【文章內(nèi)容簡介】 立的寄存器組成，一個是發(fā)送緩沖器，另一個是接收緩沖器。當要發(fā)送的數(shù)據(jù)傳送到SBUF 時，是送入發(fā)送緩沖器；而當要從 SBUF 讀取數(shù)據(jù)時，則出自接收緩沖器，讀取的是剛接收到的數(shù)據(jù)。 串行接口的工作方式 在串行接口的四種工作方式中，串行通信方式只適用 1， 2， 3 方式中。方式 0 主要用于擴展并行輸入 /輸出接口。 (1) 方式 0 在方式 0 狀態(tài)下，串行接口為同步移位寄存器方式，其波特率是固定的，為 /12，數(shù)據(jù)由 RXD()端輸入，同步移位脈沖由TXD()端輸出，發(fā)送、接收的是 8 位數(shù)據(jù)，低位在先。當執(zhí)行發(fā)送任何一條將 SBUF 作為目的寄存器的指令時，數(shù)據(jù)開始從 RXD 端串行發(fā)送，其波特率為振蕩頻率的 1/12。 (2) 方式 1 在方式 1 狀態(tài)下，串行接口為 8 位異步通信接口。 1 幀信息為 10位： 1 位起始位 (0)， 8 位數(shù)據(jù)（低位在先）和 1 位停止位 (1)。 TXD 為發(fā)送端， RXD 為接收端，波特率不變。在方式 1 的接收中設(shè)置有數(shù)據(jù)辨識功能，即在同時滿足以下兩個條件時 ，接收數(shù)據(jù)有效，可實現(xiàn) 9 裝載 SBUF， RB8 及 RI 置 1，接收控制器再次采樣 RXD 的負跳變，以便接收下一幀數(shù)據(jù)。下列條件任何一個不滿足時，所接收的數(shù)據(jù)無效，接收控制器不再恢復(fù)。 RI=0； SM2=0 或接收到的停止位 =1。 (3) 方式 2 和 3 在串行工作方式 2， 3 時，為 9 位異步通信接口，發(fā)送、接收一幀信息由 11 位組成，即起始位 1 位 (0)、數(shù)據(jù) 8 位（低位在先）、 1 位可編程位（第 9 數(shù)據(jù)位）和 1 位停止位 (1)。方式 2， 3 的區(qū)別在于：方式 2 的波特率為 /32 或 /64( / )，而方式 3 的波特率可變。 同樣，方式 2， 3 中也設(shè)置有數(shù)據(jù)辨識功能。即當“ RI=0； SM2=0或接收到的停止位數(shù)據(jù) =1”中的任一條件不滿足時，所接收的數(shù)據(jù)幀無效。注意接收到的停止位與 SBUF， RB8 或 RI 無關(guān)。 RS485簡介 RS485 接口芯片已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器、儀表、多媒體網(wǎng)絡(luò)、機電一體化產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域 [5]?？捎糜?RS485 接口的芯片種類也越來越多。如何在種類繁多的接口芯片中找到最合適的芯片，是擺在每一個使用 者面前的一個問題。 RS485 接口在不同的使用場合，對芯片的要求和使用方法也有所不同。使用者在芯片的選型和電路的設(shè)計上應(yīng)考慮哪些因素，由于某些芯片的固有特性，通信中有些故障甚至還需要在軟件上作相應(yīng)調(diào)整，如此等等。希望本文對解決 RS485接口的某些常見問題有所幫助。 10 RS485 接口標準 傳輸方式：差分 傳輸介質(zhì)：雙絞線 標準節(jié)點數(shù)： 32 最遠通信距離： 1200m 共模電壓最大、最小值： +12V； 7V 差分輸入范圍： 7V～ +12V 接收器輸入靈敏度：177。 200mV 接收器輸入阻抗：≥ 12kΩ (1) 節(jié)點數(shù) 節(jié)點數(shù)及半雙工和全雙工通信 所謂節(jié)點數(shù)，即每個 RS485 接口芯片的驅(qū)動器能驅(qū)動多少個標準 RS485 負載。根據(jù)規(guī)定，標準 RS485 接口的輸入阻抗為≥ 12kΩ，相應(yīng)的標準驅(qū)動節(jié)點數(shù)為 32。為適應(yīng)更多節(jié)點的通信場合，有些芯片的輸入阻抗設(shè)計成 1/2 負載 (≥ 24kΩ )、 1/4 負載 (≥ 48kΩ )甚至 1/8負載 (≥ 96kΩ )，相應(yīng)的節(jié)點數(shù)可增加到 6 128 和 256。表 1 為一些常見芯片的節(jié)點數(shù)。 32 節(jié)點： SN75176， SN75276， SN75179， SN75180， MAX485，MAX488， MAX490 64 節(jié)點： SN75LBC184 128 節(jié)點： MAX487， MAX1487 256 節(jié)點： MAX1482， MAX1483， MAX3080～ MAX3089 (2) 半雙工和全雙工 11 RS485 接口可連接成半雙工和全雙工兩種通信方式。半雙工通信的芯片有 SN7517 SN7527 SN75LBC18 MAX48 MAX 148MAX308 MAX1483 等；全雙工通信的芯片有 SN7517 SN75180、MAX488~MAX49 MAX1482 等。 應(yīng)用中的常見問題 抗雷擊和抗靜電沖擊 RS485 接口芯片在使用、焊接或設(shè)備的運輸途中都有可能受到靜電的沖擊而損壞。在傳輸線架設(shè)于戶外的使用場合，接口芯片乃至整個系統(tǒng)還有可能遭致雷電的襲擊。選用抗靜電或抗雷擊的芯片可有效避免此類損失，常見的芯片有 MAX485E、 MAX487E、 MAX1487E等。特別值得一提的是 SN75LBC184，它不但能抗雷電的沖擊而且能承受高達 8kV 的靜電放電沖擊，是目前市場上不可多得的一款產(chǎn)品。 限斜率驅(qū)動 由于信號在傳輸過程中會產(chǎn)生電磁干擾和終端反射，使有效信號和無效信 號在傳輸線上相互迭加，嚴重時會使通信無法正常進行。為解決這一問題，某些芯片的驅(qū)動器設(shè)計成限斜率方式，使輸出信號邊沿不要過陡，以不致于在傳輸線上產(chǎn)生過多的高頻分量，從而有效地扼制干擾的產(chǎn)生。如 MAX48 SN75LBC184 等都具有此功能。 故障保護 故障保護技術(shù)是近兩年產(chǎn)生的，一些新的 RS485 芯片都采用了此項技術(shù)，如 SN7527 MAX3080~MAX3089。什么是故障保護，為什么要有故障保護，如果沒有故障保護會產(chǎn)生什么后果？ 12 眾所周知， RS485 接口采用的是一種差分傳輸方式， 各節(jié)點之間的通信都是通過一對（半雙工）或兩對（全雙工）雙絞線作為傳輸介質(zhì)。根據(jù) RS485 的標準規(guī)定，接收器的接收靈敏度為177。 200mV，即接收端的差分電壓大于、等于 +200mV 時，接收器輸出為高電平；小于、等于 200mV 時，接收器輸出為低電平；介于177。 200mV 之間時，接收器輸出為不確定狀態(tài)。在總線空閑即傳輸線上所有節(jié)點都為接收狀態(tài)以及在傳輸線開路或短路故障時，若不采取特殊措施，則接收器可能輸出高電平也可能輸出低電平。一旦某個節(jié)點的接收器產(chǎn)生低電平就會使串行接收器 (UART)找不到起始位，從而引起通信異常， 解決此類問題的方法有兩種： (1) 使用帶故障保護的芯片，它會在總線開路、短路和空閑情況下，使接收器的輸出為高電平。確保總線空閑、短路時接收器輸出高電平是由改變接收器輸入門限來實現(xiàn)的。例如， MAX3080～ MAX 3089 輸入靈敏度為 50mV/200mV，即差分接收器輸入電壓 UAB≥50mV 時，接收器輸出邏輯高電平；如果 UAB≤ 200mV，則輸出邏輯低電平。 當接收器輸入端總線短路或總線上所有發(fā)送器被禁止時，接收器差分輸入端為 0V，從而使接收器輸出高電平。同理， SN75276的靈敏度為 0mV/300mV，因而達到故障保護的目的。 (2) 若使用不帶故障保護的芯片，如 SN7517 MAX1487 等時，可在軟件上作一些處理，從而避免通信異常。即在進入正常的數(shù)據(jù)通信之前，由主機預(yù)先將總線驅(qū)動為大于 +200mV，并保持一段時間，使所有節(jié)點的接收器產(chǎn)生高電平輸出。這樣，在發(fā)出有效數(shù)據(jù)時，所 13 有接收器能夠正確地接收到起始位，進而接收到完整的數(shù)據(jù)。 RS485應(yīng)用設(shè)計 485芯片 DE控制端的設(shè)計 由于應(yīng)用系統(tǒng)中，主機與分機相隔較遠，通信線路的總長度往往超過 400 米，而分機系統(tǒng)上電或復(fù)位又常常不在同一個時刻完成。如果在此時某個 75176 的 DE 端電位為“１”，那么它的 485 總線輸出將會處于發(fā)送狀態(tài)，也就是占用了通信總線，這樣其它的分機就無法與 主機進行 通信： 這種情況尤其表現(xiàn)在某個分機出現(xiàn)異常情況下（死機），會使整個系統(tǒng)通信崩潰。因此在電路設(shè)計時，應(yīng)保證系統(tǒng)上電復(fù)位時 75176 的 DE 端電位為“ 0”。由于 8031 在復(fù)位期間， I/O口輸出高電平，故圖 2 電 路的接法有效地解決復(fù)位期間分機“咬”總線的問題。 隔離光耦電路的參數(shù)選取 在應(yīng)用系統(tǒng)中，由于要對現(xiàn)場情況進行實時監(jiān)控及響應(yīng)，通信數(shù)據(jù)的波特率往往做得較高（通常都在 4800 波特以上）。限制通信波特率提高的“瓶頸”，并不是現(xiàn)場的導(dǎo)線（現(xiàn)場施工一般使用 5 類非屏蔽的雙絞線），而是在與單片機系統(tǒng)進行信號隔離的光耦電路上。此處采用 TIL117。電路設(shè)計中可以考慮采用高速光耦，如 6N13 6N136等芯片，也可以優(yōu)化普通光耦電路參數(shù)的設(shè)計，使之能工作在最佳狀態(tài)。例如：電阻 R R3 如果選取得較大，將會 使光耦的發(fā)光管由截止進入飽和變得較慢；如果選取得過小，退出飽和也會很慢，所以這 14 兩只電阻的數(shù)值要精心選取，不同型號的光耦及驅(qū)動電路使得這兩個電阻的數(shù)值略有差異，這一點在電路設(shè)計中要特別慎重，不能隨意，通?？梢杂蓪嶒瀬矶?。 485總線輸出電路部分的設(shè)計 輸出電路的設(shè)計要充分考慮到線路上的各種干擾及線路特性阻抗的匹配。由于工程環(huán)境比較復(fù)雜，現(xiàn)場常有各種形式的干擾源，所以 485 總線的傳輸端一定要加有保護措施。在電路設(shè)計中采用穩(wěn)壓管D D2 組成的吸收回路，也可以選用能夠抗浪涌的 TVS 瞬態(tài)雜波抑制器 件，或者直接選用能抗雷擊的 485 芯片（如 SN75LBC184 等）。 考慮到線路的特殊情況（如某一臺分機的 485 芯片被擊穿短路），為防止總線中其它分機的通信受到影響，在 75176 的 485 信號輸出端串聯(lián)了兩個 20Ω的電阻 R R11。這樣本機的硬件故障就不會使整個總線的通信受到影響。在應(yīng)用系統(tǒng)工程的現(xiàn)場施工中，由于通信載體是雙絞線，它的特性阻抗為 120Ω左右，所以線路設(shè)計時，在 RS485網(wǎng)絡(luò)傳輸線的始端和末端各應(yīng)接 1 只 120Ω的匹配電阻（如圖 1 中 R8），以減少線路上傳輸信號的反射。由于 RS485 芯片的特 性，接收器的檢測靈敏度為177。 200mV，即差分輸入端 VA VB≥ +200mV，輸出邏輯 1， VA VB≤ 200mV，輸出邏輯 0；而 A、 B 端電位差的絕對值小于 200mV 時，輸出為不確定。如果在總線上所有發(fā)送器被禁止時，接收器輸出邏輯 0，這會誤認為通信幀的起始引起工作不正常。解決這個問題的辦法是人為地使 A端電位高于 B兩端電位，這樣 RXD的電平在 485 總線不發(fā)送期間（總線懸浮時）呈現(xiàn)唯一的高電平， 8031 15 單片機就不會被誤中斷而收到亂字符。通過在 485 電路的 A、 B 輸出端加接上拉、下拉電阻 R R9，即可很好地解決這個 問題。 軟件的編程 485 芯片的軟件編程對產(chǎn)品的可靠性也有很大影響。由于 485 總線是異步半雙工的通信總線，在某一個時刻，總線只可能呈現(xiàn)一種狀態(tài)，所以這種方式一般適用于主機對分機的查詢方式通信，總線上必然有一臺始終處于主機地位的設(shè)備在巡檢其它的分機，所以需要制定一套合理的通信協(xié)議來協(xié)調(diào)總線的分時共用。這里采用的是數(shù)據(jù)包通信方式。通信數(shù)據(jù)是成幀成包發(fā)送的，每包數(shù)據(jù)都有引導(dǎo)碼、長度碼、地址碼、命令碼、內(nèi)容、校驗碼等部分組成。其中引導(dǎo)碼是用于同步每一包數(shù)據(jù)的引導(dǎo)頭；長度碼是這一包數(shù)據(jù)的總長度；命令碼是 主機 對分機（或分機應(yīng)答主機）的控制命令；地址碼是分機的本機地址號；“內(nèi)容”是這一包數(shù)據(jù)里的各種信息；校驗碼是這一包數(shù)據(jù)的校驗標志，可以采用奇偶校驗、和校驗等不同的方式。 在 485 芯片的通信中，尤其要注意對 485 控制端 DE 的軟件編程。為了可靠的工作，在 485 總線狀態(tài)切換時需要做適當延時，再進行數(shù)據(jù)的收發(fā)。具體的做法是在數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)下，先將控制端置“ 1”，延時 1ms 左右的時間，再發(fā)送有效的數(shù)據(jù)，一包數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后再延時1ms 后，將控制端置“ 0”。這樣的處理會使總線在狀態(tài)切換時，有一個穩(wěn)定的工作過程。 5 系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)總體框圖 16 系統(tǒng)采用 RS485CAN 總線協(xié)議，有主從兩個獨立系統(tǒng)，所以在硬件設(shè)計上有兩種框圖 ，如圖 和圖 ： 從機采用 485 芯片為串口通信芯片，輔助兩個按鍵判鍵電路構(gòu)成總體的硬件結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)都是采用 +5V 電源供電，則框圖如圖 ： 主 機8 9 S 5 1T X DR X D1 號 從 機8 9 S 5 1T X D R X D2 號 從 機8 9 S 5 1T X D R X D2 2 5 號 從機 8 9 S 5 1T X D R X D… 圖 總體框圖