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本文介紹了一種基于Modbus 通信協(xié)議的eView 觸摸屏與常用的51 單片機(jī)的通信方法。該方法通過C51 編程實(shí)現(xiàn)Modbus 通信，在51 系列單片機(jī)上具有通用性，有一定的借鑒作用。工業(yè)控制中經(jīng)常需要觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)或者修改運(yùn)行參數(shù)。觸摸屏能夠直觀、生動(dòng)地顯示運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，而且通過觸摸屏畫面可以直接修改系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，人機(jī)交互性好。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于工控領(lǐng)域中，與觸摸屏配合，可組成良好的人機(jī)交互環(huán)境。觸摸屏與單片機(jī)通信，需要根據(jù)觸摸屏采用的通信協(xié)議為單片機(jī)編寫相應(yīng)的通信程序。Modbus 協(xié)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(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(如以太網(wǎng))與其他設(shè)備之間進(jìn)行通信的協(xié)議。本文以STC89C51 單片機(jī)和人機(jī)電子有限公司的eView 觸摸屏為例，介紹其通信程序的開發(fā)過程。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
實(shí)現(xiàn)觸摸屏與單片機(jī)的通信，主要是解決通信協(xié)議的問題。本文使用開放的Modbus 通信協(xié)議，以觸摸屏作主站，單片機(jī)作從站。eView 觸摸屏本身支持Modbus通信協(xié)議，如果單片機(jī)也支持Modbus 協(xié)議，就可以進(jìn)行通信了。eview 觸摸屏支持RS-232 和RS-485 兩種通信接口。在工業(yè)控制領(lǐng)域，由于RS-485 具有可靠性高、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，所以在本系統(tǒng)中觸摸屏與單片機(jī)通信采用RS-485 連接，傳輸速率設(shè)置為9600kbps。RS-485 信號(hào)傳輸是一種半雙工的傳輸方式，單片機(jī)通過一個(gè)RS-232／RS-485 無源轉(zhuǎn)換器把232 信號(hào)轉(zhuǎn)換成485信號(hào)，連接到eView 觸摸屏上。圖l 為該系統(tǒng)的原理圖。
單片機(jī)控制系統(tǒng)采用STC89C51 系列單片機(jī)，其內(nèi)部集成MAX810／STC810專用復(fù)位電路(原有外部復(fù)位可繼續(xù)保留，與Intel8051 引腳兼容)，具有抗干擾能力強(qiáng)、加密性強(qiáng)、高抗靜電(ESD)、超低功耗等特點(diǎn)，而且價(jià)格低廉。在本系統(tǒng)中，觸摸屏是上位機(jī)，單片機(jī)是下位機(jī)。
2Modbus 協(xié)議
2．1Modbus 協(xié)議簡介
Modbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(如以太網(wǎng))與其他設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一種通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以通過它連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，集中監(jiān)控。Modbus 協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了一控制器請求訪問其他設(shè)備的過程．如何回應(yīng)來自其他設(shè)備的請求，以及怎樣偵測錯(cuò)誤并記錄；制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。
當(dāng)在某一Modbus 網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，此協(xié)議決定了每個(gè)控制器需要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來的消息，以及決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應(yīng)，則控制器將生成反饋信息并用Modbus 協(xié)議發(fā)出。在其他網(wǎng)絡(luò)上，包含了M0dhus協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)。
2．2ModbusRTU 通信數(shù)據(jù)傳輸模式
當(dāng)控制器設(shè)備基于Modbus 協(xié)議以RTU 模式通信時(shí)，消息中的每個(gè)字節(jié)包含2 個(gè)4 位的十六進(jìn)制字符。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：在同樣的波特率下，可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù)。
編碼采用8 位二進(jìn)制，十六進(jìn)制數(shù)0～9 和A～F；消息中每個(gè)8 位域都是由
2 個(gè)十六進(jìn)制字符組成。組織結(jié)構(gòu)如下：
2.3ModbusRTU 消息幀結(jié)構(gòu)
ModbusRTU 消息幀結(jié)構(gòu)如下：
(1)地址碼
地址碼為通信傳送的第一個(gè)字節(jié)。這個(gè)寧節(jié)表明，由用戶設(shè)定地址碼的從機(jī)將接收由主機(jī)發(fā)送來的信息。每個(gè)從機(jī)都有具有唯一的地址碼，只有符合地址碼的從機(jī)才能響應(yīng)回送，且響應(yīng)回送均以各自的地址碼開始。主機(jī)發(fā)送的地址碼則表明將發(fā)送到的從機(jī)地址，而從機(jī)發(fā)送的地址碼表明回送的從機(jī)地址。地址0用作廣播地址，以使所有的從設(shè)備都能認(rèn)識(shí)。
(2)功能代碼
功能代碼為通信傳送的第二個(gè)字節(jié)。Modbus 通信規(guī)約定義可能的代碼范圍是十進(jìn)制的1～255。當(dāng)然，有些代碼適用于所有控制器，有些僅適用于某種控制器，還有些保留以備后用。主機(jī)發(fā)送請求，通過功能碼告訴從機(jī)執(zhí)行什么動(dòng)作；從機(jī)響應(yīng)請求，從機(jī)發(fā)送的功能碼與從主機(jī)發(fā)送來的功能碼一樣，表明從機(jī)已響應(yīng)主機(jī)進(jìn)行操作。如果從機(jī)發(fā)送的功能碼的最高位為1，則表明從機(jī)沒有響應(yīng)操作或發(fā)送出錯(cuò)，主設(shè)備應(yīng)用程序得到異議的回應(yīng)后，典型的處理是重發(fā)消息。表l 列出了常用Modbus 支持的部分功能碼。
以讀取線圈狀態(tài)為例說明。主站發(fā)送命令：[設(shè)備地址][命令號(hào)01][起始寄存器地址高8 位][低8 位][讀取的寄存器數(shù)高8 位][低8 位][CRC 校驗(yàn)的低8位][高8 位]。從站響應(yīng)：[設(shè)備地址][命令號(hào)01][返回的字節(jié)個(gè)數(shù)][數(shù)據(jù)1][數(shù)據(jù)2]…[數(shù)據(jù)n][CRC 校驗(yàn)的低8 位][高8 位]。
(3)數(shù)據(jù)區(qū)
數(shù)據(jù)區(qū)根據(jù)功能碼的不同而不同。數(shù)據(jù)區(qū)包含需要從機(jī)執(zhí)行什么動(dòng)作，或由從機(jī)采集的返送信息。這些信息可以是實(shí)際數(shù)值、設(shè)置點(diǎn)、主機(jī)發(fā)送給從機(jī)或從機(jī)發(fā)送給主機(jī)的地址等。例如，功能碼告訴從機(jī)讀取寄存器的值，則數(shù)據(jù)區(qū)必須包含要讀取寄存器的起始地址及讀取長度。對于不同的從機(jī)，地址和數(shù)據(jù)信息都不相同。
(4)錯(cuò)誤校驗(yàn)碼
主機(jī)或從機(jī)可用校驗(yàn)碼判別接收信息是否出錯(cuò)。錯(cuò)誤檢測域包含一個(gè)16 位的值(用2 個(gè)8 位的字符來實(shí)現(xiàn))。錯(cuò)誤檢測域的內(nèi)容是通過對消息內(nèi)容進(jìn)行“循環(huán)冗余檢測”得出的。CRC 域附加在消息的最后，添加時(shí)先是低字節(jié)然后是高字節(jié)，故CRC 的高位字節(jié)是發(fā)送消息的最后一個(gè)寧節(jié)。錯(cuò)誤校驗(yàn)采用CRC-16 校驗(yàn)方法。
3 軟件編程
下面是采用C5l 編寫的軟件，主要包括CRC 校驗(yàn)和終端接收及波特率設(shè)置等。由于篇幅有限，其他程序略。
//功能：串口初始化，波特率為9600bps,方式1；
void lnit_Com(void)
{
TMOD=0X20;
PCON=0X00;
SCON=-X50;
TH1=0Xfd;
TL=0Xfd;
TR1=1;
EA=1;
ES=1;
}
//CRC 校驗(yàn)函數(shù)
uint CRC 16(uchar*pushmsg,unsigned short usdatalen)
{
uchar uchCRCHi=0xff; //高CRC字節(jié)初始化
uchar uchCRCLO=0xff; //低CRC字節(jié)初始化
uint ulndex;
while (usDataLen--) //傳輸消息緩沖區(qū)
{
ulndex=uchCRCHi-*pushMsg0++;// 計(jì)算CRC
uchCRCHi=uchCRCLO^auchCRCHi[ulndex];
uchCRCLO=uchCRCLO[ulndex];
}
return (uchCRCHi<<8|uchCRCLo);
}
//發(fā)送函數(shù)和判斷函數(shù)
void send(uchar rrbuf[],int sendCount)
{
uchar i,crcHi,crclo,j,k=0;
uchar sendbuf[32];
usDataLen=sendCount-2;
sendbuf[0]=ReceBuf[0];
sendbuf[1]=ReceBuf[1];
sendbuf[2]=sendCount-2;
for(j=3;j<sendCount-2;j++)
{
sendbuf[j]=rrbuf[k];k++;
}
k=o;
crcData=CRC(sendbuf,usDataLen);
crcHi=crcData/256;
crcHi=crcData%256;
senddbuf[sendCount-2]=crcHi;
senddbuf[sendCount-1]=crcLo;
for(i=0;i<sendCount;i++)
{
SBUF=sendbuf[ i ];
while(TI=0);TI=0;
}
}
void Read()
{
switch(startAdress)
{
case 0x002; send(&writcVUf[0],sendcCount);break;
case 0x003; send(rbufl,sendCount );break;
default;
{
SBUF=0x00;while(TI==0 TI=0; );
}
}
}
//數(shù)據(jù)幀分析處理函數(shù)
void crc_Data()
{
crcDataHi=crcData/256;
crcDataHi=crcData/256;
if(crcDataHi==receBuf[6]&crcDataLo==recebuf[7])
{
StartAress=ReceBuf[2] ;
StartAress<<=8;
StartAress=StartAress|ReceBuf[3];
if(ReceBuf[0]==0x00)
{
sendCount=5+2*(ReceBUf[4]*256+ReceBuf[5]);
Read();
}
}
else{SBUF=0x0a;while(TI==0);TI=0;}
}
//串口中斷函數(shù)---實(shí)現(xiàn)CRC數(shù)據(jù)信息的分析處理
void cmmmIntProc()interrupt 4{
if(RI){
RI=0;ReceBuf[receCount]=SBUF;
receCount++;usDataLen=receCount-2;
switch(ReceBuf[1])
{
case 0x01;if(receCount>=8)
{receCount=0readbit();} break;
case 0x02;if(receCount>=8)
{receCount=0readbit();} break;
case 0x03;if(receCount>=8)
{receCount=0readbit();} break;
case 0x04;if(receCount>=8)
{receCount=0readbit();} break;
case 0x05;if(receCount>=8)
{receCount=0readbit();} break;
case 0x06;if(receCount>=8)
{receCount=0;WriteVyte();}break;
default; if(receCount>=8)
{
receCount=0;SBUF=0X55;
while(TI==0);
TI=0;
}
}
}
}
4 總結(jié)
由于Modhus 協(xié)議具有開放性和透明性等特點(diǎn)，而51系列單片機(jī)技術(shù)成熟、開發(fā)成本低，二者的結(jié)合將繼續(xù)成為各類通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首選。本設(shè)計(jì)方法已經(jīng)應(yīng)用于觸摸屏與單片機(jī)通信設(shè)計(jì)，并取得了較好效果。這種方法對于編制類似的通信軟件有一定的借鑒作用，部分程序可以直接移植。
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