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第一篇：PLC和PC機間的串行通信

關鍵詞：RS-232串行通信可編程控制器自由端口模式數據緩沖區

HG-2003型溫升測控裝置是筆者與我國北京某科學研究聯聯合開發的一套專門用于高壓晶閘管閥溫升檢測試驗的測控裝置。考慮到PLC及其網絡已被公認為現代測控裝置開發的幾大支柱之一，而且從近幾年的統計數字來看，PLC產品在世界范圍內的產量、銷量高居各測控器件榜首，因此筆者決定本測控系統的核心器件采用可編程控制器（PLC），其基本功能可通過軟件編程實現。PLC的三大亮點是：（1）集電控、電傳、電儀三電于一體；（2）網絡的性能價格比高；（3）可靠性高。這些亮點就使得整個測控設備結構簡單、可靠性高，同時也為實現系統控制功能的二次開發奠定了良好的技術基礎。本文主要討論設備中所采用的西門子公司的S7-200型PLC和PC機之間的串行通信問題。

1、溫升測控系統整體介紹

1．1 HG-2003測控裝置的測控對象及結構

先來介紹一下該溫升試驗測控裝置的基本工作流程。10kV電源進線經過進線框中的高壓斷路器CB和高壓隔離開關柜中的隔離開關G（用于在設備檢修或維護時形成一個明顯的斷點）后，加在10kV轉換變壓器T1上。該變壓器將三相電轉化為單相電。這主要是由于做實驗時負載電流很大，如果使用三相電源，容易造成負荷電流的不平衡從而造成試驗故障。在轉換變壓器的輸出端（二次側）連接單相溫升試驗變壓器T2。該溫升變壓器的一次側應加裝用于無功功率補償的電容柜，二次側則通過有載分接開關直接連接試驗品（即高壓晶閘管閥）進行溫升試驗。

從基本工作流程不難知道測控裝置的測控對象，本裝置的具體測控對象如表1所示。

表1 測控對象表

測控裝置的物理結構分為兩部分：操作控制臺和試區控制箱。其中，試區控制箱即PLC控制箱被安裝在試驗區的隔離開關框內。操作控制臺即PC機人機辦是非曲直操作臺則安裝在控制室內。由于二者之間相距約40m，所以采用PC/PPI電纜傳輸測控信號時需加裝中繼器。

1．2 HG-2003測控裝置的基本功能

本測控系統的基本功能包括：開關分合控制指示功能；設備和試品的過流、過壓、過熱報警及保護功能；各種操作連鎖功能，如電源開關柜內10kV電源斷路器和隔離開關柜內的手動隔離開關、控制室門觸點、試驗大廳門觸點間的連鎖保護功能等，并設有相關的報警提示畫面。這些功能可以避免操作順序出錯。

2、S7-200通信程序的設計與實現 2．1 PC機與S7-200的通信方式

西門子S7-200 PLC的通信功能較強，有多種通信方式可供用戶選擇，如：單主站方式、多主站方式以及使用調制解調器的遠程通信方式等。在本測控裝置中，筆者采用單主站方式。在運行Windows或Windows NT操作操作的個人計算機（PC機）上安裝STEP 7-Micro/WIN32編程軟件后，PC機就可作為通信中的主站。它可與一個或多個從站相連，STEP 7-Micro/WIN 32每次和一個S7-200 CPU通信，但可以訪問網絡上的所有CPU。該通信方式的硬件配置為PLC到PC機通信口的電纜連接器，即帶RS-232口的隔離型PC/PPI電纜，用五個DIP開關設置波特率和其它配置項。它支持的波特率為9.6kbps或19,2kbps，支持的協議為PPI協議。這里并沒有使用PPI協議，而是使用PC/PPI電纜和自由端口通信功能來實現S7-200 CPU與PC機間的通信。自由端口模式是計算機或其它帶有串行通信接口的設備與S7-200 CPU之間通信的一種廉價和靈活的方法。它以用戶定義的通信協議為基礎，通過使用相關的中斷指令和專用的通信指令控制S7-200 CPU通信口的操作模式，實現與多種智能設備的連接。

具體地說，所謂自由通信端口模式是指CPU的串行通信接口可由用戶程序控制的一種通信操作模式，其梯形圖程序可以使用接收完成中斷、字符接收中斷、發送完成中斷、發送指令（XMT）和接收指令（RCV）等控制通信過程。在該模式下，通信協議完全由用戶程序控制。

CPU處于STOP模式時，自由通信端口模式被禁止，CPU重新建立使用其它協議的通信，例如與編程設備的通信。只有當CPU處于RUN模式時，才能使用自由通信端口模式。通過將特殊寄存器字節SM30或SM130的協議選擇域（mm）置1可以將通信端口設置為自由端口模式，處于該模式時不能與編程設備通信。

可以用反映CPU模塊上的工作方式開關當前位置的特殊存儲器位SM0.7來控制自由端口模式的進入。當SM0.7為1時，工作方式開關處于RUN位置，可選擇自由端口模式；當SM0.7為0時，工作方式開關處于TEM位置，應選擇PC/PPI協議模式，以便用于編程設備監視或控制CPU模塊的操作。

2．2 自由端口模式下PLC串行通信程序的編程要點

計算機與可編程控制器通信時，為了避免通信中的各方爭用通信線，一般采用主從工作方式，即計算機為主機，可編程控制器為從機；只有主機才有權主動發送請求報文，從機收到后返回響應報文。下面主要談一談編程過程中應注意的幾個問題。

首先是電纜切換時間的處理。因為使用了PC/PPI電纜，所以在S7-200 CPU的用戶程序中應考慮電纜的切換時間。S7-200 CPU接收到RS232設備的請求報文到它發送響應報文的延遲時間必須大于等于電纜的切換時間。波特率為9600bps和19200bps，電纜的切換時間分別為2ms和1ms。在梯形圖程序中可用定時中斷實現切換延時。

其次就是通信可靠性的處理，校驗碼的采用是提高通信可靠性最常用的措施之一。用得較多的是異或校驗，即將每一幀中的第一個字符（不包括起始字符）到該幀中正文的最后一個字符作異或運算，并將異或的結果（展品或校驗碼）作為報文的一部分發送到接收端。接收方接收到數據后計算出所接收到的數據的展品或校驗碼，再與發送方傳過來的校驗碼比較，如果不同，可以判斷通信有誤。

最后需注意的是防止起始字符、結束字符與數據字符的混淆。因為報文的起始字符和結束字符只有8位，接收到的報文數據區內出現與起始字符或結束字符相同的數據字符的機率很大，這可能會引起字符混淆。可以在發送前對數據作某種處理，例如選擇起始字符和結束字符為某些特殊的值，而將數字字符轉化為BCD碼或ASCII碼后再發送，這樣可以避免出現上述的情況，但是會增加編程的工作量和數據傳送的時間。2．3 通信程序中關鍵指令的使用與說明

發送指令XMT（Transmit）用于啟動自由端口模式下數據緩沖區（TBL）數據的發送，指令格式如圖1所示。通過指定的通信端口（PORT），將存儲在數據緩沖區（TBL）中的信息發送。使ENO=0的錯誤條件：SM4.3（運行時間），0006（間接尋址），009（在端口0同時XMT/RCV），000B（在端口1同時XMT/RCV）。

XMT指令可以方便地發送1～255個字符，如果有中斷程序連接到發送結束事件上，在發送完緩沖區中的最后一個字符時，端口0會產生中斷事件9，端口1會產生中斷事件26。可以監視發送完成狀態位SM4.5和SM4.6的變化，而不是用中斷進行發送。數據緩沖區中的起始字符和結束字符是可選項，第一個字節的“字符數”是要發送的字節數，它本身并不發送出去。

接收指令RCV（Receive）可以方便地接收一個或多個字符，最多可接收255個字符。通過指令的通信端口（PORT），將接收信息存儲在數據緩沖區（TBL）中。數據緩沖區中的第一個字節用來累計接收到的字節數，它本身不能接收到，起始字符和結束字符是可選項。如果有中斷程序連接到接收結束事件上，在接收完最后一個字符時，端口0產生中斷事件23，端口1產生中斷事件24。

使ENO=0的錯誤條件：SM86.6和SM186.6（RCV參數錯誤），SM4.3（運行時間），0006（音接尋址），009（在端口0同時XMT/RCV），000B（在端口1同時XMT/RCV）。CPU不是在自由端口模式。

可以監視SM86.6或SM186.6的變化，而不是用中斷進行報文接收。SM86.6或SM186.6為非零時，RCV指令未被激活或接收已經結束。正在接收報文時，它們為0。

當超時或校驗錯誤時，要自動中止報文接收功能。必須為報文接收功能定義一個啟動條件和一個結束條件。

RCV指令允許通過參數設定選擇報文開始條件和報文結束條件，即設定特殊存儲器字節SM86～SM94（用于端口0）和SM186～SM194（用于端口1）。

另外兩個比較重要的指令是獲取與設置通信口地址指令。獲取通信口地址指令（GET ADDR指令）用來讀取PORT指定的CPU口的站地址，并將數值放入ADDR指定的地址中。設置通信口地址指令（SET ADDR指令）用來將通信口（PORT）站地址設置為ADDR指定的數值。設置的新地址不能永久保存，斷電后又上電，通信口地址將恢復為上次的地址值（用系統塊下載的地址）。圖2為使用RCV指令和接收完成中斷接收數據的通信程序流程圖。

3、計算機通信程序的設計與實現

3．1 Windows環境下的PC機通信程序在Windows環境下，操作系統通過驅動程序控制各硬件資源，不允許用戶像在DOS環境下那樣直接對串口進行底層的操作。為此，Visual Basic提供了一個串行通信控件：MSComm控件。程序員只需設置和監視MSComm控件的屬性和事件，就可以勁易而易舉地實現串行通信。

3．2 MSComm控件的屬性

MSComm控件主要屬性如下：（1）Comm Port:設置并返回通信端口號。（2）Settings:以字符的形式設置并返回波特率、奇偶校驗位、數據位和停止位。其中字符n、o、e分別代表無校驗、奇校驗、偶校驗。（3）Port Open：設置并返回通信端口狀態。設置為Ture時，打開端口；設置為Flase時，關閉端口。另外，還有Input、Output、Input Mode、In Buffer Count等屬性，這里不再一一介紹。3．2 MSComm控件處理接收信息的方式

MSComm控件提供兩種處理方式：（1）事件驅動方式：RTHreshold屬性非0時，收到字符或傳輸線發生變化時就會產生串口事件On Comm。通過查詢CommEvent屬性可以捕獲并處理這些通信事件。（2）查詢方式：通過查詢Iuput Buffer Count（接收緩沖區的字節數）屬性值，處理接收到的信息。本裝置中采用事件驅動方式。

用Visual Basic語言設計串行通信程序簡單實用，關鍵是如何形成一個友好的用戶界面。編程的細節這里不再詳述。

隨著工業PC機的推出，個人計算機在工業現場支行的可靠性問題也得到了解決。因此在各類測控設備中實現PLC和PC機間的串行通信有著重大的意義。這樣一方面有助于將個人計算機開發成簡易工作站或者工作終端，實現集中顯示、集中報警功能；另一方面也可把個人計算機開發成PLC編程終端，通過編程器接口接入PLC網絡，進行編程、調試及監控，并最終達到PLC測控設備結構簡單、運行可靠、維護容易、便于二次開發的技術特點。

第二篇：51單片機與PC機通信資料

《專業綜合實習報告》

專

業：

電子信息工程

年

級：

2013級

指導教師：

學

生：

一：實驗項目名稱二：前言

三：項目內容及要求四：串口通信原理五：設計思路

5.1虛擬串口的設置 5.2下位機電路和程序設計 5.3串口通信仿真六：電路原理框圖七：相關硬件及配套軟件

7.1 AT89C51器件簡介 7.2 COMPIN簡介 7.3 MAX232器件簡介 7.4 友善串口調試助手

7.5 虛擬串口軟件Virtual Serial Port Driver 6.9 八：程序設計九：proteus仿真調試十：總結十一：參考文獻

一：實驗項目名稱：基于51單片機的單片機與PC機通信

二：前言

在國內外，以PC機作為上位機，單片機作為下位機的控制系統中，PC機通常以軟件界面進行人機交互，以串行通信方式與單片機進行積極交互，而單片機系統根據被控對象配置相應的前向，后向信息通道，工作時作為主控機測對象，作為被控機接受PC機監督，指揮，定期或受命向上位機提供對象及本身的工作狀態信息。

目前，隨著集成電路集成度的增加，電子計算機向微型化和超微型化方向發展，微型計算機已成為導彈，智能機器人，人類宇宙和太空和太空奧妙復雜系統不可缺少的智能部件。在一些工業控制中，經常需要以多臺單片機作為下位機執行對被控對象的直接控制，以一臺PC機為上位機完成復雜的數據處理，組成一種以集中管理、分散控制為特點的集散控制系統。

為了提高系統管理的先進性和安全性，計算機工業自動控制和監測系統越來越多地采用集總分算系統。較為常見的形式是由一臺做管理用的上位主計算機（主機）和一臺直接參與控制檢測的下位機（單片機）構成的主從式系統，主機和從機之間以通訊的方式來協調工作。主機的作用一是要向從機發送各種命令及參數：二是要及時收集、整理和分析從機發回的數據，供進一步的決策和報表。從機被動地接受、執行主機發來的命令，并且根據主機的要求向主機回傳相應煩人實時數據，報告其運行狀態。

用串行總線技術可以使系統的硬件設計大大簡化、系統的體積減小、可靠性提高。同時，系統的更改和擴充極為容易。MCS-51系列單片機，由于內部帶有一個可用于異步通訊的全雙工的穿行通訊接口，陰齒可以很方便的構成一個主從式系統。

串口是計算機上一種非常通用的設備通訊協議，大多數計算機包容兩個基于RS232的串口。串口同時也是儀器儀表設備通過用的通訊協議，很多GPIB兼容的設備也帶有RS-232口。同時串口通訊協議也可以用于獲取遠程采集設備數據。所以，深入的理解學習和研究串口通信相關知識是非常必要的。此次畢業設計選題為“PC機與MCS-51單片機的串口通訊”，使用51單片機來實現一個主從式的總線通訊系統。通過此次設計，對串口通訊的原理和應用融會貫通，為以后的時間工作儲備知識和研究方法。

三．項目內容及要求

基于51單片機，在相關軟件的輔助下，建立起單片機與PC機之間的通信機制，使用proteus仿真軟件進行仿真，要求可從PC機上發送數字及英文字母出來，由單片機接收并在虛擬軟件顯示屏上顯現出來，有開關控制數字或者是字母的發送。

四：串口通信原理

單片機與外圍部件或設備的數據傳輸方式有并行通信和串行通信兩種方式，本實驗主要通過串行通信方式進行單片機與PC機之間的數據傳輸，故略去并行通信方式的介紹。

串行通信是指計算機主機與外設之間以及主機系統與主機系統之間數據的串行傳送。使用一條數據線，將數據一位一位地依次傳輸，每一位數據占據一個固定的時間長度。其只需要少數幾條線就可以在系統間交換信息，特別適用于計算機與計算機、計算機與外設之間的遠距離通信。

串口通信時，發送和接收到的每一個字符實際上都是一次一位的傳送的，每一位為1或者為0。這種傳送方式具有方法簡單，靈活性強，可靠性高等特點，同時需要的傳送線少，適于遠距離傳送。但是，由于數據是按位發送出去的，因此這種數據傳送方式比并行通信速率低。

串行通信又可以分為同步通信和異步通信兩種方式。

同步通信是指同步通信是一種比特同步通信技術，要求發收雙方具有同頻同相的同步時鐘信號，只需在傳送報文的最前面附加特定的同步字符，使發收雙方建立同步，此后便在同步時鐘的控制下逐位發送/接收。進行數據傳輸時，發送和接收雙方要保持完全的同步，因此，要求接收和發送設備必須使用同一時鐘。

相對于同步通信，異步通信在發送字符時，所發送的字符之間的時隙可以是任意的，當然，接收端必須時刻做好接收的準備（如果接收端主機的電源都沒有加上，那么發送端發送字符就沒有意義，因為接收端根本無法接收）。發送端可以在任意時刻開始發送字符，因此必須在每一個字符的開始和結束的地方加上標志，即加上開始位和停止位，以便使接收端能夠正確地將每一個字符接收下來。內部處理器在完成了相應的操作后，通過一個回調的機制，以便通知發送端發送的字符已經得到了回復。

五．設計思路

Pc機和單片機的串口通信系統的調試一般通過一根串口連接線把帶有軟件上位機的(Pc機)和下位機(即單片機)連接起來進行，用這種調試串口通信程序比較煩瑣。本文介紹一種用純軟件實現PC機和單片機串口通信的仿真的方法，所有的調試都在一臺電腦上通過軟件完成。上位機由Pc機代替，下位機由用PROTEUS軟件設計的AT89C51單片機仿真電路代替串口及連接通過由虛擬串口軟Virtual Serial Port Driver 6.9進行連接。

5.1虛擬串口的設置

安裝虛擬串口軟件Virtual Serial Port Driver 6.9，然后打開，左邊上面的COMl是電腦上實際的物理串口，下面是虛擬串口，在沒有設置前是空的。因為電腦最多有兩個物理串口，將圓圈里的串口改為COMl，COM3，點擊Add pair，這就表示，利用這個軟件將計算機的串口l和模擬串口3聯接了起來，這兩個串口可以進行通信了。

5.2下位機電路和程序設計

用Proteus6．9設計的仿真電路只用了幾個元器件。由于兩個虛擬串口采用相同的標準電平，因此電路中用來作，ITllL電平向RS232電平轉換的電路在仿真電路中可以省略。單片機的實例程序用Keil C51語言編寫，串口接收數據采用中斷的方式，發送數據采用外部中斷的方式，用按鈕開關控制數據的發送。

5.3串口通信仿真

打開友善串口調試助手，修改串口為COM3，波特率為9600，校驗位為None，數據位8，停止位為1。用Proteus打開仿真電路文件，先設置AT89C51的屬性，右擊選中AT89C5l，再用左鍵單擊AT89C51，在出現的屬性對話框里點擊Program File后的打開按鈕，找到自Keil源程序編譯好的．HEX文件后單擊打開，然后在Clock Frequency后填寫12M。單擊OK接下來打開串口COMPIN的屬性對話框，在PhsicalPort后選擇COMl，波特率為9600，校驗位為None，數據位8，停止位為l。設置好后，啟動仿真就可以實現電腦和單片機串口通信的仿真了。首先演示一下單片機向計算機的串口發送數據。撥動開關向右撥，運行，按一下開關。虛擬串口終端最示單片機向計算機COMl發送的數據，而計算機的COMI已經和COM3相連，因軟件PROTEUS 所此可以在COM3收到單片機發送給COMi的數據。接著冉演示一下計算機的串口向單片機發送數據。撥動開關向左撥，在口調試助手中輸入想要發送的數據，點擊手動則字符串由COM3發送給了計算機的COMI。再由COMI發送給單片機。單片機的程序里面有回顯功能，將接送給了COM因此可以在COM3的接受框內能夠接收到會顯得字符串。

六．電路原理框圖

七．相關硬件及配套軟件 7.1 AT89C51器件簡介

AT89C51是一種帶4K字節FLASH存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。

7.2 COMPIN簡介

COM口(cluster communication port)即串行通訊端口。微機上的com口通常是9針，也有25針的接口，最大速率115200bps。通常用于連接鼠標（串口）及通訊設備（如連接外置式MODEM進行數據通訊或一些工廠的CNC機接口）等。一般主板外部只有一個COM口，機箱后面和并口一起的那個九孔輸出端（梯形），就是COM1口，COM2口一般要從主板上插針引出。并口是最長的那個梯形口。本實驗主要應用九針接口。

7.3 MAX232器件簡介

MAX232是一種雙組驅動器/接收器，片內含有一個電容性電壓發生器以便在單5V電源供電時提供EIA/TIA-232-E電平。

當用單片機和PC機通過串口進行通信，盡管單片機有串行通信的功能，但單片機提供的信號電平和RS232的標準不一樣，因此要通過max232這種類似的芯片進行電平轉換。

7.4友善串口調試助手

一個強大而穩定的串口調試助手，支持常用的110-921600bps波特率及自定義波特率，波特率最高可支持8000000（串口硬件有關），可適應于非標準波特率。支持串口自動識別，能設置校驗、數據位和停止位，能以ASCII碼或十六進制接收或發送任何數據或字符，可以任意設定自動發送周期,并能將接收數據保存成文本文件，能發送任意大小的文本文件。

7.5虛擬串口軟件Virtual Serial Port Driver 6.9簡介

該軟件安裝成功后可以虛擬出多個串口用于實驗，虛擬串口都是成對出現使用的，最大限度的方便了用戶數的需求。

八．程序設計

注：本程序采用C語言編寫，程序如下： #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char uchar Receive_Buffer[101];uchar Buf_Index = 0;uchar code DSY_CODE[]= {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00};void Delay(uint x){ uchar i;

}

void main(){ uchar i;

P0 = 0x00;Receive_Buffer[0]=i;SCON = 0x50;TMOD = 0x20;PCON = 0x00;TH1 = 0xfd;TL1 = 0xfd;EA = 1;EX0 = 1;IT0 = 1;ES = 1;IP = 0x01;TR1 = 1;while(1){ for(i=0;i<100;i++){ if(Receive_Buffer[i]==-1)break;while(x--){ for(i=0;i<120;i++);}

}

} } P0 = DSY_CODE[Receive_Buffer[i]];Delay(200);Delay(200);void Serial_INT()interrupt 4 { uchar c;

}

void EX_INT0()interrupt 0 { uchar *s =(“Receiving From 8051...rn”);uchar i = 0;while(s[i]!='

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PLC和PC機間的串行通信

第一篇：PLC和PC機間的串行通信

第二篇：51單片機與PC機通信資料