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基于单片机的MODBUS通讯器设计 .doc
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基于单片机的MODBUS通讯器设计 .doc
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目 录
摘 要.......................................................................................................................I
ABSTRACT...............................................................................................................II
第 1 章 绪 论.......................................................................................................1
1.1 概述 ....................................................................................................................1
1.2 目的与意义 ........................................................................................................2
1.3 发展现状和前景展望 ........................................................................................3
1.4 研究的主要内容和步骤 ....................................................................................4
1.4.1 主要内容.....................................................................................................4
1.4.2 设计的步骤.................................................................................................4
第 2 章 系统设计方案 .........................................................................................6
2.1 设计方案选择.....................................................................................................6
2.2 芯片选择 ............................................................................................................6
2.3 软件方案设计 ....................................................................................................7
第 3 章 硬件电路设计 .........................................................................................9
3.1 主机 CPU 模块 ..................................................................................................9
3.2 电源模块 ..........................................................................................................10
3.3 液晶显示模块 ..................................................................................................10
3.4 存储模块 ..........................................................................................................12
3.5 程序调试下载模块 ..........................................................................................12
3.6 串口通讯模块 ..................................................................................................13
3.7 从机主控模块 ..................................................................................................14
3.8 LED 灯显示模块 ..............................................................................................15
3.9 温度检测模块 ..................................................................................................15
第 4 章 软件设计 ...............................................................................................17
4.1 串口通信模块...................................................................................................17
4.2 数据帧处理模块...............................................................................................17
4.3 参数保存模块...................................................................................................19
4.4 液晶显示模块...................................................................................................20
第 5 章 系统调试 ...............................................................................................23
5.1 硬件调试...........................................................................................................23
5.1.1 主机电路板调试.......................................................................................23
5.1.2 从机电路板调试.......................................................................................24
5.2 软件件调试.......................................................................................................24
5.2.1 调试平台....................................................................................................24
5.2.2 调试问题....................................................................................................25
5.3 调试结果...........................................................................................................26
参考文献 ..............................................................................................................28
致 谢....................................................................................................................29
附录 1 主机硬件原理图.......................................................................................30
附录 2 从机硬件原理图.......................................................................................31
附录 3 主机 PCB 实物图 ......................................................................................32
附录 4 从机 PCB 实物图 ......................................................................................33
附录 5 主机通讯程序代码...................................................................................34
附录 6 从机通讯程序代码...................................................................................38
基于单片机的 MODBUS 通讯器的设计
摘 要:随着现场总线在工业应用中的越来越广泛,越来越普及,Modbus 作为
其中的一种简单协议也受到不少的欢迎。本论文根据 Modbus 协议中 RTU 模式实
现读 寄存 器、 写单 个寄存器、写多 个寄 存器 等多 个功能。本系统 从机 以
STC12C5A60S2 为基本平台,利用 RS232 串口实现与上位机通讯,用单片机的内
部 RAM 寄存器模拟协议中的寄存器,根据寄存器的值调节单片机 PWM 输出,
改变 LED 灯的亮度,单片机读取实时温度。本系统上位机以 STM32F103RBT6 为
平台,通过 4.3 寸 TFT 触摸屏实现查询从机、设置从机参数等功能,实时显示从
机的通讯状态、寄存器的值、温度测量值。另外本系统还具有掉电保存、温度报
警功能。
关键词: Modbus、LED、寄存器、RS232、STC12C5A60S2、温度报警、STM32F103
The design of MODBUS communicator based on
MCU
Abstract : With the fieldbus using in the industrial application widely and
popularly, modbus is more welcomed as one of its simple agreement. According to
the RTU schema of modbus in modbus agreement, the paper mainly achieves the
function of reading register, writing single register and multiple registers etc. The
slave of system uses the STC12C5A60S2 as the basic platform and RS232 to realize
the communication with the Host computer. The system will use the register of
internal ram in mcu to simulate the register in agreement , and according to the value
of register it can adjust the mcu output of PWM, change the brightness of LED, and
acquire the real time temperature. The Host computer of system uses
STM32F103RBT6 as platform, by the 4.3 inches touching screen, it will realize the
function of querying slave ,setting parameter of the slave, displaying the
communication status of slave and the value of register and temperature measured.
Besides, the system also has preservation of power down and temperature alarm
functions.
Keywords: Modbus、LED、Register、RS232、STC12C5A60S2、Temperature Alarm、
STM32F103
第 1 章 绪 论
1.1 概述
Modbus 是由 Modicon 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。为更好地普及和推动 Modbus 在基于以太网上的分布式应用,目前施耐德公司已将
Modbus 协议的所有权移交给 IDA 组织,并成立了 Modbus-IDA 组织,为 Modbus 今后
的发展奠定了基础。
Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议,控制器相互之
间、控制器经由网络和其它设备之间通讯。它已经成为一种通用工业标准。有了它,不
同厂商生产的控制设备可以连成工业网络,进行集中监控。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讯的。它描述了控制器请求访
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 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。
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 可以支持多种电气接口,如 RS-232、RS-485 等,还可以在各种介质上
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。
在大多数工厂里,现场仪表采用单独的控制室直连对绞线电缆连接到控制系统。当
仪表设备被连接到一种分散式 I/O 系统的时候,可以增加更多的现场设备,但是仅仅需
要一根对绞线电缆就可以把所有数据传送到 MODBUS 主站。以 MODBUS 网络的方式
组网连接的时候,把现场设备连接到一个过程控制系统、PLC 或是工业计算机系统,整
个工厂的连接都能够从对绞线电缆控制室直连的方式转变成为 MODBUS 连接方式。
到目前为止,我们仅仅涉及到了简单的 MODBUS 数据采集系统。还有一种方案也
是可能的,那就是把控制设备安装在现场,然后通过 MODBUS 使其与中央控制系统进
行通讯。它也可以被编程用来执行控制功能,例如 PID 控制、ON/OFF 控制、现场报警、
诊断以及报警监视等。
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oligaga
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