單片機與PLC串行口通信電路設計研究論文

1 引言

在工業智能控制領域，廣泛應用的設備有兩種，一種是單片機，另一種就是PLC,但是單片機與PLC各自存在優缺點。PLC是在單片機的原理上得出的產物，它的主要功能就是降低工程研發時間，和單片機相比，其具備的優勢就在於操作方便，不需要運用太多的電子方面的知識。單片機作爲一個獨立的單片計算機系統，性能方面存在較高的優勢，且功能強大，可以滿足各個電氣控制的需求，但是，單片機具備開發困難、開發週期長、開發成本高等缺點，而PLC控制器中沒有安裝鍵盤、顯示器等設備，因此不能對控制數據進行顯示。

鑑於以上因素，針對多種控制任務，假若將單片機與PLC進行融合，各自發揮自身具備的優勢，將會取得理想的結果。因此，要想實現上述功能，首先要就實現單片機與PLC之間的串行通信。本篇文章將重點對單片機與PLC之間的串行通信實現進行全面的解析和探討。

2 單片機和PLC概述

單片機主要是藉助超大規模集成電路技術，將具備數據處理功能的設備集中整合構建成一個微型的計算機控制系統，其中具備數據處理功能的設備主要有中央處理器、數據儲存器、I/O口、中斷系統、定時器等。

PLC即是可編程邏輯控制器，它是具備編程功能的存儲器，其內部設有存儲程序，一旦用戶發出運算、控制、定時、保存等指令，可以利用數字或者模擬式輸入或輸出的方式來實現機械或者工業生產的控制。

3 單片機與PLC串行口通信接口電路及設置

3.1接口電路設計

PLC設備提供了標準化的RS系列接口，電平邏輯爲常規的EIA邏輯，而AT89C5型號1的電平邏輯和PLC並不兼容，主要爲TTL或CMOS系列的電平邏輯，因此就需要進行電平件的邏輯轉換處理。通常情況下，我們主要應用MAX系列的串行通信芯片，這是因爲其具有單片集成雙的驅動功能和接收功能。在進行通信接口電路供電時，一般應用單一+5V型號的電源，並在通信接口電路外部接入四支RS系列接口，從而實現TTL或CMOS系列的電平邏輯轉換。因此，TTL或CMOS系列的電平邏輯直接藉助RS系列接口實現數據信號的輸送。

3.2 RS-232C串行通信接口的設置

（1）PLC串行口的設置

以松下電工FP1系列的PLC爲例，利用安裝系統寄存器的'方式來實現PLC串行口初始化處理，該串行通信接口格式主要以RS系列接口爲主，其中，在進行控制字各位設定時，可以將其設定爲H00,也就是設計一個起始位置、設計八個數據位置、設計一個無校驗以及設計一個停止位置。但是，在進行No.414型號的寄存器安裝時，必須要應用RS系列中型號爲232C的接口，並在進行控制字各位設定時，將其設定爲H01,我們也可以將其稱之爲計算機連接通信方式。

（2）單片機串行口的設置

在進行單片機串行口的設置時，首先要在單片機內部安置一個串行口，將TXD設置爲數據的輸送位置，把RXD設置爲數據的接收位置。其中，該設備中主要被兩種型號的寄存器進行控制，一種是SCON型號的寄存器，另一種是PCON型號的寄存器。在進行軟件設置時，通信方式常採用的是標準異步通信。它是將單片機串行口設置成八個異步通信接口，這種方式主要應用在點對點的單片機串行口中。每幀信息有十個位，包括一個起始位置、八個數據位置、一個停止位置。

3.3通信協議設計

單片機與PLC之間的串行通信的工作原理是，藉助單片機設備對PLC發送命令，PLC按照單片機設備下達的命令，進行數據信息的傳送和接收，從而給機械或者工業生產提供數據參數。通信協議主要利用指令或接收等模式來實現數據的傳送，其中每幀字符不能高於三十個。

單片機設備傳送的數據流結構模式分爲六種：起始符、指令碼、元件首址、字節數、數據塊以及結束符。

（1）起始符

數據流中排在首位的字符，預示着單片機設備將要傳送數據。

（2）指令碼

單片機設備給PLC發送的執行指令。其中發送的指令有兩種，一種是讀取指令，另一種是修改指令。

（3）元件首址

PLC內部結構中存在的元件型號和寄存器所在的位置，其中元件首址佔據兩個字符。

（4）字節數

以元件首址爲起點，對PLC內部結構中所有數據信息進行讀取和傳送，同時還要保證數據信息讀取和傳送的精準性。

（5）數據塊

其佔據字符數量不高於20個。

（6）結束符

主要是指指令結束，在PLC中佔據一個字符。

4 單片機與PLC串行口的通信過程

在單片機與PLC串行口的通信過程中，單片機的串行接口處設有一個SBUF型號的數據寄存器，這個寄存器不僅具備數據傳送功能，同時還具備數據接收功能。在相同的條件下，單片機只要把想傳送的數據進行輸入，並啓動設備，就可以實現數據的傳送，這時數據寄存器就會啓動接收功能進行數據接收。當PLC利用RS型號的接口來實現和單片機通信時，我們可以先讓單片機給PLC發送一個命令幀格式指令，並進行數據的發送，當PLC接收到指令後，會立即作出響應，這時單片機也會接收到PLC發送的響應幀格式指令，並進行數據的接收。這些通信過程都是由單片機來實現，PLC不需要進行通信程序的編制。

4.1發送命令幀格式

在進行通信時，首先需要單片機給PLC發送一個呼叫命令，其中包含一些特殊表碼或者呼叫字符等，發送命令幀格式見圖1:

4.2響應幀格式

當完成命令幀格式輸送後，PLC會及時給出響應，同時給單片機發送一個響應幀格式指令，單片機接收PLC的響應幀格式見圖2:

5 單片機與PLC的應用

PLC是在單片機的原理上得出的產物，是一種新型的科技產品。單片機作爲一種合成電路，其可以建立多個應用系統，其結構可以是大型的，也可以是小型或者微型的。通常情況下，單片機主要應用C語言和彙編語言。單片機應用範圍比較廣泛，但是在操作和維護上，都具有一定的難度，在PLC和單片機的性能角度來說，對於單項工程，通常應用PLC,這是因爲其具備較高的成功率和較強的穩定性，但是，成本比較高。對於大量配套工程，通常應用單片機，這是因爲其具備效益好、成本低等特點。隨着我國科技發展逐漸加快，在單片機系統中融合PLC設備的各項性能，不僅可以給工程項目帶來更高的效益，還能發揮自身優勢，取得理想的結果。

6 總結與展望

本文對單片機與PLC之間的串行通信作了較詳細的分析。這種串行通信技術具有結構簡便、運行牢靠、抗干擾等特點，因此得到了工程項目的廣泛應用。隨着我國科技的快速發展，人們增大了單片機與PLC之間的串行通信系統的研發力度，將單片機與PLC進行緊密融合，從而提供更好的應用價值。

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