā)送或接收255個字節(jié)以內的數(shù)據(jù)，這在大塊數(shù)據(jù)通信時是很方便的。

2.3、MAX485E芯片

MAX485E芯片是RS-485接口標準專用通信芯片，如圖1所示，RO腳為數(shù)據(jù)輸出腳，它接收RS-485的差模信號VAB，并轉換為TTL電平由RO輸出，RE腳為RO的使能端，低電平時選通RO，輸出有效。DI腳為數(shù)據(jù)輸入端，它將TTL電平的數(shù)據(jù)轉換為差模信號VAB，并由A、B兩腳輸送出去，DE是DI使能端，高電平選通DI，輸入有效。故A、B兩腳既是RS-485信號輸入端，同時也是該信號的輸出端，關鍵是由使能端RE、DE的電平來決定。

2.4、硬件連接圖

S7-200PLC采用RS-485接口標準，接收差模信號，而PIC16F877單片機的輸出為TTL電平，所以二者在通信時必須先進行轉換，本系統(tǒng)采用MAX485E芯片作為轉換芯片，硬件連接如圖1所示。由PIC16F877單片機的RC4選擇數(shù)據(jù)的輸入或輸出。

圖1硬件連接圖

3、通信協(xié)議

本項目中由于PIC16F877單片機只是發(fā)送數(shù)據(jù)，PLC單純接收數(shù)據(jù)，所以采用單工串行通信。PLC采用自由端口模式協(xié)議，協(xié)議由語句表編程實現(xiàn);單片機使用USART模塊的異步發(fā)送模式，協(xié)議用匯編語言編程實現(xiàn)。由PIC16F877單片機的發(fā)送緩沖結構可知，一次只能連續(xù)發(fā)送兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)，故PLC采用字符接收完成中斷比較方便。接口標準采用與PLC側一致的RS-485，接頭采用9針D形連接器，傳輸線采用屏蔽雙絞線，單片機側的發(fā)送數(shù)據(jù)需經轉換后再發(fā)送。

字符信息格式為：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，無校驗位，1位停止位。

異步通信的字符信息格式如圖2所示。

圖2字符信息格式

數(shù)據(jù)位的發(fā)送順序為低位在前，高位在后。

異步通信的傳輸速率即波特率選擇為38400bit/s。為提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，采用異或校驗，報文采用定長發(fā)送，前四個字節(jié)參加異或校驗，報文的最后一個字節(jié)為校驗碼。PIC16F877單片機的模數(shù)轉換精度為10位，故溫度值采用雙字節(jié)保存。報文幀格式如表1所示。

表1報文幀格式

4、初始設置

4.1、PIC16F877單片機發(fā)送數(shù)據(jù)初始設置

PIC16F877單片機內部集成的USART模塊使用的波特率應該和S7-200PLC相同，當采用高速波特率時，波特率寄存器SPBRG由下式計算：

SPBRG=F/（16&TImes;波特率）-1

式中：F———單片機時鐘頻率。

單片機的數(shù)據(jù)位、校驗位、停止位要和PLC統(tǒng)一。

PIC16F877單片機最多只能連續(xù)發(fā)送兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)。其初始設置匯編語言程序如下：

LISTP=16F877A;偽指令

INCLUDE“P16F877A.INC”;偽指令

;-------------------體1設置子程序-------------------

T1BCFSTATUS，RP1;

BSFSTATUS，RP0;體1

MOVLWD′5′;38400bit/s

MOVWFSPBRG;

MOVLWB′00100100′;異步，發(fā)送使能

MOVWFTXSTA;高速，8位數(shù)據(jù)

MOVLWB′11101111′;RC6，RC7，

MOVWFTRISC;RC4通信

CLRFINTCON;禁止中斷

RETURN;子程序返回

;-------------------體0設置子程序-------------------

T0BCFSTATUS，RP0;體0

BSFPORTC，4;RC4=1通信

MOVLWB′10000000′;使能串口

RETURN;子程序返回

4.2S7-200PLC接收數(shù)據(jù)初始設置

CPU處于STOP模式時，自由端口模式被禁止，使用其它模式的通信，例如與編程設備的通信。只有CPU處于RUN模式時，才能使用自由端口模式。如果使用通信端口0通信，將通過特殊存儲器SMB30進行初始設置。

Network1

LDSM0.7//若為RUN模式

EU//上升沿

OSM0.1//或首次掃描

MOVB16#01，SMB30//38400bit/s，8，N，1

ATCHINT0，8//中斷與int0連接

ENI//允許中斷

Network2

LDNSM0.7//若非RUN模式

EU//上升沿

RSM30.0，1//設置為PPI協(xié)議

DTCH8//禁止中斷

5、通信程序

5.1、PIC16F877單片機發(fā)送數(shù)據(jù)通信程序

報文采用定長發(fā)送，每一幀報文由五個字節(jié)組成，每一溫度值都經數(shù)字濾波后再發(fā)送。由于溫度值變化緩慢，對通信的實時性要求較低，在發(fā)送數(shù)據(jù)通信程序中加入了較多的延時程序。由于波特率時鐘依賴于系統(tǒng)時基振蕩器，所以單片機進入睡眠狀態(tài)時不能進行異步通信。單片機發(fā)送N個測溫點溫度數(shù)據(jù)通信程序流程圖如圖3所示。

圖3單片機程序流程圖

5.2、S7-200PLC接收數(shù)據(jù)通信程序

PLC采用字符接收完成中斷接收數(shù)據(jù)，通過起始字節(jié)判斷接收數(shù)據(jù)幀的開始，由數(shù)據(jù)長度決定接收數(shù)據(jù)幀的結束，采用異或校驗提高接收數(shù)據(jù)的可靠性，S7-200PLC在接收完一幀數(shù)據(jù)后計算出接收到數(shù)據(jù)的異或校驗碼，并與單片機傳送過來的校驗碼比較，如果不同就舍棄，不要求重發(fā)。本應用中傳送數(shù)據(jù)為溫度值，舍棄后接收下一個數(shù)據(jù)即可。PLC接收數(shù)據(jù)通信程序流程圖如圖4～圖6所示。

6、結論

由PIC16F877單片機和S7-200PLC組成的串行通信系統(tǒng)，采用平衡驅動、差分接收的RS-485接口標準，與TTL電平兼容，具有開發(fā)簡單、成本低的優(yōu)點，經過試用證明性能穩(wěn)定、運行可靠、抗干擾能力強。如果需要，也可以進行半雙工通信或略作改動組成多機通信網絡。