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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自学单片机第十八篇：信号的输入检测

通过前段时间的学习，我们基本上已经掌握了关于单片机的端口控制，可以通过控制端口的电位变化来实现一些功能。有时间也可以练习一些复杂的变化，来熟悉自己的所学知识。

输出是说的差不多了，那么接下来的一段时间，就要开始叨叨输入的哪些事情了。

如果说输出是向世界发出声音，那么输入就是聆听世界的声音，婴儿刚出生的一声啼哭，就是通过向外界输出自己的力量，来证明自己的降生，慢慢到了婴儿时期，就会通过聆听周围的声音，观察周围人的动作，来学习这个世界的生存技能。我们学习单片机也是一样，先展示自己的力量，然后再去感受周围的力量，这个过程需要漫长的磨砺，不断的练习和付出。

单片机的输入和输出是使用的同一个引脚，所以我们之前说51的引脚为IO口，意思是既可以作为IN输入端口，也可以作为OUT输出端口，所以简写为IO端口，属于复用端口，有利于节省空间。我们先来看下输入端口的结构，大致了解下。

这个是P1的端口结构，我们暂且不用理会左边那一大堆东西，只看右边这一部分，首先看到的是一个上拉电阻，然后是我们的针脚，接着是一个三极管（实际上是一个场效应管，我们简单理解就好），还有一路单独引出来了，这部分电路看似简单，但却承担着内部与外界的所有数据交换，可谓地位之重。我通过模拟器来简单实现端口的控制，直观的了解下端口是如何读取输入的数据的。

电路尽可能的与原理图一致，我们分为了电源部分、输入输出部分、端口部分、和外部电路，首先我们来说下当输出部分输出高电位时，电路的状态。

注：接下来的解释，需要用到三极管的部分知识，这个需要高中以上的物理知识，如果不理解，我们可以在留言中讨论。我尽量通俗的说，如果真的听不懂，也不影响接下来的学习。

从图中可以看出，当三极管基极（也就是左边横着那个电极），电位为5V高电位，那么三极管就处于截止状态，相当于上下电路是断开的，好比我打差号的部分断开，所以下方的输入电路就读取到了一个高电位，这个高电位是通过上拉电阻送过来的，如果此时外电路接的有小灯泡，那么小灯泡就会点亮了。

当我们让单片机输出0时，三极管的基极（图中b）就会处于低电位，于是三极管导通，图中的a和c就导通了，相当于通过导线直接相连在了一起，所以a点就也是0V低电位了，外部电路也是0V低电位，输入读取电路f也是0V低电位。

通过控制基极的电位，我们就可以让外电路出现与控制器相同的高低电位状态，同时驱动能力也有了很大的提升。但是由于内电路的导线很细，所以驱动功率也是很小的，不要尝试大功率设备，会烧坏芯片内部电路的。我们了解了输出的控制。那么，如果此时我在IO口上接一个SW1开关，人为的给引脚设置高低电位，情况又会是什么样呢？

当我们把SW1设置为0V低电位时，我们会发现，电路状态从接近0V降到了完全的0V，这主要是因为在三极管中存在电阻，而外接的电路不存在电阻，所以电压被拉低到了完全的0V。我们通过时间调整，看下实际情况下当内部电路输出0时，外电路切换高低电位对IO口的电位影响。

我们反复的切换外电路的状态，发现输入电路f读取的a点的状态如上图波形，当SW1切换到5V高电位，此时a点电位是494mV，完全达不到3V高电位的最低电压，所以控制器输入电路读取到的电位就是0.494V，认为输入的是低电位，当SW1切换到0V低电位时，此时a点电位是0V，低于低电位1V的标准，所以控制器输入电路就读取到0V，认为输入的是低电位，通过这个实验，我们发现，不论外电路如何变化，内电路都是读取的低电位，这还怎么知道我输入的是低电位还是高电位，怎么知道我的按键什么时间按下了？

所以我们把控制器的输出从0改为1再试一下，我们还是对SW1进行反复的切换，观察a点的电位和输入电路的波形变化。

此时可以直观的看出，上方的波形已经从几毫伏的变化，变成了现在的0到5V，当SW1切换到5V高电位，由于三极管截止了，所以a点就是5V高电位，f读取到的就是5V高于3V，于是控制器认为输入的是一个高电位，当SW1切换到0V低电位，还是因为三极管截止的原因，a点相当于通过SW1直接与负极相连，所以a点就是0V低电位，f读取到的就是0V低于1V，于是控制器就认为输入的是一个低电位，这样外部的信号与控制器读取的信号就一致了。

所以，我们就有一个要求，在你需要读取外部信号时，除了程序中需要做出读取的相应操作，你的需要读取的引脚在控制器中要先输出一个高电位，也就是置1.不然你就读不到东西。

有人会说了，在前边当控制器输出0时，你如果把SW1连接5V的电阻取消，那么控制器不就可以读取到5V的高电位了吗？实际情况并不这么理想，

我们可以看到，此时芯片的IO口电流已经达到了3A，这对芯片来说就是毁灭的灾难。所以是不允许这么做的，如果你这么做了芯片依然坚持了过来，感到幸运吧。不是每次都有这么好运的。在IO口外接电路时，我们是不允许直接毫无控制直连正负极的，计算好自己的功耗和电流，然后匹配相应的电阻才是最佳的选择。

好了通过以上的解释，我们知道了IO口需要读取外部信息时，是需要内部对IO口提前置1的。下篇我们就尝试读取P1口的信号来看看。

你觉得一个IO口，单片机最大可以带动多大的电流？欢迎留言讨论。

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