PLC與單片機串口通信的實現(xiàn)探討

周潔 朱笑天

摘要：作為一種應(yīng)用較為廣泛的現(xiàn)代化通信技術(shù)模式，PLC 與單片機串口通信的合理設(shè)置和實現(xiàn)，能夠充分地提升行業(yè)內(nèi)部的信息數(shù)據(jù)交換效率。相關(guān)領(lǐng)域的工作人員在日常管理和建設(shè)的活動中，不斷地完善 PLC 串行口與單片機的通信協(xié)議，優(yōu)化 PLC 串行口與單片機的通信流程，有效地拓展 PLC 串行口與單片機應(yīng)用途徑，結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，為二者的有機融合與合理應(yīng)用提供更為廣闊的空間。? 本文旨在為關(guān)注這一領(lǐng)域的人士提供一些可行性較高的參考意見，為我國通信事業(yè)的發(fā)展做出積極貢獻。

關(guān)鍵詞：PLC、單片機、串口通信

引文：隨著計算機、電子通信以及微處理器等技術(shù)的迅猛發(fā)展，如今，信息控制技術(shù)已經(jīng)拓展到了各個工業(yè)領(lǐng)域中。其中，單片機與可編程序控制器（PLC）已經(jīng)在各種規(guī)模的控制系統(tǒng)中得到了十分廣泛的應(yīng)用。PLC 主要是以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的自動通用裝置，因其可靠程度高，適用于多種惡劣環(huán)境，且控制程序的可變性而在工業(yè)的各個領(lǐng)域中獲得了廣泛的推廣和應(yīng)用。對于單片機和 PLC 而言，其各有利弊，前者體積相對較小、價格較為低廉、使用較靈活，且適用于許多核心器件中，例如辦公設(shè)備、家用電器、傳感器以及其他領(lǐng)域的儀器儀表中;而后者使用較為簡單、運行過程可靠程度高，具有較強的抗干擾及負載驅(qū)動能力，且適用于各種環(huán)境相對較差的現(xiàn)場，以及各種設(shè)備機械主控器件當(dāng)中。因此，實際應(yīng)用過程中常常需要將此二者相結(jié)合，并盡可能發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，通過兩者的通信進行信息交換，并形成相應(yīng)的通信控制系統(tǒng)。

一、單片機與plc串行通信的特點

單片機在實際的生活中具有廣泛的應(yīng)用，可以被視為一臺小型的計算機，具有加強的處理能力和流速，可以在許多環(huán)境中應(yīng)用，而且性能安全可靠性，而且單片機可以有效的對周邊的干擾進行抵抗。 PLC 是一種可以完成的邏輯運算和相關(guān)控制能力的控制器，主要適用于環(huán)境較差的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，可以有效的提升工業(yè)生產(chǎn)的自動化控制能力，降低安全隱患的發(fā)生。將單片機與 PLC 的有效結(jié)合，可以促使控制系統(tǒng)有效的對二者的優(yōu)勢進行結(jié)合，提高控制的抗干擾能力和傳輸能力。

plc和單片機各有各的優(yōu)點和長處，可編程邏輯控制器使用簡單、抗干擾能力強、運行可靠，并具有較強的驅(qū)動能力，可以在條件惡劣的環(huán)境下工作，plc主要用于機械設(shè)備的控制plc與現(xiàn)在的以太網(wǎng)、adsl等寬帶技術(shù)相比，plc具有以下優(yōu)點：plc分布廣泛;接入方便;并且plc接入成本比較低，費用低，可以減輕用戶的負擔(dān)。單片機體積小、價格低，并且使用方便靈活，單片機可以用于辦公設(shè)備、家用電器、儀器儀表以及傳感內(nèi)部的核心部位。在實際的應(yīng)用中，需要把單片機和plc兩者結(jié)合起來從而可以發(fā)揮各自優(yōu)點和長處。單片機和plc通過通信進行交換信息，從而組成控制系統(tǒng)，實現(xiàn)實時采集。

二、 PLC 與單片機串口通信設(shè)置模式

1.1 PLC 串口參數(shù)設(shè)置

PLC 串行口主要通過對系統(tǒng)寄存器進行設(shè)置的方式，達到系統(tǒng)串行接口初始化的目的。 例如，在進行操作的過程中，可以應(yīng)用 fp1 的系統(tǒng)寄存器，在制定的位置上，對串口的波特率進行控制。 當(dāng)串口波特率被控制在 h00 時，便可以確定一個起始位、一個停止位以及八個數(shù)據(jù)位。 在這一過程中，沒有奇偶校驗位。 串口的波特率可以設(shè)置在寄存器之中，通過計算機連接通信的方式，完成 PLC 串行口參數(shù)設(shè)置。

2、單片機串行口設(shè)置

單片機內(nèi)部的都有一個串行口，在發(fā)送端和接收端兩個位置，對寄存器進行控制。 在對軟件進行的設(shè)置的過程中，專業(yè)技術(shù)人員需要對四種不同的通信方式進行集中管理。 在單片機串行口的 8 位異步通信接口中，可以通過集成點對點的接口方式，實現(xiàn) 8 位數(shù)據(jù)的同時傳輸。 在每一幀信息當(dāng)中，都按照一個起始位、 一個停止位和八個數(shù)據(jù)位的組成結(jié)構(gòu)，將CPU 晶振控制在 11.0592 MHz，應(yīng)用 9600bps 的波特率，實現(xiàn)對寄存器狀態(tài)以及定時器的溢出率確定工作。

三、 PLC 與單片機串口通信實現(xiàn)方式

1 完善 PLC 串行口與單片機的通信協(xié)議

根據(jù)前文的分析和論述可以得出，傳統(tǒng)的 PLC 串行口與單片機可以完成串口通信，但是在現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)持續(xù)發(fā)展的背景下，傳統(tǒng)的規(guī)定和標(biāo)準協(xié)議無法持續(xù)提供給 PLC 串行口與單片機合理地使用保障，相關(guān)領(lǐng)域的工作人員需要在日常規(guī)劃和設(shè)計時， 完善 PLC 串行口與單片機的通信協(xié)議，提 升 PLC 串行口與單片機使用的穩(wěn)定性和有效性。 例如，我國某地區(qū)的通信公司， 在對 PLC 串行口與單片機進行維護時，采取了異步串行通信的方式，著重對字符的格式和波特進行了規(guī)定。 以協(xié)議的方式，提升了 PLC 串行口與單片機在通信活動中的可靠性。 當(dāng)?shù)赝ㄐ殴具€將 FCS 的計算方法進行了優(yōu)化，提高了信息數(shù)據(jù)的傳輸效率。

2、優(yōu)化 PLC 串行口與單片機的通信流程

當(dāng)單片機的串行端口存在一個數(shù)據(jù)寄存器 sbup 時，在特定條件下，當(dāng)單片機向數(shù)據(jù)寄存器當(dāng)中寫入了數(shù)據(jù)，就完成了發(fā)送的流程。 若此時，單片機向 sbup 當(dāng)中讀入數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)便啟動了該項接受過程。 當(dāng)發(fā)送的過程結(jié)束之后，單片機會同 PLC 一起發(fā)出命令幀格式，PLC 對此作出相應(yīng)的反應(yīng)，進而完成響應(yīng)幀格式設(shè)定。 這一過程通常被稱為接受通信過程，主要由單片機進行啟動以及接受等多項操作，并且基本上不需要應(yīng)用 PLC 對程序進行編制。 發(fā)出命令幀的格式主要為呼叫字符、特殊標(biāo)志位以及 PLC 站號等。

3、PLC 串行口的參數(shù)設(shè)置

為了實現(xiàn)單片機與 PLC 的串行通信，需要合理的對 PLC的串行口進行設(shè)置，在實際的設(shè)置過程中，需要科學(xué)的對系統(tǒng)寄存器進行設(shè)置，系統(tǒng)寄存器是提高 PLC 串行接口有效性與可靠性的重要因素，其主要功能是對串行接口進行初始化操作，促使串行口可以符合 PLC 與單片機的串行通信的需求。在對 PLC 串行口的波特率設(shè)置時，需要結(jié)合系統(tǒng)寄存器的實際情況進行設(shè)置，可以將其設(shè)置為 H01。 PLC 串行接口在實際的初始化過程中，不斷需要對波特率進行設(shè)置，還需要對校檢位、數(shù)據(jù)位等進行設(shè)計，從而有效的提高 PLC 的數(shù)據(jù)接收能力。通過對單片機與 PLC 分別的串行口設(shè)計，促使串行口可以滿足二者的使用需求，并使得單片機和 PLC 可以有效的實現(xiàn)串行通信，有效的提高工業(yè)控制系統(tǒng)的控制能力，降低生產(chǎn)過程中的安全隱患。

4、拓展 PLC 串行口與單片機的應(yīng)用途徑

PLC 串行口與單片機在現(xiàn)代化通信系統(tǒng)當(dāng)中，具有較為廣泛的應(yīng)用效果，作為一種集成電路，單片機可以組成多種不同的應(yīng)用系統(tǒng)。 單片機構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)模各異，從微型、小型、中型到大型系統(tǒng)，都可以根據(jù)用戶的實際需求進行設(shè)定。 相比之下，PLC 串行口與單片機中的 PLC 在進行系統(tǒng)設(shè)計時，主要采用了配合外圍電路系統(tǒng)的方式，實現(xiàn)功能的設(shè)計。 例如，國內(nèi)某地區(qū)通信公司，在利用 PLC 串行口與單片機對通信系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計的過程中，采用了 C 語言和匯編語言等方式，在多個不同的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了高效應(yīng)用。 針對單片機在日常使用和維護中存在的困難，當(dāng)?shù)赝ㄐ殴镜募夹g(shù)部門工作人員還對單片機和 PLC 進行了系統(tǒng)優(yōu)化， 借助了 PLC快捷且成功率高可靠性好的優(yōu)勢，提升了通信系統(tǒng)整體使用效率。 在盡可能降低經(jīng)濟成本的同時，逐步擴大 PLC 串行口與單片機的經(jīng)濟效益和社會效益。 該地區(qū)的通信企業(yè)，將PLC 串行口與單片機合理地應(yīng)用到了日常生活中的公共交通卡、安保系統(tǒng)、全自動家電控制等方面，為人們的生活帶來了極大的便利。

三、單片機與plc串行口的通信過程

在實際的單片機與 PLC 串行通信的過程中，串行口的通訊過程是影響串行通信的重要因素，因此，需要加強對串行口通信過程的分析。單片機的串行口附有數(shù)據(jù)寄存器，當(dāng)單片機內(nèi)部的數(shù)據(jù)流向數(shù)據(jù)寄存器時，數(shù)據(jù)寄存器可以將數(shù)據(jù)進行發(fā)送，并通過串行通信的方式，將數(shù)據(jù)信息傳遞到 PLC，有效的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，反之當(dāng)數(shù)據(jù)流入到數(shù)據(jù)寄存器中，數(shù)據(jù)寄存器會對數(shù)據(jù)進行接收，從而有效的完成數(shù)據(jù)的傳遞過程。而 PLC 收到單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)時，主要采用字符接受的方式，數(shù)據(jù)接受時，會對數(shù)據(jù)的長度進行判斷，促使單片機傳輸?shù)臄?shù)據(jù)真實有效，還能有效的對數(shù)據(jù)進行判斷和控制，如果單片機所傳輸?shù)某鼍叽嬖谥貜?fù)或無用，就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)舍棄的情況，從而有效的提高單片機與 PLC 串行通信的可靠性與穩(wěn)定性。

四、單片機與plc的應(yīng)用

plc是建立在單片機之上的一種科技產(chǎn)品，單片機是一種集成電路，單片機可以構(gòu)成多種多樣的應(yīng)用系統(tǒng)，可以是大型、中型、小型以及微型的，而plc是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的一個特殊的系統(tǒng)，單片機可以配合外圍的電路設(shè)計出各種功能，單片機一般采用c語言、匯編語言等，這種系統(tǒng)可以應(yīng)用于各個領(lǐng)域內(nèi)，并且也非常安全可靠。單片機的應(yīng)用系統(tǒng)是非常廣泛的，但是單片機的使用和維護是非常困難的，從plc和單片機的系統(tǒng)的選用上來講對于單項的工程采用plc是非常快捷、并且成功率高、可靠性好，但是成本比較高。對于大量的配套的項目來講，采用單片機具有成本低、效益高等優(yōu)點。隨著科學(xué)技術(shù)不斷進步和更新，在單片機系統(tǒng)中嵌入plc系統(tǒng)性能不僅可以得到保證，而且使工程項目的效益也得到保證。目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄象機、攝象機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。

單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域隨著計算機技術(shù)的發(fā)展及工業(yè)自動化水平的提高， 在許多場合采用單機控制已不能滿足現(xiàn)場要求，因而必須采用多機控制的形式，而多機控制主要通過多個單片機之間的串行通信實現(xiàn)。串行通信作為單片機之間常用的通信方法之一， 由于其通信編程靈活、硬件簡潔并遵循統(tǒng)一的標(biāo)準，因此其在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。構(gòu)成較大規(guī)模的檢測、控制系統(tǒng)，經(jīng)常要采用多個單片機，組成可以通信的多機系統(tǒng)。Mcs一51系列單片機為實現(xiàn)多機通信聯(lián)網(wǎng)設(shè)計了方便的串行通信接口功能。將多個Mcs一51單片機組成串行總線形式的相互通道，通過寫單片機的串行控制方式寄存器，將串行口置成方式2或方式3，就可以實現(xiàn)主機與分機之間的串行通信。這種多機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛，但它只能實現(xiàn)由主機呼叫分機，然后實現(xiàn)主機與分機之間的全雙工串行通信。我們在監(jiān)控系統(tǒng)中要求既有主機與分機主動通信，又有分機與主機主動通信，這種結(jié)構(gòu)的

多機系統(tǒng)就無法滿足要求。

五、結(jié)束語

串行通信是一種應(yīng)用廣泛的通信方式，本文主要以單片機和plc之間的串行通信為例進行探討，并由此得出串行通信技術(shù)是一種實用性強;結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、抗干擾能力強，并且使用于遠距離傳輸?shù)囊环N通信方式。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，對單片機以及plc通信系統(tǒng)不斷的開發(fā)利用，進一步將兩者有效的結(jié)合起來實現(xiàn)通信技術(shù)，從而創(chuàng)造更高的應(yīng)用價值。多機協(xié)同工作已是單片機發(fā)展的一個重要趨勢，目前單片機多機通信的主要方式仍然是主從式多機通信系統(tǒng)。單片機多機通信的目的是實現(xiàn)分布式處理系統(tǒng)，單片機多機通信的方式有很多種，應(yīng)用前景廣闊，非常具有研究意義！

參考文獻

[1]李生軍，李少蒙《單片機與 . plc 之間的串行通信實現(xiàn)》.化工自動化及儀表，2018，37（2）：78--80.

[2]李輝，鄭寧《. plc 與單片機之間的串行通信及應(yīng)用》.電工技術(shù)志，2018（8）：67--68.

[3]趙勇《單片機與可編程控制器的串行通信及應(yīng)用》 . .西安郵電學(xué)院學(xué)報，2019，10（1）：36--37

[4]葉翠安.三菱 PLC 與單片機間串口通信的實現(xiàn)[J].船電技術(shù)，2019，35（5）：66-69.

[5]胡家華，徐鵬，鄭昌雨，等.PL2303 單片機串口轉(zhuǎn) USB 口實現(xiàn)串行通信[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2019，13（4）：76-77+81.

[6]黨 強.PLC 與單片機串口通信的實現(xiàn)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2019（4）：123+125.

[7] 張潔 ， 馬鳳銘 ， 徐穎 . 基于 MODBUS 協(xié)議的單片機與 S7-200PLC 串行通信的實現(xiàn)[J]. 鞍山師范學(xué)院學(xué)報 ，2019，04：15-19

[8]趙淑玉，孟寶全《單片機和 . plc 的應(yīng)用與串行通信》.科技信息，2018（21）：52--54.