工控中經(jīng)常需要觀察系統(tǒng)的運行狀態(tài)或者修改運行參數(shù)。觸摸屏能夠直觀、生動地顯示運行參數(shù)和運行狀態(tài)，而且通過觸摸屏畫面可以直接修改系統(tǒng)運行參數(shù)，人機交互性好。單片機廣泛應(yīng)用于工控領(lǐng)域中，與觸摸屏配合，可組成良好的人機交互環(huán)境。觸摸屏和單片機通信，需要根據(jù)觸摸屏采用的通信協(xié)議為單片機編寫相應(yīng)的通信程序。Modbus協(xié)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(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(例如以太網(wǎng))和其它設(shè)備之間進(jìn)行通信的協(xié)議。本文以PIC16F877單片機和人機電子有限公司的eView MT510T型觸摸屏為例，介紹其通信程序的開發(fā)過程。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　實現(xiàn)觸摸屏與單片機的通訊，主要是解決通訊協(xié)議的問題。本文使用開放的Modbus通訊協(xié)議，以觸摸屏作主站，單片機作從站。eView觸摸屏本身支持Modbus通訊協(xié)議，如果單片機也支持Modbus協(xié)議，就可以進(jìn)行通信了。觸摸屏與單片機之間采用RS-232C兼容接口直接連接，傳輸速率設(shè)置為9600kb/s。圖1為該系統(tǒng)的電路圖。

　　將PIC16F877單片機RC6、RC7口設(shè)置為異步串行通信模式，經(jīng)過MAX232芯片將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232電平，再與eView觸摸屏PLC[RS-232]接口相連，即完成了硬件連接。eView觸摸屏PLC[RS-232]接口的管腳2為TXD,管腳3為RXD。
2 Modbus通信協(xié)議介紹
　　Modbus通信協(xié)議是一種串行的主從通信協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)里僅有一臺設(shè)備可作為主機(稱Master)，其它設(shè)備作為從機(稱Slaver)，主機不需編號，從機必須編號。協(xié)議定義了主機查詢及從機應(yīng)答的信息幀格式。通信時，主機首先向從機發(fā)出請求信息，符合相應(yīng)地址碼的從機接收通訊命令，并除去地址碼，讀取信息，如果沒有出錯，則執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)，然后把執(zhí)行結(jié)果返送給主機。若從機接收到的校驗碼與本機計算的不同，則說明數(shù)據(jù)在通信過程中出現(xiàn)錯誤，從機把這次請求視為無效，功能代碼將被修改以用于指出回應(yīng)消息是錯誤的，同時數(shù)據(jù)段包含了描述此錯誤信息的代碼。當(dāng)主機收到這一信息時，會重新發(fā)送請求信息。校驗方式分為LCR(傳送數(shù)據(jù)為ASCII時)校驗或CRC(傳送數(shù)據(jù)為二進(jìn)制時)校驗，這里采用CRC校驗方式。
　　信息傳輸為異步方式，并以字節(jié)為單位。主從站之間通訊的字格式如表1所示。

　　Modbus協(xié)議可支持ASCII碼或二進(jìn)制格式的數(shù)據(jù)傳輸。ACSII碼方式下每一個字節(jié)數(shù)據(jù)分兩個字節(jié)傳送，二進(jìn)制方式下用一個字節(jié)傳送，為了減少數(shù)據(jù)傳輸量，一般選二進(jìn)制數(shù)據(jù)方式。各個區(qū)允許發(fā)送的字符均為16進(jìn)制的0～9,A～F。二進(jìn)制信息幀標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)為：
　　初始結(jié)構(gòu) ≥4字節(jié)的時間
　　地址碼 1字節(jié)
　　功能碼" title="功能碼">功能碼 1字節(jié)
　　數(shù)據(jù)區(qū) N字節(jié)
　　錯誤校驗 16位CRC碼
　　結(jié)束結(jié)構(gòu) ≥4字節(jié)的時間
　　二進(jìn)制模式中，信息開始至少需要3.5 個字符的靜止時間， 依據(jù)使用的波特率，很容易計算這個靜止時間。發(fā)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(fā)送一個新的信息。網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備連續(xù)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)上的信息，包括靜止時間。
3 單片機與觸摸屏地址的對應(yīng)關(guān)系
　　eView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(jìn)行通信時,需要把單片機和觸摸屏的數(shù)據(jù)進(jìn)行變換。觸摸屏畫面元件讀取地址的設(shè)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(nèi)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表示讀取的是控制器的輸入信號；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(nèi)部地址，起輔助作用。使用這些讀取地址的設(shè)備類型，觸摸屏即可顯示或設(shè)定控制器寄存器或I/O口的數(shù)值。以“數(shù)值輸入”元件為例，通過“小鍵盤”輸入數(shù)據(jù)即可設(shè)置單片機寄存器或I/O口的數(shù)值。如果啟動了“觸發(fā)地址”,那么當(dāng)被觸控時，輸入的數(shù)據(jù)就被存放到了指定的單片機地址中。
4 通信程序的開發(fā)
　　觸摸屏與單片機的通信程序采用PIC單片機C語言編寫。編譯工具選擇Hitech公司的PICC 編譯器。程序共分三大模塊，即初始化模塊、數(shù)據(jù)接收模塊以及數(shù)據(jù)處理及發(fā)送模塊" title="發(fā)送模塊">發(fā)送模塊。主程序流程圖如圖2所示。

　　PIC16F877單片機USART功能模塊帶有一個八位的波特率發(fā)生器BRG， BRG支持USART的同步和異步工作方式。用SPBRG寄存器控制一個獨立的八位定時器的周期。在異步方式下，發(fā)送狀態(tài)/控制寄存器TXSTA的BRGH位(即D2)被用來控制波特率。對串行口進(jìn)行的初始化如下^[2]：
　　GIE=1; %全局中斷允許；
　　SPBRG=25; %設(shè)置波特率為9600；
　　TXSTA=0x04; %選擇異步高速方式；
　　RCSTA=0x80; %允許同步串行口工作；
　　TRISC6=1;
　　TRISC7=1; %將C口的RC6和RC7設(shè)置為異步串行通信模式；
　　PEIE=1; %外圍接口中斷允許；
　　RCIE=1; %USART接收中斷允許；
　　TXIE=1; %USART發(fā)送中斷允許；
　　數(shù)據(jù)接收模塊由一個中斷函數(shù)組成。該中斷函數(shù)將觸摸屏發(fā)來的Modbus數(shù)據(jù)幀存儲在一個自定義的數(shù)組中，當(dāng)一幀數(shù)據(jù)接收完時，置接收結(jié)束標(biāo)志位為1，轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)處理及發(fā)送模塊。串行通信接收器的核心是接收移位寄存器RSR，當(dāng)接收到停止位時，如果RCREG緩沖器為空，RSR就把接收到的數(shù)據(jù)送入RCREG。傳送完成后，接收中斷標(biāo)志位RCIF被置1。實際的中斷是否被CPU響應(yīng)，可以通過設(shè)置外圍接口中斷允許寄存器PIE1的中斷允許位RCIE來控制。
　　數(shù)據(jù)處理及發(fā)送模塊執(zhí)行Modbus協(xié)議功能碼對應(yīng)的動作。eView觸摸屏與單片機以Modbus協(xié)議通信，用到的Modbus功能碼如表2所示。

　　以Modbus功能碼03為例來說明觸摸屏與單片機的實際通信數(shù)據(jù)格式。如單片機地址編號為01H，觸摸屏需要查看單片機中地址為0031H的寄存器的值，發(fā)送命令格式如表3所示。