PIC單片機與觸摸屏串行通信的MODBUS協(xié)議實(shí)現

摘要：介紹一種在PIC單片機與觸摸屏之間采用Modbus協(xié)議實(shí)現異步串行通信的方法。簡(jiǎn)單介紹了Modbus通信協(xié)議，給出了硬件電路連接圖、程序流程圖以及用PIC單片機C語(yǔ)言編寫(xiě)的部分通信程序。實(shí)際使用證明該方法數據傳輸穩定可靠，并提供了良好的人機交互環(huán)境。關(guān)鍵詞：觸摸屏 PIC單片機 Modbus協(xié)議 通信 工控中經(jīng)常需要觀(guān)察系統的運行狀態(tài)或者修改運行參數。觸摸屏能夠直觀(guān)、生動(dòng)地顯示運行參數和運行狀態(tài)，而且通過(guò)觸摸屏畫(huà)面可以直接修改系統運行參數，人機交互性好。單片機廣泛應用于工控領(lǐng)域中，與觸摸屏配合，可組成良好的人機交互環(huán)境。觸摸屏和單片機通信，需要根據觸摸屏采用的通信協(xié)議為單片機編寫(xiě)相應的通信程序。Modbus協(xié)議是美國Modicon公司推出的一種有效支持控制器之間以及控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò )（例如以太網(wǎng)）和其它設備之間進(jìn)行通信的協(xié)議。本文以PIC16F877單片機和人機電子有限公司的eView MT510T型觸摸屏為例，介紹其通信程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程。 1 系統結構 實(shí)現觸摸屏與單片機的通訊，主要是解決通訊協(xié)議的問(wèn)題。本文使用開(kāi)放的Modbus通訊協(xié)議，以觸摸屏作主站，單片機作從站。eView觸摸屏本身支持Modbus通訊協(xié)議，如果單片機也支持Modbus協(xié)議，就可以進(jìn)行通信了。觸摸屏與單片機之間采用的RS-232C兼容接口直接連接，傳輸速率設置為9600kb/s。圖1為該系統的電路圖。 將PIC16F877單片機RC6、RC7口設置為異步串行通信模式，經(jīng)過(guò)MAX232芯片將TTL電平轉換為RS232電平，再與eView觸摸屏PLC[RS-232]接口相連，即完成了硬件連接。eView觸摸屏PLC[RS-232]接口的管腳2為T(mén)XD，管腳3為RXD。 2 Modbus通信協(xié)議介紹 Modbus通信協(xié)議是一種串行的主從通信協(xié)議，網(wǎng)絡(luò )里僅有一臺設置可作為主機（稱(chēng)Master），其它設備作為從機（稱(chēng)Slaver），主機不需編號，從機必須編號。協(xié)議定義了主機查詢(xún)及從機應答的信息幀格式。通信時(shí)，主機首先向從機發(fā)出請求信息，符合相應地址碼的從機接收通訊命令，并除去地址碼，讀取信息，如果沒(méi)有出錯，則執行相應的任務(wù)，然后把執行結果返給主機。若從機接收到的校驗碼與本機計算的不同，則說(shuō)明數據在通信過(guò)程中出現錯誤，從機把這次請求視為無(wú)效，功能代碼將被修改以用于指出回應消息是錯誤的，同時(shí)數據段包含了描述此錯誤信息的代碼。當主機收到這一信息時(shí)，會(huì )重新發(fā)送請求信息。校驗方式分為L(cháng)CR（傳送數據為ACSII時(shí)）校驗或CRC（傳送數據為二進(jìn)制時(shí)）校驗，這里采用CRC校驗方式。 信息傳輸為異步方式，并以字節為單位。主從站之間通訊的字格式如表1所示。表1 通訊的字格式 字格式（串行數據）10位二進(jìn)制起始位1位數據位8位奇偶校驗位無(wú)停止位1位Modbus協(xié)議可支持ASCII碼或二進(jìn)制格式的數據傳輸。ACSII碼方式下每一個(gè)字節數據分兩個(gè)字節傳送，二進(jìn)制方式下用一個(gè)字節傳送，為了減少數據傳輸量，一般選二進(jìn)制數據方式。各個(gè)區允許發(fā)送的字節均為16進(jìn)制的0～9，A～F。二進(jìn)制信息幀標準結構為： 初始結構 ≥4字節的時(shí)間 地址碼 1字節 功能碼 1字節 數據區 N字節 錯誤校驗 16位CRC碼 結束結構 ≥4字節的時(shí)間 二進(jìn)制模式中，信息開(kāi)始至少需要3.5個(gè)字符的靜止時(shí)間，依據使用的波特率，很容易計算這個(gè)靜止時(shí)間。發(fā)送完最后一個(gè)字符后，也有一個(gè)至少3.5個(gè)字符的靜止時(shí)間，然后才能發(fā)送一個(gè)新的信息。網(wǎng)絡(luò )上的設備連續監測網(wǎng)絡(luò )上的信息，包括靜止時(shí)間。圖13 單片機與觸摸屏地址的對應關(guān)系 eView觸摸屏只支持Bit和Word地址類(lèi)型，而實(shí)際的單片機或其它控制器還有Byte、Double Word等表示方法，因此在進(jìn)行通信時(shí)，需要把單片機和觸摸屏的數據進(jìn)行變換。觸摸屏畫(huà)面元件讀取地址的設備類(lèi)型有LW、0x、1x、3x、4x、RWI、RW等選項。其中，LW表示該元件讀取的是觸摸屏內部的地址，如其它元件的地址；0x表示讀取的是控制器的輸出信號；1x表示讀取的控制器的輸入信號;3x和4x指控制器的寄存器地址類(lèi)型，其中4x是可讀可寫(xiě)的，3x是只讀的;RWI、RW都是觸摸屏的內部地址，起輔助作用。使用這些讀取地址的設備類(lèi)型，觸摸屏即可顯示或設定控制器寄存器或I/O口的數值。以“數值輸入”元件為例，通過(guò)“小鍵盤(pán)”輸入數據即可設置單片機寄存器或I/O口的數值。如果啟動(dòng)了“觸發(fā)地址”，那么當被觸控時(shí)，輸入的數據就被存放到了指定的單片機地址中。 4 通信程序的開(kāi)發(fā)觸摸屏與單片機的通信程序采用PIC單片機C語(yǔ)言編寫(xiě)。編譯工具選擇Hitech公司的PICC編譯器。程序共分三大模塊，即初始化模塊、數據接收模塊以及數據處理及發(fā)送模塊。主程序流程圖如圖2所示。 PIC16F877單片機USART功能模塊帶有一個(gè)八位的波特率發(fā)生器BRG，BRG支持USART的同步和異步工作方式。用SPBRG寄存器控制一個(gè)獨立的八位定時(shí)器的周期。在異步方式下，發(fā)送狀態(tài)/控制寄存器TXSTA的BRGH位（即D2）被用來(lái)控制波特率。對串行口進(jìn)行的初始化如下： GIE=1; %全局中斷允許; SPBRG=25; %設置波特率為9600； TXSTA=0x04； %選擇異步高速方式； RCSTA=0x80; %允許同步串行口工作； RTISC6=1； TRISC7=1； %將C口的RC6和RC7設置為異步串行通信模式； PFIE=1; %外圍接口中斷允許； RCIE=1; %USART接收中斷允許； TXIE=1; %USART發(fā)送中斷允許； 數據接收模塊由一個(gè)中斷函數組成。該中斷函數將觸摸屏發(fā)來(lái)的Modbus數據幀存儲在一個(gè)自定義的數組中，當一幀數據接收完時(shí)，置接收結束標志位為1，轉入數據處理及發(fā)送模塊。串行通信接收器的核心是接收移位寄存器RSR，當接收到停止時(shí)，如果RCREG緩沖器為空，RSR就把接收到的數據送入RCREG。傳送完成后，接收中斷標志位RCIF被置1。實(shí)際的中斷是否被CPU響應，可以通過(guò)設置外圍接口中斷允許寄存器PIE1的中斷允許位RCIE來(lái)控制。 數據處理及發(fā)送模塊執行Modbus協(xié)議功能碼對應的運用。eView觸摸屏與單片機以Modbus協(xié)議通信，用到的Modbus功能碼如表2所示。表2 通信程序用到的功能碼 功能碼eView地址名稱(chēng)含 義作 用 010x讀開(kāi)關(guān)量輸出讀取一路或多路開(kāi)關(guān)量輸出狀態(tài)034x讀保持寄存器讀取一個(gè)或多個(gè)保持寄存器的數據050x1x寫(xiě)開(kāi)關(guān)量輸出強置一路繼電器的“分/合”輸出163x4x預置多寄存器把具體的數據裝入一組連貫的保持寄存器以Modbus功能碼03為例來(lái)說(shuō)明觸摸屏及單片機的實(shí)際通信數據格式。如單片機地址編號為01H，觸摸屏需要查看單片機中地址為0031H的寄存器的值，發(fā)送命令格式如表3所示。表3 觸摸屏發(fā)送數據結構 數據段名稱(chēng)數據值地址01功能碼03讀取地址高位00讀取地址低位31讀取數據個(gè)數高位00讀取數據個(gè)數低位01CRC校驗碼高位D5CRC校驗碼低位C5假設單片機中地址為0031H的寄存器中斷為05H，則單片機的回復命令如表4所示。表4 單片機應答數據結構 數據段名稱(chēng)數據值地址01功能碼03讀取字節數02寄存器數據高位00寄存器數據低位05CRC校驗碼高位78CRC校驗碼低位47當波特率達到38400kb/s時(shí)，通信仍然穩定可靠。本系統具有連接電路簡(jiǎn)單、組態(tài)靈活、通信可靠性高等特點(diǎn)，并已成功應用于物料篩選控制系統項目中。由于Modbus通信協(xié)議的開(kāi)放性的特點(diǎn)，國外進(jìn)口控制器串行通信大者支持該協(xié)議，因此本文所實(shí)現的采用Modbus協(xié)議的串行通信具有廣泛的應用價(jià)值。

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