单片机与PLC通讯

单片机C8051F206在多路数据采集中的应用摘 要： 本文介绍以CYGNAL公司C8051F206单片机构成的多通道AI采集系统，这种数据采集系统具有结构简单，成本低廉，性能可靠等特点，有一定的使用价值。关键词 单片机 数据采集 在工业自动化控制中，经常要进行现场数据的采集，实现工艺参数的调节和控制，出现了许多带各种功能的数据采集模块、系统，但很多产品成本较高，本文介绍用单片机C8051F206构成的多通道模拟信号数据采集系统，通过扩展的RS-485总线，实现现场数据采集与PLC通讯，具有结构简单，造价低，性能可靠等特点，本文介绍的单片机多通道模拟信号采集板以成功地应用于几套DCS系统中，取得了较好的效果。C8051F206是CYGNAL公司的集成产品，是一种高集成度的混合信号系统MCU 芯片，它是真正的单片机。它包含一个真正12 位多通道ADC，有一个与8051 兼容的微控制器内核，有8k 字节的FLASH 存储器，还有用硬件实现的UART 和SPI 串行接口，此系列产品的特点是有32 个通用的I/ O 引脚，其中有一些能用于指定的数字外设接口，任意一个I/O 引脚均可配置成为模拟输入至ADC。片内还有VDD 监视器硬件看门狗定时器WDT 和时钟振荡器。片内FLASH 存储器可在系统多次重复编程且能用于非易失性数据的存储，集成外设中可分别关断单个或所有外设，节省功耗，有256 字节的SRAM 。在F226 中还附加有1024 字节的RAM，片内JTAG 调试功能，允许使用安装在最终应用系统上的， 进行非侵入方式不使用片内资源全速在系统调试。系统调试支持存储器寄存器的察看和修改、设置断点监视点单步及运行和停机命令。在用JTAG 口调试时所有的模拟和数字量外设均可全功能运行。可在工业温度范围-45- +85 内以2.7V-3.6V 电压工作封装为48 脚TQFP ，端口I/ O 都容许5V 输入信号电压。1、C8051F206的功能、特点l CIP-51TM 微控制器内核l 与8051 完全兼容l 指令处理能力提高l 有一个可选的1024 字节的XRAMl 256 字节的数据RAM包含8k+128 字节的FLASHl 有片内JTAG 和调试逻辑，实现系统在线调试任意一个引脚都可用软件配置成模拟输入至ADCl 带有一个可编程增益放大器PGAl 有一个全双工UART 和串行外设接口l 低电源电压 2.7V3.6V ,电流10mA25MH2C8051F2xx 系列器件的引脚排列同8051系列单片机兼容,C8051F206有P1、P2、P3口，每一根口线都可以通过软件设置成AI输入，TDI、TDO、TMS、TCK分别JTAG编程口相连，可以实现在线调试和程序下载。下面是C8051F226的TQFP封装的引脚排列图（如图1） 图2 C8051F2XX 引脚排列图3 单片机C8051F206在多路数据采集系统硬件组成运用C8051F206单片机制作AI采集系统，硬件十分简单，就是一片C8051F206单片机加上电源、RS-485总线的扩展及告完成。信号采集接口与传感器接线见图2，AI口连接方便，可以选择不同的输入方式，对于二线制仪表，传感器直接接入1、2脚，24V电源经滤波处理给传感器供电，传感器020mA的电流信号从2脚竟检波、嵌位、滤波等信号处理进入单片机的AI端口，对于四线制传感器，传感器电源由单独的开关电源供给，传感器的输出信号接入2、3脚。在我们开发的数据采集系统中，用C8051F206的32个输入定义为模拟输入，单片机巡回采集32个通道并进行数据处理，用此采集板和PLC通讯完成信号的传输。参见图3。 图2 AI传感器连接 图3 单片机数据采集与通讯原理图31 软件设计 下面为32通道的AI采集并通过RS-485与PLC通讯，进行参数传递的部分C程序，包括系统主程序、串行口通讯处理程序、ADC初始化等部分。主要功能是堆32个AI通道进行采集，并进行数值处理（8次平均）后，通过RS-485总线送给PLC。/-/ 主程序/-void main (void) unsigned char i; unsigned char j; unsigned char k; EA=0; WDTCN = 0xde; / 禁止看门狗定时器 WDTCN = 0xad; SYSCLK_Init (); / 初始化震荡器 PORT_Init (); / 初始化数据交叉开关和通用IO UART0_Init (); / 初始化UART0 ADC0_Init (); / 初始化ADC / Timer3_Init (SYSCLK/SAMPLE_RATE); / 初始化Timer3作为ADC0的采样率 / Timer2_Init (SYSCLK / 12 / 1000); / 初始化Timer2，1mS产生中断 Timer2_Init (922); ADCEN = 1; / 允许 ADC/ WDTCN = 0xa5; /启动看门狗定时器/ WDTCN = 0xff;/锁定看门狗定时器 EA = 1; / 允许所有中断 / /-/ 主循环程序/-while (1) / WDTCN = 0xa5;/重置看门狗定时器 /* if (ad_count 7) / 如果AD转换8次 ad_count = 0; / AD转换次数计数器清零 for (i=0;i3); /AD转换结果除以“8”resulti=0; /AD结果的累加和清零 */-/ 串行口处理程序if (inbufful ) /收到一帧信息,而且本机站地址？/收到一帧信息处理inbufful=0; /收到一帧信息标志复位puchmsg=inlast;crc (puchmsg,3);if(*(inlast+3)=crclo & *(inlast+4)=crchi) /CRC正确？ /CRC正确后的处理 if ( inbuf0=STATION_NUMER) /收到一帧信息,而且本机站地址？outbuf0=01; /本机地址送发送缓冲区第一字节outbuf1=inbuf1;/收到的命令送发送缓冲区第一字节outbuf2=inbuf2;/收到的组号送发送缓冲区第一字节j=(inbuf2&0x03)-1)3; /取得本“组”号for (i=0;i8; outbufk=result_pjj+; /outlast=outbuf; /发送缓冲区起始地址发送指针 puchmsg=outlast; crc(puchmsg,19); *(outlast+19)=crclo; *(outlast+20)=crchi; sendtx(21); /CRC正确处理结束 /收到一帧信息处理结束 /循环扫描程序结束 /主程序结束/-/ UART发送数据启动子程序/-void sendtx (unsigned char chd) if(t_empty) txen=1; /占总线 txchsh=chd; /本次发送的长度 fschsh=0; /发送指针清零 t_empty=0; /置发送缓冲器“不空”标志 rs485_timer_send1=1; /启动延迟定时器/ TI=1;-/ 系统时钟初始化void SYSCLK_Init (void) int i,j; / 延时计数器 OSCXCN = 0x67; / 启动外部震荡器（11.0592mHz) for (j=0; j 50; j+) for (i=0; i 1ms) while (!(OSCXCN & 0x80) ; / 等待振荡器稳定 OSCICN = 0x88; / 选择外部振荡器作为系统时钟源并允许丢失 for (j=0; j 100; j+) for (i=0; i 256; i+) ; / 延时10mS以上 /时钟监测器/-/-/ UART0 初始化/-/ 配置 UART，使用定时器1为波特率发生器和 8-N-1./void UART0_Init (void)/ SCON = 0x50; / SCON: 模式1, 8位UART, 使能RX/ TMOD = 0x20; / TMOD: 定时器1, 模式2, 8位重装 SCON = 0xd0; TMOD = 0x20; TH1 = -(SYSCLK/BAUDRATE/16); / 按波特率设置定时器1 重装值 TR1 = 1; / 启动定时器1 CKCON |= 0x10; / 定时器1 使用SYSCLK作为时基 PCON |= 0x80; / SMOD = 1，模式1 IE |= 0x10; inlast=inbuf; /接收指针指向接收缓冲器 inbufful=0; /复位“接收一帧数据”标志 txen =0; /RS485释放总线，准备接收 TI = 1; / 指示TX准备好 rs485_timer_send1=0; rs485_timer_send2=0; rs485_timer_receive1=10; rs485_timer_receive2=0;/-/ ADC0初始化/-/ 配置ADC0，使用定时器3溢出作为转换启动, 转换结束产生中断，使用左对齐输出模式/ 使能ADC转换结束中断。禁止ADC。/ 注意：使能低功耗跟踪模式，保证当改变通道时的跟踪次数最少。/void ADC0_Init (void) ADC0CN = 0x8d; / 激活ADC，联系跟踪模式，当定时器溢出启动，数据左对齐 REF0CN = 0x00; / 选择外部基准电压（“03”选择VDD为基准电压） ADC0CF = 0x62; / 转换时钟为8个系统时钟，增益为“4” for (channel=0;channel24;channel+) resultchannel=0; /清零AD转换结果缓冲器 for (channel=0;channel24;channel+) result_pjchannel=0; /清零AD结果平均值缓冲器 channel=0; AMX0SL= ad_chann