單片機RS485通信接口、控制線、原理圖及程序教學實例-設計應用

精品文檔-下載后可編輯單片機RS485通信接口、控制線、原理圖及程序教學實例-設計應用［前言］RS232標準是誕生于RS485之前的，但是RS232有幾處不足的地方：接口的信號電平值較高，達到十幾V，使用不當容易損壞接口芯片，電平標準也與TTL電平不兼容。傳輸速率有局限，不可以過高，一般到一兩百千比特每秒（Kb/s）就到極限了。接口使用信號線和GND與其它設備形成共地模式的通信，這種共地模式傳輸容易產(chǎn)生干擾，并且抗干擾性能也比較弱。傳輸距離有限，多只能通信幾十米。通信的時候只能兩點之間進行通信，不能夠實現(xiàn)多機聯(lián)網(wǎng)通信。針對RS232接口的不足，就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標準，RS485就是其中之一。RS232標準是誕生于RS485之前的，但是RS232有幾處不足的地方：

接口的信號電平值較高，達到十幾V，使用不當容易損壞接口芯片，電平標準也與TTL電平不兼容。

傳輸速率有局限，不可以過高，一般到一兩百千比特每秒（Kb/s）就到極限了。

接口使用信號線和GND與其它設備形成共地模式的通信，這種共地模式傳輸容易產(chǎn)生干擾，并且抗干擾性能也比較弱。

傳輸距離有限，多只能通信幾十米。

通信的時候只能兩點之間進行通信，不能夠實現(xiàn)多機聯(lián)網(wǎng)通信。

針對RS232接口的不足，就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標準，RS485就是其中之一，它具備以下的特點：

采用差分信號。我們在講A/D的時候，講過差分信號輸入的概念，同時也介紹了差分輸入的好處，的優(yōu)勢是可以抑制共模干擾。尤其當工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境比較復雜，干擾比較多時，采用差分方式可以有效的提高通信可靠性。RS485采用兩根通信線，通常用A和B或者D+和D-來表示。邏輯“1”以兩線之間的電壓差為+（0.2~6）V表示，邏輯“0”以兩線間的電壓差為-（0.2~6）V來表示，是一種典型的差分通信。

RS485通信速率快，傳輸速度可以達到10Mb/s以上。

RS485內(nèi)部的物理結構，采用的是平衡驅動器和差分接收器的組合，抗干擾能力也大大增加。

傳輸距離遠可以達到1200米左右，但是它的傳輸速率和傳輸距離是成反比的，只有在100Kb/s以下的傳輸速度，才能達到的通信距離，如果需要傳輸更遠距離可以使用中繼。

可以在總線上進行聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)多機通信，總線上允許掛多個收發(fā)器，從現(xiàn)有的RS485芯片來看，有可以掛32、64、128、256等不同個設備的驅動器。

RS485的接口非常簡單，與RS232所使用的MAX232是類似的，只需要一個RS485轉換器，就可以直接與單片機的UART串口連接起來，并且使用完全相同的異步串行通信協(xié)議。但是由于RS485是差分通信，因此接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)是不能同時進行的，也就是說它是一種半雙工通信。那我們?nèi)绾闻袛嗍裁磿r候發(fā)送，什么時候接收呢？

RS485轉換芯片很多，這節(jié)課我們以典型的MAX485為例講解RS485通信，如圖18-1所示。

圖18-1MAX485硬件接口

MAX485是美信（Maxim）推出的一款常用RS485轉換器。其中5腳和8腳是電源引腳;6腳和7腳就是RS485通信中的A和B兩個引腳;1腳和4腳分別接到單片機的RXD和TXD引腳上，直接使用單片機UART進行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送;2腳和3腳是方向引腳，其中2腳是低電平使能接收器，3腳是高電平使能輸出驅動器，我們把這兩個引腳連到一起，平時不發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，保持這兩個引腳是低電平，讓MAX485處于接收狀態(tài)，當需要發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，把這個引腳拉高，發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送完畢后再拉低這個引腳就可以了。為了提高RS485的抗干擾能力，需要在靠近MAX485的A和B引腳之間并接一個電阻，這個電阻阻值從100歐到1K都是可以。

在這里我們還要介紹一下如何使用KST-51單片機開發(fā)板進行外圍擴展實驗。我們的開發(fā)板只能把基本的功能給同學們做出來提供實驗練習，但是同學們學習的腳步不應該停留在這個實驗板上。如果想進行更多的實驗，就可以通過單片機開發(fā)板的擴展接口進行擴展實驗。大家可以看到藍綠色的單片機座周圍有32個插針，這32個插針就是把單片機的32個IO引腳全部都引出來了。在原理圖上體現(xiàn)出來的就是J4、J5、J6、J7這4個器件，如圖18-2所示。

圖18-2單片機擴展接口

這32個IO口中并不是所有的都可以用來對外擴展，其中既作為數(shù)據(jù)輸出，又可以作為數(shù)據(jù)輸入的引腳是不可以用的，比如P3.2、P3.4、P3.6引腳，這三個引腳是不可用的。比如P3.2這個引腳，如果我們用來擴展，發(fā)送的信號如果和DS18B20的時序吻合，會導致DS18B20拉低引腳，影響通信。除這3個IO口以外的其它29個，都可以使用杜邦線接上插針，擴展出來使用。當然了，如果把當前的IO口應用于擴展功能了，板子上的相應功能就實現(xiàn)不了了，也就是說需要擴展功能和板載功能之間二選一。

在進行RS485實驗中，我們通信用的引腳必須是P3.0和P3.1，此外還有一個方向控制引腳，我們使用杜邦線將其連接到P1.7上去。RS485的另外一端，大家可以使用一個USB轉RS485模塊，用雙絞線把開發(fā)板和模塊上的A和B分別對應連起來，USB那頭插入電腦，然后就可以進行通信了。

學習了第13章實用的串口通信方法和程序后，做這種串口通信的方法就很簡單了，基本是一致的。我們使用實用串口通信例程的思路，做了一個簡單的程序，通過串口調試助手下發(fā)任意個字符，單片機接收到后在末尾添加“回車+換行”符后再送回，在調試助手上重新顯示出來，先把程序貼出來。

程序中需要注意的一點是：因為平常都是將MAX485設置為接收狀態(tài)，只有在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候才將MAX485改為發(fā)送狀態(tài)，所以在UartWrite（）函數(shù)開頭將MAX485方向引腳拉高，函數(shù)退出前再拉低。但是這里有一個細節(jié)，就是單片機的發(fā)送和接收中斷產(chǎn)生的時刻都是在停止位的一半上，也就是說每當停止位傳送了一半的時候，RI或TI就已經(jīng)置位并且馬上進入中斷（如果中斷使能的話）函數(shù)了，接收的時候自然不會存在問題，但發(fā)送的時候就不一樣了：當緊接著向SBUF寫入一個字節(jié)數(shù)據(jù)時，UART硬件會在完成上一個停止位的發(fā)送后，再開始新字節(jié)的發(fā)送，但如果此時不是繼續(xù)發(fā)送下一個字節(jié)，而是已經(jīng)發(fā)送完畢了，要停止發(fā)送并將MAX485方向引腳拉低以使MAX485重新處于接收狀態(tài)時就有問題了，因為這時候的這個停止位實際只發(fā)送了一半，還沒有完全完成，所以就有了UartWrite（）函數(shù)內(nèi)DelayX10us（5）這個操作，這是人為的增加了50us的延時，這50us的時間正好讓剩下的一半停止位完成，那么這個時間自然就是由通信波特率決定的了，為波特率周期的一半。

/****************************RS485.c文件程序源代碼*****************************/

純文本復制

#include

#include

sbitRS485_DIR=P1^7;//RS485方向選擇引腳

bitflagFrame=0;//幀接收完成標志，即接收到一幀新數(shù)據(jù)

bitflagTxd=0;//單字節(jié)發(fā)送完成標志，用來替代TXD中斷標志位

unsignedcharcntRxd=0;//接收字節(jié)計數(shù)器

unsignedcharpdatabufRxd［64］;//接收字節(jié)緩沖區(qū)

externvoidUartAcTIon（unsignedchar*buf，unsignedcharlen）;

/*串口配置函數(shù)，baud-通信波特率*/

voidConfigUART（unsignedintbaud）{

RS485_DIR=0;//RS485設置為接收方向

SCON=0x50;//配置串口為模式1

TMOD=0x0F;//清零T1的控制位

TMOD|=0x20;//配置T1為模式2

TH1=256-（11059200/12/32）/baud;//計算T1重載值

TL1=TH1;//初值等于重載值

ET1=0;//禁止T1中斷

ES=1;//使能串口中斷

TR1=1;//啟動T1

}

/*軟件延時函數(shù)，延時時間（t*10）us*/

voidDelayX10us（unsignedchart）{

do{

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

}while（--t）;

}

/*串口數(shù)據(jù)寫入，即串口發(fā)送函數(shù)，buf-待發(fā)送數(shù)據(jù)的指針，len-指定的發(fā)送長度*/

voidUartWrite（unsignedchar*buf，unsignedcharlen）{

RS485_DIR=1;//RS485設置為發(fā)送

while（len--）{//循環(huán)發(fā)送所有字節(jié)

flagTxd=0;//清零發(fā)送標志

SBUF=*buf++;//發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)

while（！flagTxd）;//等待該字節(jié)發(fā)送完成

}

DelayX10us（5）;//等待的停止位完成，延時時間由波特率決定

RS485_DIR=0;//RS485設置為接收

}

/*串口數(shù)據(jù)讀取函數(shù)，buf-接收指針，len-指定的讀取長度，返回值-實際讀到的長度*/

unsignedcharUartRead（unsignedchar*buf，unsignedcharlen）{

unsignedchari;

//指定讀取長度大于實際接收到的數(shù)據(jù)長度時，

//讀取長度設置為實際接收到的數(shù)據(jù)長度

if（len》cntRxd）{

len=cntRxd;

}

for（i=0;i

*buf++=bufRxd［i］;

}

cntRxd=0;//接收計數(shù)器清零

returnlen;//返回實際讀取長度

}

/*串口接收監(jiān)控，由空閑時間判定幀結束，需在定時中斷中調用，ms-定時間隔*/

voidUartRxMonitor（unsignedcharms）{

staTIcunsignedcharcntbkp=0;

staTIcunsignedcharidletmr=0;

if（cntRxd》0）{//接收計數(shù)器大于零時，監(jiān)控總線空閑時間

if（cntbkp！=cntRxd）{//接收計數(shù)器改變，即剛接收到數(shù)據(jù)時，清零空閑計時

cntbkp=cntRxd;

idletmr=0;

}else{//接收計數(shù)器未改變，即總線空

}else{//接收計數(shù)器未改變，即總線空閑時，累積空閑時間

if（idletmr《30）{//空閑計時小于30ms時，持續(xù)累加

idletmr+=ms;

if（idletmr》=30）{//空閑時間達到30ms時，即判定為一幀接收完畢

flagFrame=1;//設置幀接收完成標志

}

}

}

}else{

cntbkp=0;

}

}

/*串口驅動函數(shù)，監(jiān)測數(shù)據(jù)幀的接收，調度功能函數(shù)，需在主循環(huán)中調用*/

voidUartDriver（）{

unsignedcharlen;

unsignedcharpdatabuf［40］;

if（flagFrame）{//有命令到達時，讀取處理該命令

flagFrame=0;

len=UartRead（buf，sizeof（buf）-2）;//將接收到的命令讀取到緩沖區(qū)中

UartAction（buf，len）;//傳遞數(shù)據(jù)幀，調用動作執(zhí)行函數(shù)

}

}

/*串口中斷服務函數(shù)*/

voidInterruptUART（）interrupt4{

if（RI）{//接收到新字節(jié)

RI=0;//清零接收中斷標志位

//接收緩沖區(qū)尚未用完時，保存接收字節(jié)，并遞增計數(shù)器

if（cntRxd《sizeof（bufRxd））{

bufRxd［cntRxd++］=SBUF;

}

}

if（TI）{//字節(jié)發(fā)送完畢

TI=0;//清零發(fā)送中斷標志位

flagTxd=1;//設置字節(jié)發(fā)送完成標志

}

}

/*****************************main.c文件程序源代碼******************************/

#include

unsignedcharT0RH=0;//T0重載值的高字節(jié)

unsignedcharT0RL=0;//T0重載值的低字節(jié)

voidConfigTimer0（unsignedintms）;

externvoidUartDriver（）;

externvoidConfigUART（unsignedintbaud）;

externvoidUartRxMonitor（unsignedcharms）;

externvoidUartWrite（unsignedchar*buf，unsignedcharlen）;

voidmain（）{

EA=1;//開總中斷

ConfigTimer0（1）;//配置T0定時1ms

ConfigUART（9600）;//配置波特率為9600

while（1）{

UartDriver（）;//調用串口驅動

}

}

/*串口動作函數(shù)，根據(jù)接收到的命令幀執(zhí)行響應的動作

buf-接收到的命令幀指針，len-命令幀長度*/

voidUartAction（unsignedchar*buf，unsignedcharlen）{

//在接收到的數(shù)據(jù)幀后添加換車換行符后發(fā)回

buf［len++］=‘\r’;

buf［len++］=‘\n’;

UartWrite（buf，len）;

}

/*配置并啟動T0，ms-T0定時時間*/

voidConfigTimer0（unsignedintms）{

unsi