PLC如何与单片机进行通讯？共有三种方法！你会用几个？

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通讯是一个工控朋友学习或者工作到一定程度不得不面对的一个难题,可也是区别新手和高手的一道分水岭,新手遇到通讯问题往往会比较抓狂,不知道如何着手,而老手即使面对没有经验的设备也会有一个大概的思路.有朋友问我关于西门子PLC与单片机通讯的问题,今天给大家汇总一下.

首先西门子PLC与单片机共有三种办法进行信号交换:

1 信号线连接.这是一种最简单的方式,即在单片机和PLC之间进行连接信号线,PLC的输入接单片机输出;PLC输出接单片机输入,这是一种最普遍的方式,通过这种方式PLC几乎可以和任何工控的控制装置连接,比如伺服系统,变频器,机器人等等!缺点是如果需要传递的信号太多,那么电缆数量也会很大,而且一旦电缆损坏,维护起来很困难!

2 自由口通讯,以前我们多次讲到过自由口通讯，而且专门讲解过ASCII码，有需要的朋友可以去我以前的文章里去找，今天不重复了。

3 第三种方法是利用ModBus协议进行通讯。

本节主要讲解以PLC作主站，51单片机作从站，用ModBus协议进行通讯。PLC读取单片机保持寄存器区的数据。S7-200PLC程序主要通过调用Modubs RTU 主站指令库完成。

一、调用 Modbus RTU 主站初始化和控制子程序

使用 SM0.0 调用 MBUS_CTRL 完成主站的初始化，并启动其功能控制：

各参数意义如下:

1 EN 使能：必须保证每一扫描周期都被使能（使用 SM0.0）

2 Mode 模式：为 1 时，使能 Modbus 协议功能；为 0 时恢复为系统 PPI 协议

3 Baud 波特率：支持的通讯波特率为1200，2400，4800，9600，19200，38400，57600，115200。

4 Parity 校验：校验方式选择；0＝无校验，1＝奇较验，2＝偶较验。

5 Timeout 超时：主站等待从站响应的时间，以毫秒为单位，典型的设置值为 1000 毫秒（1 秒），允许设置的范围为 1 - 32767。

注意： 这个值必须设置足够大以保证从站有时间响应。

6 Done 完成位：初始化完成，此位会自动置1。可以用该位启动 MBUS_MSG 读写操作（见例程）

7 Error 初始化错误代码（只有在 Done 位为1时有效）： 0＝ 无错误，1＝ 校验选择非法，2＝ 波特率选择非法，3＝ 模式选择非法。

二、调用 Modbus RTU 主站读写子程序MBUS_MSG，发送一个Modbus 请求；

各参数意义如下:

常见的错误：

如果多个 MBUS_MSG 指令同时使能会造成 6 号错误库存储区被程序其它地方复用，有时也会造成6 号错误从站 delay 参数设的时间过长会造成主站 3 号错误从站掉电或不运行，网络故障都会造成主站 3 号错误。

含义如下：

1 EN 使能：同一时刻只能有一个读写功能（即 MBUS_MSG）使能

注意：建议每一个读写功能（即 MBUS_MSG）都用上一个 MBUS_MSG 指令的 Done 完成位来激活，以保证所有读写指令循环进行（见例程）。

2 First 读写请求位：每一个新的读写请求必须使用脉冲触发

3 Slave 从站地址：可选择的范围 1 - 247

4 RW 从站地址：0 ＝ 读， 1 ＝ 写；注意：

1. 开关量输出和保持寄存器支持读和写功能

2. 开关量输入和模拟量输入只支持读功能

5 Addr 读写从站的数据地址：选择读写的数据类型

00001 至 0xxxx - 开关量输出

10001 至 1xxxx - 开关量输入

30001 至 3xxxx - 模拟量输入

40001 至 4xxxx - 保持寄存器

6 Count 数据个数；通讯的数据个数（位或字的个数）

注意： Modbus主站可读/写的最大数据量为120个字（是指每一个 MBUS_MSG 指令）

7 DataPtr 数据指针：

1. 如果是读指令，读回的数据放到这个数据区中

2. 如果是写指令，要写出的数据放到这个数据区中

8 Done 完成位 读写功能完成位

9 Error 错误代码：只有在 Done 位为1时，错误代码才有效

0 ＝ 无错误

1 ＝ 响应校验错误

2 ＝ 未用

3 ＝ 接收超时（从站无响应）

4 ＝ 请求参数错误（slave address, Modbus address, count, RW）

5 ＝ Modbus/自由口未使能

6 ＝ Modbus正在忙于其它请求

7 ＝ 响应错误（响应不是请求的操作）

8 ＝ 响应CRC校验和错误

-

101 ＝ 从站不支持请求的功能

102 ＝ 从站不支持数据地址

103 ＝ 从站不支持此种数据类型

104 ＝ 从站设备故障

105 ＝ 从站接受了信息，但是响应被延迟

106 ＝ 从站忙，拒绝了该信息

107 ＝ 从站拒绝了信息

108 ＝ 从站存储器奇偶错误

三、需要从站支持的功能及Modbus 保持寄存器地址映射

为了支持上述 Modbus 地址的读写，Modbus Master 协议库需要从站支持下列功能：

Modbus 保持寄存器地址映射举例：

四、S7-200PLC程序

五、单片机程序;STC11F04E单片机，9600波特率

START: MOV TMOD,#21H ;定时器1是8位再装入，定时器0为16位定时器

MOV TH1,#0FDH;预置初值(按照波特率9600BPS预置初值)

MOV TL1,#0FDH; 0FDH=9600=11.0592

MOV TH0, #0DCH;88H ;8800=12t,7000=stc1t

MOV TL0, #00H

ORL IE, #92H ;EA=1，ES=1;ET0=1

SETB PS ;串口中断优先

SETB TR1 ;启动定时器1

MOV 98H,#50H ;scon

MOV P1M0,#01000000b ; P1M0=0 P1M1=0双向口 P1M0=1 P1M1=0输入口 P1M0=0 P1M1=1推挽输出20ma

MOV P1M1,#10000000b

MOV WDT_CONTR ,#27H 看门狗设置使能

QL0: MOV A,#00H

MOV R0,#10H

MOV R2,#9BH ;10-ABH清零

CLEAR: MOV @R0,A

INC R0

DJNZ R2,CLEAR

CLR FLAG

CLR FLAG_0

SETB TR0 ;启动定时器0

;ANL AUX,#07FH ;p3.0p3.1当串口

ORL AUX,#80H ;p1.7,p1.6当串口

CLR P3.7 ;485芯片接收使能

WA1: ;MOV WDT_CONTR ,#37H;喂狗; SETB CW

JNB FLAG_0,WA1 ;FLAG_0=1表示已经接收到上位机数据

CLR TR0

MOV A,2CH ;检查设备地址是01h码，设本机地址码是1

MOV R2,A

XRL A,#01H

JNZ QL0

ACALL FSZJ ;FH: DB 01H,03H,16,00H,01H,02H,03H,04H,05H,06H,07H,08H,09H,10H,11H,12H,0DH,0EH,0FH,10H,11H,12H,13H,14H,15H,16H,17H,18H,19H,1AH,1BH,1CH,1DH,1EH,1FH;18

ACALL DELAY

CALL FZJ

AJMP QL0

FZJ: MOV R0,#2cH ;向主机发送数据子程序

FZJ0: MOV R2,#10H

FZJ1: CLR EA

ANL AUX,#07FH ;p3.0p3.1当串口

FZL1: MOV A,@R0

MOV SBUF,A

JNB TI,$

CLR TI

INC R0

DJNZ R2,FZL1

SETB EA

RET

FSZJ: MOV DPTR,#FH

MOV R2,#19;

ORL AUX,#80H

SETB P3.7 ;发送数据

MOV R0,#40H

FSZJA: MOV A,#0H

MOVC A,@A+DPTR

MOV @R0,A

INC R0

INC DPTR

DJNZ R2,FSZJA

MOV R0,#40H

MOV CRCCD,#19

LCALL CRC1

MOV R2,#21

MOV R0,#40H

FSZJ2: MOV A,@R0

MOV SBUF,A

JNB TI,$

CLR TI

INC R0

DJNZ R2,FSZJ2

SETB EA

RET

FH:DB 01H,03H,16,00H,01H,02H,03H,04H,05H,06H,07H,08H,09H,10H,11H,12H,0DH,0EH,0FH,10H,11H,12H,13H,14H,15H,16H,17H,18H,19H,1AH,1BH,1CH,1DH,1EH,1FH;18

用串口助手检测到的数据如下图。

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详解单片机的IO接口

MCS-51系列单片机有4组I/O接口：P0、P1、P2和P3。前面简单介绍了一下各个端口，要学好单片机技术，非常有必要详细了解这些端口的内部结构及工作原理。

P0端口

P0 端口有 P0.0～P0.7 共 8 个引脚，这些引脚除了可作 I/O 引脚外，在外接存储器时，还可作地址 / 数据总线引脚。 P0端口每个引脚的内部电路结构都相同，其内部电路结构如图2-6所示。

图2-6 P0端口内部电路结构

(1)当P0端口用作输出端口时

如果要将P0端口用作输出端口，单片机内部的CPU会发出一个“0”到与门的控制端。控制端的“0”一方面关闭与门(即与门的一端为“0”时，不管另一端输入何种信号，输出都为“0”)，使地址/数据总线送来的信号无法通过与门;另一方面控制电子开关，让电子开关与锁存器的Q端接通。

此时若给锁存器的写锁存器端送写脉冲信号，内部总线送来的数据就可以通过D端进入锁存器并从Q和Q端输出，如D端输入“1”，则Q端输出“0”(Q端输出“1”)，该“0”经电子开关送到场效应管VT2的栅极，VT2截止，从P0端口输出“1”。

也就是说，当给P0端口内部的与门控制端送“0”，同时给写锁存器端送写脉冲信号时，单片机内部总线的信号就可以通过接口电路从P0端口输出。

(2)当P0端口用作输入端口时

当将P0端口用作输入端口时，P0端口的信号既送到三态门，又送到VT2的漏极。如果锁存器之前锁存的为“0”，即Q=0、Q=1，其中Q=1会使VT2导通，P0端口被钳在“0”电平上，“1 ”将无法送入P0端口。

解决的方法是：在将数据输入P0端口前，先通过内部总线向锁存器写“1”，即让Q=0，VT2截止，P0端口输入的“1”就可以送到三态门的输入端，此时再给三态门的读引脚送一个读控制信号，“1”就可以通过三态门送到内部总线。

也就是说，要将P0端口作为输入端口，先要将P0端口的锁存器写“1”，然后再给输入三态门送读控制信号，P0端口的数据就可以通过接口电路，送到单片机内部的总线上。

(3)当P0端口用作地址/数据总线引脚时

如果要将P0端口用作地址/数据总线引脚，先要给与门的控制端送“1”，于是与门打开，同时电子开关和非门输出端接通。当地址/数据总线为“1”时，“1”一方面通过与门送到VT1的栅极，VT1导通，另一方面送到非门，经反相变为“0”，再经电子开关送到VT2的栅极，VT2截止，VT1导通，VT2截止使P0端口输出为“1”;当地址/数据总线为“0”时，VT1导通，VT2也导通，P0端口输出为“0”。

也就是说，当给与门的控制端送“1”时，内部地址/数据总线上的信号就可以从P0端口输出，P0端口就可当作地址/数据总线引脚使用。

P1端口

P1 端口有 P1.0～P1.7 共 8 个引脚，这些引脚可作 I/O 引脚。 P1端口每个引脚的内部电路结构都相同，其内部电路结构如图2-7所示。

图2-7 P1端口内部电路结构

从图2-7中可以看出，P1端口的结构较P0端口简单很多，由于P1端口内部采用了一只场效应管，并且与电源之间接了一只上拉电阻，所以不需要在P1端口的外部接上拉电阻。

(1)当P1端口用作输出端口时

如果要将P1端口用作输出端口，应给锁存器的写锁存器CL端送写脉冲信号，内部总线送来的数据就可以通过D端进入锁存器并从Q和Q端输出，如D端输入“1”，则Q端输出“0”(Q端输出“1”)，该“0”送到场效应管的栅极，场效应管截止，从P1端口输出“1”。

(2)当P1端口用作输入端口时

当将P1端口用作输入端口时，如果锁存器以前锁存的为“0”，即Q=0、Q=1，其中Q=1会使场效应管导通，P1端口被钳在“0”电平上，“1”将无法送入P1端口。所以与P0端口一样，在将数据输入P1端口前，先要通过内部总线向锁存器写“1”，让Q=0，场效应管截止，P1端口输入的“ 1”就可以送到输入三态门的输入端，此时再给三态门的读引脚送一个读控制信号，“1”就可以通过输入三态门送到内部总线。

P2端口

P2端口有P2.0～P2.7共8个引脚，P2端口每个引脚的内部电路结构都相同，其内部电路结构如图2-8所示。

图2-8 P2端口内部电路结构

从图2-8中可以看出，P2端口的内部结构与P0端口很相似。P2 端口也可作 I/O 引脚，在外接存储器时，还可以作为地址总线引脚。

(1)当P2端口用作地址总线引脚时

如果要将P2端口用作地址总线引脚，单片机内部的CPU会发出一个控制信号到电子开关的控制端，让电子开关与内部地址总线接通，地址总线上的信号就可以在通过电子开关、非门和场效应管后从P2端口引脚输出。

(2)当P2端口用作I/O接口时

如果要将P2端口用作I/O接口，单片机内部的CPU会发出一个控制信号到电子开关的控制端，让电子开关与锁存器接通。

当将P2端口用作输出端口时，给锁存器的CL端送写脉冲信号，内部总线上的数据就被锁存进锁存器并从Q端输出，再通过电子开关、非门和场效应管从P2端口引脚输出。

当将P2端口用作输入端口时，如果锁存器以前锁存的为“0”，即Q=0，经非门反相后会使场效应管导通，P2端口被钳在“0”电平上，“1”将无法送入P2端口。所以与P0、P1端口一样，在将数据输入P2端口前，先通过内部总线向锁存器写“1”，让Q=1，场效应管截止，P2端口输入的“1 ”就可以送到输入三态门的输入端，此时再给读引脚送一个读控制信号，“1”就可以通过三态门送到内部总线。

P3端口

P3 端口有 P3.0～P3.7 共 8 个引脚， P3 端口可作为 I/O 接口，还可以用于其他方面。P3端口每个引脚的内部电路结构都相同，其内部电路结构如图2-9所示。

图2-9 P3端口内部电路结构

(1)当P3端口用作I/O接口时

如果要将P3端口用作I/O接口，应让与非门的选择输出功能端为“1”，以开通与非门。

当将P3端口用作输出端口时，给锁存器的CL端送写脉冲信号，内部总线送来的数据就可以通过D端进入锁存器并从Q端输出，再通过与非门和场效应管从P3端口引脚输出。

当将P3端口用作输入端口时，应先通过内部总线向锁存器写“1”，让Q=1，场效应管截止，P3端口输入的信号就可以通过缓冲器、输入三态门送到内部总线。

(2)当P3端口用作第二功能时

P3端口用作第二功能(又称复用功能)时，实际上也是在该端口输入或输出信号，只不过输入、输出的是一些特殊功能的信号。所以当P3端口用作第二功能时，其内部电路的工作原理与用作I/O接口时是一样的，在用作输入功能时，端口的锁存器同样要先置“1”。

P3端口8个引脚的第二功能详见表2-1。例如P3.2引脚用作第二功能时，该端口可输入由外部设备送到的中断请求信号，该信号通过缓冲器、输入三态门送到内部总线。

P3端口除了可以接收外界的输入信号外，还可以接收内部的替代输入功能端送来的信号，该信号通过输入三态门送到内部总线。

总之，P0、P1、P2 和 P3 端口的功能是：都可以作输入或输出端口; P0、P2、P3 端口具有第二功能，各种端口的第二功能见表2-1。例如，表中说明P0端口的第二功能可以用作低8位地址总线/ 数据总线，P2端口可用作高8位地址总线，P3.0端口可用作串行数据接收端。

表2-1 MCS-51系列单片机各端口的第二功能

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