PIC与触摸屏MODBUS协议

PIC单片机与触摸屏串行通信MODBUS协议信息来源：电子技术应用摘要：介绍一种在PIC单片机与触摸屏之间采用Modbus协议实现异步串行通信的方法。简单介绍 了 Modbus通信协议，给出了硬件电路连接图、程序流程图以及用PIC单片机C语言编写的部分通 信程序。实际使用证明该方法数据传输稳定可靠，并提供了良好的人机交互环境。关键词：触摸屏 PIC 单片机 Modbus 协议 通信 工控中经常需要观察系统的运行状态或者修改运行参数。触摸屏能够直观、生动地显示运行参数和运 行状态，而且通过触摸屏画面可以直接修改系统运行参数，人机交互性好。单片机广泛应用于工控领 域中，与触摸屏配合，可组成良好的人机交互环境。触摸屏和单片机通信，需要根据触摸屏采用的通 信协议为单片机编写相应的通信程序。Modbus协议是美国Modicon公司推出的一种有效支持控制 器之间以及控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间进行通信的协议。本文以PIC16F877单 片机和人机电子有限公司的eView MT510T型触摸屏为例，介绍其通信程序的开发过程。1 系统结构实现触摸屏与单片机的通讯，主要是解决通讯协议的问题。本文使用开放的Modbus通讯协议，以触 摸屏作主站，单片机作从站。eView触摸屏本身支持Modbus通讯协议，如果单片机也支持Modbus 协议，就可以进行通信了。触摸屏与单片机之间采用的RS-232C兼容接口直接连接，传输速率设置 为 9600kb/s 。图 1 为该系统的电路图。将PIC16F877单片机RC6、RC7 口设置为异步串行通信模式，经过MAX232芯片将TTL电平转换 为RS232电平，再与eView触摸屏PLCRS-232接口相连，即完成了硬件连接。eView触摸屏 PLCRS-232接口的管脚2为TXD,管脚3为RXD。2 Modbus 通信协议介绍Modbus通信协议是一种串行的主从通信协议，网络里仅有一台设置可作为主机（称Maste r）,其 它设备作为从机（称Slave r）,主机不需编号，从机必须编号。协议定义了主机查询及从机应答的信 息帧格式。通信时，主机首先向从机发出请求信息，符合相应地址码的从机接收通讯命令，并除去地 址码，读取信息，如果没有出错，则执行相应的任务，然后把执行结果返给主机。若从机接收到的校 验码与本机计算的不同，则说明数据在通信过程中出现错误，从机把这次请求视为无效，功能代码将 被修改以用于指出回应消息是错误的，同时数据段包含了描述此错误信息的代码。当主机收到这一信 息时，会重新发送请求信息。校验方式分为LCR （传送数据为ACSII时）校验或CRC （传送数据为 二进制时）校验，这里采用CRC校验方式。信息传输为异步方式，并以字节为单位。主从站之间通讯的字格式如表1 所示。表 1 通讯的字格式字格式（串行数据） 10 位二进制起始位 1 位数据位 8 位奇偶校验位 无 停止位 1 位Modbus协议可支持ASCII码或二进制格式的数据传输。ACSII码方式下每一个字节数据分两个字 节传送，二进制方式下用一个字节传送，为了减少数据传输量，一般选二进制数据方式。各个区允许 发送的字节均为16进制的09, AF。二进制信息帧标准结构为： 初始结构4字节的时间 地址码 1 字节 功能码 1 字节 数据区 N 字节 错误校验16位CRC码 结束结构 4字节的时间 二进制模式中，信息开始至少需要3.5个字符的静止时间，依据使用的波特率，很容易计算这个静止 时间。发送完最后一个字符后，也有一个至少3.5个字符的静止时间，然后才能发送一个新的信息。网络上的设备连续监测网络上的信息，包括静止时间。3 单片机与触摸屏地址的对应关系eView触摸屏只支持Bit和Word地址类型,而实际的单片机或其它控制器还有Byte、Double Word 等表示方法，因此在进行通信时，需要把单片机和触摸屏的数据进行变换。触摸屏画面元件读取地址 的设备类型有LW、Ox、1x、3x、4x、RWI、RW等选项。其中，LW表示该元件读取的是触摸屏 内部的地址，如其它元件的地址；Ox表示读取的是控制器的输出信号；1x表示读取的控制器的输入 信号;3x和4x指控制器的寄存器地址类型，其中4x是可读可写的，3x是只读的;RWI、RW都是触 摸屏的内部地址，起辅助作用。使用这些读取地址的设备类型，触摸屏即可显示或设定控制器寄存器 或I/O 口的数值。以数值输入元件为例，通过小键盘输入数据即可设置单片机寄存器或I/O 口的 数值。如果启动了“触发地址”，那么当被触控时，输入的数据就被存放到了指定的单片机地址中。4 通信程序的开发触摸屏与单片机的通信程序采用pic单片机C语言编写。编译工具选择Hitech公司的PICC编译器。 程序共分三大模块，即初始化模块、数据接收模块以及数据处理及发送模块。主程序流程图如图2 所示。PIC16F877单片机USART功能模块带有一个八位的波特率发生器BRG，BRG支持USART的同步 和异步工作方式。用 SPBRG 寄存器控制一个独立的八位定时器的周期。在异步方式下，发送状态/ 控制寄存器TXSTA的BRGH位（即D2）被用来控制波特率。对串行口进行的初始化如下： GIE=1; %全局中断允许;SPBRG=25; %设置波特率为 96OO；TXSTA=OxO4； %选择异步高速方式；RCSTA=Ox8O; %允许同步串行口工作；RTISC6=1；TRISC7=1；%将C 口的RC6和RC7设置为异步串行通信模式；PFIE=1; %外围接口中断允许；RCIE=1; %USART接收中断允许；TXIE=1; %USART发送中断允许；数据接收模块由一个中断函数组成。该中断函数将触摸屏发来的Modbus数据帧存储在一个自定义的 数组中，当一帧数据接收完时，置接收结束标志位为1，转入数据处理及发送模块。串行通信接收器 的核心是接收移位寄存器RSR，当接收到停止时，如果RCREG缓冲器为空，RSR就把接收到的数 据送入RCREG。传送完成后，接收中断标志位RCIF被置1。实际的中断是否被CPU响应，可以通 过设置外围接口中断允许寄存器PIE1的中断允许位RCIE来控制。数据处理及发送模块执行Modbus协议功能码对应的运用。eView触摸屏与单片机以Modbus协议 通信，用到的Modbus功能码如表2所示。表 2 通信程序用到的功能码功能码eView地址名称含义作用1 Ox 读开关量输出 读取一路或多路开关量输出状态3 4x 读保持寄存器 读取一个或多个保持寄存器的数据5 0x 写开关量输出 强置一路继电器的“ 分/ 合 ”输出1x以 Modbus 功能码 03 为例来说明触摸屏及单片机的实际通信数据格式。如单片机地址编号为 01H 触摸屏需要查看单片机中地址为0031H的寄存器的值，发送命令格式如表3所示。表3 触摸屏发送数据结构数据段名称 数据值地址 1功能码 3读取地址高位 0 读取地址低位 31 读取数据个数高位 0 读取数据个数低位 1CRC 校验码高位 D5CRC 校验码低位 C5假设单片机中地址为0031H的寄存器中断为05H,则单片机的回复命令如表4所示。表 4 单片机应答数据结构 数据段名称 数据值地址 1功能码 3 读取字节数 2寄存器数据高位 0 寄存器数据低位 5CRC 校验码高位 78CRC 校验码低位 47当波特率达到38400kb/s时，通信仍然稳定可靠。本系统具有连接电路简单、组态灵活、通信可靠性 高等特点，并已成功应用于物料筛选控制系统项目中。由于Modbus通信协议的开放性的特点，国外进 口控制器串行通信大者支持该协议，因此本文所实现的采用Modbus协议的串行通信具有广泛的应用价 值。