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PIC單片機與觸摸屏串行通信MODBUS協議

   2012年02月16日 11:28  
  摘要:介紹一種在PIC單片機與觸摸屏之間采用Modbus協議實現異步串行通信的方法。簡單介紹了Modbus通信協議,給出了硬件電路連接圖、程序流程圖以及用PIC單片機C語言編寫的部分通信程序。實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境。 

        前言

        工控中經常需要觀察系統的運行狀態或者修改運行參數。觸摸屏能夠直觀、生動地顯示運行參數和運行狀態,而且通過觸摸屏畫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域中,與觸摸屏配合,可組成良好的人機交互環境。觸摸屏和單片機通信,需要根據觸摸屏采用的通信協議為單片機編寫相應的通信程序。Modbus協議是美國Modicon公司推出的一種有效支持控制器之間以及控制器經由網絡(例如以太網)和其它設備之間進行通信的協議。本文以PIC16F877單片機和人機電子有限公司的eViewMT510T型觸摸屏為例,介紹其通信程序的開發過程。
  
  1、系統結構
  
  實現觸摸屏與單片機的通訊,主要是解決通訊協議的問題。本文使用開放的Modbus通訊協議,以觸摸屏作主站,單片機作從站。eView觸摸屏本身支持Modbus通訊協議,如果單片機也支持Modbus協議,就可以進行通信了。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,經過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TXD,管腳3為RXD。
  
  2、Modbus通信協議介紹
  
  Modbus通信協議是一種串行的主從通信協議,網絡里僅有一臺設置可作為主機(稱Master),其它設備作為從機(稱Slaver),主機不需編號,從機必須編號。協議定義了主機查詢及從機應答的信息幀格式。通信時,主機首先向從機發出請求信息,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,如果沒有出錯,則執行相應的任務,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,則說明數據在通信過程中出現錯誤,從機把這次請求視為無效,功能代碼將被修改以用于指出回應消息是錯誤的,同時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,會重新發送請求信息。校驗方式分為LCR(傳送數據為ACSII時)校驗或CRC(傳送數據為二進制時)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。
  
  Modbus協議可支持ASCII碼或二進制格式的數據傳輸。ACSII碼方式下每一個字節數據分兩個字節傳送,二進制方式下用一個字節傳送,為了減少數據傳輸量,一般選二進制數據方式。各個區允許發送的字節均為16進制的0~9,A~F。二進制信息幀標準結構為:
  
  初始結構≥4字節的時間
  
  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字節的時間
  
  二進制模式中,信息開始至少需要3.5個字符的靜止時間,依據使用的波特率,很容易計算這個靜止時間。發送完zui后一個字符后,也有一個至少3.5個字符的靜止時間,然后才能發送一個新的信息。網絡上的設備連續監測網絡上的信息,包括靜止時間。
  
  3、單片機與觸摸屏地址的對應關系
  
  eView觸摸屏只支持Bit和Word地址類型,而實際的單片機或其它控制器還有Byte、DoubleWord等表示方法,因此在進行通信時,需要把單片機和觸摸屏的數據進行變換。觸摸屏畫面元件讀取地址的設備類型有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型,其中4x是可讀可寫的,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“小鍵盤”輸入數據即可設置單片機寄存器或I/O口的數值。如果啟動了“觸發地址”,那么當被觸控時,輸入的數據就被存放到了的單片機地址中。
  
  4、通信程序的開發
  
  觸摸屏與單片機的通信程序采用PIC單片機C語言編寫。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功能模塊帶有一個八位的波特率發生器BRG,BRG支持USART的同步和異步工作方式。用SPBRG寄存器控制一個獨立的八位定時器的周期。在異步方式下,發送狀態/控制寄存器TXSTA的BRGH位(即D2)被用來控制波特率。對串行口進行的初始化如下:
  
  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發送中斷允許;
  
  數據接收模塊由一個中斷函數組成。該中斷函數將觸摸屏發來的Modbus數據幀存儲在一個自定義的數組中,當一幀數據接收完時,置接收結束標志位為1,轉入數據處理及發送模塊。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,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。實際的中斷是否被CPU響應,可以通過設置外圍接口中斷允許寄存器PIE1的中斷允許位RCIE來控制。
  
  數據處理及發送模塊執行Modbus協議功能碼對應的運用。eView觸摸屏與單片機以Modbus協議通信,用到的Modbus功能碼如表2所示。
  
  表2通信程序用到的功能碼
  
  以Modbus功能碼03為例來說明觸摸屏及單片機的實際通信數據格式。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,發送命令格式如表3所示。


表3
 

表4
  
  當波特率達到38400kb/s時,通信仍然穩定可靠。本系統具有連接電路簡單、組態靈活、通信可靠性高等特點,并已成功應用于物料篩選控制系統項目中。由于Modbus通信協議的開放性的特點,國外進口控制器串行通信大者支持該協議,因此本文所實現的采用Modbus協議的串行通信具有廣泛的應用價值。

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