康永澤

摘 要 對UART通信技術(shù)和IIC通信技術(shù)進(jìn)行探討，關(guān)于PLC通信技術(shù)的研究對PLC技術(shù)的教學(xué)有著很大的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞 PLC；通信技術(shù)；單片機(jī)

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2015）13-0130-02

1 前言

在從事專業(yè)教學(xué)時(shí)，用PLC技術(shù)去改造接觸器—繼電器控制，比如一些普通機(jī)床的改造，在整個(gè)工作中往往還要解決通信問題，掌握PLC與電腦、PLC與變頻器、PLC與觸摸屏、PLC與PLC之間的通信是很重要的。PLC上的CPU就為單片機(jī)，為了增加控制功能和提高實(shí)時(shí)處理的速度，在PLC中應(yīng)用16位或32位單片機(jī)，PLC與計(jì)算機(jī)、變頻器、觸摸屏之間都有通信電纜。還有樓宇消防與安防上的控制器上都采用單片機(jī)控制。單片機(jī)與外圍設(shè)備之間的通信很重要，比如溫度傳感器把溫度信號通過通信傳給單片機(jī)，單片機(jī)通過數(shù)碼管把這個(gè)溫度數(shù)據(jù)顯示出來，通信技術(shù)在單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)起到銜接作用，信號通過通信傳遞進(jìn)來。如果沒有通信，單片機(jī)的功能就被局限了。所以研究PLC的通信是很重要的，有助于從事專業(yè)教學(xué)。

2 UART的通信

很多PLC教材關(guān)于PLC通信這塊知識模塊沒有提及，只要能使用PLC的簡單功能就可以了。這樣不利于知識拓展，因?yàn)橐裀LC功能開發(fā)與單片機(jī)學(xué)習(xí)結(jié)合起來更利于知識的拓展和深入自學(xué)。通信技術(shù)也是控制工程重要的一個(gè)學(xué)習(xí)模塊，要了解控制的框架，然后再一個(gè)一個(gè)深入。探討PLC通信技術(shù)顯得尤為關(guān)鍵，先探討UART的通信技術(shù)。UART通信的并行通信是通信時(shí)數(shù)據(jù)的各個(gè)位同時(shí)傳送，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)字節(jié)的8位同時(shí)發(fā)送。而串行通信，一次只能發(fā)送一位，要發(fā)送8次才能發(fā)送一個(gè)字節(jié)。單片機(jī)之間UART的通信示意圖如圖1所示。

比如用串行通信發(fā)送00100111字節(jié)，要從低位開始發(fā)送。通信上有2個(gè)引腳，即RXD和TXD引腳，TXD發(fā)送信號，RXD接受信號。信號發(fā)送持續(xù)時(shí)間等于波特率分之一，即波特率的倒數(shù)。PLC的單片機(jī)1與PLC的單片機(jī)2的波特率要保持一致才能正常通信。數(shù)據(jù)發(fā)送什么時(shí)候開始，又什么時(shí)候結(jié)束，這如何解決？單片機(jī)1接受單片機(jī)2發(fā)送的數(shù)據(jù)，不管是提前發(fā)送還是延時(shí)發(fā)送，接受的數(shù)據(jù)都有可能會(huì)錯(cuò)過。什么時(shí)候知道數(shù)據(jù)來了，開始接受第一位。UART的通信技巧：當(dāng)沒有信號發(fā)送時(shí)，通信線保持高電平，發(fā)送完之后也保持高電平。發(fā)送數(shù)據(jù)之前先發(fā)送一個(gè)低電平，低電平的持續(xù)時(shí)間也是波特率的倒數(shù)。發(fā)送8位數(shù)據(jù)之后，再發(fā)送停止位1。發(fā)送一個(gè)字節(jié)8位，實(shí)際上發(fā)送了10位。多了一個(gè)起始位，一個(gè)停止位。按0、D1、D2、……、D8、1的順序發(fā)送或接受，如圖2所示。

計(jì)算機(jī)的通信，RS232在工業(yè)領(lǐng)域用得多，是9針接口。筆記本電腦都用USB接口了。RS232接口采用的是負(fù)邏輯，即-3 V到-15 V的范圍為“1”高電平。而TTL/CMOS電平標(biāo)準(zhǔn)是高電平“1”大于2點(diǎn)幾伏特。由于電平標(biāo)準(zhǔn)不一樣，就用MAX232轉(zhuǎn)換芯片對單片機(jī)電壓與串口電壓做一個(gè)轉(zhuǎn)接。如圖3所示，MAX232的10腳TXD與9腳RXD到單片機(jī)去，MAX232的7腳TO-PC-RX到RS232的2腳，MAX232的8腳TO-PC-RX到RS232的3腳。MAX232的10腳TXD是高電平的時(shí)候，7腳TO-PC-RX卻輸出一個(gè)-3 V到-15 V，電腦上輸出一個(gè)-8 V到-9 V左右。同樣的原理可以把-8 V到-9 V轉(zhuǎn)換成高電平。有了USB，USB把UART轉(zhuǎn)換后送給單片機(jī)，USB還把單片機(jī)信號轉(zhuǎn)換后送給筆記本電腦。有了USB口，不管是臺(tái)式機(jī)還是筆記本電腦，都可以與單片機(jī)進(jìn)行通信。

為了更直觀地看到單片機(jī)與電腦之間的通信，可以把通信傳送的數(shù)據(jù)在數(shù)碼管上顯示出來。要完成這一任務(wù)，就用筆記本電腦一臺(tái)、KST-51單片機(jī)開發(fā)板一塊、STC89C52RC芯片一塊、USB線纜一根、邏輯分析儀一臺(tái)，KST-51單片機(jī)開發(fā)板上有數(shù)碼管。還可以用邏輯分析儀把通信的波形抓出來看看，這樣更直觀。I0口模擬UART串口通信如圖4所示。

學(xué)習(xí)使用時(shí)電腦上安裝上三個(gè)軟件。一個(gè)軟件是編寫程序的KeiL-C51-9.02a，一個(gè)軟件是下載軟件STC-ISP-v4.80。STC-ISP-v4.80是把通信程序下載到單片機(jī)，單片機(jī)運(yùn)行顯示結(jié)果。注意安裝下載軟件時(shí)點(diǎn)右鍵以管理員身份運(yùn)行一次，再來安裝。第三個(gè)軟件是單片機(jī)驅(qū)動(dòng)軟件CH341SER的X64或X86，裝哪一個(gè)根據(jù)操作系統(tǒng)是32位還是16位來選擇使用。把軟件裝好后，打開Keil uVision4編寫UART通信程序，通信程序?qū)懞煤笙螺d到STC-ISP-v4.80中。打開STC-ISP-v4.80的串口助手，選擇十六進(jìn)制發(fā)送，十六進(jìn)制顯示，注意COM與下載程序的COM、設(shè)備管理器的COM口保持一致，波特率設(shè)為9600，數(shù)據(jù)8位，停止位1位，其他默認(rèn)。程序主要是實(shí)現(xiàn)通信的時(shí)序圖，并且讓串口助手與單片機(jī)開發(fā)板進(jìn)行通信。讓助手向單片機(jī)發(fā)送1，單片機(jī)返回給串口助手來顯示出來，就顯示為1。在STC-ISP-v4.80串口助手如果選擇用字符格式發(fā)送，字符格式顯示，這里就要弄懂ASCII字符表格。如字符發(fā)送4，那么十六進(jìn)制顯示為多少呢？到ASCII字符表格里去查，字符4對應(yīng)的十進(jìn)制是52，52轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制是34[1]。

3 IIC通信

教學(xué)時(shí)要進(jìn)行比較分析，找出各種方法的使用條件與范圍，研究通信技術(shù)也一樣。URAT通信是用于板與板子之間的通信，是一對一通信。而還有板子內(nèi)部的通信，是多對多的通信，IIC通信就是多對多的通信。IIC通信總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘SCL構(gòu)成的串行總線，IIC通信總線必須要兩條線。URAT通信，其波特率是由電腦CPU產(chǎn)生的，是電腦自身的時(shí)鐘產(chǎn)生的，單片機(jī)接受依靠單片機(jī)自己的時(shí)鐘，只管自己接受，不管發(fā)送方是什么樣的時(shí)鐘，波特率對了就可以接受了。但是IIC通信總線就不一樣了，它的發(fā)送與接受需要同一個(gè)時(shí)鐘，發(fā)送方與接受方有共同的時(shí)鐘，即SCL線。SCL線上所有的器件組成一個(gè)“線與”的關(guān)系，任何一個(gè)器件都可以拉低SCL的電平。只有所有器件的時(shí)鐘為高電平SCL才為高電平。IIC通信有起始信號、數(shù)據(jù)傳輸部分、停止信號傳輸時(shí)。SCL為高電平時(shí)，SDA才傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸采用時(shí)鐘脈沖一位一位串行傳送方式， 發(fā)送器送到SDA線上的每個(gè)字節(jié)必須是8位長，傳送的時(shí)候必須是高位在前、低位在后的順序。傳送的時(shí)候每個(gè)字節(jié)需要9個(gè)時(shí)鐘脈沖，第9個(gè)時(shí)鐘脈沖為低時(shí)，發(fā)送器釋放SDA線，接收器把SDA線拉低，以給出一個(gè)接受確認(rèn)位。第9個(gè)時(shí)鐘脈沖高電平期間，發(fā)送器收到這個(gè)確認(rèn)位后，開始下一個(gè)字節(jié)的傳送。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，送出的第一個(gè)字節(jié)是用來選擇從器件的地址的，前7位為地址碼，后面一位如果為0就是寫，如果為1就是讀。當(dāng)主器件發(fā)送完一字節(jié)的數(shù)據(jù)后，接著發(fā)出對應(yīng)于SCL線上的一個(gè)時(shí)鐘認(rèn)可位，這個(gè)時(shí)候時(shí)鐘內(nèi)的主器件釋放SDA線，一字節(jié)傳送就結(jié)束了。起始時(shí)序必須SCL保持高電平，SDA從高電平到低電平變化，然后傳輸BIT7、BIT6、……、BIT1。停止時(shí)序，SCL必須是個(gè)高電平，SDA有一個(gè)從高電平到低電平的變化[2]。

4 總結(jié)

搞控制工程的不僅是教好教材，還要不斷學(xué)習(xí)新知識，不斷拓展。PLC的教學(xué)不僅是教知識，還要教會(huì)學(xué)生學(xué)習(xí)搭框架，然后再去自己拓展知識，這樣才會(huì)深入，越學(xué)越有興趣。PLC控制技術(shù)是一門綜合性很強(qiáng)的技術(shù)，功能的開發(fā)在于知道的多和少，所以通信技術(shù)的研究利于對PLC的功能不斷探究。

參考文獻(xiàn)

[1]隋曉紅.通信原理[M].北京：北京大學(xué)出版社，2007.

[2]黃葆華.通信原理[M].西安：西安電子科技大學(xué)，2007.endprint