【正文】 6 DSR 數(shù)據(jù)準備完成 In7 RTS 發(fā)送請求 Out8 CTS 發(fā)送清除 In9 RI 振鈴指示 In 電纜長度：在通信速率低于 20kb/s 時，RS232C 所直接連接的最大物理距離為15m（50 英尺） ?？梢娺@個最大的距離是在碼元畸變小于 4%的前提下給出的。 RS232C 近距離通信用 RS232C 進行連接系統(tǒng)時有近程和遠程通信方式之分。由于本設計主要涉及的是短距離（不超過 15m）的通信，在此只研究短距離通信。這種情況下，只需使用少數(shù)幾根信號線。下面分別介紹兩種（標準和簡單）的連接方式。 雙方的握手信號關系如下： ① 當甲方的 DTE 準備好，發(fā)出 DTR 信號，該信號直接聯(lián)至乙方的 RI（振鈴信號）和 DSR（數(shù)傳機準備好） 。盡管此時乙方并不存在 DCE（數(shù)傳機） 。即：一旦甲方請求發(fā)送（RTS） ，便立即得到允許（CTS ） ，同時，使乙方的 DCD 有效，即檢測到載波信號。（2）零 Modem 的最簡連線（3 線制）圖 54 RS232C 近距離通信最簡連線圖上圖是零 MODEM 方式的最簡單連接（即三線連接） ，圖中的 2 號線與 3 號線交叉連接是因為在直連方式時，把通信雙方都當作數(shù)據(jù)終端設備看待，雙方都可發(fā)也可收。這是本設計用的連接方式，由于進行短距離的串行數(shù)據(jù)通信調試研究所用到的方式比較簡便，這里考慮選用的是零 MODEM 最簡單連線方式。所以在介紹 RS485之前，先簡單介紹下 RS422A。它改善了 RS232C 的電氣特性，也考慮了與 RS232C 的兼容性 [1]。通過傳輸線驅動器，把邏輯電平變成電位差，完成始端的信息傳送；通過傳輸線接收器，由電位差轉化成邏輯電平，實現(xiàn)終端的信息接受。RS422A 一般有四線接口，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)送驅動器比 RS232C 更強的驅動能力，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。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)。在矩距離傳輸時可不需終接電阻，即一般在 300 米以下不需終接電阻。24 RS485 標準接口RS485 是半雙工，在某一時刻，一個發(fā)送，另一個接收；而 RS422A 則為全雙工，可同時發(fā)送和接收 [1]。（1） RS485 基本知識RS422A、RS485 與 RS232C 不一樣，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為 A，另一線定義為 B。另有一個信號地 C，在 RS485 中還有一“使能”端。當“使能” 端起作用時，發(fā)送驅動器處于高阻狀態(tài)，稱作 “第三態(tài)”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態(tài)。接收器接收平衡線上的電平范圍通常在 200mV 至 6V 之間。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。（2） RS232C、RS422A、RS485 三種性能的比較RS232C、RS422A 與 RS485 都是串行數(shù)據(jù)接口標準，最初都是由電子工業(yè)協(xié)會（EIA）制訂并發(fā)布的， RS232 在 1962 年發(fā)布，命名為 EIA232E，作為工業(yè)標準，以保證不同廠家產品之間的兼容。為改進 RS232 通信距離短、速率低的缺點，RS422 定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到 10Mb/s，傳輸距離延長到 4000 英尺（速率低于 100kb/s 時） ，并允許在一條平衡總線上連接最多 10 個接收器。為擴展應用范圍，EIA 又于 1983 年在 RS422基礎上制定了 RS485 標準，增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發(fā)送器連接到同一25條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍，后命名為 TIA/EIA485A 標準。 RS232C、RS422 與 RS485 標準只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。MAX232 芯片內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 RS232 輸出電平所需的+、10V 電壓。對于沒有 +、12V 電源的場合，其適用性更強。本設計主要研究的是單片機串行數(shù)據(jù)傳輸技術的，但也要借助于一些外設構成系統(tǒng)才能完成傳輸功能的演示，本設計用的是 PC 機。圖 57 是 MAX232 的引腳圖，圖 58 則是其接口電路的連接圖。引腳 1 和 3 之間，引腳 4 和 5 之間要分別接上 C1 和 C2；引腳 2（V+）和引腳 6（V ）分別接上 C3 和 C4，這四個電容的值都是 ，而且為了提高抗干擾能力，在連接時必須盡量靠近器件。分別從 R1IN 和 R2IN 輸入，對應從 T1OUT 和 T2OUT 輸出。同樣輸入和輸出的邏輯值必須保持一致。圖中右邊的 120 三個數(shù)表示單片機 AT89C51的第 11 和 20 腳。此外設可以選擇單片機、PC 機或其他系統(tǒng)機，而在綜合設計條件和參考有關資料的基礎上，本設計主要是借助 PC機與 AT89C51 單片機構成的系統(tǒng)來實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)傳輸。 總體設計和系統(tǒng)結構圖從以上分析可知，MCS51 系列單片機片上有 UART（通用異步接收/ 發(fā)送）用于串行通信，發(fā)送時數(shù)據(jù)由 TXD 端送出，接收時數(shù)據(jù)由 RXD 端輸入。UART 是可編程的全雙工串行口，如果是短距離的單片機與 PC 機通信，可使用 UART 的 TTL 電平，通過驅動 IC（MAX232 或ICL232）接成 RS232C 和 PC 機進行通信（注：本設計用的是 MAX232） 。從以上 節(jié)分析可知，通過 RS232C 連接成的短距離串行通信系統(tǒng)是可以零MODEM 連接的。這樣即可以實現(xiàn)預定的任務又可以簡化電路設計。28 圖 61　串行通信系統(tǒng)結構圖 總電路設計在一般的情況下，PC 機的電平標準是 RS232C，而單片機串行口給出的是 TTL 電平，因而在單片機和 PC 機的串行口 TxD、RxD 四端加 MAX232 以實現(xiàn) TTL 電平和RS—232 電平之間的轉換。本次的電路圖中增加了 D1 至 D8 這8 個發(fā)光二極管是為了在實現(xiàn)串口自我檢測時能直觀地從發(fā)光二極管的閃爍情況看出串口通信是否成功，如轉化為十六進制就可以就燈的閃爍情況判斷其發(fā)送的最后兩位是否正確。（2） 單片機引腳部分本設計用的單片機是 AT89C51，其管腳功能在以上的分析中已介紹過，這里就不再贅述，這里介紹的是與本設計相關的引腳的連接。（3） 單片機晶振部分：AT89C51 單片機內部有自帶振蕩電路。這里的定時元件采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路，晶體的頻率選擇，這是為了方便獲得標準的波特率，兩個電容均為 30pF。而在連接的過程中，晶體和電容應盡可能與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，保證振蕩器可靠工作，一般情況采用瓷片電容較為適宜。本設計采用的是獨立連接式鍵盤。當沒有鍵按下時，所有的數(shù)據(jù)輸入線都為高電平；當有任意一個鍵被按下時，與之相連的數(shù)據(jù)輸入線將變成低電平，從而形成通路。從而實現(xiàn)在 PC 機與單片機通信過程中起到控制通信的作用。（5） 電平轉換部分：單片機串行傳輸接口的輸入、輸出電平是 TTL 電平，而 PC 機配置的是 RS232 標準串行接口，要完成單片機與 PC 機的數(shù)據(jù)通信，在此就需要使用 MAX232 芯片來實現(xiàn)電平轉換。這是進行全雙工通信所30必須的最少線路。所接電容均為 1uF，但要注意其極性，這樣可以提高抗干擾能力。這種復位電路的工作原理如下：接通電源瞬間，電容兩端相當于是短路，RST 引腳上為高電平。另外手動 S0 開關按鍵，只要按下 S0 開關鍵便可以重新執(zhí)行程序。由 AT89C51 單片機的 P1 口連接，加上 8 個上拉電阻主要是為其提供足夠點亮 LED 燈的電壓。317 相關程序設計和通信測試 監(jiān)測控制系統(tǒng)流程本設計的研究的串行通信在工業(yè)監(jiān)測中的應用，但由于時間、資源、工作量等因素，在主要設計內容中，對監(jiān)測控制系統(tǒng)闡述并不太多，這里就簡單介紹下在數(shù)據(jù)進入系統(tǒng)機之前的一些流程。在計算機內部，用軟件或程序對采集的數(shù)據(jù)進行處理和計算，然后經模擬量輸出通道輸出，輸出的數(shù)字量經 D/A 轉換器轉換成模擬量，再經反多路開關與相應的執(zhí)行機構相連，以達到對被測參數(shù)控制的目的 [14]。 圖 71　數(shù)據(jù)輸入 PC 機之前流程圖 單片機程序流程本設計研究的是單片機的串行數(shù)據(jù)傳輸技術，要把單片機和其他系統(tǒng)機構成一個可通信的系統(tǒng)來演示和實現(xiàn)單片機的這種功能。下圖就是 AT89C51 單片機程序設計總流程圖。單片機試驗板上有四個鍵，每個按鍵對應著不同的程序，按鍵時將已設定好，編寫進單片機的數(shù)據(jù)表發(fā)送到 PC 機，這就是單片機的發(fā)送過程。（2） 單片機接收字符流程在本設計中，數(shù)據(jù)從 PC 機上發(fā)送過來，必須設計相應的接收程序將字符接收下來，并要驗證其接收的字符是否正確。這就是整個單片機接收字符的過程。 圖 73 發(fā)送流程圖 圖 74 接收流程圖 串行口初始化串行口初始化就是將一些事先約定的東西編寫進單片機，初始化串行傳輸端口主要有以下 4 個方面的設定：傳輸率，傳送位數(shù)，奇偶校驗位和停止位。 （以上的設定是整個調試過程所采用的固定設定）（1）設置定時器 1 工作模式，即設定 TMOD 寄存器，使用定時器 1，工作在模式2，8 位自動重新加載計數(shù)值，由其格式則可以得出 TMOD 寄存器值為 20H（0010 0000） ，程序為：MOV TMOD，20H。)256(1093X??從而解得：X=253，也即 TH1=FDH，因此設置定時器 1 為重新加載 FDH，對 TH1寫入計數(shù)值，相應的 TL1 也要有相同的數(shù)值（FDH ） ，程序為：MOV TH1，0FDH。（4）激活定時器 1，將控制寄存器 TCON 的位 6（ TR1）置 1，則表示打開 T1 定時器，就能正確地產生波特率時鐘，程序為：SETB TR1。 由上可知， AT89C51 單片機串行通信用匯編語言表示的初始化程序為：SERIAL_INIT: 。定時器 1 工作于 8 位自動重載模式，用于產生波特率MOV TH1，0FDH 。波特率 9600 MOV SCON，50H 。波特率不倍增SETB TR1 。清零 串行通信程序本設計要求的是單片機的串行數(shù)據(jù)傳輸技術，而在串行通信程序中是將單片機作為下位機，將 PC 機作為上位機，兩者通過串口線連接進行串行通信。再將自制的單片機試驗板與 PC 機自帶的串口用串口連接線連接起來，插上電源，就可以開始進行串行通信的通信驗證了。此時單片機同時也將接收到的數(shù)據(jù)回送給 PC 機，并能在串口調試助手的接收窗口上顯示出來。單片機實驗板上有四個按鍵，每按下一個按鍵，單片機就發(fā)送一串字符串到 PC 機上，并在串口調試助手的接收窗口上顯示這一串字符串。（1） 發(fā)送字符串子程序：當按下實驗板上的四個鍵其中一個，單片機就發(fā)送對應的一串字符串到 PC 機上。其調試結果如圖 75發(fā)送字符串的程序代碼如下：35；發(fā)送字符串到 PC，入口地址為 DPTRSEND_CHAR： CLR A SEND： MOVC A ，A +DPTR JZ RETURN ；字符串以 00H 結尾，當檢測到 00H，結束發(fā)送 MOV SBUF ，A JNB TI ，$ CLR TI INC DPTR CLR A AJMP SENDRETURN： RET 圖 75 單片機發(fā)送字符在 PC 機上顯示圖（3） 接收數(shù)符子程序：接收字符的具體流程上面也有相當?shù)年U述，這里主要給出的是其接收程序：RX： CLR RI ；清除 RI 并等待下一個字符 MOV A ，SBUF ；接收字符 MOV 30H ，A ；暫存在 30H MOV P1 ，30H ；送到 P1 口，點亮相應的 LED36NEXT： MOV A ，30H ；把接收到的字符回送到 PC MOV SBUF ，A JNB TI ，$ CLR TIRX_EXIT：AJMP LOOP圖 76 是 PC 機發(fā)送給單片機，單片機再回送給 PC 機的驗證圖（這里在發(fā)送區(qū)輸入Liu haisheng，由圖可知接收區(qū)接收的字符也是 Liu haisheng，說明能正常通信）： 圖 76 單片機接收并回送 PC 機驗證圖378 設計總結 本設計寫到這里，大部分的設計工作都已經完成了，本設