【文章內(nèi)容簡介】 [1]。 RS422 串行接口標準RS422 是在 RS232C 以后發(fā)展起來的、平衡傳送的電氣標準，比起 RS232C 非平衡的傳送方式在電氣指標上有了大幅度的提高。RS422 標準全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性” ，它定義了接口電路的特性。典型的 RS422 是四線接口(實際上還有一根信號地線，共 5 根線)。由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動器比 RS232 更強的驅(qū)動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節(jié)點，最多可接 10 個節(jié)點。即一個主設(shè)備(Master)其余為從設(shè)備(Salve)，從設(shè)備之間不能通信，所以 RS422 支持點對多的雙向通信。RS422 四線接口由于采用單獨的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式(XON/XOFF 握手)或硬件方式(一對單獨的雙絞線)實現(xiàn)。 RS422 的最大傳輸距離為 1200 米，最大傳輸速率為 10Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在 100kb/s 速率以下，才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般 100 米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mb/s。 RS422 需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗，終接電阻接在傳輸電纜的最遠端；一般在 300 米以下不需終接電阻 [1]。 RS485 串行接口標準 RS485 是從 RS422 基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，所以 RS485 許多電氣規(guī)定與 RS422 相仿。該規(guī)范滿足所有 RS422 要求，而且比 RS422 穩(wěn)定性更強?，F(xiàn)從五個方面簡單介紹如下:8 / 52 (1) 采用平衡發(fā)送和差分接收方式，即在發(fā)送端，驅(qū)動器將 TTL 電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號輸出；在接收端，接收器將差分信號變成 TTL 電平，能有效的抑制共模干擾，提高信號傳輸?shù)臏蚀_率。 (2) 電氣特性:對于發(fā)送端，邏輯 1 以兩線間的電壓差為+(2～6) V 表示。邏輯 0 以兩線間的電壓差為（2～6) V 表示。對+接收端，A 比 B 高 200mV 以上即認為是邏輯 l, A比 B 低 200mV 以上即是邏輯 0。接口信號電平比 RS232 降低了，不易損壞接口電路的芯片，且該電平與 TTL 電平兼容，可方便與 TTL 電路連接。 (3) 共模輸出電壓在7V～+12V 之間，而 RS422 在7V～+7V 之間。RS485 接收器最小輸入阻抗為 12kΩ， RS422 是 4kΩ，RS485 滿足所有 RS422 的規(guī)范，所以 RS485的驅(qū)動器可以用在 RS422 網(wǎng)絡中應用。但 RS422 驅(qū)動器并不完全適用于 RS485 網(wǎng)絡。 (4) 最大傳輸速率為 l0Mbps。當波特率為 1200bps 時，最大傳輸距離理論上可達 15千米。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在 100kbps 速率以下，才可能使用規(guī)定最長的電纜長度。RS485 需要 2 個終接電阻，接在傳輸總線的兩端，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗，為 120Ω。在短距離傳輸時可不終接電阻，即一般在 300 米以下不終接電阻。 (5) 采用二線與四線方式，二線制可實現(xiàn)真正的多點雙向通信。而采用四線連接時，只能有一個主(Master)設(shè)備，其余為從設(shè)備，它比 RS422 有改進，無論四線還是二線連接方式總線上可連接多達 32 個設(shè)備。RS485 總線掛接多臺設(shè)備用于組網(wǎng)時，能實現(xiàn)點到多點及多點到多點的通信(多點到多點是指總線上所接的所有設(shè)備及上位機任意兩臺之間均能通信)。連接在 RS485 總線上的設(shè)備也要求具有相同的通信協(xié)議，且地址不能相同。在不通信時，所有的設(shè)備處于接收狀態(tài)，當需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，串口才翻轉(zhuǎn)為發(fā)送狀態(tài)，以避免沖突。 在過去 20 年時間里，RS485 標準作為一種多點差分數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范，被應用在許多不同的領(lǐng)域，作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路。目前，在我國應用的現(xiàn)場網(wǎng)絡中，RS485 半雙工異步通信總線也是被各個研發(fā)機構(gòu)廣泛使用的數(shù)據(jù)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 / 52 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(guān)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。10 / 52MAX232 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(jié)構(gòu)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(shè)計之前，有必要選擇一款成功在市場上應用的相關(guān)芯片進行分析研究，以確保設(shè)計的成功性。本設(shè)計選擇的是 MAXIM 公司的 MAX485，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)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]。11 / 52234VCC 81 67GND5DRABUMAX485RERODIDEGNDVCCAB圖 26 MAX485 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)其內(nèi)部邏輯關(guān)系如表 22 所示：表 22 MAX485 邏輯關(guān)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(jié)構(gòu)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 Z12 / 52B 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(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計 本系統(tǒng)是由一臺 PC 機為上位機，多臺 80C51 單片機構(gòu)成主從式結(jié)構(gòu)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(gòu)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：13 / 52S2485TXDRXDRXDTXDR110KAB 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(jié)構(gòu)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 / 52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(gòu)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