單片機(jī) RS485 通信接口、控制線、原理圖及程序?qū)嵗?/h1>

時(shí)間：2018-11-28 17:40:01

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RS232 標(biāo)準(zhǔn)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(dá)到十幾 V，使用不當(dāng)容易損壞接口芯片，電平標(biāo)準(zhǔn)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(shè)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，最多只能通信幾十米。

通信的時(shí)候只能兩點(diǎn)之間進(jìn)行通信，不能夠?qū)崿F(xiàn)多機(jī)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(biāo)準(zhǔn)，RS485 就是其中之一，它具備以下的特點(diǎn)：

采用差分信號。我們在講 A/D 的時(shí)候，講過差分信號輸入的概念，同時(shí)也介紹了差分輸入的好處，最大的優(yōu)勢是可以抑制共模干擾。尤其當(dāng)工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境比較復(fù)雜，干擾比較多時(shí)，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，最大傳輸速度可以達(dá)到 10 Mb/s 以上。

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

傳輸距離最遠(yuǎn)可以達(dá)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 100 Kb/s 以下的傳輸速度，才能達(dá)到最大的通信距離，如果需要傳輸更遠(yuǎn)距離可以使用中繼。

可以在總線上進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信，總線上允許掛多個(gè)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(gè)設(shè)備的驅(qū)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(gè) RS485 轉(zhuǎn)換器，就可以直接與單片機(jī)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(shí)進(jìn)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(shí)候發(fā)送，什么時(shí)候接收呢？

RS485 轉(zhuǎn)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18-1 MAX485 硬件接口

MAX485 是美信(Maxim)推出的一款常用 RS485 轉(zhuǎn)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(gè)引腳；1腳和4腳分別接到單片機(jī)的 RXD 和 TXD 引腳上，直接使用單片機(jī) UART 進(jìn)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(qū)動器，我們把這兩個(gè)引腳連到一起，平時(shí)不發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，保持這兩個(gè)引腳是低電平，讓 MAX485 處于接收狀態(tài)，當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，把這個(gè)引腳拉高，發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送完畢后再拉低這個(gè)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(gè)電阻，這個(gè)電阻阻值從100歐到 1 K 都是可以。

在這里我們還要介紹一下如何使用 KST-51 單片機(jī)開發(fā)板進(jìn)行外圍擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。我們的開發(fā)板只能把基本的功能給同學(xué)們做出來提供實(shí)驗(yàn)練習(xí)，但是同學(xué)們學(xué)習(xí)的腳步不應(yīng)該停留在這個(gè)實(shí)驗(yàn)板上。如果想進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)，就可以通過單片機(jī)開發(fā)板的擴(kuò)展接口進(jìn)行擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。大家可以看到藍(lán)綠色的單片機(jī)座周圍有32個(gè)插針，這32個(gè)插針就是把單片機(jī)的32個(gè) 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(gè)器件，如圖18-2所示。

圖18-2 單片機(jī)擴(kuò)展接口

這32個(gè) IO 口中并不是所有的都可以用來對外擴(kuò)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(gè)引腳是不可用的。比如 P3.2 這個(gè)引腳，如果我們用來擴(kuò)展，發(fā)送的信號如果和 DS18B20 的時(shí)序吻合，會導(dǎo)致 DS18B20 拉低引腳，影響通信。除這3個(gè) IO 口以外的其它29個(gè)，都可以使用杜邦線接上插針，擴(kuò)展出來使用。當(dāng)然了，如果把當(dāng)前的 IO 口應(yīng)用于擴(kuò)展功能了，板子上的相應(yīng)功能就實(shí)現(xiàn)不了了，也就是說需要擴(kuò)展功能和板載功能之間二選一。

在進(jìn)行 RS485 實(shí)驗(yàn)中，我們通信用的引腳必須是 P3.0 和 P3.1，此外還有一個(gè)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(gè) USB 轉(zhuǎn) RS485 模塊，用雙絞線把開發(fā)板和模塊上的 A 和 B 分別對應(yīng)連起來，USB 那頭插入電腦，然后就可以進(jìn)行通信了。

學(xué)習(xí)了第13章實(shí)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(shí)用串口通信例程的思路，做了一個(gè)簡單的程序，通過串口調(diào)試助手下發(fā)任意個(gè)字符，單片機(jī)接收到后在末尾添加“回車+換行”符后再送回，在調(diào)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(diǎn)是：因?yàn)槠匠６际菍?MAX485 設(shè)置為接收狀態(tài)，只有在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)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(gè)細(xì)節(jié)，就是單片機(jī)的發(fā)送和接收中斷產(chǎn)生的時(shí)刻都是在停止位的一半上，也就是說每當(dāng)停止位傳送了一半的時(shí)候，RI 或 TI 就已經(jīng)置位并且馬上進(jìn)入中斷（如果中斷使能的話）函數(shù)了，接收的時(shí)候自然不會存在問題，但發(fā)送的時(shí)候就不一樣了：當(dāng)緊接著向 SBUF 寫入一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)，UART 硬件會在完成上一個(gè)停止位的發(fā)送后，再開始新字節(jié)的發(fā)送，但如果此時(shí)不是繼續(xù)發(fā)送下一個(gè)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(shí)就有問題了，因?yàn)檫@時(shí)候最后的這個(gè)停止位實(shí)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(gè)操作，這是人為的增加了 50 us 的延時(shí)，這 50 us 的時(shí)間正好讓剩下的一半停止位完成，那么這個(gè)時(shí)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*****/

#include#includesbitRS485_DIR=P1^7;//RS485方向選擇引腳bitflagFrame=0;//幀接收完成標(biāo)志，即接收到一幀新數(shù)據(jù)bitflagTxd=0;//單字節(jié)發(fā)送完成標(biāo)志，用來替代TXD中斷標(biāo)志位unsignedcharcntRxd=0;//接收字節(jié)計(jì)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(shè)置為接收方向SCON=0x50;//配置串口為模式1TMOD&=0x0F;//清零T1的控制位TMOD"=0x20;//配置T1為模式2TH1=256-(11059200/12/32)/baud;//計(jì)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(shí)函數(shù)，延時(shí)時(shí)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(shè)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(biāo)志SBUF=*buf++;//發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)while(!flagTxd);//等待該字節(jié)發(fā)送完成}DelayX10us(5);//等待最后的停止位完成，延時(shí)時(shí)間由波特率決定RS485_DIR=0;//RS485設(shè)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(shí)際讀到的長度*/unsignedcharUartRead(unsignedchar*buf,unsignedcharlen){unsignedchari;//指定讀取長度大于實(shí)際接收到的數(shù)據(jù)長度時(shí)，//讀取長度設(shè)置為實(shí)際接收到的數(shù)據(jù)長度if(len>cntRxd){len=cntRxd;}for(i=0;i0){//接收計(jì)數(shù)器大于零時(shí)，監(jiān)控總線空閑時(shí)間if(cntbkp!=cntRxd){//接收計(jì)數(shù)器改變，即剛接收到數(shù)據(jù)時(shí)，清零空閑計(jì)時(shí)cntbkp=cntRxd;idletmr=0;}else{//接收計(jì)數(shù)器未改變，即總線空閑時(shí)，累積空閑時(shí)間if(idletmr<30){//空閑計(jì)時(shí)小于30ms時(shí)，持續(xù)累加idletmr+=ms;if(idletmr>=30){//空閑時(shí)間達(dá)到30ms時(shí)，即判定為一幀接收完畢f(xié)lagFrame=1;//設(shè)置幀接收完成標(biāo)志}}}}else{cntbkp=0;}}/*串口驅(qū)動函數(shù)，監(jiān)測數(shù)據(jù)幀的接收，調(diào)度功能函數(shù)，需在主循環(huán)中調(diào)用*/voidUartDriver(){unsignedcharlen;unsignedcharpdatabuf[40];if(flagFrame){//有命令到達(dá)時(shí)，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(diào)用動作執(zhí)行函數(shù)}}/*串口中斷服務(wù)函數(shù)*/voidInterruptUART()interrupt4{if(RI){//接收到新字節(jié)RI=0;//清零接收中斷標(biāo)志位//接收緩沖區(qū)尚未用完時(shí)，保存接收字節(jié)，并遞增計(jì)數(shù)器if(cntRxd