1.1自由口通信模式介绍

CPU的串行通信口可以由用户程序控制，这种操作模式称为自由端口模式，当选择了自由端口模式时，用户程序可以使用接收中断，发送中断，发送指令（XMT）和接收指令（RCV）来进行通信操作。在自由端口模式下，通信协议完全由用户程序控制，有很大的灵活性。SMB30(用于端口0)和SMB130（如果CPU有两个端口，则用于端口1）用于选择波特率、奇偶校验、数据位数、通信协议。

只有CPU处于RUN模式下时，才可以进行自由端口通信，通过向SMB30(端口0)和SMB130（端口1）的协议选择区置1，可以允许自由端口模式。处于自由端口模式时,PPI通信协议被禁止，此时不可以于编程设备通信（比如对程序进行监控或对CPU进行操作）当CPU处于STOP模式时，自由端口被禁止，通信口自动切换为PPI协议，从新建立与编程设备的正常通信。

在程序中可以用SM0.7（反应CPU当前方式的模式开关）来控制自由端口模式进入，当SM0.7为“0”时，模式开关处于TREM位置；当SM0.7为“1”时，模式开关处于RUN位置。只有模式开关位于RUN位置时，才允许自由端口模式，当需要使用编程设备对程序进行状态监控或对CPU进行操作可以将模式开关改变到其他位置。

1.2 发送与接收指令介绍

用XMT指令可以方便的发送一个或多个字节缓冲区的内容，最多为255个字节。如果有一个中断服务程序连接到发送结束事件上，在发完缓冲区的最后一个字符时，则会产生一个中断（对端口0的中断事件为9，对端口1的中断事件为26），当然也可以不用中断 来判断发送指令是否完成，而是监控SM4.5或SM4.6的状态，以此来判断发送是否完成。

用RCV指令可以方便的接收一个或多个字节缓冲区的内容，最多为255个字节。这些字符存储在接收缓冲区中。如果有一个中断程序连接到接收完成事件上，在接收到缓冲区中的最后一个字符时，则会产生一个中断（对端口0为中断事件23，对端口1为中断事件24）。当然还是可以不用中断事件来判断接收信息是否结束，而是通过监视SMB86(端口0)或SMB186(端口1)状态的变化来判断接收状态的结束。当接收指令没有被激活或者是接收已经结束时，SMB86或SMB186为1，当正在接收时，它们为0。

1.3 RS-485串行通信硬件实现

图1 串行通信实现

由于S7-200 PLC采用RS485标准接口，MSP430开发板也是标准的RS485接口，所以PLC与MSP430的连接可以直接通过一根RS485电缆相连接。但是由于电脑的端口为RS232端口，所以PLC与电脑的连接需要用到RS232转RS485，硬件连接如图1。

二、通信协议设计

                                             ……

                    图2  PLC与单片机通信结构图

如图2示：

1、PLC与单片机采用自由口通信模式，PLC与单片机之间是主从关系。S7-200的通信端口是半双工RS-485芯片，发送指令和接收指令不能同时有效，其通信采用主从轮询的方式：PLC始终处于主导地位，始终具有初始传送优先权，所有通讯均由PLC来启动，向从站发送数据或者从从站中读取数据都是主站以命令帧形式发送。PLC与单片机初始化状态时均处于接收信息状态

2、PLC可以主动的向各单片机发送数据，各单片机依据PLC所发数据的站地址来区分该信息是否该自己响应。单片机在需要主动向PLC发送数据的时候，必须先向PLC发送申请。PLC在接收到某个单片机的申请信号后，会根据实际情况先向所有单片机发送禁止向主机发送数据的命令，然后向申请通讯的单片机发送命令允许其发送数据给主机。PLC接收完该单片机的数据后，再向所有单片机发广播允许所有单片机向其发送申请。

2.1 通信设备参数设置

S7-200系列PLC（CPU226）与自由口模式通信有关的寄存器为SMB30、SMB130及其它特殊寄存器，它们主要用于通讯方式的设置与运行管理。

在本次设计中，用到CPU226端口0，其通讯控制由SMB30设置。

表1自由端口控制寄存器

2.2 数据格式

2.2.1 广播

PLC作为主站，可以直接向单片机发送数据；而单片机作为从站不能主动向PLC发送数据。当单片需要主动向PLC发送数据的时候，可先向PLC发送申请。PLC接收到申请以后，判断此时通讯通道是否空闲，如果空闲则响应申请，并向所有单片机广播此时通信繁忙不允许发送申请，然后只允许已发送申请的单片机发送数据；当PLC与该单片机通讯完毕后，PLC向所有单片机发广播，此时通信空闲，允许单片机发送申请。同时，当单片机接收到广播消息的时候，首先判断是通信繁忙的信号还是通信空闲的信号，只有当接收到了通信空闲信号时，才可以向PLC发申请。单片机对PLC的广播信号不做反馈处理。

通信忙碌（字符@,ASCII码为）、通信空闲（字符$,ASCII码为36），单片机在接收到@时，不可向PLC发送申请。只有当接收到$且需要向PLC传输数据的时候才能发送申请。

广播数据格式：

经过分析得知：

PLC向单片机发送的数据包括两种，一种是控制单片机动作的控制信号；另一种是当接收到单片机发送来的数据以后，经过比较校验要发送一个反馈信息给单片机告之单片机PLC接收到的信息是否正确。数据格式如表3示：

    字符数占用一个字节，设置发送数据的个数。

2、起始符 （VB101）

起始符占用一个字节，标志通讯的开始，在本次设计中被定义为ASCII码为2的“STX”。 

3、目标地址(VB102~~VB103) 

目标地址占用两个字节，主要用于单片机判断PLC所发送信息是否是发送给自己，目标的站地址以ASCII码的格式表示。

4、指令类型 (VB104)

指令类型占用一个字节，指令类型分读、写、反馈三种，在次设计中05H代表读操作，06H代表写操作，07H代表反馈。

5、字节数 (VB105~~VB106)

字节数为数据个数，在本次设计中所发送数据的长度是固定的12个字节，写入0BH，即十进制的12。

6、数据（VB107~~VB118）

数据在指令中以十六进制ASCII码的格式表示，占用指令的12个字节。数据区必须填满，但单片机只是选取其中有用的部分执行指令。（本次设计中只在VB107和VB108中发送数据，当指令类型为写时，VB107和VB108中发送的是单片机的控制信号；当指令类型为反馈时，VB107和VB108中发送的是校验后给单片机的反馈信息）

7、BCC校验码 (VB119~~VB120)

在传输过程中，指令有可能受到干扰而使原来的数据信号发生扭曲，此时的指令是错误的，为了侦测指令在传输过程中发生的错误，接收方必须对指令作进一步的确认工作，以防止错误的指令被执行，最简单的方法就是使用校验码。在本次设计中，采用BCC校验码的方法即：将要传送字符串的ASCII码以字节为单位作异或和，并将此异或和作为指令的一部分传送出去；同样地，接收方在接到指令后，以相同的方式对接收到的字符串作异或和，并与传送方所送过来的值作对比，若其值相等，则代表接收到的指令是正确的，反之则是错误的

8、结束符 (VB121)

结束字符标志着发送信息的结束，在本次设计中被定义为ASCII码为3的“ETX”。

2.2.3 PLC接收数据

    同理， PLC所接收的数据也包括两种：一种是当单片机动作完成时，会发送一个标志给PLC说明动作已经完成，PLC可以执行下一步动作；另一种是当单片机接收到控制信号时，比较校验以后发送回来的反馈信号。数据格式如表4所示。

字符数占用一个字节，记录在此次数据接收过程中接收数据的个数。

2、起始字符 （VB201）

起始符占用一个字节，标志接收数据的开始，在本次设计中定义为ASCII码为2的“STX”。 

3、目标地址(VB202~~VB203) 

目标地址占用两个字节，主要作用是让PLC能够分别出所接受到的信息是来源于某一个单片机。目标的站地址以ASCII码的格式表示。

4、指令类型 (VB204)

指令类型占用一个字节，指令类型分读、写、反馈三种，在次设计中05H代表读操作，06H代表写操作，07H代表反馈。

5、字节数 (VB205~~VB206)

字节数为单片机发送给PLC的数据个数，在本次设计中所发送数据的长度是固定的12个字节，写入0BH，即十进制的12。

6、数据（VB207~~VB218）

数据在指令中以ASCII码的格式表示，占用指令的12个字节。数据区必须填满，但PLC只是选取其中有用的部分执行指令。（本次设计中只有VB207和VB208中所接收数据有用，当指令类型为写时，VB207和VB208中所接收到的信息是单片机完成动作以后的标志信息；当指令类型为反馈时，VB207和VB208中所接收的信息是校验后单片机给PLC的反馈信息）

7、BCC校验码 (VB219~~VB220)

在传输过程中，指令有可能受到干扰而使原来的数据信号发生扭曲，此时的指令是错误的，为了侦测指令在传输过程中发生的错误，接收方必须对指令作进一步的确认工作，以防止错误的指令被执行，最简单的方法就是使用校验码。在本次设计中，采用BCC校验码的方法即：将要传送字符串的ASCII码以字节为单位作异或和，并将此异或和作为指令的一部分传送出去；同样地，接收方在接到指令后，以相同的方式对接收到的字符串作异或和，并与传送方所送过来的值作对比，若其值相等，则代表接收到的指令是正确的，反之则是错误的。

8、结束符 (VB221)

结束字符标志着接收信息的结束，在本次设计中被定义为ASCII码为3的“ETX”。

三、通讯程序设计

3.1 PLC的通讯程序设计

3.1.1 主程序设计

3.1.2 BCC校验码程序设计

3.2 单片机的通讯程序设计下载本文