基于Modbus总线的接口模块扩展
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考 虑 到 设 计 的 难 度 ，又 要 考 虑 到 成 本 问 题 。 Ｓ Ｃ１ Ｃ ４ Ａ …单片机是宏晶科技生产的 ８ 位单 Ｔ ５１ Ｄ ２ Ｏ
量 的 Ｉ 接 口。这 种情况 下 ，如果仍采 用单 ＭＣ 的 ／ Ｏ Ｕ 扩展方式必 然造成硬件 电路 的臃肿 ，必须 扩展大量 的 并 口或者 串 口芯 片 ，同时也给软件 的编写带来较大麻 烦。在这 里本文将采用一种 多 ＭＣ 的模块化扩展方 Ｕ 式 ，其 中每个 ＭＣＵ都扩展 出一定量 的开关量 Ｉ０ 口 ／ 和模拟量 Ｉ０ 口作为一个模块 ，多个 ＭＣＵ加上其外 ／ 部 电路就 构成相互独立 的多个接 口模块 ，再 用总线将
Ｐｏ ｕｔ ｐｉ ｒｄ ｃＡｐｌ ｄ产 品应 用 ２ ｅ ５ １
２１ 年 第１ ０ ０ ９卷 第 ８ 期
计 算 机 系 统 应 用
基 于 Ｍｏ ｂ ｓ总线 的接 口模块扩展① ｄｕ
白晗东 车 畅 胡 丹 （ 华大 学 机 械与 自动化 学院 四川 成都 ６ ０ ９ 西 １ ３） ０
摘 要 ： 提 出一种基于 Ｍｏ ｂ ｓ总线和 Ｓ Ｃ５ １Ａ 单 片机的接 口扩展 方法 ，适合 用于需要 大量扩展接 口的场 ｄｕ Ｔ ４０ Ｄ 合 ，将使 系统的设计灵活 ，高效。介 绍 了具体硬件 的实现方法和 Ｍｏ ｂ ｓ 节点通信程序设计方法。 ｄｕ从 关键 词 ： Ｍｏ ｂ ｓ Ｔ １Ｃ５ １Ａ ｄ ｕ；Ｓ Ｃ ２ ４ ０ Ｄ；Ｐ ＷＭ ；ＫＴ Ｕ模式 ；从 节点
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ： ｎ ｌ ｔ ｏ ｔｒａ ｅ ｘ ａ ｓｏ ｓ ｄ ｏ ｏ ｂ ｓａ ｄｔ ｅＳ ｅｍｅｈ ｄｏｆ ｎ ｅｆ ｃ ｓｅ ｐ ｎ ｉ ｎｂａ ｅ ｎＭ ｄ ｕ ｎ ＴＣ５ ０ ｉ ｈ ４１ ＡＤ ＣＵ ｒ ｎｒ ｄ ｃ ｄ ｗｈ ｃ Ｍ ａ ｅｉ ｔｏ ｕ ｅ 。 ｉ ｈｉ Ｓ ｓ ｉ ｂ ｅ ｆ ｒｔ ｅ ｏ ｃ ｓｏ ｓｗｈ ｎ ｌ ｔ ｆｉ ｔｒａ ｅ ｅ ｄ ｔ ｅ ｅ ｐ ｎ ｅ １ ｌ ｅ ｉｎ ｏ ｙ ｔｍ ｕ ｄ ｂ ｕｔ ｌ ｏ ｃ ａ ｉ ｎ ｅ ｏ ｓｏ ｅ ｆ ｃ ｓｎ ｅ ｏ ｂ ｘ ａ ｄ ｄ． １ｅｄ ｓｇ ｆｓ ｓｅ ｗｏ ｌ ａ ｈ ｎ ｅ ｅ ｃｅ ｔａ ｄ ｆｅ ｂ ｅ ｕ ｔ ｒ ｒ 。ｔ ｏ ｃ ｅｅ ｍｅｈ ｄ ｏ ａ ｄ ｒｅ ｉ ｅ ｎ ａｉ ｎ ａ ｄ Ｍ ｏ ｂ ｓｓａ ｅ ｉ ｆ ｉｎ ｎ ｘｉｌ．Ｆ ｒｈｅｍｏ ｅ ｈｅｃ ｎ ｒ ｔ ｔ ｏ ｆｈ ｗａ ｍｐｌｍｅ ｔｔｏ ｎ ｄ ｕ ｌｖ ｌ ｒ
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ＢＡＩＨａ － ｎｇ Ｃ髓 ｎ Ｄｏ 。 Ｃｈ ｎｇ ＨＵ ｎ ａ 。 Ｄａ
（ｃ ｏ ｌ ｆ ｃ ａ ｉ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇａ ｄ ｔｍａ ｏ ， ｈ ａＵ ｉ ｒｉ ， ｈ ｎ ｄ １０ ９ Ｃ ｉａ Ｓ ｈ ｏ Ｍａｈ ｃ ｇ ｅ ｎ Ａｕｏ ｔ ｎ Ｘｉｕ ｎｖ ｓｙ Ｃ ｅｇ ｕ６ ０ ３ ， ｈｎ ） ｏ ｎ ａＥ ｎ ｉ ｎ ｉ ｅ ｔ
这种单片机作为模块 的 ＭＣ 则每个模块都可以设计 Ｕ， 若干开关 量 Ｉ０ 口和模拟量 Ｉ０ 口，而无需外部扩展 ／ ／ Ａ／ Ｄ和 Ｄ Ａ转换芯片 。这将大大简化硬件设计工作 。 ／
且每个 ＭＣＵ 的软件设计也变得简单 了 ，只需要负责
其所属 的接 口以及和上位机的通信 就可 以。通过 采用 这样的设计方法 ，使得在 Ｐ Ｃ自检 测及处 围设备测试 Ｌ
多达上百个开关量的 Ｉ０ 接 口，另外还有几十个模拟 ／
系统 的设计过程 中大大提高 了开 发效率 ，并缩短了开 发周期。在本 文中将介 绍这种 多 ＭＣ 的模块化接 口 Ｕ
扩展方式如何 实现 。
２ 硬件 电路 设计
２１模块 电路设计 ．
在本文 中每 个模块 将设计 １ 个开关 量输入 口 ６ Ｄ 、１ Ｉ ６个开关量输 出 口 Ｄ Ｏ、８路模拟量输入 口 ＡＩ 和 ４路模拟量输 出 口 Ａ Ｏ。 首先 ，需要考虑每个模块 中 ＭＣ 的选型 ，既要 Ｕ
① 基金项 目 四川省教育厅青年基金（８ Ｂ １） ： ０ Ｚ０ ４： 四川省教育厅重点项 目０ Ｚ １ ８： （７ Ａ ） １ 西华大学人才引进项 目 Ｒ ７ ０ ０ ） （０ ２ ２ ８
收稿 时 间：０ ９ １ — ５收 到修 改稿 时间 ：０ ９ １ － ２ ０ —１２； ２ ０ — １ ２ ６
ｃ ｍｍ ｕ ｃ ｔｏ ｒ ｇ ａ ａ ｅｐ ｅ ｅ ｔｄ． ｏ ｎｉａ ｉ ｎｐ ｏ ｒ ｍ ｒ ｓ ｎ ｅ ｒ
Ｋｅ ｙｗｏ ｄBiblioteka Baiduｒ ｓ：Ｍ ｏ ｂ ｓ Ｓ ｄ ｕ ； ＴＣ１ Ｃ５ ０ ２ ４１ ＡＤ； ＰＷ Ｍ ； ＲＴＵ ｄ ； ｌｖ ｍｏ ｅ ｓａ
１ 引言
在基 于单片机 的工业 自动控制系统设计过 程 中， 通 常要设计各种接 口电路 ，大 多数情况下 ，在 接 口的 数 量较少 时 ，一般采 用单 ＭＣ 扩展 串 口或者 并 口的 Ｕ 接 口芯 片的方法来实现接 口的扩展 。但是 当遇 到需要 扩展大量 接 口的时候 ，比如我们在设 计一个基于单 片 机 的 Ｐ Ｃ自检测及外围设备测试系统时 ，就要求扩展 Ｌ
片机，完全兼容传统的 ８ ５ 单片机指令系统，而且 ０ １
片 内集成 复位 电路 、４路 Ｐ 和 ８路 １ ＷＭ Ａ／ ０位 Ｄ转
多个模块 连接 ，构成完整的系统。这样设计 不但硬 件
设计工作 大大简化 ，只需要设计一个模块就够 了 ，而
换 ，性价 比很高 。其 中 Ｐ ＷＭ 可以作为 Ｄ Ａ使 用。用 ／
量 的 Ｉ 接 口。这 种情况 下 ，如果仍采 用单 ＭＣ 的 ／ Ｏ Ｕ 扩展方式必 然造成硬件 电路 的臃肿 ，必须 扩展大量 的 并 口或者 串 口芯 片 ，同时也给软件 的编写带来较大麻 烦。在这 里本文将采用一种 多 ＭＣ 的模块化扩展方 Ｕ 式 ，其 中每个 ＭＣＵ都扩展 出一定量 的开关量 Ｉ０ 口 ／ 和模拟量 Ｉ０ 口作为一个模块 ，多个 ＭＣＵ加上其外 ／ 部 电路就 构成相互独立 的多个接 口模块 ，再 用总线将
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２１ 年 第１ ０ ０ ９卷 第 ８ 期
计 算 机 系 统 应 用
基 于 Ｍｏ ｂ ｓ总线 的接 口模块扩展① ｄｕ
白晗东 车 畅 胡 丹 （ 华大 学 机 械与 自动化 学院 四川 成都 ６ ０ ９ 西 １ ３） ０
摘 要 ： 提 出一种基于 Ｍｏ ｂ ｓ总线和 Ｓ Ｃ５ １Ａ 单 片机的接 口扩展 方法 ，适合 用于需要 大量扩展接 口的场 ｄｕ Ｔ ４０ Ｄ 合 ，将使 系统的设计灵活 ，高效。介 绍 了具体硬件 的实现方法和 Ｍｏ ｂ ｓ 节点通信程序设计方法。 ｄｕ从 关键 词 ： Ｍｏ ｂ ｓ Ｔ １Ｃ５ １Ａ ｄ ｕ；Ｓ Ｃ ２ ４ ０ Ｄ；Ｐ ＷＭ ；ＫＴ Ｕ模式 ；从 节点
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这种单片机作为模块 的 ＭＣ 则每个模块都可以设计 Ｕ， 若干开关 量 Ｉ０ 口和模拟量 Ｉ０ 口，而无需外部扩展 ／ ／ Ａ／ Ｄ和 Ｄ Ａ转换芯片 。这将大大简化硬件设计工作 。 ／
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其所属 的接 口以及和上位机的通信 就可 以。通过 采用 这样的设计方法 ，使得在 Ｐ Ｃ自检 测及处 围设备测试 Ｌ
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扩展方式如何 实现 。
２ 硬件 电路 设计
２１模块 电路设计 ．
在本文 中每 个模块 将设计 １ 个开关 量输入 口 ６ Ｄ 、１ Ｉ ６个开关量输 出 口 Ｄ Ｏ、８路模拟量输入 口 ＡＩ 和 ４路模拟量输 出 口 Ａ Ｏ。 首先 ，需要考虑每个模块 中 ＭＣ 的选型 ，既要 Ｕ
① 基金项 目 四川省教育厅青年基金（８ Ｂ １） ： ０ Ｚ０ ４： 四川省教育厅重点项 目０ Ｚ １ ８： （７ Ａ ） １ 西华大学人才引进项 目 Ｒ ７ ０ ０ ） （０ ２ ２ ８
收稿 时 间：０ ９ １ — ５收 到修 改稿 时间 ：０ ９ １ － ２ ０ —１２； ２ ０ — １ ２ ６
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Ｋｅ ｙｗｏ ｄBiblioteka Baiduｒ ｓ：Ｍ ｏ ｂ ｓ Ｓ ｄ ｕ ； ＴＣ１ Ｃ５ ０ ２ ４１ ＡＤ； ＰＷ Ｍ ； ＲＴＵ ｄ ； ｌｖ ｍｏ ｅ ｓａ
１ 引言
在基 于单片机 的工业 自动控制系统设计过 程 中， 通 常要设计各种接 口电路 ，大 多数情况下 ，在 接 口的 数 量较少 时 ，一般采 用单 ＭＣ 扩展 串 口或者 并 口的 Ｕ 接 口芯 片的方法来实现接 口的扩展 。但是 当遇 到需要 扩展大量 接 口的时候 ，比如我们在设 计一个基于单 片 机 的 Ｐ Ｃ自检测及外围设备测试系统时 ，就要求扩展 Ｌ
片机，完全兼容传统的 ８ ５ 单片机指令系统，而且 ０ １
片 内集成 复位 电路 、４路 Ｐ 和 ８路 １ ＷＭ Ａ／ ０位 Ｄ转
多个模块 连接 ，构成完整的系统。这样设计 不但硬 件
设计工作 大大简化 ，只需要设计一个模块就够 了 ，而
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