工業(yè)控制中經(jīng)常需要觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)或者修改運(yùn)行參數(shù)。觸摸屏能夠直觀、生動(dòng)地顯示運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，而且通過(guò)觸摸屏畫(huà)面可以直接修改系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，人機(jī)交互性好。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于工控領(lǐng)域中，與觸摸屏配合，可組成良好的人機(jī)交互環(huán)境。

觸摸屏與單片機(jī)通信，需要根據(jù)觸摸屏采用的通信協(xié)議為單片機(jī)編寫(xiě)相應(yīng)的通信程序。Modbus協(xié)議是美國(guó)Modicon公司推出的，一種有效支持控制器之間以及控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(如以太網(wǎng))與其他設(shè)備之間進(jìn)行通信的協(xié)議。本文以STC 89C51單片機(jī)和人機(jī)電子有限公司的eView觸摸屏為例，介紹其通信程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)觸摸屏與單片機(jī)的通信，主要是解決通信協(xié)議的問(wèn)題。本文使用開(kāi)放的Modbus通信協(xié)議，以觸摸屏作主站，單片機(jī)作從站。eView觸摸屏本身支持：Modbus通信協(xié)議，如果單片機(jī)也支持Modbus協(xié)議，就可以進(jìn)行通信了。eView觸摸屏支持RS-232和RS-485兩種通信接口。在工業(yè)控制領(lǐng)域，由于RS-485具有可靠性高、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，所以在本系統(tǒng)中觸摸屏與單片機(jī)通信采用RS-485連接，傳輸速率沒(méi)置為9 600 kbps。RS-485信號(hào)傳輸是一種半雙工的傳輸方式，單片機(jī)通過(guò)一個(gè)RS-232／RS-485無(wú)源轉(zhuǎn)換器把232信號(hào)轉(zhuǎn)換成485信號(hào)，連接到eView觸摸屏上。為該系統(tǒng)的原理圖。

單片機(jī)控制系統(tǒng)采用STC89C51系列單片機(jī)，其內(nèi)部集成MAX810／STC810專用復(fù)位電路(原有外部復(fù)位可繼續(xù)保留，與Intel 8051引腳兼容)，具有抗干擾能力強(qiáng)、加密性強(qiáng)、高抗靜電(ESD)、超低功耗等特點(diǎn)，而且價(jià)格低廉。在本系統(tǒng)中，觸摸屏是上位機(jī)，單片機(jī)是下位機(jī)。

2 Modbus協(xié)議

2.1 Modbus協(xié)議簡(jiǎn)介

Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。通過(guò)此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(如以太網(wǎng))與其他設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一種通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以通過(guò)它連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，集中監(jiān)控。

Modbus協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過(guò)何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了一控制器請(qǐng)求訪問(wèn)其他設(shè)備的過(guò)程，如何回應(yīng)來(lái)自其他設(shè)備的請(qǐng)求，以及怎樣偵測(cè)錯(cuò)誤并記錄；制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。 當(dāng)在某一Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，此協(xié)議決定了每個(gè)控制器需要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來(lái)的消息，以及決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應(yīng)，則控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。在其他網(wǎng)絡(luò)上，包含了Modbus協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)。

2.2 Modbus RTU通信數(shù)據(jù)傳輸模式

當(dāng)控制器設(shè)備基于Modbus協(xié)議以RTU模式通信時(shí)，消息中的每個(gè)字節(jié)包含2個(gè)4位的十六進(jìn)制字符。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：在同樣的波特率下，可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù)。

編碼采用8位二進(jìn)制，十六進(jìn)制數(shù)0～9和A～F；消息中每個(gè)8位域都是由2個(gè)十六進(jìn)制字符組成。組織結(jié)構(gòu)如下：

2.3 Modbus RTU消息幀結(jié)構(gòu)

Modbus RTU消息幀結(jié)構(gòu)如下：

(1) 地址碼

地址碼為通信傳送的個(gè)字節(jié)。這個(gè)字節(jié)表明，由用戶設(shè)定地址碼的從機(jī)將接收由主機(jī)發(fā)送來(lái)的信息。每個(gè)從機(jī)都有具有的地址碼，只有符合地址碼的從機(jī)才能響應(yīng)回送，且響應(yīng)回送均以各自的地址碼開(kāi)始。主機(jī)發(fā)送的地址碼則表明將發(fā)送到的從機(jī)地址，而從機(jī)發(fā)送的地址碼表明回送的從機(jī)地址。地址0用作廣播地址，以使所有的從設(shè)備都能認(rèn)識(shí)。

(2) 功能代碼

功能代碼為通信傳送的第二個(gè)字節(jié)。Modbus通信規(guī)約定義可能的代碼范圍足十進(jìn)制的1～255。當(dāng)然，有些代碼適用于所有控制器，有些僅適用于某種控制器，還有些保留以備后用。主機(jī)發(fā)送請(qǐng)求，通過(guò)功能碼告訴從機(jī)執(zhí)行什么動(dòng)作；從機(jī)響應(yīng)請(qǐng)求．從機(jī)發(fā)送的功能碼與從主機(jī)發(fā)送來(lái)的功能碼一樣，表明從機(jī)已響應(yīng)主機(jī)進(jìn)行操作。如果從機(jī)發(fā)送的功能碼的位為1，則表明從機(jī)沒(méi)有響應(yīng)操作或發(fā)送出錯(cuò)，主設(shè)備應(yīng)用程序得到異議的同應(yīng)后，典型的處理足重發(fā)消息。表1列出了常用Modbus支持的部分功能碼。

以讀取線圈狀態(tài)為例說(shuō)明。主站發(fā)送命令：[設(shè)備地址][命令號(hào)01][起始寄存器地址高8位][低8位][讀取的寄存器數(shù)高8位][低8位][CRC校驗(yàn)的低8位][高8位]。從站響應(yīng)：[設(shè)備地址][命令號(hào)01][返回的字節(jié)個(gè)數(shù)][數(shù)據(jù)1][數(shù)據(jù)2]…[數(shù)據(jù)n][CRC校驗(yàn)的低8位][高8位]。

(3) 數(shù)據(jù)區(qū)

數(shù)據(jù)區(qū)根據(jù)功能碼的不同而不同。數(shù)據(jù)區(qū)包含需要從機(jī)執(zhí)行什么動(dòng)作，或由從機(jī)采集的返送信息。這些信息可以是實(shí)際數(shù)值、設(shè)置點(diǎn)、主機(jī)發(fā)送給從機(jī)或從機(jī)發(fā)送給主機(jī)的地址等。例如，功能碼告訴從機(jī)讀取寄存器的值，則數(shù)據(jù)區(qū)必須包含要讀取寄存器的起始地址及讀取長(zhǎng)度。對(duì)于不同的從機(jī)，地址和數(shù)據(jù)信息都不相同。 (4) 錯(cuò)誤校驗(yàn)碼

主機(jī)或從機(jī)可用校驗(yàn)碼判別接收信息是否出錯(cuò)。錯(cuò)誤檢測(cè)域包含一個(gè)16位的值(用2個(gè)8位的字符來(lái)實(shí)現(xiàn))。錯(cuò)誤檢測(cè)域的內(nèi)容是通過(guò)對(duì)消息內(nèi)容進(jìn)行"循環(huán)冗余檢測(cè)"得出的。CRC域附加在消息的，添加時(shí)先是低字節(jié)然后是高字節(jié)，故CRC的高位字節(jié)足發(fā)送消息的一個(gè)字節(jié)。錯(cuò)誤校驗(yàn)采用CRC-16校驗(yàn)方法。

3 軟件編程

下面是采用C51編寫(xiě)的軟件，主要包括CRC校驗(yàn)和終端接收及波特率設(shè)置等。由于篇幅有限，其他程序略。

(1) 波特率設(shè)置

(3) 發(fā)送函數(shù)和判斷函數(shù)

由于Modbus協(xié)議具有開(kāi)放性和透明性等特點(diǎn)，而51系列單片機(jī)技術(shù)成熟、開(kāi)發(fā)成本低，二者的結(jié)合將繼續(xù)成為各類通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。本設(shè)計(jì)方法已經(jīng)應(yīng)用于觸摸屏與單片機(jī)通信設(shè)計(jì)，并取得了較好效果。這種方法對(duì)于編制類似的通信軟件有一定的借鑒作用，部分程序可以直接移植。