【正文】 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，以及單片機中斷方式接收。采用中斷方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，定時器 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)。 80C51單片機通信 程序 設(shè)計 單片機的數(shù)據(jù)通信 由 串行口完成，定時器 TI作為波特率發(fā)生器，其波特率要與 PC 機一致。 PC 機發(fā)送子程序流程圖如圖 43（ b）所示。若輸入的是 R命令，則表示主機要求從機準備接收信息，因此， PC 機調(diào)用 sendf 子程序?qū)斍? 盤 上的指定文件發(fā)送給從機。 然后根據(jù)鍵入的地址碼，呼叫從機，發(fā)出聯(lián)絡信號。 PC 機通信 程序 設(shè)計 PC 機通信程序采用 C 語言編程。 } } 該函數(shù)不斷查詢“數(shù)據(jù)準備就緒”位，若為 1，說明串口收到了一個字符的數(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)。0x00ff。 exit( 1)。 while (!(bios (3, 0, 0)amp。 exit (1)。0x2020)){ if (bios (1, ch, 0)amp。 cmd=1 時，低 8 位返回值是原發(fā)送的字符； cmd=2 時，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 時低 8 位含義如表 43 所示。 注意， bios（） 總是返回一個 16 位的二進制數(shù)值，它通常反映了串行口某些重要的狀態(tài)信 息。 說明：在使用串行口進行通行之前，必須對它初始化。這種方法很好地解決了通信過程數(shù)據(jù)存儲出錯、丟失的問題，使得通信的可靠性得到很大的提高 [5]。要傳送的新數(shù)據(jù)先放在原來的緩沖區(qū)，檢測舊的數(shù)據(jù)是否發(fā)送成功，如果發(fā)送成功，則將新的數(shù)據(jù)復制到擴展緩沖區(qū)；如果未發(fā)送成功，則繼續(xù)發(fā)送，發(fā)送成功后再備份新的數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)約定最大重發(fā)數(shù)為 3次，超過 3 次系統(tǒng)就認為串行通信出現(xiàn)故障，主機進行故障報警。如果傳輸中幀完全丟失，則發(fā)送方進行超時處理。當主機發(fā)出呼叫幀，如果在規(guī)定的時間內(nèi)沒 有收到從機的應答幀，則主機認為幀丟失并重發(fā)呼叫幀；如果發(fā)送 3次仍沒有收到應答幀，則系統(tǒng)認為該從機處于關(guān)機狀態(tài)，開始執(zhí)行其他任務。 22 總之，發(fā)送和接收控制信號應該足夠?qū)?，以保證完整地接收一幀數(shù)據(jù)，任意兩個單機的發(fā)送控制信號在時間上完全分開，避免總線爭端 [7]。 （ 3） 總線上所連接的各從機的發(fā)送控制信號在時序上完全隔開。接收數(shù)據(jù)時也同樣如此，單片機在接收完 8 個數(shù)據(jù)位后就建立起 RXC 信號，但此時還未接收到第九位數(shù)據(jù)位（若接收地址幀時）和停止位。如果單片機多機通訊采用較高的波特率，幾條操作指令的延時就可能超過 2位（或 1位）數(shù)據(jù)的發(fā)送時間，問題或許不會出現(xiàn)。 因為單片機在串行口發(fā)送數(shù)據(jù)時，只要將 8 位數(shù)據(jù)位傳送完畢， TXC 標志即建立，但此時應發(fā)送的第九位數(shù)據(jù)位（若發(fā)送地址幀時）和停止位尚未發(fā)出。發(fā)送時，檢測 TXC 是否建立起來，當 TXC為高電平后關(guān)閉發(fā)送功能轉(zhuǎn)為接收功能 ；接收時，檢測 RXC 是否建立起來，當 RXC為高電平后，接收完畢，又可以轉(zhuǎn)為發(fā)送。在 RS485 半雙工通訊中，由于 MAX485 的發(fā)送和接收都由同一器件完成，并且發(fā)送和接收使用同一物理鏈路，必須對控制信號進行切換。 21 234V C C81 67GND5DRABUM A X 48 5Q2N 39 0410KR1R210KR310KR4V C CV C C V C C接單片機 IO 端口R X DT X DV C C 圖 42 下位機 RS485通信接口電路 （ 2） 控制端 RE*, DE 的信號有效脈寬應該大于發(fā)送或接收一幀信號的寬度。因此，如果用一根口線作發(fā)送和接收控制信號，應 該將口線反向后接入 MAX485 的控制端，使上電時 MAX485 處于接收狀態(tài)。一般使用單片機的一根口線連接 RE* ， DE 端。 MAX485 芯片的發(fā)送和接收功能轉(zhuǎn)換是由芯片的 RE*， DE 端控制的。在 RS485 總線通信網(wǎng)絡中 ,必須控制好每個站點的“聽、說”狀態(tài) ,即收、發(fā)狀態(tài) ,對總線的使用權(quán)必須進行分配 ,以使各從機的發(fā)送控制信號在時間上完全隔離 ,保證能及時、正確地傳輸數(shù)據(jù)。 多機發(fā)送時的分時說、聽 多機傳送時 ,通信協(xié)議要合理 地協(xié)調(diào)總線的分時共用 ,通信波特率的計算要有冗余，采用 RS485 總線連接的多個站點 ,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) ,即任一時刻只有一個站點在“說” ,其他站點只能處于“聽”狀態(tài)。每發(fā)送一數(shù)據(jù)塊，僅當數(shù)據(jù)接收正確時，才會發(fā) 20 送一個響應幀，否則回送出錯信息，要求重發(fā)數(shù)據(jù)塊，直到正確為止 。 綜上可知，通信協(xié)議分為三段，即主機與從機的連接掛鉤與握手階段、發(fā)送 (接收 )階段、結(jié)束階段。將第 9 位設(shè)定為“地址 /數(shù)據(jù)位”，用來支持 PC 機和 8051 單片機的相互通信，當?shù)?9位為 0，表示主機發(fā)送的是“數(shù)據(jù) /命令幀”，當?shù)?9位為 1，表示主機發(fā)送的是“地址幀”。通信協(xié)議中，幀格式和波特率的選擇，它關(guān)系到通信的效率，傳輸?shù)木嚯x和通信的可靠性，是串行通信中的一個關(guān)鍵參數(shù)。 (8) 從機收到復位命令后回到監(jiān)聽地址狀態(tài)，即 SM2=1，否則開始接收數(shù)據(jù)。 (7) PC 機收到從機的應答地址后，確認地址是否相符。作為應答之后才能收到 PC機發(fā)送來的數(shù)據(jù)。若接收幀的 RB8=0，則原數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)，并準備接收下幀信息。 (5) PC 機接收數(shù)據(jù)時，先判斷數(shù)據(jù)結(jié)束標志 (RB8 )，若 RB8=1，表示數(shù)據(jù)傳輸完畢，并比較此幀校驗和。 (3) 各從機接收到地址后，判斷 PC 機發(fā)來的地址信息是否與本從機地址相同，相同者則置 SM2=0，打開通信通道，以接收 PC 機隨后發(fā)來的所有信息；對于其他從機由于地址不符，保持 SM2=1，仍然處于監(jiān)聽狀態(tài)，對于 PC 機隨后發(fā)來的數(shù)據(jù)不予理睬，直至發(fā)送新的地址幀。通信協(xié)議如下： (1) 首先使所有從機的 SM2 位置 1，處于只接收地址幀的監(jiān)聽狀態(tài)。呼叫幀由主機發(fā)出，應答幀只能由從機發(fā)出。如果是多點通信 ,每個從機要分配一個地址碼。根據(jù) 8250 線路控寄存器（ LCR）的結(jié)構(gòu)特點，可以在編程中作如下選擇： 若要求 8250 發(fā)送幀的奇偶校驗位為 1，只需執(zhí)行 MOV DX, 3FBH MOV AL, 2BH OUT DX, AL 這 3條語句，此時的幀格式為： 起始位 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 1 停止位 若要求 8250 的奇偶校驗位為 0，只需執(zhí)行 MOV DX, 3FBH MOV AL, 3BH OUT DX, AL 這 3條語句，此時的幀格式為： 起始位 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 0 停止位 前者可作為多機通信中的地址幀，而后者可作為數(shù)據(jù)幀 [3]。 通過對 8250 的線控制寄存器（ LCR）的設(shè)置，可使 8250 具有很大的靈活性。 仔細研究串行卡的通信線控制器 3FB 的 D5 位功能可發(fā)現(xiàn)，在 串行口初始化時設(shè) 3FB的 D5=1， D3=1；而在發(fā)送地址時置 D4=0，在發(fā)送數(shù)據(jù)時置 D4=1，這樣便實現(xiàn)了 80C51 中TB8 的功能，不必每次都進行調(diào)整。如果我們通過軟件方法編程控制奇偶校驗位，使得在發(fā)送地址時為“ 1”，發(fā)送數(shù)據(jù)時為“ 0，則奇偶校 18 驗位可完全模擬單片機多機通信的 TB8 位。因為每次將欲發(fā)送的數(shù)據(jù)送往串行口發(fā)送之前，先要經(jīng)軟件調(diào)整奇偶情況，花費一定的時間，而且有效傳送位數(shù)由 8位降為 7位。對 PC機來說，奇偶位通常是自動產(chǎn)生的，它根據(jù) 8位數(shù)據(jù)的奇偶情況而定；因而大多數(shù)設(shè)計者均采用人為控制 8位數(shù)據(jù)的奇偶；將 8 位數(shù)據(jù)的某一位（一般是第 D7位）作為奇偶控制位，以達到間接控制奇偶位的 目的。 80C51 多機通信信息幀的格式如下圖所示 : 起始位 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 TB8 停止位 其中第 9 位為下位機 SCON 中的 TB8，是多機通 信時下位機發(fā)送地址 /數(shù)據(jù)的標志。波特率因子與波特率的關(guān)系示于表 42中 [5]。 線路控制寄存器：用來設(shè)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。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。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]。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。 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。 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。 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。 （ 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。 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。 （ 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)。 （ 4） RS485 通信網(wǎng)絡 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。 （ 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。 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。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 。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。 其系統(tǒng)的原理框圖如圖 31 所示： S 2 4 8 5T X DR X DR X DT X DR110KAB BBAAROROREREDEDEDIDIRXDRXDTXDTXDPiPiPC機MAX485MAX48580518051R210KR310KR410K+ 5V 圖 31 多機通信原理框圖 13 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。 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。 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。 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。只需要一個信號控制 MAX485 的接收和發(fā)送即可 [2]。 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B 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。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。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]。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。 MAX232 芯片的引腳結(jié)構(gòu)如圖 25 所示 ： 10 C 1+1VDD2C 13C 2+4C 25V E E6T 2O U T7R 2I N8R 2O U T9T 2I N10T