基於MODBUS協議的單片機與(串口屏)觸摸屏通信(圖文)
導讀：觸摸屏能夠直觀、生動地顯示運行參數和運行狀態，而且通過觸摸屏畫面可以直接修改系統運行參數，人機交互性好。觸摸屏和單片機通信，需要根據觸摸屏采用的通信協議為單片機編寫相應的通信程序。Modbus協議是美國Modicon公司推出的一種有效支持控制器之間以及控制器經由網絡（例如以太網）和其它設備之間進行通信的協議。
關鍵詞：觸摸屏，MCS-51單片機，Modbus協議，通信
在工業控制中經常需要觀察系統的運行狀態或者修改運行參數。觸摸屏能夠直觀、生動地顯示運行參數和運行狀態，而且通過觸摸屏畫面可以直接修改系統運行參數，人機交互性好。單片機廣泛應用於工控領域中，與觸摸屏配合，可組成良好的人機交互環境。觸摸屏和單片機通信，需要根據觸摸屏采用的通信協議為單片機編寫相應的通信程序。Modbus協議是美國Modicon公司推出的一種有效支持控制器之間以及控制器經由網絡（例如以太網）和其它設備之間進行通信的協議。本文以AT89S51單片機和廣州易顯科技有限公司的HMImaker觸摸屏為例，介紹其通信程序的開發過程。
一、系統結構
實現觸摸屏與單片機的通訊，主要是解決通訊協議的問題。本文使用開放的Modbus通訊協議，以觸摸屏作主機（Master），單片機作從機（Slaver）。HMImaker觸摸屏本身支持Modbus通訊協議，只要單片機按照Modbus協議進行收發數據，就可以進行通信了。觸摸屏與單片機之間采用RS-232或者RS-485標准接口直接連接，傳輸速率設置為9600bps。圖1為該系統的電路圖。
圖1 系統電路圖
將AT89S51單片機的TXD、RXD口設置為異步串行通信模式，經過MAX485芯片將TTL電平轉換為RS485電平，再與HMImaker觸摸屏RS-485 2W接口相連，即完成了硬件連接，其中P3.2作為收發控制信號。HMImaker觸摸屏RS-485 2W接口的管腳2為485A，管腳1為485B，管腳5為公共地。
二、如何將HMImaker觸摸屏設定成Modbus裝置
將HMImaker觸摸屏設定成Modbus裝置（以稱為Modbus RTU Master），單片機或其它裝置只需使用Modbus協議，透過RS232/485接口，即可讀寫HMImaker觸摸屏上的數據。將HMImaker觸摸屏設定成Modbus裝置的方法如下：
首先需在HMImaker觸摸屏使用的程序的界面協議中增加一個新的設備，此時PLC種類需選擇“Modbus RTU Master”，PLC接口可以選擇RS232、RS4852W、RS485 4W或Ethernet，這里選擇RS485 2W。如圖2所示。
圖2 將HMImaker觸摸屏設定成Modbus裝置
當接口選擇使用RS485時，需選擇使用的連接端口（COM1～COM3），並設定正確的通訊參數及站號。這里選擇COM1（9600,N,8,1），站號設定為1。
按下“確定”鍵后可以在設備清單中發現一個新的裝置：Modbus RTU Master，此時即完成了Modbus裝置的設定，在完成界面設計的編譯並將獲得的NANDflash檔案下載到觸摸屏后，即可透過Modbus協議讀寫HMImaker觸摸屏上的數據。
三、Modbus通信協議介紹
Modbus通信協議是一種串行的主從通信協議，網絡里僅有一台設置可作為主機（稱Master），其它設備作為從機（稱Slaver），主機不需編號，從機必須編號。協議定義了主機查詢及從機應答的信息幀格式。論文大全。通信時，主機首先向從機發出請求信息，符合相應地址碼的從機接收通訊命令，並除去地址碼，讀取信息，如果沒有出錯，則執行相應的任務，然后把執行結果返給主機。若從機接收到的校驗碼與本機計算的不同，則說明數據在通信過程中出現錯誤，從機把這次請求視為無效，功能代碼將被修改以用於指出回應消息是錯誤的，同時數據段包含了描述此錯誤信息的代碼。當主機收到這一信息時，會重新發送請求信息。校驗方式分為LCR（傳送數據為ACSII時）校驗或CRC（傳送數據為二進制時）校驗，這里采用CRC校驗方式。信息傳輸為異步方式，並以字節為單位。主從站之間通訊的字格式如下：
字格式（串行數據） 10位二進制
起始位 1位
數據位 8位
奇偶校驗位 無
停止位 1位
Modbus協議可支持ASCII碼或二進制格式的數據傳輸。ACSII碼方式下每一個字節數據分兩個字節傳送，二進制方式下用一個字節傳送，為了減少數據傳輸量，一般選二進制數據方式。各個區允許發送的字節均為16進制的0～9，A～F。二進制信息幀標准結構為：
初始結構 ≥4字節的時間
地址碼 1字節
功能碼 1字節
數據區 N字節
錯誤校驗 16位CRC碼
結束結構 ≥4字節的時間
二進制模式中，信息開始至少需要3.5個字符的靜止時間，依據使用的波特率，很容易計算這個靜止時間。發送完最后一個字符后，也有一個至少3.5個字符的靜止時間，然后才能發送一個新的信息。網絡上的設備連續監測網絡上的信息，包括靜止時間。
四、通信程序的開發
HMImaker觸摸屏只支持Bit和Word地址類型，而實際的單片機或其它控制器還有Byte、Double Word等表示方法，因此在進行通信時，需要把單片機和觸摸屏的數據進行變換。觸摸屏畫面元件讀取地址的設備類型有LW、0x、1x、3x、4x、RWI、RW等選項。其中，LW表示該元件讀取的是觸摸屏內部的地址，如其它元件的地址；0x表示讀取的是控制器的輸出信號；1x表示讀取的控制器的輸入信號;3x和4x指控制器的寄存器地址類型，其中4x是可讀可寫的，3x是只讀的;RWI、RW都是觸摸屏的內部地址，起輔助作用。這里僅以讀寫LW的0地址的數據為例說明讀寫過程。
HMImaker觸摸屏與單片機以Modbus協議通信，用到的Modbus功能碼如下：
功能碼 名稱 作用 01 讀取線圈狀態 取得一組邏輯線圈的當前狀態（ON/OFF) 02 讀取輸入狀態 取得一組開關輸入的當前狀態（ON/OFF) 03 讀取保持寄存器 在一個或多個保持寄存器中取得當前的二進制值 04 讀取輸入寄存器 在一個或多個輸入寄存器中取得當前的二進制值 05 強置單線圈 強置一個邏輯線圈的通斷狀態 06 預置單寄存器 把具體二進值裝入一個保持寄存器 1. 串口程序的初始化
使用定時器1作為波特率發生器，對串口的初始化程序如下：
void Initial(void)
{
SCON=0x50; //串口方式1，允許接收
TMOD=0x20; //定時器1方式2
TL1=0xFd; //波特率設為9600
TH1=0xFd; //存儲定時器初始值
EA=1; //全局中斷允許
TR1=1; //啟動定時器
}
2. 向HMImaker觸摸屏LW的0地址寫入數據
向HMImaker觸摸屏LW的0地址寫入數據0x3A4B，功能碼為6，程序如下：
void DateWrite(void)
{
ES=0; //關中斷
unsigned int a;
unsigned int crc;
inData[0]=1; //站號
inData[1]=6; //功能碼
inData[2]=0; //起始地址高位
inData[3]=0; //起始地址低位
inData[4]=0; //寄存器個數高位
inData[5]=1; //寄存器個數低位
inData[6]=2; //字節數
inData[7]=0x3A; //要寫入數據高位
inData[8]=0x4B; //要寫入數據低位
crc=0xffff;
crc=calccrc(9,&inData[0]); //根據前9個字節計算CRC值
inData[9]=crc&0xff; //CRC值低8位
inData[10]=crc>>8; //CRC值高8位
for(a=0;a<11;a++) //共發送11個字節
{
SBUF=inData[a]; //發送數據
while(!TI);
TI=0;
}
ES=1; //開串行口中斷
}
3. 從HMImaker觸摸屏LW的0地址讀取數據
從HMImaker觸摸屏LW的0地址讀取數據，功能碼為3，程序如下：
void DateWrite(void)
{
ES=0; //關中斷
unsigned int a;
unsigned int crc;
inData[0]=1; //站號
inData[1]=3; //功能碼
inData[2]=0; //起始地址高位
inData[3]=0; //起始地址低位
inData[4]=0; //寄存器個數高位
inData[5]=1; //寄存器個數低位
crc=0xffff;
crc=calccrc(6,&inData[0]); //根據前6個字節計算CRC值
inData[6]=crc&0xff; //CRC值低8位
inData[7]=crc>>8; //CRC值高8位
for(a=0;a<8;a++) //共發送8個字節
{
SBUF=inData[a]; //發送數據
while(!TI);
TI=0;
}
ES=1; //開串行口中斷
}
發送完讀取數據的信息，一旦HMImaker觸摸屏接收到該信息，經過CRC校驗，如果沒有錯誤，就會把LW的0地址數據發送給單片機，共7個字節，數據格式如下：
字節 數據段名稱
1 站號
2 功能碼
3 讀取字節數
4 寄存器數據高位
5 寄存器數據低位
6 CRC校驗碼低位
7 CRC校驗碼高位
單片機接收完這7個字節，根據站號、功能碼及CRC校驗判斷是否正確，如果接收正確，則第4個字節和第5個字節的值就是所需要的HMImaker觸摸屏LW的0地址的數據。
本系統具有連接電路簡單、組態靈活、通信可靠性高等特點。由於Modbus通信協議的開放性的特點，國外進口控制器串行通信大者支持該協議，因此本文所實現的采用Modbus協議的串行通信具有廣泛的應用價值。
