单片机与人机界面通信方法(工业标准的 Modbus RTU协议)

wqlcd2011

单片机与人机界面通信方法

在工控行业里，经常需要采集一些数据和控制动作，通过PLC来实现的话不但成本昂贵，而且灵活度和扩展都是问题。如果需要独立开发一种特殊功能，又需要连接触摸屏通讯，工程师在这个方面往往需要花费很大功夫，单片机与人机界面触摸屏通讯的最简单，最有效的 2种方法，其实就是分为2种通讯协议，即工业标准的 Modbus RTU协议和工程师自己定义的自由协议。
    我采用了广州微嵌公司（公司网站：http://www.wqlcd.com）的人机界面作为参考，因为其提供了一些技术支持和单片机源代码，此人机界面可支持自由协议，开发工程比较方便。
方案比较：
方案一 modbus—rtu协议：
优点：工业标准通讯协议，具有通用性，，传输数据量大
缺点：需要时间去了解协议的格式和以及按照规定编写通讯程序
（广州微嵌提供MODBUS-RTU源代码，直接移植就可以）
方案二 自由协议：
优点：数据格式客户自己定义，灵活多变，定制性强，可以模拟任何已知报文的通讯协议
缺点：传输数据量不大，通用性不强，移植不方便
工程师可以根据以上两种通讯协议的优缺点来选择理想的方案；
现在先介绍微嵌公司的人机界面的modbus—rtu协议。
首先下载人机界面的组态软件： http://www.wqlcd.com/new/league.asp?keyno=34（现在公司出来了4.0的新版本，增加了不少新功能，所以我以此版本作介绍）
下载安装好软件之后，新建一个工程文件，型号对应的是公司出产产品型号，

然后点击下面的通道选择modbus—rtu协议：

可以通过[新增]扩展通讯接口设置扩展数量由硬件决定，微嵌的人机界面串口既可以做RS232，又可以做RS485，根据客户工程需求接线，通讯协议对应的就是单片机工程师需要用的协议，其中有Modbus rtu协议，自由协议Free Protocol，当然还包括西门子200，台达PLC，欧姆龙，三菱等协议。
我们随便建一个比较简单实用的采集单片机的数据（AD采集）显示在组态软件的点阵数码管（单片机可以通过串口与计算机连接在线模拟，方便开发工程）



然后我们要给各通道指定一个寄存器地址，方法实现如下：

所有的通道都设置好后把工程下载到人机界面显示屏里（或在线模拟）。

给单片机板烧录modbus—rtu协议及简单的四路模拟量采集功能：


部分单片机modbus—rtu协议源码如下：
/**************************************************************
监控地址分配如下
D[0] :  DA转换通道0
D[1] :  DA转换通道1
D[2] :  DA转换通道2
D[3] :  DA转换通道3
D[4] :  AD转换，输出模拟信号电压控制51板上的发光二极管D2.
D[5] :  温度传感器D18B20
D[6] :  计数器s          ,0-19s
D[13]-D[17]:虚拟IIC（只要中监控地址中不用到的都可用于虚拟IIC）
D[18]:  输入IO口
D[20]:  输出IO口
D[23]:  计数器10ms，0-9999ms
D[30]： 产生正弦波，可以用历史趋势图监控
D[35]-D[45]:有符号值                                                                                                               
***********************************************************/
      
#include <system.h>
#include <math.h>

#define  NOP() _nop_()  /* 定义空指令 */
#define  TRUE  0xff
#define  FALSE 0

unsigned int  Tick_10ms=0;    //时间片计数器

//软件界面就是通过下面定义的这2个数组M和D变量来监控单片机的数据变化的。
unsigned char  idata M[32];         //定义8位的数组变量。
short xdata D[100]; //定义16位的数组变量。相当于组态软件内的两个寄存器
     
unsigned int TestDelay1, TestDelay2, TestDelay3,TestDelay4,TempTick;

/*************************************************************
* (T0) 10 ms 时钟中断     
;************************************************************/
void T0zd(void) interrupt 1
{
    TH0=0xDC; //11.0592M
    TL0=0x00;
    Tick_10ms++;
}

/*************************************************************
*是否超时比较     
;************************************************************/
unsigned char TickOut(unsigned int * tick, unsigned int tickCnt)
{
     if(Tick_10ms <        *tick)
         {
            *tick = Tick_10ms;
         }
     if(Tick_10ms - *tick >= tickCnt)  
     {
        *tick = Tick_10ms;
        return 1;
     }
     return 0;
}

/*************************************************************
*正弦波产生     
;************************************************************/
#define  rate 3.14            //圆周率定义
#define  pi  100    //正弦波周期
#define  cp  500    //正弦波的幅度
double at=0;           //
unsigned short get_sin()
{
    unsigned short temp;
        temp=(unsigned short)(cp*sin(at))+cp;//temp为y轴（幅值）数据
        at=at+((2*rate)/pi);   // (2*rate)/pi——圆周公式，求每个像素（x轴）所占的
        return temp;
}

//***********************************************************
main()
{  
        int i;
        TMOD|= 0x11; //定时器工作模式为模式1
        TH0=0xDC; //11.0592M
    TL0=0x00; //设置定时器0
        IE    = 0x8A;  //设置中断允许位
    TR0  = 1;   
        for(i= 0;i<100;i++)        //初此化地址值
        {
                  D = 0;
        }

        D[4] = 0x80;
        D[20] = 0x01;


        //虚拟IIC
        D[13] = 13;
        D[14] = 14;
        D[15] = 15;
        D[16] = 16;
        D[17] = 17;

        for(i=35;i<45;i++) //有符号数
        {
                D = i - 1000;//
        }
        Modbus_Init(110592, 57600, 1, &M[0], &D[0]);
    ////////////////////////////////////////////////////////////////////////
        while(1)
        {           
           Modbus_Handle(Tick_10ms);
            D[32]=D[1]/100;
           if(TickOut(&TestDelay1,40)) //10ms*40定时
           {
               D[20] = D[20]<<1;
                   if(D[20] > 0xff)
                      D[20] = 0x01;
               P1 = ~(D[20]);
           }
           if(TickOut(&TestDelay2,10)) //10ms*10定时
           {
               D[18] = P0;
                   ad_da(); //D[0],D[1],D[2],D[3],D[4]
                   D[30] = get_sin();  //产生正弦波，可以用历史趋势图监控
           }
       if(TickOut(&TestDelay3,100)) //10ms*100定时
           {
               
                   D[6]++; //秒计数器0-19
                   if(D[6]>19)
                                D[6] = 0;       
           }
           if(TickOut(&TempTick,120)) //120ms*10定时
           {
               D[5] =GetTemp();
           }

           if(TickOut(&TestDelay4,10)) //10ms*1定时
           {
               D[23]++;   //计数器        毫秒计数器0-9999
                   if(D[23]>9999)
                   {
                           D[23] = 0;
                   }
           }

        }
}


技术支持QQ：315033726


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