单片机与PLC之间的串行通信实现

1、引言

随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经扩展到了几乎所有的工业领域。其中，PLC和单片机在小规模控制系统中获得了广泛的应用。

在塑料挤出机温度自动控制中，选用S7-200系列PLC作为主控器件，PIC16F877单片机作为温度数据采集和模数转换芯片，单片机通过通信端口将数据传输给PLC，由于采用了RS-485接口标准，传输距离可达1000m。PLC经过PID运算后控制加热圈以保持温度恒定。下面结合实例就PLC和单片机的通信实现做一下介绍。

2、硬件构成

2.1、PIC16F877单片机

Microchip公司的PIC16F877单片机采用哈佛总线结构和精简指令集技术，具有功耗低、运行速度高、驱动能力强和外接电路简洁的特点。PIC16F877单片机内部集成了串行通信模块即通用同步/异步收发器USART模块，主要应用目标是系统之间的远距离串行通信。USART模块所需的两条引脚是RC6和RC7，如图1所示，当发送允许位TXEN被置1，就可以把发送数据写入TXREG寄存器来完成发送。

2.2、S7-200系列PLC

S7-200系列PLC通信端口采用异步串行通信方式，通信端口标准采用平衡驱动、差分接受的RS485接口标准，可以组成半双工串行通信网络，构成分布式系统，系统中最多可以有32个站。S7-200支持多种串行通信协议，利用自由端口模式，可以通过语句表或梯形图编程，实现用户定义的通信协议，很方便地连接不同厂家的智能设备。在自由端口模式下，可以连续地发送或接收255个字节以内的数据，这在大块数据通信时是很方便的。

2.3、MAX485E芯片

MAX485E芯片是RS-485接口标准专用通信芯片，如图1所示，RO脚为数据输出脚，它接收RS-485的差模信号VAB，并转换为TTL电平由RO输出，RE脚为RO的使能端，低电平时选通RO，输出有效。DI脚为数据输入端，它将TTL电平的数据转换为差模信号VAB，并由A、B两脚输送出去，DE是DI使能端，高电平选通DI，输入有效。故A、B两脚既是RS-485信号输入端，同时也是该信号的输出端，关键是由使能端RE、DE的电平来决定。

2.4、硬件连接图

S7-200PLC采用RS-485接口标准，接收差模信号，而PIC16F877单片机的输出为TTL电平，所以二者在通信时必须先进行转换，本系统采用MAX485E芯片作为转换芯片，硬件连接如图1所示。由PIC16F877单片机的RC4选择数据的输入或输出。

图1  硬件连接图

3、通信协议

本项目中由于PIC16F877单片机只是发送数据，PLC单纯接收数据，所以采用单工串行通信。PLC采用自由端口模式协议，协议由语句表编程实现;单片机使用USART模块的异步发送模式，协议用汇编语言编程实现。由PIC16F877单片机的发送缓冲结构可知，一次只能连续发送两个字节的数据，故PLC采用字符接收完成中断比较方便。接口标准采用与PLC侧一致的RS-485，接头采用9针D形连接器，传输线采用屏蔽双绞线，单片机侧的发送数据需经转换后再发送。

字符信息格式为：1位起始位，8位数据位，无校验位，1位停止位。

异步通信的字符信息格式如图2所示。

图2    字符信息格式

数据位的发送顺序为低位在前，高位在后。