PLC与单片机之间的串行通信技术分析.pdf

366 集成电路应用 第 40 卷 第 6 期（总第 357 期）2023 年 6 月Applications创新应用发送数据之后，以固定的频率发送相关数据的情况下就是异步串行通信。通常情况下，单片机与PLC设备保持串行通信的方式可以通过查看接口来进行判断，最常用的有SPI、UART、IIC、USB。其中SPI是高速同步串行口，在使用的过程中可以发送SCK时钟、STB芯片选择以及DATA信号。在实际应用的过程中，SPI的通信速度较快，使芯片的CPU能够集中精力处理其他数据，在利用该接口的情况下，可以保持连续快速的数据传输，因此被用于同批量存储产品的组合使用过程中，从而满足高速信号传输的需求；UART是保持异步串行通信的端口，可以满足不同组件之间的双重通信要求，但在通信的过程中数据需要保持异步发送，需要发送端与接收端必须拥有相同的定时语句，通信的效率较差，通常用于相关设备与计算机之间的相互通信1；IIC接口有自己的通信传输模式，使用IIC协议使多个设备能够在同一总线上进行快速的数据交换。但在具体的使用过程中，0 引言工业领域利用的PLC以及单片机技术中，不同的设备其应用的环境有一定的区别，例如单片机具有更强的性能优势，信息的处理速度较快，使其的控制功能更加完善，但控制功能的开发具有较大的难度。而PLC具有较强的操作性，编程较为简单，其应用的范围较广，可以在各种类型的环境中发挥自动控制功能，但是只能实现简单的控制。在进行复杂控制的过程中，需要结合单片机与PLC的特点，利用串行通信来保障复杂控制功能的实现，从而确保工业自动化技术的有效发展。1 串行通信技术的特点串行通信处理的过程中，通过同步连续通信以及异步串行通信来保持不同设备之间的数据传输，从而根据控制程序的设计进行数据的处理，并发出相关的控制信号。例如在时钟信号的发送过程中，发送者以及各接收端同意接受时钟信号数据的情况下，发送者与接收端保持同步连续通信状态。而在作者简介：何璐兵，许昌电气职业学院，讲师；研究方向：PLC、单片机应用。收稿日期：2022-10-28；修回日期：2023-05-22。摘要：阐述串行通信技术是指在信息传输的过程中，需要通过相关的通信渠道保持数据的输入和处理，通过并行的发信和接收，从而保证通信的质量。PLC与单片机是当前工业自动化控制中的重要组成部分，其在应用的过程中具有较强的可靠性，可用于各种设备的控制过程中。而串行通信技术的利用可以使其的处理能力得到有效提升。探讨PLC、单片机之间的串行通信技术，发挥多元的组合控制功能，从而实现PLC与单片机的控制目的。关键词：工业自动化，控制技术，PLC，单片机，串行通信，通信协议。中图分类号：TP273，TP368.1 文章编号：1674-2583(2023)06-0366-03DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2023.06.162文献引用格式：何璐兵，徐朝阳.PLC与单片机之间的串行通信技术分析J.集成电路应用,2023,40(06):366-368.PLC与单片机之间的串行通信技术分析何璐兵，徐朝阳（许昌电气职业学院，河南 461002）Abstract This paper expounds that serial communication technology means that in the process of information transmission,it is necessary to maintain data input and processing through relevant communication channels,and ensure the quality of communication through parallel sending and receiving.PLC and single chip microcomputer are important components of current industrial automation control.They have strong reliability in the process of application and can be used in the control process of various equipment.The use of serial communication technology can effectively improve its processing capacity.It discusses the serial communication technology between PLC and single chip microcomputer,and gives play to multiple combined control functions,so as to realize the control purpose of PLC and single chip microcomputer.Index Terms industrial automation,control technology,PLC,single-chip microprocessor,serial communication,communication protocol.Analysis of Serial Communication Technology between PLC and MCUHE Lubing,XU Chaoyang(Xuchang Electric Vocational College,Henan 461002,China.)Applications 创新应用集成电路应用 第 40 卷 第 6 期（总第 357 期）2023 年 6 月 367IIC接口的数据通信效率较差，高速模式下可以达到400kbps，通常情况仅为100kbps，传输的速率与带宽有限，因此仅用于特殊场合的信息传输；USB则是传输速度较快，日常生活较为常见的传输模式，其应用的范围较广在很多设备上都可以保持良好的数据传输。2 PLC与单片机之间的串行通信 2.1 硬件的选型以及通信技术PLC和单片机设备在多种工业控制领域中可以得到有效的应用，例如在温度控制的过程中，PLC和单片机设备的组合，需要将单片机作为信息处理核心，PLC作为终端控制设备组成相应的控制网络，根据温度控制的需求来进行有效的控制。PLC设备的选择过程中可以使用西门子的S7系列PLC，该系列的PLC设备集成度较高，可使用的控制指令集较多，在实现温度控制的同时，还可以根据工业生产的实际需求来进行功能的扩展2。同时S7系列的PLC芯片有较强的通信功能，在与单片机进行有效连接的过程中，可以对芯片的通信端口进行自定义，从而实现更强大的通信效果。在单片机的选择过程中，可以使用Microchip公司的单片机，该公司生产的单片机运行功耗较低且具有较强的运行性能，在实际应用的过程中，外部电源的连接方式以及通信系统的连线方式较为简便，可以通过自定义的方式对创新通信进行模块化设计，从而确保单片机与PLC芯片之间的有效通信，实现不同方式的远程通信效果。在建立通信网络的过程中，需要使用MAX495E的通信芯片，根据控制系统的实际需求来保障良好的通信效果，传输的速度较快，可适用的范围较广。在实际应用的过程中还可以根据需求来选择无线通信模块，在保障通信传输效率以及抗干扰性能的情况下，同样可以保持良好的数据通信效果3。2.2 串口设计串口设计的过程中，单片机的编程可以使用缓冲指令设定相关的数据，而缓冲指令会被保存在缓冲器中，并根据硬件电路的触发条件，在低电平状态下发送相关的数据，然后使用移位脉冲SHIFT控制方式进行数据的转换，并使用TXD端口向外输出信号。在单片机展开通信的过程中，其信号的接收能力通常取决于REN接口的状态。因此在设计的过程中需要开启REN，通过设置为“1”来确保接收器能够接收信号。在接收信号的过程中，则需要通过RXD端口来接收数据内容。在控制电路发出指令的情况下，需要使用移位操作对起始位置进行处理，然后通过CPU对信号的接收与中断进行控制，从而确保异位通信的时间通过复位的方式保持一致。在实际的设计过程中，还可以根据单片机、PLC芯片的机型以及通信模式进行合理的调整，为不同的设备设置主机、从机，从而提升相关端口的利用效率，并保持良好的控制效果。其应用的过程中，使用两个同向三态门以及一个反相器共同组成单片机的信号接收、发送端口，并在该端口的存储器中存放148B的数据，使用相关的字符对数据的发送情况进行控制。在通信的过程中，需要对数据的回收长度进行检查，从而确保数据的准确性。2.3 通信协议的设置在利用通信芯片实现数据传输的过程中，为了保障数据的传送和识别能够保持一致，需要进一步构建通信协议标准。本次采用的Microchip公司的通信芯片，在实现单工串行通信的过程中，还可以利用单片机的USRT端口来设计异步串行通信。利用汇编语言对USRT端口的通信系统进行模块化处理，然后构建通信协议来保障良好的通信效果。在实际应用的过程中，还可以采用自有端口的控制模式对PLC芯片的端口进行自定义和操作，并结合编程语句来实现对其的有效控制。最后在单片机的编程中，根据其的缓冲模式和缓冲要求，设置数据的发送方式和频率。为了保障良好的通信效果，必须充分重视单片机与PLC通信端口的协议和标准一致。而在信号传输的过程中，为了确保传输的效果和抗干扰性，可以使用屏蔽双绞线来展开单片机与PLC之间的数据交换。在信息传输的过程中，必须保证信息的起始数据为1，且保持数据的格式为8位数据，并使用1对数据的停止进行明确。当展开通信保持数据交换的过程中，其数据的格式应当为1*1，以确保数据得以准确的传输。同时在字符数据的传输中，低、中位的数据传输在前，保持其良好的通信效果，并在传输时按照单片机初始化数据，将地址清零，然后将起始字节、数据进行相应的发送，而PLC芯片也需要按照相关的流程来检查自己数据标准，从而确保数据传输的准确性与可靠性。2.4 串行通信系统初始化在系统初始化的过程中，首先将USART模块的传输模式设置为高速传输模式，并对单片机的时钟频率进行设定，从而确保USART模块的结果能够取整数，以保持PLC芯片时钟频率的相等，或者减少波特率的误差。在异步通信的过程中，为了保持数据的传输与接收同步展开，还要使用字符起始检查语句，对数据的位数以及标准进行检查，从而避免字符传输过程中可能出现的错位、偏差问题，并保证单片机的数据发送与PLC的接收数据保持统一性4。在数据连续发送的过程中，还需要对汇编语言的初始位置进行设置，通常为0和1两种类型。在数据通信中断的设计过程中，需要利用STOP模式对自由端口的通信进行控制，从而配合其他通信模式来368 集成电路应用 第 40 卷 第 6 期（总第 357 期）2023 年 6 月Applications创新应用保障数据接收、处理的准确性与可靠性。在RUN模式的设置中，则可以充分利用自有端口的通信，确保数据的接收与中断符合串口通信的实际需求。2.5 技术应用要点在串口通信的过程中，数据的传送与接收需要在端口留置相应的数据寄存器，确保相关工作的完成。在数据的输入、输出过程中，数据寄存器可以对数据的传输过程进行安全保障，从而准确传送数据的特征码以及高、低、中的特征。通信中单片机需要对通信过程进行有效的控制，并根据PLC的通信要求对相关的内容进行合理编制。例如本次对温度的感应控制，需要对温度的测量地址、判断方式和通信接收程序进行处理，然后根据通信程序的具体情况来保证通信过程的有效性。在PLC和单片机通信中，还需要对不同的设备进行异域校验码清零处理，从而保证异步通信的过程中时延传输的可靠性与可行性。时延传输也需要配合单片机与PLC程序不断进行数据的交换，并对数据的具体内容进行判断和接收，确保数据长度、帧数符合相关的标准，最后通过异域检验的方式，提升数据的可靠性。3 PLC与单片机串行通信技术的应用PLC与单片机串行通信进行有效结合的过程中，其对温度的检测，并结合温度调整控制手段的方式，可以有效提升温度监控参数的可靠性。一方面，需要以PLC设备作为核心组成工控机，而单片机在通过PLC终端收集温度传感器数据的同时，利用自身对信息处理的优势，将控制信息传送到PLC进行生产流程的过程，这种对数据进行集中处理的方式，具有更高的可靠性，从而提升单独PLC重点设备性能，使其能够专注于生产流程的控制过程中；另一方面，单片机的使用可以增加PLC设备的可视化能力，通过计算机、一体机等多种形式，将工控的过程进行可视化处理。使操作人员可以通过监控和信号的查看，对工控机的工作情况进行有效掌控，并利用远程控制手段有效拓展工控机的控制范围，在实现控制智能化的同时，确保生产与控制能够通过集中管理的方式，降低管理难度，并提升管理效率5。此外，在矿山、锅炉等机械设备的控制过程中，利用PLC与单片机之间的串行通信，还可以组成共同控制系统6-13。利用PLC能够适应各种特殊场景的优势，对现场设备的工作情况、状态进行检查，而单片机则针对数据的采集和处理进行协调，从而在自由处理相关数据、进行数据交换的同时，对设备的电源、运行状态进行全面的调整。在现代物联网技术快发展的过程中，PLC与单片机的串行通信模式，不只是依赖线缆才能实现对设备的精准控制，也可以通过无线通信模块使用，进一步提升机械设备远程控制的范围和智能化水平，对于提升生产能力、降低生产中的操作成本具有重要的作用。4 结语PLC与单片机之间的串行通信，可以充分利用PLC与单片机不同的应用特点，分别处理相关控制、数据处理要求，从而提升PLC与单片机控制的范围，并根据其具体的要求对业务的内容进行调整。在目前的应用中，PLC与单片机的结合，可以进一步拓展相关设备技术的应用范围，提升其业务效率。但同时依然需要进行不断的优化和调整，结合现代无线通信网络的优势，进一步提升PLC设备和单片机工作效果。参考文献1 韩建.PLC与单片机之间的串行通信实现方法探讨J.中国新通信,2019,21(21):10.2 夏同行,郑超,张仁勇,姚睿.PLC与单片机之间的串行通信及应用探讨J.中国设备工程,2020(17):137-138.3 盛子良,罗丹.PLC与单片机之间的串行通信及应用研究J.湖北农机化,2020(02):162.4 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