基于单片机的MODBUS通讯器的设计开题报告

1、©胆翊林毕业设计（论文）开题报告题 目： 基于单片机的modbus通讯器的设计系：电气与信息工程系专 业：电子信息工程学生姓名： 张怡锋 学 号：201201030322指导教师：旷永红毕 业设计（论 文）开 题报告1.文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料, 每人撰写2500字左右的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文献综述现在大部分的仪器设备都要求能过通过上位机软件來操作，这样方便调试，利于 操作。其屮就涉及到通信的过程。在单片机系统屮，比较常用的方法是直接调用串口发送单个字节数据的函数。这 种方法的缺点是需要处理器在发送过程中全程参与，优点是所要发送的

2、数据能够立即 的出现在通信线路上，能够立即被接收端接收到。另外一种方法是采用中断发送的方 式，所有需要发送的数据被送入一个缓冲区，利用发送中断将缓冲区中的数据发送出 去。这种方法的优点是占用处理器资源小，但是可能出现需要发送的数据不能立即被 发送的情况，不过这种时延相当的小。对于51系列单片机，比较倾向于采用直接发送 的方式，采用中断发送的方式比较占用ram资源，而且对比直接发送來说也没有太多 的优点。比较常见的通讯方式有：uart是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全 双工传输和接收。计算机内部采用并行数据，不能直接把数据发到modem,必须经过 uart整理才能进

3、行异步传输，其过程为：cpu先把准备写入串行设备的数据放到 uart的寄存器（临时内存块）中，再通过fifo （first input first output,先入先出队 列）传送到串行设备，若是没有fifo,信息将变得杂乱无章，不可能传送到modemoi2c （inter-integrated circuit）总线是由philips公司开发的两线式串行总线，用 于连接微控制器及其外围设备。是微电子通信控制领域广泛釆用的一种总线标准。它 是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信 速率较高等优点。i2c总线支持任何ic生产过程（cmos、双极性）。通过串行数据

4、 （sda）线和串行时钟（scl）线在连接到总线的器件间传递信息。每个器件都有一 个唯一的地址识别（无论是微控制器mcu、lcd驱动器、存储器或键盘接口）， 而且都可以作为一个发送器或接收器（由器件的功能决定）。lcd驱动器只能作为接 收器，而存储器则既可以接收又可以发送数据。除了发送器和接收器外，器件在执行 数据传输时也可以被看作是主机或从机。主机是初始化总线的数据传输并产生允许传 输的吋钟信号的器件。此吋，任何被寻址的器件都被认为是从机。usb,是英文universal serial bus （通用串行总线）的缩写，而其中文简称为“通 串线”，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连

5、接和通讯。是应用在pc 领域的接i i技术。usb接i i支持设备的即插即用和热插拔功能。usb是在1994年底 由英特尔、康柏、ibm、microsoft等多家公司联合提出的。下一代usb接口将会有改动方向，下一代的type-c usb接口，可支持正反两面 插，并且传输数据信号强，但目前（2014年）生产商有限。截至2015年12月26号国内众多厂商已经大规模在自己生产的手机设备商使用 基于该标准的数据线。can是controller area network的缩写（以下称为can）,是iso国际标准化的 串行通信协议。在汽车产业屮，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成木的 要求，各种

6、各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类 型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随z增加。 为适应“减少线束的数量”、“通过多个lan,进行大量数据的高速通信”的需要， 1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的can通信协议。此后，can通过 iso 11898及iso11519进行了标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议。can的高性能和可靠性己被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设 备、工业设备等方而。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点z-,被誉为自动 化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点z间实时、可靠

7、的数 据通信提供了强冇力的技术支持。modbus是由modicon （现为施耐德电气公司的一个品牌）在1979年发明的，是 全球第一个真正用于工业现场的总线协议。modbus网络是一个工业通信系统，由带智能终端的可编程序控制器和计算机通过 公用线路或局部专用线路连接而成。其系统结构既包括硬件、亦包括软件。它可应用 于各种数据采集和过程监控。modbus网络只有一个主机，所有通信都由他发出。网络可支持247个之多的远程 从属控制器，但实际所支持的从机数要由所用通信设备决定。采用这个系统，各pc可 以和屮心主机交换信息而不影响各pc执行本身的控制任务。modbus协议是应用于电了控制器上的一种通用

8、语言。通过此协议，控制器相互z 间、控制器经曲网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工 业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集屮监控。此协 议定义了一个控制器能认识使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。 它描述了一控制器请求访问其它设备的过程，如何回应来自其它设备的请求，以及怎 样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。当在一 modbus网络上通信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地 址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反 馈信息并用modbus协议发出。在其它网络上，包含了

9、modbus协议的消息转换为在此 网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径 及错课检测的方法。此协议支持传统的rs232、rs-422. rs-485和以太网设备。许多工业设备，包括 plc, dcs,智能仪表等都在使用modbus协议作为他们之间的通讯标准。在modbus系统中有2种传输模式可选择。这2种传输模式与从机pc通信的能力 是同等的。选择时应视所用modbus主机而定，每个modbus系统只能使用一种模式, 不允许2种模式混用。一种模式是ascii （美国信息交换码）,另一种模式是rtu （远 程终端设备）。用户选择想要的模式，包括串口通信参数（波

10、特率、校验方式等），在配置每个 控制器的时候，在一个modbus网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参 数。所选的ascii或rtu方式仅适用丁标准的modbus网络，它定义了在这些网络上 连续传输的消息段的每一位，以及决定怎样将信息打包成消息域和如何解码。在其它 网络上（像map和modbus plus） modbus消息被转成与串行传输无关的帧。modbus具有以下几个特点：（1）标准、开放，用户可以免费、放心地使用modbus协议，不需要交纳许可证 费，也不会侵犯知识产权。目前，支持modbus的厂家超过400家，支持modbus的产 品超过600种。（2）modbus可以支持

11、多种电气接口，如rs232、rs-485等，还口j以在各种介质 上传送，如双绞线、光纤、无线等。（3）modbus的帧格式简单、紧凑，通俗易懂。用户使用容易，厂商开发简单。 主要参考文献：1、王迎旭.单片机原理与应用北京：机械工业出版社2、李军.51系列单片机高级实例开发指南.北京：北京航空航天大学出版社3、曹琳琳.曹巧媛.单片机原理及接口技术。长沙：国防科技大学出版社4、崔坚，西门子工业网络通讯指南m.机械工业出版社5、谢宜仁单片机实用技术问答m人民邮电出版社.20026、modbus协议在串i通讯中的研究及应用j7、邹逢兴.计算机硬件技术基础试验教程m高等教育出版社.20008、周航慈.单

12、片机应用程序设计技术m北京航空航天大学出版社.9、李军.51系列单片机高级实例开发指南m.北京：北京航空航天大学出版社10、张风登.现场总线技术及应用m科学出版社，2008.11、吴秀清微型计算机原理与接口技术m中国科学技术出版社.200112、modbus rtu协议在s7-200中的应用j13、许立梓.微型计算机原理及应用m.机械工业出版社.200214、朱大奇，郭勤文，袁芳.单片机原理m.应用与实验.科学出版社，200915、刘乐善微型计算机接口技术及应用m华屮理工大学出版社.200016、邓亚平微型计算机接口技术m清华大学出版社.2001毕 业设计（论 文）开 题报告2开题报告：一、课

13、题的目的与意义；二.课题发展现状和前景展望;三、课题主要内容和要求;四、研究方法、步骤和措施。开题报告一、课题的目的与意义现代工业控制屮,由于物理设备，如控制对象，测量和控制装置的地理分散，以及控制 和监视等任务实时的要求，现场互动不同设备之间传输的信息越来越多。但传统的工业 控制系统软件冇一些问题。部分没冇开放，使系统太复朵。系统更新和扩大和升级，变得 非常困难的任何部分系统的变更可能会影响其他部分，导致大型和复杂的软件和硬件修 改。传统的工业控制软件开发的另一个主要问题是重复的软件,该软件将无法重用、不 能共享资源，导致浪费了大量的人力和物力。虽然使用高级语言的函数库允许我们使用 面向对象

14、的方法，如继承大量源代码重用，但这些重用是源代码级的重用,而不是一个可 执行文件级别的重用。因为传统的工业控制系统的不便，形成很多信息孤岛，然而工业控制不同网站z间 不是孤立的，他们必须相互合作，协调，确保产品质量，实现连续生产,这需要每个站点可以 发送消息。此外，优越的网络管理需要和子站交互数据,为了实现全球监测和优化。然而, 子站采用不同的开发平台和通信协议的结构系统，可能是由于不同的制造商和个人发 展。写每个协议的转换接口或开车更乏味，尤其是在网站和交易更多的时间。因此，如何 有效地整合数据，避免信息孤岛的出现是一种工业控制领域中经常遇到的困难问题。更好的方法是所有网站数据通信的标准协议

15、，而不是为每一种协议开发通信接口。 modbus协议在这个领域更重要是其屮之一。modbus是一个完全开放、自由、很容 易理解和实现的协议，自70年代出生在制造业、电力、水电、冶金、采矿、交通和基础 设施领域的工业数据采集和过程控制已被广泛应用，形成了一个事实上的工业标准。同 时，单片机技术的快速发展，微机技术已逐渐进入工业口动化领域，单片机体积小、轻质 量、价格便宜、方便应用程序和其他的优势。它允许modbus协议与单片机的接口相 结合，为modbus rtu或modbus / ascii,在工业自动化领域，具有很高的性价比，是一 个真正开放的理想解决方案。二、课题发展现状和前景展望口前mo

16、dbus串行设备已经在全球范围内普及,modbus单片机技术广泛应用。 可以分为三大市场：能源与基础设施、工业、建筑行业。在能源和基础设施市场、机场、隧道、数字通信、电信、水处理、右汕和天然气, 能源和其他产业极大地受益于远程控制。在工业市场，食品和饮料，微电子学、制药、汽车和其他行业是高度受益一一量 it系统通过单片机的车间层的统一全球网络体系结构。建设市场，医疗机构，公共建筑、民用住宅、造船等行业，很多用于原来的单片机 网络，从而大大降低了实施成本。今后，modbus将向着web服务和透明就绪两个方 面发展。所谓web服务是通过互联网，由服务器和客户端共同参与实现的服务。由于 浏览器（客户

17、端）是一种动态的图形界而，用户感觉新奇，而且它易于操作，具有很大的发展潜力。所谓透明就 绪是指使用开放的、基于modbustcp、因特网技术与web技术相结合的体系结构, 实现现场设备、控制设备与管理系统的统一。通过透明就绪产品，用户可以在任何吋 间任何地点访问所需数据，获得更多、更好的服务。例如，可以利用施耐德产品提供 的缺省网页监控cpu, i/o模板、以太网模板的状态，可以浏览和处理系统的报警信息 等等。三、课题主要内容和要求此次设计的内容主要内容是掌握单片机的实际应用。1、查找资料，熟悉单片机的基本结构及功能，熟悉利用stc89c52单片机进行通 讯器的便件设计。2、熟悉rs-485模块，掌握串口通讯原理。3、掌握c51语言，并完成modbus通讯程序的编写。4、购买元器件并焊接，制作通讯器。5、搭建测试平台，进行通讯器软硬件调试。、研究方法、步骤和措施这个设计的课题是基于单片机的modbus通讯器主耍研究方法步骤如下：1、modbus通信协议的构成、需求、应用理念，明确定位和解决问题。2、单片