基于RS485的組態(tài)王與單片機多機串口通信設計

1 引言

隨著(zhù)工業(yè)化要求提高，分布式系統發(fā)展以及控制設備與監控設備之間通訊需要，組態(tài)軟件設計的監控系統逐步普及?，F在組態(tài)軟件繁多，比如KingVieW(組態(tài)王)、 MCGS、WinCC等。KingView軟件基于Microsoft Windows XP，NT/2000操作系統.具有友好的人機操作界面、強大的IO設備端口驅動(dòng)能力，可與各種PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等實(shí)時(shí)通訊。由 于在檢測大量模擬量的工業(yè)現場(chǎng)使用PLC與組態(tài)軟件通訊勢必增加產(chǎn)品成本。而單片機接口豐富，與A/D轉換模塊組合可以完成相同的工作，并且系統可靠、成本低。

2 組態(tài)王與單片機的串口通訊方法

目前，組態(tài)王與單片機的通信多是通過(guò)動(dòng)態(tài)數據交換(DDE)或通過(guò)自己開(kāi)發(fā)通訊驅動(dòng)程序完成。DDE是Windows平臺上的一個(gè)完整的通信協(xié) 議，組態(tài)王通過(guò)該協(xié)議與其他應用程序交換數據。但不可靠和非實(shí)時(shí)。而自己開(kāi)發(fā)通訊驅動(dòng)程序會(huì )帶來(lái)設計困難，增加系統開(kāi)發(fā)周期，可行性不高。組態(tài)王專(zhuān)門(mén)提供 一種與單片機多機串口通信方法，可滿(mǎn)足大多數系統需求。

3 PC機與單片機的硬件接口電路

圖1為上位PC機與下位單片機80C51的連接電路。PC機與單片機本身都自帶串行通訊接口，但由于在分布式系統中PC機與各單片機的分布不集 中，不能利用RS-232通訊傳輸，只能改用RS-485。RS-485采用差分式傳輸信號，最大傳輸距離為1 219 m.最大傳輸速率為10 Mb/s.對同時(shí)出現的兩條信號線(xiàn)A、B的干擾有較強的抑制能力。當兩條線(xiàn)絞在一起時(shí)，被通信各種分布參數耦合過(guò)來(lái)的干擾信號可平均地分配到這兩條線(xiàn)上， 因此對RS-485的差分式傳輸線(xiàn)路而言，用雙絞線(xiàn)可獲得較強的抗干擾能力。RS-485采用二線(xiàn)與四線(xiàn)平衡傳輸方式，二線(xiàn)制可實(shí)現真正的多點(diǎn)雙向通信，但需要在傳輸線(xiàn)上接電阻(約120 Ω)。

由于80C51系列單片機STC89C52串行接口的，TTL電氣特性與RS-485電氣特性不相符，STC89C52不能與RS-485直接連接，需要電氣轉換。這里采用Maxim公司的MAX485，圖2為其接口電路。

圖2中，MAX485的RE和DE南STC89C52單片機的P1.7控制。由于MAX485以半雙工的方式工作，因此由P1.7控制其發(fā)送與 接收。當 P1.7為高電平時(shí)，驅動(dòng)器使能而接收器為高阻態(tài)，此時(shí)可發(fā)送數據;而當P1.7為低電平時(shí).接收器使能而驅動(dòng)器為高阻態(tài)，此時(shí)接收數據。另外由于PC機 的COM口是基于RS-232的串行通訊口.其電氣特性與RS-485不一致，因此也需電平轉換。

圖3為單片機地址設置電路，單片機STC89C52的P1口的低4位用于設定本機地址，通過(guò)4位DIP開(kāi)關(guān)的組合最多可設定16種地址。如當4 位開(kāi)關(guān)全部斷開(kāi)時(shí)，對應的本機地址是11 11。下位單片機在開(kāi)始工作前需先設定自己的地址，這樣，在開(kāi)機自檢時(shí)下位單機片就能獲取本機地址。

4 系統通訊協(xié)議設計

組態(tài)王提供了通過(guò)PC機與單片機串口進(jìn)行十六進(jìn)制數據通訊的驅動(dòng)，而驅動(dòng)中已經(jīng)規定好其通訊協(xié)議。

4.1 通訊參數

通訊參數包括數據位、停止位、波特率、校驗方式。其中，數據位、停止位、波特率由單片機決定。組態(tài)王中的設定和單片機一致即可。校驗方式參照“數據傳輸格式”部分。

4.2 數據傳輸格式與協(xié)議說(shuō)明

格式1 組態(tài)王發(fā)送地址請求格式(檢驗位為1)：

格式2單片機應答地址格式(檢驗位為0)：

格式3組態(tài)王讀數據請求格式(檢驗位為0)：

格式4單片機應答讀數據格式(正確)(檢驗位為O)：

格式5單片機應答讀數據格式(錯誤)(檢驗位為0)：

格式6組態(tài)王寫(xiě)數據請求格式(檢驗位為O)：

格式7單片機應答寫(xiě)數據格式(正確)(檢驗位為0)：

協(xié)議具體說(shuō)明如下：

ENQ(頭)：H05，詢(xún)問(wèn)，請求幀的開(kāi)始代碼;

ACK(頭)：H06，確認，ACK應答幀的開(kāi)始代碼;

NAK(頭)：H15，否認，NAK應答幀的開(kāi)始代碼;

EOT(尾)：H04，正文的結束，請求幀的結束ASCII代碼;

ETX(尾)：H03，結束正文，應答幀的結束ASCII代碼;

數據傳輸：所有數據均為16進(jìn)制數;

Sta：設備地址，1個(gè)字節，組態(tài)王設備地址范圍為0～255，此地址為單片機的地址，由單片機中的程序決定;

R：讀標志，1個(gè)字節(0x52);

W：寫(xiě)標志，1個(gè)字節(0x57);

DataType：需要交換的數據類(lèi)型，1字節。其中“1”代表字節，“2”代表字，“3”代表浮點(diǎn)型;

DataNum：讀取數據的個(gè)數，1字節;

DataAddr：數據偏移地址，2字節，低字節在前，高字節在后;

Data：實(shí)際傳輸的數據，低字節在前，高字節在后;

DataLong：?jiǎn)纹瑱C返回Data的字節數，2字節，低字節在前，高字節在后：

CRC：為從第1個(gè)字節至CRC前的所有字節的異或值，1字節;

ErrorCode：錯誤代碼，“0”代表正確應答，“1”代表數據類(lèi)型錯誤，“2”代表數據范圍超限，“3”代表指令無(wú)法識別。

5 單片機通訊程序流程設計

圖4為組態(tài)王程序流程，圖5為單片機通訊程序流程。80C51系列單片機多機通訊可歸納如下：

上位機的SM2=0，所有下位機的SM2=1，以便只接收上位機發(fā)來(lái)的地址;

上位機給下位機發(fā)送地址時(shí)，第9數據位應該為1，以指示下位機接收這個(gè)地址;

所有下位機在SM2=1，RB8=1和RI=0時(shí)，接收上位機發(fā)來(lái)的地址，進(jìn)入相應中斷服務(wù)程序，并與本機地址相比較，以確認是否為被尋址的下位機;

被尋址下位機通過(guò)指令清除SM2，以便正常接收上位機發(fā)送來(lái)的數據，并向上位機發(fā)回接收到的地址以便核實(shí)。未被尋址的下位機保持SM2=1，并退出各自的中斷服務(wù)程序;

完成上位機和被尋址下位機之間的數據通信后，被尋址從機使SM2=1，并退出中斷服務(wù)程序，等待下次通信。

6 結束語(yǔ)

該系統實(shí)現組態(tài)王軟件與單片機多機的實(shí)時(shí)通信，已經(jīng)在實(shí)際項目中得到應用。應用的結果表明該設計方法簡(jiǎn)單有效，實(shí)時(shí)性好，成本低廉，可以在控制與監控系統中推廣應用。