【文章內(nèi)容簡介】 通信總線。但是基于在 RS485 總線上任一時刻只能存在一個主機的特點，它往往應用在集中控制樞紐與分散控制單元之間 [2]。9 RS232, RS422, RS485 通訊方式的區(qū)別RS232, RS422, RS485 通訊方式的最主要的區(qū)別是 RS422 和 RS485 都采用平衡驅(qū)動和差分輸入的方式，有效的消除了共模干擾，并且 RS485 有更寬的共模輸入范圍(7v～+12v)；能實現(xiàn)一點對多點的通信；傳輸距離遠；傳輸速率快。如表 21 所示 [2]。表 21 RS232, RS422, RS185 的區(qū)別標準 RS232 RS422 RS485工作方式 單端 差分 差分節(jié)點數(shù) 1 收 1 發(fā) 1 發(fā) 10 收 1 發(fā) 32 收最大傳輸電纜長度 50 英尺 4000 英尺 4000 英尺最大傳輸速率 20kbps 10Mbps 10Mbps最大驅(qū)動輸出電壓 +/25V ～+6V 7V～+12V發(fā)送器輸出信號電平（負載最小值） 負載 +/5V～+/15V 177。 177。發(fā)送器輸出信號電平（空載最大值） 空載 +/25V 177。6V 177。6V發(fā)送器負載阻抗（Ω） 3k～7k 100 54擺率（最大值） 30V/181。S N/A N/A接收器輸入電壓范圍 177。15V 10V～+10V 7V～+12V接收器輸入門限 177。3V 177。200mV 177。200mV接收器輸入電阻（Ω） 3k～7k 4k（最?。?=12k發(fā)送器共模電壓 3V～+3V 1V～+3V接收器共模電壓 7V～+7V 7V～+12V 通信芯片的介紹 RS232 通信芯片PC 機串口是 RS232 電平的，以正負電壓來表示邏輯狀態(tài)，而單片機的串口是 TTL 電平的，以高低電平表示邏輯狀態(tài)。因此，為了能夠使計算機接口和終端的 TTL 器件連接，必須在 RS232C 與 TTL 電路之間進行電平和邏輯關系變換。使用 MAX232 芯片可以將PC 機串行口的 RS232C 電平轉(zhuǎn)換為 TTL 標準電平。10MAX232 芯片內(nèi)部有一個電源電壓變換器，可以把輸入的+5V 電源電壓變換成為 RS232C 輸出電平所需的士 l0V 電壓。所以，采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需單一的+5V 電源就可以了。MAX232 芯片的引腳結構如圖 25 所示：C1+1 VDD 2C13C2+4C25VEE 6T2OUT 7R2IN 8R2OUT9T2IN10T1IN11R1OUT12 R1IN 13T1OUT 14GND15VCC 16MAX232 圖 25 MAX232 引腳功能圖實際應用中，T1IN, T2IN 可直接接 TTL/CMOS 電平的 MCS51 單片機的串行發(fā)送端TxD； RIOUT, R2OUT 可直接接 TTL/CMOS 電平的 MCS51 單片機的串行接收端 RxD； TIOUT, T2OUT 可直接接 PC 機的 RS232 串口的接收端 RxD； R1IN, R2IN 可直接 PC 機的RS232 串口的發(fā)送端 TxD[1]。 RS485 通信芯片RS485 芯片作為一種常用的通訊接口器件，可以在許多半導體公司的“標準接口器件”欄目中“收發(fā)器”類元件中找到對應的型號。所以在進行 RS485 通訊芯片設計之前，有必要選擇一款成功在市場上應用的相關芯片進行分析研究，以確保設計的成功性。本設計選擇的是 MAXIM 公司的 MAX485，其內(nèi)部結構如圖 26 所示。該芯片具有低功耗，單電源供電等優(yōu)點，主要應用于低功耗 RS485 收發(fā)器、低功耗 RS422 收發(fā)器、RS232485電平轉(zhuǎn)換器和工業(yè)控制局域網(wǎng)等 [4]。11234VCC 81 67GND5DRABUMAX485RERODIDEGNDVCCAB圖 26 MAX485 芯片內(nèi)部結構其內(nèi)部邏輯關系如表 22 所示：表 22 MAX485 邏輯關系MAX485 芯片采用單一電源+5 V 工作，額定電流為 300μA，采用半雙工通訊方式。它完成將 TTL 電平轉(zhuǎn)換為 RS485 電平的功能，將輸入的 TTL 電平轉(zhuǎn)換成差分電平輸出。其結構和引腳都非常簡單，內(nèi)部含有一個驅(qū)動器和接收器。RO 和 DI 端分別為接收器的輸出和驅(qū)動器的輸入端，與單片機連接時只需分別與單片機的 RXD 和 TXD 相連即可；RE 和 DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當 RE 為邏輯 0 時，器件處于接收狀態(tài)；當 DE 為邏輯 1時，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因為 MAX485 工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機的一個管腳控制這兩個引腳即可；A 端和 B 端分別為接收和發(fā)送的差分信號端，當 A 引腳的電平高于發(fā)送/RE DE DI A B H H H L H L L H L Z Z接收AB /RE DE RO≥+ L L H≤ L L L H L Z12B 時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 1；當 A 的電平低于 B 端時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 0。在與單片機連接時接線非常簡單。只需要一個信號控制 MAX485 的接收和發(fā)送即可 [2]。第三章 系統(tǒng)方案設計 系統(tǒng)總體設計 本系統(tǒng)是由一臺 PC 機為上位機，多臺 80C51 單片機構成主從式結構網(wǎng)絡作為下位機，以此來實現(xiàn)上位機與下位機，下位機與下位機之間信息的傳輸。 本系統(tǒng)通信過程如下：上位 PC 機作為主機經(jīng)過一定的程序后，先向下位機發(fā)出地址信號，各個下位機收到信息后，開中斷去執(zhí)行程序，與上位機發(fā)過來的地址相比較。地址相同的那臺單片機向主機發(fā)送自己的地址，然后準備接收上位機發(fā)送過來的命令，看是接收還是發(fā)送數(shù)據(jù)；上位機收到發(fā)過來的地址并進行判斷看是否與自己發(fā)送的地址相符，相符后則發(fā)送命令。通過此過程來達到上位機與下位機之間數(shù)據(jù)的傳輸，并將接收到的數(shù)據(jù)用顯示器進行顯示。 系統(tǒng)主要構成部分本系統(tǒng)中作為主機的 PC 機的串行接口為 RS 232 或 USB 總線，采用專用的 RS 232/ 485 標準轉(zhuǎn)換芯片 S2 485 來實現(xiàn)。其實質(zhì)是先用 MAX232 轉(zhuǎn)換芯片將 RS232 電平轉(zhuǎn)換為TTL 電平，再用 MAX485 芯片將 TTL 電平轉(zhuǎn)換為 RS485 電平，然后采用 RS485 總線進行長距離、高速的串行異步通信。各下位單片機由于已經(jīng)是 TTL 電平，則只需用 MAX485 芯片將 TTL 電平轉(zhuǎn)換為 RS485 電平來進行通信就可以了。其系統(tǒng)的原理框圖如圖 31 所示：13S2485TXDRXDRXDTXDR110KAB BBAA ROROREREDEDEDIDIRXDRXDTXDTXDPiPiPC機MAX485MAX48580518051R210KR310KR410K+5V圖 31 多機通信原理框圖在總線末端接一個匹配電阻，吸收總線上的反射信號，使得正常傳輸信號無毛刺。匹配電阻的取值應該與總線的特性阻抗相當。在總線上沒有信號傳輸時，總線處于懸浮狀態(tài)，容易受干擾信號的影響。將總線上的差分信號的門端 A+和負端 B之間接一個 10 k Ω 的電阻；負端 B和地間接一個 1 0 k Ω 的電阻，形成一個電阻網(wǎng)路。當總線上沒有信號傳輸時，門端 A+的電平大約為 ，負端 B的電平大約為 。即使有干擾信號，也很難產(chǎn)生串行通信的起始信號 0，從而增加了總線抗干擾的能力 [5]。從結構上系統(tǒng)可以分為：上位 PC 機部分、RS232 接口電路部分、RS232/485 轉(zhuǎn)換電路、RS485 通信網(wǎng)絡部分、RS485 接口電路部分和下位單片機部分。（1）上位 PC 機上位機作為主機一般采用 PC 機，它主要是向下位機發(fā)送地址信息、命令，接收下位機做出的反應和發(fā)送數(shù)據(jù)。（2）RS232 接口電路 串行通信中，只有通信雙方采用相同的接口標準，才能進行正常的通信，由于上位PC 機的串行通信口采用的 RS232 電平和下位單片機的 TTL 邏輯電平不一致，所以我們必須進行電平轉(zhuǎn)換；為實現(xiàn)邏輯電平的轉(zhuǎn)換使用 MAX232 轉(zhuǎn)換芯片。（3） RS232/485 轉(zhuǎn)換電路RS232/485 轉(zhuǎn)換電路其實質(zhì)就是包含 MAX232 和 MAX485 兩個芯片，來實現(xiàn)電平之間的轉(zhuǎn)換。（4） RS485 通信網(wǎng)絡14由 MAX485 收發(fā)器組成的差分平衡系統(tǒng)，其通信采用平衡發(fā)送和差分接收的方式，使得傳輸距離長、抗干擾能力強，因而適用于遠距離通信。（5） RS485 接口電路部分 由于要實現(xiàn) RS485 通信，而單片機端口的電平為 TTL 電平，則必須進行轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)采用 MAX485 轉(zhuǎn)換芯片 。 （6）下位單片機部分每個下位機是由 8051 單片機為核心，再配上必要的時鐘電路，復位電路以及鍵盤和顯示器等而構成的一個單片機系統(tǒng)。該部分的具體功能： ①.對上位機發(fā)出的信號做出回答；②．完成與上位 PC 機之間的數(shù)據(jù)傳輸，包括發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)主從通信的基本條件為了確保主從機能夠?qū)崿F(xiàn)安全的通信，在通信過程中必須滿足三個基本條件：（1）系統(tǒng)中每個下位機都有一個唯一的地址碼。（2）在系統(tǒng)中，主機可直接與下位機進行通信，各下位機之間不能進行直接通信，必須通過主機作為中間點才能實現(xiàn)通信；各下位機在不進行通信時處于監(jiān)聽狀態(tài)。（3）在通信時，只允許主機和一臺下位機進行通信，而不允許多個下位機和一臺主機同時進行通信。15第四章 系統(tǒng)軟件設計與調(diào)試 PC 機與多個 80C51 通信原理利用 PC 機的串行通信適配器，其核心為可編程通用異步收發(fā)器 UART8250 芯片，8250 有 10 個可尋址寄存器供 CPU 讀/寫，實現(xiàn)與外界的數(shù)據(jù)通信，制訂通信協(xié)議和提供通信狀態(tài)信息。80C51 單片機的串行通道是一個全雙工的串行通信口，既可以實現(xiàn)雙機通信，也可以實現(xiàn)多機通信。下位機主機 80C51 單片機對串口的控制通過 SCON 控制寄存器實現(xiàn)，SCON各位定義如下:SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI 其中，SM0,SM1 為串口工作方式選擇位，SM2 為多機通信控制位，REN 為允許串行通信選擇位。 TB8 為方式 3 中要發(fā)送數(shù)據(jù)第 9 位，RB8 為方式 3 中接收數(shù)據(jù)第 9 位，TI 為發(fā)送中斷標志位，RI 為接收中斷標志位。當串行口工作在方式 2 或方式 3 時，若特殊功能寄存器 SCON 的 SM2 由軟件置為 1，則為多機方式；若 SM2 為 0，則為 9 位異步通信方式 [6]。在多機通信時，8051 發(fā)送的幀格式是 11 位，其中第 9 位是 SCON 中的 TB8，它是多機通信時發(fā)送地址（TB8=1）或發(fā)送數(shù)據(jù)（TB8=0）的標志。串行發(fā)送時自動裝入串行的幀格式的相應位。在接收端，一幀數(shù)據(jù)的第 9 位信息被裝入 SCON 的 RB8 中，接收機根據(jù) RB8 及 SM2 的狀態(tài)確定是否產(chǎn)生串行中斷標志，從而可以響應或不響應串行中斷，這樣就實現(xiàn)了多機通信。PC 機的串行通信由接口芯片 8250 完成。它并不具備多機通信功能，也不能產(chǎn)生TB8 或者 RB8，但可以靈活使用 8250，用軟件完成上述功能 [3]。16 通信狀態(tài)的設置在使用串行通訊函數(shù)作數(shù)據(jù)傳送前，應安排好 IBM PC 機串行通訊接口的狀態(tài)，也就是要對 IBM PC 的可編程異步串行通訊芯片 UART 中內(nèi)部寄存器作相應的編程設置。表 41 是 UART 中 10 個內(nèi)部寄存器的名稱，端口地址及操作特點與使用條件。表 41 UART 中的內(nèi)部寄存器端口地址 指令 條件 寄存器名稱及應用3F8H(2F8H) OUT DLAB=0 寫入發(fā)送器保持寄存器3F8H(2F8H) IN DLAB=0 讀出接收器數(shù)據(jù)寄存器3F8H(2F8H) OUT DLAB=1 寫入波特率因子 LSB3F9H(2F9H) OUT DLAB=1 寫入波特率因子 MSB3F9H(2F9H) OUT DLAB=0 寫入中斷允許寄存器3FAH(2FAH) IN 讀出中斷標識寄存器3FBH(2FBH) OUT 寫入線路控制寄存器3FCH(2FCH) OUT 寫入 MODEM 控制寄存器3FDH(2FDH) IN 讀出線路狀態(tài)寄存器3FEH(2FEH) IN 讀出 MODEM 狀態(tài)寄存器*DLAB 指線路控制寄存器 D7 位；* *括號前指 COM1,括號內(nèi)指 COM2。線路控制寄存器：用來設置串行通訊的數(shù)據(jù)格式和校驗方式，各位含義如圖 41 所示。D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 數(shù)據(jù)位控制位 00—5 位0線路檢 01—6 位測信號 10—7 位1波特率設置， 11—8 位即 DLAB=1 校驗位000無