试析单片机与PLC之间的串行通信实现

徐荣峰 田建春

(69010部队)

试析单片机与PLC之间的串行通信实现

徐荣峰 田建春

(69010部队)

本文首先对单片机和PLC的基本含义进行简要阐述；其次从接口电路设计、R S—232C串行通信接口的设置、通信协议设计三个方面入手，对单片机与PLC串行口通信接口电路及设置进行探究；然后从发送命令帧格式、响应帧格式两方面，提出单片机与PLC串行口的通信过程，提出单片机与PLC的应用措施。

单片机；PLC；串行通信

1 引言

在工业智能控制领域，广泛应用的设备有两种，一种是单片机，另一种就是PLC，但是单片机与PLC各自存在优缺点。PLC是在单片机的原理上得出的产物，它的主要功能就是降低工程研发时间，和单片机相比，其具备的优势就在于操作方便，不需要运用太多的电子方面的知识。单片机作为一个独立的单片计算机系统，性能方面存在较高的优势，且功能强大，可以满足各个电气控制的需求，但是，单片机具备开发困难、开发周期长、开发成本高等缺点，而PLC控制器中没有安装键盘、显示器等设备，因此不能对控制数据进行显示。

鉴于以上因素，针对多种控制任务，假若将单片机与PLC进行融合，各自发挥自身具备的优势，将会取得理想的结果。因此，要想实现上述功能，首先要就实现单片机与PLC之间的串行通信。本篇文章将重点对单片机与PLC之间的串行通信实现进行全面的解析和探讨。

2 单片机和PLC概述

单片机主要是借助超大规模集成电路技术，将具备数据处理功能的设备集中整合构建成一个微型的计算机控制系统，其中具备数据处理功能的设备主要有中央处理器、数据储存器、I/O口、中断系统、定时器等。

PLC即是可编程逻辑控制器，它是具备编程功能的存储器，其内部设有存储程序，一旦用户发出运算、控制、定时、保存等指令，可以利用数字或者模拟式输入或输出的方式来实现机械或者工业生产的控制。

3 单片机与PLC串行口通信接口电路及设置

3.1 接口电路设计

PLC设备提供了标准化的RS系列接口，电平逻辑为常规的EIA逻辑，而AT89C5型号1的电平逻辑和PLC并不兼容，主要为TTL或CMOS系列的电平逻辑，因此就需要进行电平件的逻辑转换处理。通常情况下，我们主要应用MAX系列的串行通信芯片，这是因为其具有单片集成双的驱动功能和接收功能。在进行通信接口电路供电时，一般应用单一+5V型号的电源，并在通信接口电路外部接入四支RS系列接口，从而实现TTL或CMOS系列的电平逻辑转换。因此，TTL或CMOS系列的电平逻辑直接借助RS系列接口实现数据信号的输送。

3.2 RS—232C串行通信接口的设置

（1）PLC串行口的设置

以松下电工FP1系列的PLC为例，利用安装系统寄存器的方式来实现PLC串行口初始化处理，该串行通信接口格式主要以RS系列接口为主，其中，在进行控制字各位设定时，可以将其设定为H00，也就是设计一个起始位置、设计八个数据位置、设计一个无校验以及设计一个停止位置。但是，在进行No.414型号的寄存器安装时，必须要应用RS系列中型号为232C的接口，并在进行控制字各位设定时，将其设定为H01，我们也可以将其称之为计算机连接通信方式。

（2）单片机串行口的设置

在进行单片机串行口的设置时，首先要在单片机内部安置一个串行口，将TXD设置为数据的输送位置，把RXD设置

为数据的接收位置。其中，该设备中主要被两种型号的寄存器进行控制，一种是SCON型号的寄存器，另一种是PCON型号的寄存器。在进行软件设置时，通信方式常采用的是标准异步通信。它是将单片机串行口设置成八个异步通信接口，这种方式主要应用在点对点的单片机串行口中。每帧信息有十个位，包括一个起始位置、八个数据位置、一个停止位置。

3.3 通信协议设计

单片机与PLC之间的串行通信的工作原理是，借助单片机设备对PLC发送命令，PLC按照单片机设备下达的命令，进行数据信息的传送和接收，从而给机械或者工业生产提供数据参数。通信协议主要利用指令或接收等模式来实现数据的传送，其中每帧字符不能高于三十个。

单片机设备传送的数据流结构模式分为六种：起始符、指令码、元件首址、字节数、数据块以及结束符。

(1)起始符

数据流中排在首位的字符，预示着单片机设备将要传送数据。

(2)指令码

单片机设备给PLC发送的执行指令。其中发送的指令有两种，一种是读取指令，另一种是修改指令。

(3)元件首址

PLC内部结构中存在的元件型号和寄存器所在的位置，其中元件首址占据两个字符。

(4)字节数

以元件首址为起点，对PLC内部结构中所有数据信息进行读取和传送，同时还要保证数据信息读取和传送的精准性。

(5)数据块

其占据字符数量不高于20个。

(6)结束符

主要是指指令结束，在PLC中占据一个字符。

4 单片机与PLC串行口的通信过程

在单片机与PLC串行口的通信过程中，单片机的串行接口处设有一个SBUF型号的数据寄存器，这个寄存器不仅具备数据传送功能，同时还具备数据接收功能。在相同的条件下，单片机只要把想传送的数据进行输入，并启动设备，就可以实现数据的传送，这时数据寄存器就会启动接收功能进行数据接收。当PLC利用RS型号的接口来实现和单片机通信时，我们可以先让单片机给PLC发送一个命令帧格式指令，并进行数据的发送，当PLC接收到指令后，会立即作出响应，这时单片机也会接收到PLC发送的响应帧格式指令，并进行数据的接收。这些通信过程都是由单片机来实现，PLC不需要进行通信程序的编制。

4.1 发送命令帧格式

在进行通信时，首先需要单片机给PLC发送一个呼叫命令，其中包含一些特殊表码或者呼叫字符等，发送命令帧格式见图1：

图1 发送命令帧格式

4.2 响应帧格式

当完成命令帧格式输送后，PLC会及时给出响应，同时给单片机发送一个响应帧格式指令，单片机接收PLC的响应帧格式见图2：

图2 单片机接收PLC的响应帧格式

5 单片机与PLC的应用

PLC是在单片机的原理上得出的产物，是一种新型的科技产品。单片机作为一种合成电路，其可以建立多个应用系统，其结构可以是大型的，也可以是小型或者微型的。通常情况下，单片机主要应用C语言和汇编语言。单片机应用范围比较广泛，但是在操作和维护上，都具有一定的难度，在PLC和单片机的性能角度来说，对于单项工程，通常应用PLC，这是因为其具备较高的成功率和较强的稳定性，但是，成本比较高。对于大量配套工程，通常应用单片机，这是因为其具备效益好、成本低等特点。随着我国科技发展逐渐加快，在单片机系统中融合PLC设备的各项性能，不仅可以给工程项目带来更高的效益，还能发挥自身优势，取得理想的结果。

6 总结与展望

本文对单片机与PLC之间的串行通信作了较详细的分析。这种串行通信技术具有结构简便、运行牢靠、抗干扰等特点，因此得到了工程项目的广泛应用。随着我国科技的快速发展，人们增大了单片机与PLC之间的串行通信系统的研

发力度，将单片机与PLC进行紧密融合，从而提供更好的应用价值。

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The Realization of Serial Communication Between SCM and PLC

Xu Rongfeng Tian Jianchun
(69010Army)

tract】 This paper describes the SCM and PLC briefly;and then explores on the serial communication interface circuit between SCM and PLC from three aspects which are the interface circuit design,setup of the RS-232 c serial communication interface and communication protocol design.From the sending command frame format and the responsing frame format,it proposes the serial communication process between SCM and PLC,and proposes their application.

words】 microcontroller;PLC;serial communication

TP273

A

1008-6609(2016)09-0038-03

徐荣峰，男，湖北枝江人，本科，助理工程师，研究方向：无线电技术，嵌入式系统开发。