【正文】 00無(wú)效 波特率 01—無(wú)效 b/s 10—7 位000 110 11—8 位001 150 停止位010 300 0—1 位011 600 1—2 位100 1200 奇偶校驗(yàn)101 2400 00—無(wú)110 4800 01—奇校驗(yàn)111 9600 10—無(wú)11—偶校驗(yàn)功能：實(shí)現(xiàn)由 port 指定的 I/O 接口上進(jìn)行的各種異步通信。說(shuō)明：在使用串行口進(jìn)行通行之前，必須對(duì)它初始化。函數(shù)中的 3 個(gè)參數(shù)意義如下所示。注意，bios（）總是返回一個(gè) 16 位的二進(jìn)制數(shù)值，它通常反映了串行口某些重要的狀態(tài)信息。返回值的高 8 位字節(jié)是描述線路狀態(tài)位的；返回值的低 8 位隨 cmd 而定，常用于描述調(diào)制器的狀態(tài)。cmd=1 時(shí)，低 8 位返回值是原發(fā)送的字符；cmd=2 時(shí)，低 8位返回的是由串行口收的字符；其他情況下，cmd 分別為 0，3 時(shí)低 8 位含義如表 43 所示。表 43 Bios（）返回值高、低 8 位的意義高 8 位 低 8 位位 含義 位 含義15 超時(shí)出錯(cuò) 7 線路信號(hào)被檢測(cè)14 發(fā)送移位寄存器空 6 振鈴指示13 發(fā)送保持寄存器空 5 數(shù)據(jù)裝置就緒12 間斷檢測(cè)錯(cuò)誤 4 清除發(fā)送11 接收（幀）格式錯(cuò)誤 3 線路信號(hào)變化10 接收奇偶錯(cuò)誤 2 脈沖后沿振鈴檢測(cè)D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0249 接收重疊錯(cuò)誤 1 數(shù)據(jù)裝置就緒變化8 接收數(shù)據(jù)就緒 0 清除發(fā)送信號(hào)變化利用 bios（）函數(shù)采用查詢方式實(shí)現(xiàn)從串行口 1 發(fā)送一個(gè)字符功能的子函數(shù)sport（）如下：void sport(char ch){ while(!(bios(3, 0, 0)amp。0x2022)){if (bios (1, ch, 0)amp。0x8000){ printf(“超時(shí)錯(cuò)誤 \ n”)。 exit (1)。 }} }利用 bios（）函數(shù)接收字符的功能，采用查詢方式實(shí)現(xiàn)從串行口 1 接收一個(gè)字符的子函數(shù) rport（）的定義如下：rport( ){ int a。 while (!(bios (3, 0, 0)amp。0x0100)){ if (kbhit( )){ getch( )。 exit( 1)。 } a=bios(2, 0, 0)amp。0x00ff。 return (a)。}}該函數(shù)不斷查詢“數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒”位，若為 1，說(shuō)明串口收到了一個(gè)字符的數(shù)據(jù)；否則，用按下任一鍵退出程序的方法避免程序陷入死循環(huán)。這兩個(gè)函數(shù)將作為后面發(fā)送和接收文件程序中的子函數(shù)被反復(fù)調(diào)用 [3]。25 1 PC 機(jī)通信程序設(shè)計(jì) PC 機(jī)通信程序采用 C 語(yǔ)言編程。主程序按照通信協(xié)議的要求，首先完成 8250 的初始化，以確定波特率和信息幀格式。然后根據(jù)鍵入的地址碼，呼叫從機(jī)，發(fā)出聯(lián)絡(luò)信號(hào)。呼叫成功后，輸入命令，若輸入的是 S 命令，則表示要求單片機(jī)向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，因此，PC 機(jī)調(diào)用 receivef 子程序準(zhǔn)備接收從機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，并存入盤上指定的文件中去。若輸入的是 R 命令，則表示主機(jī)要求從機(jī)準(zhǔn)備接收信息，因此，PC 機(jī)調(diào)用 sendf 子程序?qū)?dāng)前盤上的指定文件發(fā)送給從機(jī)。PC 機(jī)通信程序框圖如圖 43 所示 [3]：開始8250 初始化延時(shí)發(fā)送地址碼呼叫成功否？是從機(jī)發(fā)送？調(diào)接收文件子程序調(diào)發(fā)送文件子程序結(jié)束發(fā)送命令NYN Y（a）26 sendf打開文件發(fā)送字節(jié)數(shù)接收應(yīng)答信號(hào)發(fā)數(shù)據(jù)及累加和取文件句柄正確否？關(guān)閉文件NY（b）receivef建立文件收總字節(jié)數(shù)發(fā)“00”收數(shù)據(jù)及累加和發(fā)“FF”正確否？關(guān)閉文件NY（c）圖 43 PC 機(jī)通信程序框圖PC 機(jī)通信的主程序流程圖如圖 43（a）所示。PC 機(jī)發(fā)送子程序流程圖如圖 43（b）所示。PC 機(jī)接收子程序流程圖如圖 43（c）所示。 80C51 單片機(jī)通信程序設(shè)計(jì) 單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信由串行口完成，定時(shí)器 TI 作為波特率發(fā)生器，其波特率要與 PC 機(jī)一致。數(shù)據(jù)的傳送格式為 1 位起始位、8 位數(shù)據(jù)位、作為地址/數(shù)據(jù)控制位的第 9 位和 1位停止位。采用中斷方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，定時(shí)器 TI 設(shè)置為工作模式 2，串行口設(shè)置為工作方式 3，由第 9 位判斷地址碼或數(shù)據(jù)。當(dāng)某臺(tái)單片機(jī)與 PC 機(jī)發(fā)出的地址碼一致時(shí)，就發(fā)出應(yīng)答信號(hào)給 PC 機(jī)，而其他單片機(jī)則不發(fā)應(yīng)答信號(hào)，這樣在某一時(shí)刻 PC 機(jī)只與一臺(tái)單片機(jī)傳輸信息。這里給出 8051 主程序完成串行口和中斷的初始化后，則等待中斷，以及單片機(jī)中斷方式接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的中斷服務(wù)程序。單片機(jī)主程序流程圖和中斷服務(wù)程序流程圖分別如圖 44 和 45 所示 [3]：27主程序開始定時(shí)器初始化，設(shè)置波特率初始化串行口控制寄存器開串行口中斷等待圖 44 下位單片機(jī)主程序流程圖28中斷服務(wù)程序是地址嗎？本機(jī)地址？發(fā)送命令？發(fā)字節(jié)數(shù)發(fā)回地址碼收累加和 發(fā)累加和收字節(jié)數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)并計(jì)算累加和接收數(shù)據(jù)并計(jì)算累加和發(fā)“FF”SM2=0發(fā)“00”SM2=1中斷返回正確否？ 正確否？NNN NYYYY圖 45 單片機(jī)中斷服務(wù)程序流程圖29 程序調(diào)試 PC 機(jī)通信程序的調(diào)試此上位機(jī)采用的是查詢方式，其調(diào)試是在 keil C 里進(jìn)行的。其步驟為：（1）新建工程（2）工程名30（3）選單片機(jī)（4）新建一個(gè)文件（5）導(dǎo)入文件到工程31（6）編譯由于 keil C 里沒(méi)有包括這個(gè)函數(shù)庫(kù)，則調(diào)不出來(lái)。32 80C51 單片機(jī)通信程序的調(diào)試此下位單片機(jī)采用的是中斷方式。下位單片機(jī)程序調(diào)試成功。33第五章 系統(tǒng)可靠性分析 串行通信可靠性評(píng)測(cè)指標(biāo)通信的目的是要把消息正確而迅速地傳送到受信者，因此衡量傳輸質(zhì)量的指標(biāo)有兩個(gè)：一是有效性；二是可靠性。有效性是指在一定條件下，單位時(shí)間內(nèi)所傳輸?shù)男畔⒘吭蕉嘣胶茫磦鬏斝室?。這主要是和傳輸介質(zhì)有關(guān)，只要采用較好質(zhì)量的傳輸介質(zhì)即可解決?？煽啃允侵笖?shù)據(jù)信息傳輸?shù)目煽砍潭?。由于傳輸電路不可能十分理想，加之存在干擾，以及信號(hào)失真等原因，因而傳輸中產(chǎn)生錯(cuò)誤是不可避免的。我們希望傳輸中出現(xiàn)的錯(cuò)誤越少越好，即可靠性要高?？煽啃杂谜`碼率來(lái)衡量。當(dāng)所傳送的二進(jìn)制序列無(wú)限長(zhǎng)時(shí)，被傳錯(cuò)的碼元數(shù)與所傳碼元總數(shù)的比值為誤碼率，即二進(jìn)制碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率。設(shè)被傳錯(cuò)的碼元數(shù)為 N e，所傳二進(jìn)制碼元總數(shù)為 N，則誤碼率 P e 為：P e=N e/N對(duì)可靠性的要求，因通信系統(tǒng)的任務(wù)不同而有所不同，不能籠統(tǒng)地說(shuō)誤碼率越低越好。在傳輸速率一定的條件下，誤碼率越低，設(shè)備就越復(fù)雜。因此，在確定誤碼率指標(biāo)時(shí)，要根據(jù)具體情況具體確定。對(duì)傳輸系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要在滿足可靠性要求的前提下，盡量提高傳輸效率 [8]。 程序跳飛而造成總線沖突RS485 通信多用在主從式多機(jī)通信中，但其作為一種半雙工的通信方式，在一條通信電纜上掛許多設(shè)備時(shí)，一定要保證在總線上只有一臺(tái)設(shè)備處于發(fā)送狀態(tài)，其他設(shè)備一定要處于接收狀態(tài)；而一旦同時(shí)兩臺(tái)設(shè)備都處于發(fā)送狀態(tài)，必然會(huì)出現(xiàn)總線沖突的現(xiàn)象。在工業(yè)控制中，設(shè)備大部分工作在強(qiáng)干擾的環(huán)境下，若僅用一條 I/O 口線控制 RS485 轉(zhuǎn)換器的收發(fā)狀態(tài)，當(dāng)程序?qū)⑥D(zhuǎn)換器控制端置“1”即轉(zhuǎn)入發(fā)送狀態(tài)后出現(xiàn)程序跳飛的情況，那么關(guān)閉發(fā)送口的指令就有可能不會(huì)被執(zhí)行，其它設(shè)備要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致總線沖突，從而也使得整個(gè)總線無(wú)法正常工作。解決的關(guān)鍵是一定要控制好各臺(tái)設(shè)備的接收與發(fā)送狀態(tài)，即 RS485 接口器的收發(fā)狀態(tài)，要實(shí)現(xiàn)這種控制解決的方案是采取單穩(wěn)電路精確定時(shí)，如圖 51 所示。34RST3TRIG+4TRIG5Cext1Rext/Cext2Q 6Q 7ACD4538RCTXD 位MAX485位位位+5V圖 51 單穩(wěn)延時(shí)電路它能夠偵測(cè)到數(shù)據(jù)包到來(lái)，并及時(shí)將發(fā)送器由接收狀態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)送狀態(tài)，等到數(shù)據(jù)包發(fā)完后，發(fā)送器又自動(dòng)關(guān)閉轉(zhuǎn)為接收狀態(tài)。圖 51 所示的電路是用一個(gè)精密單穩(wěn)態(tài)定時(shí)器CD4538 與外部電阻電容分離元件構(gòu)成。圖 51 中 5 端是單穩(wěn)態(tài)定時(shí)器的低電平有效的觸發(fā)端，它與單片機(jī)或 PC 機(jī)的 TXD 端相連， 6 端是單穩(wěn)態(tài)定時(shí)器的輸出端，它接向MAX485 的控制端。當(dāng)一幀數(shù)據(jù)的第一個(gè)數(shù)據(jù)起始位下降沿到來(lái)，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)定時(shí)器并使其進(jìn)入暫態(tài)，進(jìn)而在 6 端輸出高電平使發(fā)送器處于發(fā)送狀態(tài)，輸出高電平的時(shí)間則由R 與 C 決定，調(diào)節(jié) R 與 C 則可將時(shí)間控制在確保所有數(shù)據(jù)發(fā)完后關(guān)上發(fā)送器并使其處于接收狀態(tài)，時(shí)序如圖 52 所示。TXD 位位位 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 位位位 位位位位MAX485位位位位位圖 52 單片機(jī)串行口發(fā)送端 TXD 上的信號(hào)與 MAX485 輸入端時(shí)序關(guān)系這樣即使當(dāng)軟件由于干擾而出現(xiàn)跳飛的狀況，也可保證一段時(shí)間后發(fā)送器自動(dòng)關(guān)閉，從而保證總線正常工作 [10]。 失效保護(hù) RS 485 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定接收器門限為177。200 mV，這樣規(guī)定能夠提供比較高的噪聲抑制能力，但也帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題：當(dāng)總線電壓在士 200 mV 中間時(shí)接收器輸出狀態(tài)不確定。由于 UART以一個(gè)前導(dǎo)“0”觸發(fā)一次接收動(dòng)作，所以接收器的不定態(tài)可能會(huì)使 UART 錯(cuò)誤地接收一些數(shù)據(jù)，導(dǎo)致系統(tǒng)誤操作。當(dāng)總線空閑、開路或短路時(shí)都可能出現(xiàn)兩線電壓差低于 200 35mV 的情況，必須采取一定措施避免接收器處于不定態(tài)。傳統(tǒng)的作法是給總線加偏置，當(dāng)總線空閑或開路時(shí)，利用偏置電阻將總線偏置在一個(gè)確定狀態(tài)(差分電壓200 m V)，但這種方法仍然不能解決總線短路問(wèn)題。為此，有些器件制造商將接收門限移到 200 mV/ 50 mV，巧妙解決了這個(gè)問(wèn)題。例如 Maxim 公司 MAX3080 系列 RS485 接口，不但省去了外部偏置電阻，而且解決了總線短路時(shí)的失效保護(hù)問(wèn)題 [5]。 通信協(xié)議提高通信可靠性在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中,每組數(shù)據(jù)都包含著特殊的意義,這就是通信協(xié)議。主、分機(jī)之間必須要有協(xié)議,這個(gè)協(xié)議是以通信數(shù)據(jù)的正確性為前提的,而數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_與否又完全決定于傳輸途徑,即傳輸線。也就是說(shuō)保證傳輸線狀態(tài)穩(wěn)定與通信協(xié)議有直接聯(lián)系。 t 0 t 1 t 2 t 3t 0t 0 t 1t 1t 2t 2t 3t 3uuu( a )( b )( c )t 0 t 1 t 2 t 3t 0t 0 t 1t 1t 2t 2t 3t 3uuu( a )( b )( c )t 4 t 5t 4t 4t 5t 5圖 53　總線狀態(tài)時(shí)序圖 圖 54　通信延時(shí)作用圖　　　在主從式通信系統(tǒng)中，把數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程劃分成幾個(gè)階段來(lái)分析，如圖 53 所示。在圖53(a)中，t0t1 為主機(jī)向分機(jī)發(fā)送命令時(shí)間。在 t1 時(shí)刻，主機(jī)將差動(dòng)輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換成輸入狀態(tài)。在圖 53(b)中，t2 之后的時(shí)間為分機(jī)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)階段，分機(jī)由輸入狀態(tài)變成輸出狀態(tài)。由于單片機(jī)多機(jī)通信大多采用異步串行方式，所以發(fā)送數(shù)據(jù)后的 TI 置位和接收機(jī) RI 的置位時(shí)間有一段時(shí)間差，而且接收機(jī)在轉(zhuǎn)換到輸出狀態(tài)前要有一段圖 53 圖 54數(shù)據(jù)處理時(shí)間，這兩段時(shí)間加起來(lái)不可忽視。在圖 53(c)中，t1t2 即為這段時(shí)間，這時(shí)串行通信總線處于懸浮狀態(tài)，極易拾取空間干擾信號(hào)，這時(shí)主機(jī)與另外的分機(jī)可能會(huì)同時(shí)得到一個(gè)無(wú)規(guī)則的數(shù)據(jù)，對(duì)分機(jī)而言可能是錯(cuò)誤指令，造成錯(cuò)誤反應(yīng)。為此，在通信協(xié)議中加入延時(shí)階段，來(lái)解決此問(wèn)題。如圖 54 所示：在圖 54(a)中，t1t3 為延時(shí)階段；在36圖 54(b)中 t2t4 為分機(jī)的延時(shí)階段；圖 54(c)中，t1t2 為分機(jī)的反應(yīng)時(shí)間。延時(shí)時(shí)間 T 的大小可按分機(jī)接到主機(jī)命令后的最長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間的 2 倍來(lái)計(jì)算。延時(shí)階段的作用可用圖 54(c)來(lái)分析。在圖 54(c)中，主機(jī)控制數(shù)據(jù)總線的時(shí)間由 t1 延長(zhǎng)到 t3，分機(jī)的反應(yīng)時(shí)刻為 t2，但分機(jī)有效數(shù)據(jù)從延時(shí)后的 t4 時(shí)刻開始，這樣在通信總線上有主機(jī)和某臺(tái)分機(jī)同時(shí)控制的一段時(shí)間即 t2t3 的時(shí)間段。由于主機(jī)和分機(jī)對(duì)總線控制的方向相同，所以不會(huì)對(duì)這兩臺(tái)機(jī)器的硬件造成影響，而且在 t1t2 階段，總線一直處于低阻狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生噪聲，所以總線的抗干擾能力也加強(qiáng)了，提高了通信的可靠性 [11]。通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)的流程如圖 55 和圖 56 所示。開始設(shè)置分機(jī)號(hào)碼 n發(fā)