SiemensCP340模塊與C8051F021單片機(jī)ASCII協(xié)議通信的實(shí)現(xiàn)

喬勇

摘 要：本文詳細(xì)介紹了Siemens公司的點(diǎn)到點(diǎn)通信處理器模塊CP340如何與C8051F021單片機(jī)實(shí)現(xiàn)ASCII協(xié)議通信的。文章給出了硬件電路連接，介紹了通信協(xié)議的制定方法，并給出了PLC與單片機(jī)的編程介紹。

關(guān)鍵詞：PLC；點(diǎn)到點(diǎn)通信；ASCII協(xié)議；RS-485

0 引言

本文介紹了CP340在SIMATIC S7-300中，采用RS-485的接口協(xié)議與C8051F021單片機(jī)的通訊解決方案，本系統(tǒng)以PLC為核心控制單元，通過(guò)通訊模塊CP340與單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)485通信，實(shí)現(xiàn)主控單元與單片機(jī)系統(tǒng)之間的指令、數(shù)據(jù)通訊；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收功能，最后由PLC負(fù)責(zé)將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理。

CP340通訊處理器模塊可以在西門(mén)子 S7系列中使用，該模塊可以實(shí)現(xiàn)ASCII碼、打印機(jī)驅(qū)動(dòng)和3964三種通訊協(xié)議，通過(guò)集成在STEP7中參數(shù)化工具進(jìn)行設(shè)置。并提供了三種通訊接口：RS232、模擬量20mA、RS422/485。

1 通訊接口設(shè)計(jì)

CP340-RS422/485可配置RS422全雙工模式和RS485半雙工模式，方案設(shè)計(jì)中配置為RS485半雙工模式，CP340模塊提供一15針接頭，在硬件連接上需要引出第4腳R（A）/T（A）和第11腳R（B）/T（B）兩個(gè)數(shù)據(jù)線(xiàn)引腳；而C8051F021單片機(jī)只需配置一個(gè)全雙工的串行口線(xiàn)，為了增強(qiáng)抗干攏能力，設(shè)計(jì)上選用了內(nèi)部集成隔離電路的MAX1480芯片，將其轉(zhuǎn)化成RS485信號(hào)。

2 通訊協(xié)議的制定

CP340可以傳輸十六位進(jìn)制的00-FF之間的任何數(shù)據(jù)，用戶(hù)可以自己制定相關(guān)的傳輸協(xié)議，CP340的ASCII協(xié)議只有三種可選的波特率：2400bps、4800bps、9600bps。

制定通信協(xié)議：?jiǎn)纹瑱C(jī)作為從機(jī)，PLC作為主機(jī)，從機(jī)在建立與主機(jī)通信之前，一直處于對(duì)通信線(xiàn)路的監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，主機(jī)PLC通過(guò)CP340通訊模塊向從機(jī)發(fā)送通訊指令，從機(jī)在接收到指令后對(duì)其進(jìn)行識(shí)別，校驗(yàn)，判斷是否主機(jī)呼叫從機(jī)，如果地址相符，確認(rèn)呼叫從機(jī)。然后，從機(jī)停止監(jiān)聽(tīng)通訊線(xiàn)路，并發(fā)送程序指定的數(shù)據(jù)。通信的指令格式如下：

（1）主機(jī)發(fā)送指令格式：從機(jī)地址號(hào){參數(shù)號(hào)1：參數(shù)值1， 參數(shù)號(hào)2：參數(shù)值2， ……}CRC16校驗(yàn)碼EOF。說(shuō)明：1）第一個(gè)字節(jié)是地址，所以第9位必須置1；其他字節(jié)隨意；2）第一個(gè)字節(jié)是從機(jī)特定地址。從機(jī)地址若被分配為ASCII碼“1”，轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制是：0x31；3）參數(shù)號(hào)不分大小先后，可以發(fā)送單個(gè)或者多個(gè)參數(shù)，參數(shù)之間的分隔符可以是除了數(shù)字、e、E、小數(shù)點(diǎn)和冒號(hào)這些關(guān)鍵字之外的所有字符，例如空格、逗號(hào)等。所以參數(shù)可以分行。參數(shù)串以大括號(hào)“ }”結(jié)尾。所有字符都必須是ASCII字符。4）發(fā)送完參數(shù)串以后，上位機(jī)必須計(jì)算參數(shù)串的16位CRC校驗(yàn)碼，并將校驗(yàn)碼（用4位十六進(jìn)制字符表示）發(fā)送給下位機(jī)，最后是EOF作為一幀數(shù)據(jù)的結(jié)尾。5）發(fā)送完EOF以后，從機(jī)計(jì)算接收到的參數(shù)串的16位CRC校驗(yàn)碼，如果和主機(jī)發(fā)送的校驗(yàn)碼吻合，則發(fā)送“1”作為通信有效應(yīng)答，否則發(fā)送“0”作為通信錯(cuò)誤應(yīng)答。如果主機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)完成后在約定時(shí)間（2秒）內(nèi)沒(méi)有接收到任何應(yīng)答，也將認(rèn)為通信發(fā)生錯(cuò)誤。這樣主機(jī)可以根據(jù)應(yīng)答判斷通信狀況：“1”-發(fā)送成功；“0”-發(fā)送數(shù)據(jù)錯(cuò)誤；無(wú)應(yīng)答（“＼0”）-可能線(xiàn)路發(fā)生故障。6）小于10的參數(shù)號(hào)不能在前面加“0”。如參數(shù)號(hào)“7”不能用“07”代替；7）參數(shù)號(hào)后面緊跟著冒號(hào)“：”，緊跟著參數(shù)值，緊跟著分隔符；（為了易于辨認(rèn)，參數(shù)后可加注釋?zhuān)?）系統(tǒng)將順序搜索字符串，每當(dāng)找到一個(gè)冒號(hào)“：”，就提取它前面的參數(shù)號(hào)和它后面的參數(shù)；直到字符串被搜索完畢。所以，如果傳輸多個(gè)相同的參數(shù)號(hào)，系統(tǒng)將最終接受最后的1個(gè)。9）注意：?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)部串口輸入緩沖區(qū)長(zhǎng)度被設(shè)置為1024個(gè)字節(jié)，輸出緩沖區(qū)長(zhǎng)度則是1024字節(jié)。所以單次發(fā)送的字符串（包括校驗(yàn)碼）總長(zhǎng)度不能超過(guò)1024個(gè)字節(jié)！

（2）從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)格式：從機(jī)地址號(hào){數(shù)據(jù)}CRC16校驗(yàn)碼EOF。

3 通信程序設(shè)計(jì)

（1）PLC通信程序設(shè)計(jì)。PLC（西門(mén)子 S7-300）以專(zhuān)用通訊模塊與CP340接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，程序設(shè)計(jì)中用到功能塊FB3（發(fā)送數(shù)據(jù)）和FB2（接收數(shù)據(jù)），F(xiàn)B3將數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)寫(xiě)入到CP340的發(fā)送緩沖區(qū)中，F(xiàn)B2將CP340接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)讀回，存入到接收數(shù)據(jù)塊中。

設(shè)計(jì)程序的時(shí)候，使用一個(gè)延時(shí)定時(shí)器T0來(lái)控制超時(shí)的時(shí)間，超時(shí)的時(shí)間必須大于發(fā)送指令開(kāi)始到正確接收到一幀完整數(shù)據(jù)之間的時(shí)間，如果定時(shí)器輸出‘1，則表示在規(guī)定的超時(shí)時(shí)間內(nèi)沒(méi)有接收到正確的數(shù)據(jù)，如果定時(shí)器輸出‘0，則表示沒(méi)有出現(xiàn)通訊錯(cuò)誤，每次發(fā)送指令時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器T0，如果正確的接收到數(shù)據(jù)，復(fù)位定時(shí)器T0后，再進(jìn)行下一指令的發(fā)送，保證定時(shí)器T0輸出為‘0。如果沒(méi)有接收到正確數(shù)據(jù)，定時(shí)器輸出置位，此時(shí)做相應(yīng)的錯(cuò)誤處理程序后再準(zhǔn)備指令的重新發(fā)送。

波特率選用9600bps，1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位，發(fā)送數(shù)據(jù)塊DB1，接收數(shù)據(jù)塊DB10，假設(shè)發(fā)送指令字節(jié)數(shù)4個(gè)，接收最大字節(jié)數(shù)為40個(gè)，所以超時(shí)時(shí)間應(yīng)大于：（1/9600）*（1+8+1）*（4+40）*1000=46ms，可設(shè)定超時(shí)時(shí)間為70ms。

指令數(shù)據(jù)塊：在通訊模塊中，定義指令格式，采用字符數(shù)組形式，內(nèi)存分配如下表所示：

（2）單片機(jī)通信程序設(shè)計(jì)。單片機(jī)C8051F021程序使用C語(yǔ)言編寫(xiě)， RS485為半雙工模式，一般情況下將RS485芯片使能于接收狀態(tài)，接收到指令后，開(kāi)始校驗(yàn)，若正確，就將RS485芯片置位于發(fā)送狀態(tài)，并將主機(jī)所需要的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，發(fā)送結(jié)束后，再使其置位于接收狀態(tài)。通信程序采用中斷方式，從機(jī)默認(rèn)地址為01。

4 結(jié)束語(yǔ)

在點(diǎn)到點(diǎn)數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用SIMATIC S7-300和CP340通訊模塊與C8051F021單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了ASCII碼協(xié)議通信，該方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，運(yùn)行穩(wěn)定，傳輸距離遠(yuǎn)，這使得PLC在工業(yè)在線(xiàn)檢測(cè)儀表主機(jī)的開(kāi)發(fā)中具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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