基于RS485接口的數(shù)據(jù)傳輸電路設(shè)計

1、 基于rs485接口的數(shù)據(jù)傳輸電路設(shè)計(2013)單片機(jī)技術(shù)課程設(shè)計說明書 基于rs485接口的數(shù)據(jù)傳輸電路設(shè)計專業(yè)電氣工程及其自動化學(xué)生姓名周琪班級bm電氣101學(xué)號1051402115指導(dǎo)教師周云龍完成日期2013年 6 月 18 日 7 基于rs485接口的數(shù)據(jù)傳輸電路設(shè)計(2013) 目 錄1. 概述12. rs485硬件問題6 2.1 問題的提出 6 2.2 電路基本原理 6 2.3 rs-485的de控制端設(shè)計 8 2.4 避免總線沖突的設(shè)計 8 2.5 rs-485輸出電路部分的設(shè)計 8 2.6 系統(tǒng)的電源選擇 6 2.7軟件的編程 6 2.8 結(jié)論 62. 硬件設(shè)計62.1 r

2、s48562.2 多通機(jī)原理62.3 單片機(jī)通信原理82.4 mx48582.5 整題電路設(shè)計83. 軟件設(shè)計113.1 通信軟件實(shí)現(xiàn)113.2 程序流程圖124. 聯(lián)合調(diào)試145設(shè)計小結(jié)16參考文獻(xiàn)16附 錄17附錄1：程序清單17附錄2：系統(tǒng)電路圖211.概 述 單片機(jī)是一種采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把多種功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機(jī)系統(tǒng)。它廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及工業(yè)自動化水平的提高, 在許場合采用單機(jī)控制已不能滿足現(xiàn)場要求,因而必須采用多機(jī)控制的形式,而多機(jī)控制主要通過多個單片機(jī)之間的串

3、行通信實(shí)現(xiàn)。串行通信作為單片機(jī)之間常用的通信方法之一, 由于其通信編程靈活、硬件簡潔并遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn), 因此其在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本次課程設(shè)計就是利用單片機(jī)，基于rs-485芯片，設(shè)計一種簡單的多機(jī)通信一主兩從。rs一485接口是一種基于平衡發(fā)送和差分接收的串行總線,具有很強(qiáng)的抗共模干擾能力,在適當(dāng)?shù)牟ㄌ芈氏聜鬏斁嚯x遠(yuǎn);同時易于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展,被廣泛的應(yīng)用在很多工業(yè)現(xiàn)場。節(jié)能燈壽命檢測環(huán)境中,主要干擾來自開關(guān)和壽命檢測的強(qiáng)電干擾、開關(guān)產(chǎn)生的電磁干擾、空氣循環(huán)設(shè)備的干擾等等;同時由于壽命檢測環(huán)境溫度高,強(qiáng)電系統(tǒng)復(fù)雜,也給系統(tǒng)的運(yùn)行提出更高的要求。壽命檢測系統(tǒng)要求實(shí)時報告每一盞節(jié)能燈的運(yùn)

4、行狀態(tài)、環(huán)境溫度、電壓等,并在壽終計算出節(jié)能燈壽命、光通等參數(shù)?？梢娤到y(tǒng)的傳輸數(shù)據(jù)量大,實(shí)時性強(qiáng),因此物理總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和通信協(xié)議尤為關(guān)鍵。1.1 總設(shè)計方案在多機(jī)通信中，最重要的是保證通信有條不紊地進(jìn)行，因此需要嚴(yán)格的通信協(xié)議和完善的通信軟件，本次課程設(shè)計就是利用rs485電氣特性和簡單的結(jié)構(gòu)方式，基于rs-485的多機(jī)通信系統(tǒng)，采用自定義串行通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)2個通信終端之間互相通信的功能該設(shè)計方案通信距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)也可實(shí)現(xiàn)主機(jī)與從機(jī)的通信，但不能實(shí)現(xiàn)從機(jī)之間的通信。rs-485方式構(gòu)成的多機(jī)通信系統(tǒng)采用主從式結(jié)構(gòu)：主機(jī)控制多個從機(jī)，作為從機(jī)的單片機(jī)不主動發(fā)送命令或數(shù)據(jù)，一切都由主機(jī)單片

5、機(jī)控制；并且在一個多機(jī)系統(tǒng)中，只有一臺主機(jī)，各臺從機(jī)之間不能相互通信，即使有信息交換也必須通過主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)。采用rs-485構(gòu)成的多機(jī)通信系統(tǒng)原理。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(yīng)該與總線的特性阻抗相當(dāng)。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正端a+和負(fù)端b-之間接一個10k的電阻；負(fù)端b-和地間接一個10k的電阻，形成一個電阻網(wǎng)路。當(dāng)總線上沒有信號傳輸時，正端a+的電平大約為3.2v，負(fù)端b-的電平大約為1.6v，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。1.2

6、設(shè)計要求：設(shè)計一個rs485接口并能實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通訊的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。1.3設(shè)計方案：本次設(shè)計，對于兩片89c51，采用rs485進(jìn)行雙機(jī)通信。發(fā)送方的數(shù)據(jù)由串行口txd段輸出，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換芯片max485將ttl電平轉(zhuǎn)換為rs485電平輸出，經(jīng)過傳輸線將信號傳送到接收端。接收方也使用max485芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后，信號到達(dá)接收方串行口的接收端。接受方接收后，在數(shù)碼管上顯示接收的信息。為提高抗干擾能力，還可以在輸入輸出端加光耦合進(jìn)行光電隔離。軟件部分，通過通信協(xié)議進(jìn)行發(fā)送接收，主機(jī)先送aah給從機(jī)，當(dāng)從機(jī)接收到aah后，向主機(jī)回答bbh。主機(jī)收到bbh后就把數(shù)碼表tab16中的10個數(shù)據(jù)送給從機(jī)，

7、并發(fā)送檢驗(yàn)和。從機(jī)收到16個數(shù)據(jù)并計算接收到數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)和，與主機(jī)發(fā)送來的檢驗(yàn)和進(jìn)行比較，若檢驗(yàn)和相同則發(fā)送00h給主機(jī)；否則發(fā)送ffh給主機(jī)，重新接受。從機(jī)收到16個正確數(shù)據(jù)后送到一個數(shù)碼管顯示。選擇stc單片機(jī)作為控制mcu，用6n137高速光耦進(jìn)行隔離，其結(jié)構(gòu)圖如圖所示。51單片機(jī)rs485總線光電隔離隔離電源51單片機(jī)rs485總線光電隔離隔離電源1.4設(shè)計系統(tǒng)流程圖首先判斷是接收中斷還是發(fā)送中斷，若是接收中斷，則清除ri，同時啟動字符間隔定時器to，并置收發(fā)標(biāo)志為收。當(dāng)接收完第2個字節(jié)后，各從機(jī)立即判斷是否尋址本機(jī)，若是，則置sm2為0，繼續(xù)接收主機(jī)送來的數(shù)據(jù)；若不是，則禁止t0定時，

8、不在接收后面的數(shù)據(jù)。當(dāng)被尋址從機(jī)接收完一幀信息后，字符間隔定時器會產(chǎn)生定時中斷，進(jìn)入to中斷服務(wù)程序。下圖是to中斷服務(wù)程序流程圖。進(jìn)入to中斷服務(wù)程序后，首先清除to中斷請求標(biāo)志，停止to定時器，接著判斷是接收完成還是發(fā)送超時，若是接收完成，再判斷校驗(yàn)和是否正確，若正確，對接收的命令進(jìn)行解釋，看是主機(jī)讀還是主機(jī)寫操作，若是主機(jī)讀，則將數(shù)據(jù)打包，送到專門用于通信的數(shù)組，接著，禁止接收，置本機(jī)為應(yīng)答工作方式，最后啟動發(fā)送，發(fā)送第一個字節(jié)，同時啟動發(fā)送時限定時器to。當(dāng)一個字節(jié)發(fā)送完后，便進(jìn)入通信中斷服務(wù)程序，繼續(xù)發(fā)送余下數(shù)據(jù)。如果在上邊判校驗(yàn)和時，發(fā)現(xiàn)不正確，則置sm2為1，恢復(fù)本機(jī)的偵聽狀態(tài)，

9、以便接收主機(jī)的重發(fā)信息 基于rs485接口的數(shù)據(jù)傳輸電路設(shè)計(2013)2 rs485硬件問題2.1問題的提出在工業(yè)控制及測量領(lǐng)域較為常用的網(wǎng)絡(luò)之一就是物理層采用rs-485通信接口所組成的工控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。這種通信接口可以十分方便地將許多設(shè)備組成一個控制網(wǎng)絡(luò)。從目前解決單片機(jī)之間中長距離通信的諸多方案分析來看，rs-485總線通信模式由于具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、通信距離和數(shù)據(jù)傳輸速率適當(dāng)?shù)忍攸c(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于儀器儀表、智能化傳感器集散控制、樓宇控制、監(jiān)控報警等領(lǐng)域。但rs485總線存在自適應(yīng)、自保護(hù)功能脆弱等缺點(diǎn)，如不注意一些細(xì)節(jié)的處理，常出現(xiàn)通信失敗甚至系統(tǒng)癱瘓等故障，因此提高rs-485總線運(yùn)

10、行可靠性至關(guān)重要。2.2 電路基本原理某節(jié)點(diǎn)的硬件電路設(shè)計如圖1所示，在該電路中，使用了一種rs-485接口芯片sn75lbc184，它采用單一電源vcc，電壓在35.5 v范圍內(nèi)都能正常工作。與普通的rs-485芯片相比，它不但能抗雷電的沖擊而且能承受高達(dá)8 kv的靜電放電沖擊，片內(nèi)集成4個瞬時過壓保護(hù)管，可承受高達(dá)400 v的瞬態(tài)脈沖電壓。因此，它能顯著提高防止雷電損壞器件的可靠性。對一些環(huán)境比較惡劣的現(xiàn)場，可直接與傳輸線相接而不需要任何外加保護(hù)元件。該芯片還有一個獨(dú)特的設(shè)計，當(dāng)輸入端開路時，其輸出為高電平，這樣可保證接收器輸入端電纜有開路故障時，不影響系統(tǒng)的正常工作。另外，它的輸入阻抗為

11、rs485標(biāo)準(zhǔn)輸入阻抗的2倍（24 k），故可以在總線上連接64個收發(fā)器。芯片內(nèi)部設(shè)計了限斜率驅(qū)動，使輸出信號邊沿不會過陡，使傳輸線上不會產(chǎn)生過多的高頻分量，從而有效扼制電磁干擾。在圖1中，四位一體的光電耦合器tlp521讓單片機(jī)與sn75lbc184之間完全沒有了電的聯(lián)系，提高了工作的可靠性?；驹頌椋寒?dāng)單片機(jī)p1.6=0時，光電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏三極管導(dǎo)通，輸出高電壓（5 v），選中rs485接口芯片的de端，允許發(fā)送。當(dāng)單片機(jī)p1.6=1時，光電耦合器的發(fā)光二極管不發(fā)光，光敏三極管不導(dǎo)通，輸出低電壓（0 v），選中rs485接口芯片的re端，允許接收。sn75lbc184的r

12、端（接收端）和d端（發(fā)送端）的原理與上述類似。2.3 rs-485的de控制端設(shè)計在rs-485總線構(gòu)筑的半雙工通信系統(tǒng)中，在整個網(wǎng)絡(luò)中任一時刻只能有一個節(jié)點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)并向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，其他所有節(jié)點(diǎn)都必須處于接收狀態(tài)。如果有2個節(jié)點(diǎn)或2個以上節(jié)點(diǎn)同時向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，將會導(dǎo)致所有發(fā)送方的數(shù)據(jù)發(fā)送失敗。因此，在系統(tǒng)各個節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計中，應(yīng)首先力求避免因異常情況而引起本節(jié)點(diǎn)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)而導(dǎo)致總線數(shù)據(jù)沖突。以mcs51系列的單片機(jī)為例，因其在系統(tǒng)復(fù)位時，i/o口都輸出高電平，如果把i/o口直接與rs-485接口芯片的驅(qū)動器使能端de相連，會在cpu復(fù)位期間使de為高，從而使本節(jié)點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)。如果

13、此時總線上有其他節(jié)點(diǎn)正在發(fā)送數(shù)據(jù)，則此次數(shù)據(jù)傳輸將被打斷而告失敗，甚至引起整個總線因某一節(jié)點(diǎn)的故障而通信阻塞，繼而影響整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行?？紤]到通信的穩(wěn)定性和可靠性，在每個節(jié)點(diǎn)的設(shè)計中應(yīng)將控制rs485總線接口芯片的發(fā)送引腳設(shè)計成de端的反邏輯，即控制引腳為邏輯“1”時，de端為“0”；控制引腳為邏輯“0”時，de端為“1”。在圖1中,將cpu的引腳p1.6通過光電耦合器驅(qū)動de端，這樣就可以使控制引腳為高或者異常復(fù)位時使sn75lbc184始終處于接收狀態(tài)，從而從硬件上有效避免節(jié)點(diǎn)因異常情況而對整個系統(tǒng)造成的影響。這就為整個系統(tǒng)的通信可靠奠定了基礎(chǔ)。此外，電路中還有1片看門狗max813l，

14、能在節(jié)點(diǎn)發(fā)生死循環(huán)或其他故障時，自動復(fù)位程序，交出rs-485總線控制權(quán)。這樣就能保證整個系統(tǒng)不會因某一節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障而獨(dú)占總線，導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓。2.4 避免總線沖突的設(shè)計當(dāng)一個節(jié)點(diǎn)需要使用總線時，為了實(shí)現(xiàn)總線通信可靠，在有數(shù)據(jù)需要發(fā)送的情況下先偵聽總線。在硬件接口上，首先將rs-485接口芯片的數(shù)據(jù)接收引腳反相后接至cpu的中斷引腳int0。在圖1中，int0是連至光電耦合器的輸出端。當(dāng)總線上有數(shù)據(jù)正在傳輸時，sn75lbc184的數(shù)據(jù)接收端（r端）表現(xiàn)為變化的高低電平，利用其產(chǎn)生的cpu下降沿中斷（也可采用查詢方式），能得知此時總線是否正“忙”，即總線上是否有節(jié)點(diǎn)正在通信。如果“空閑”，則

15、可以得到對總線的使用權(quán)限，這樣就較好地解決了總線沖突的問題。在此基礎(chǔ)上，還可以定義各種消息的優(yōu)先級，使高優(yōu)先級的消息得以優(yōu)先發(fā)送，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)的實(shí)時性。采用這種工作方式后，系統(tǒng)中已經(jīng)沒有主、從節(jié)點(diǎn)之分，各個節(jié)點(diǎn)對總線的使用權(quán)限是平等的，從而有效避免了個別節(jié)點(diǎn)通信負(fù)擔(dān)較重的情況?？偩€的利用率和系統(tǒng)的通信效率都得以大大提高，從而也使系統(tǒng)響應(yīng)的實(shí)時性得到改善，而且即使系統(tǒng)中個別節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，也不會影響其他節(jié)點(diǎn)的正常通信和正常工作。這樣使得系統(tǒng)的“危險”分散了，從某種程度上來說增強(qiáng)了系統(tǒng)的工作可靠性和穩(wěn)定性。2.5 rs-485輸出電路部分的設(shè)計在圖1中，vd1vd4為信號限幅二極管,其穩(wěn)壓值應(yīng)

16、保證符合rs-485標(biāo)準(zhǔn)，vd1和vd3取12 v,vd2 和vd4取7 v,以保證將信號幅度限定在-7+12 v之間，進(jìn)一步提高抗過壓的能力?？紤]到線路的特殊情況（如某一節(jié)點(diǎn)的rs-485芯片被擊穿短路），為防止總線中其他分機(jī)的通信受到影響，在sn75lbc184的信號輸出端串聯(lián)了2個20 的電阻r1和r2，這樣本機(jī)的硬件故障就不會使整個總線的通信受到影響。在應(yīng)用系統(tǒng)工程的現(xiàn)場施工中，由于通信載體是雙絞線，它的特性阻抗為120 左右，所以線路設(shè)計時，在rs485網(wǎng)絡(luò)傳輸線的始端和末端應(yīng)各接1個120 的匹配電阻（如圖1中的r3），以減少線路上傳輸信號的反射。2.6系統(tǒng)的電源選擇對于由單片機(jī)結(jié)

17、合rs-485組建的測控網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)優(yōu)先采用各節(jié)點(diǎn)獨(dú)立供電的方案，同時電源線不能與rs-485信號線共用同一股多芯電纜。rs-485信號線宜選用截面積0.75 mm2以上的雙絞線而不是平直線,并且選用線性電源tl750l05比選用開關(guān)電源更合適。tl750l05必須有輸出電容，若沒有輸出電容，則其輸出端的電壓為鋸齒波形狀，鋸齒波的上升沿隨輸入電壓變化而變化，加輸出電容后，可以抑制該現(xiàn)象。2.7 軟件的編程sn75lbc184在接收方式時，a、b為輸入，r為輸出；在發(fā)送方式時，d為輸入，a、b為輸出。當(dāng)傳送方向改變一次后，如果輸入未變化，則此時輸出為隨機(jī)狀態(tài)，直至輸入狀態(tài)變化一次，輸出狀態(tài)才確定。顯

18、然，在由發(fā)送方式轉(zhuǎn)入接收方式后，如果a、b狀態(tài)變化前，r為低電平，在第一個數(shù)據(jù)起始位時，r仍為低電平，cpu認(rèn)為此時無起始位，直到出現(xiàn)第一個下降沿，cpu才開始接收第一個數(shù)據(jù)，這將導(dǎo)致接收錯誤。由接收方式轉(zhuǎn)入發(fā)送方式后，d變化前，若a與b之間為低電壓，發(fā)送第一個數(shù)據(jù)起始位時，a與b之間仍為低電壓，a、b引腳無起始位，同樣會導(dǎo)致發(fā)送錯誤。克服這種后果的方案是：主機(jī)連續(xù)發(fā)送兩個同步字，同步字要包含多次邊沿變化(如55h ，0aah)，并發(fā)送兩次(第一次可能接收錯誤而忽略) ，接收端收到同步字后，就可以傳送數(shù)據(jù)了，從而保證正確通信。為了更可靠地工作，在rs485總線狀態(tài)切換時需要適當(dāng)延時，再進(jìn)行數(shù)據(jù)

19、的收發(fā)。具體的做法是在數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)下，先將控制端置“1”，延時0.5 ms左右的時間，再發(fā)送有效的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后，再延時0.5 ms，將控制端置“0”。這樣的處理會使總線在狀態(tài)切換時，有一個穩(wěn)定的工作過程。單片機(jī)通信節(jié)點(diǎn)的程序基本上可以分為6個主要部分，分別為預(yù)定義部分、初始化部分、主程序部分、設(shè)備狀態(tài)檢測部分、幀接收部分和幀發(fā)送部分。預(yù)定義部分主要定義了通信中使用的握手信號，用于保存設(shè)備信息的緩沖區(qū)和保存本節(jié)點(diǎn)設(shè)備號的變量。設(shè)備狀態(tài)檢測部分應(yīng)能在程序初始化后，當(dāng)硬件發(fā)生故障時，作出相應(yīng)的反應(yīng)。主程序部分應(yīng)能接收命令幀，并根據(jù)命令的內(nèi)容作出相應(yīng)的回應(yīng)。為縮短篇幅，這里僅給出主程序部分的代

20、碼。如下所示：/* 主程序流程*/while(1) /主循環(huán)if(recv_cmd(&type)=0) /發(fā)生幀錯誤或幀地址與本機(jī) /地址不符，丟棄當(dāng)前幀后返回continue;switch(type) case _active_:/主機(jī)詢問從機(jī)是否存在send_data(_ok_, 0,dbuf);/發(fā)送應(yīng)答信息break;case _getdata_:len = strlen(dbuf);send_data(_status_, len,dbuf);/發(fā)送狀態(tài)信息break;default:break;/命令類型錯誤，丟棄當(dāng)前幀后返回2.8 結(jié)論rs-485由于使用了差分電平傳輸信號

21、，傳輸距離比rs-232更長，最多可以達(dá)到3000 m，因此很適合工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用。但與can總線等更為先進(jìn)的現(xiàn)場工業(yè)總線相比，其處理錯誤的能力還稍顯遜色，所以在軟件部分還需要進(jìn)行特別的設(shè)計，以避免數(shù)據(jù)錯誤等情況發(fā)生。另外，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)冗余量較大，對于速度要求高的應(yīng)用場所不適宜用rs-485總線。雖然rs-485總線存在一些缺點(diǎn)，但由于它的線路設(shè)計簡單、價格低廉、控制方便，只要處理好細(xì)節(jié)，在某些工程應(yīng)用中仍然能發(fā)揮良好的作用?？傊鉀Q可靠性的關(guān)鍵在于工程開始施工前就要全盤考慮可采取的措施，這樣才能從根本上解決問題，而不要等到工程后期再去亡羊補(bǔ)牢。 2、 硬件設(shè)計2.1 rs-485 rs485

22、標(biāo)準(zhǔn)接口是單片機(jī)系統(tǒng)種常用的一種串行總線之一。rs-485通信方式rs-485標(biāo)準(zhǔn)是由eia(電子工業(yè)協(xié)會)和tia(通訊工業(yè)協(xié)會)共同制訂和開發(fā)的。rs-485作為一種多點(diǎn)差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范,已成為業(yè)界最廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)通信接口之一。理論上,rs-485標(biāo)準(zhǔn)最多接入32個設(shè)備(受芯片驅(qū)動能力的影響),可以工作在半雙工或全雙工模式下,最大傳輸距離約為1219米,最大傳輸速率約為10mbps1。然而通常rs-485網(wǎng)絡(luò)采用平衡雙絞線作為傳輸媒體,平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比,只有在20kbps的傳輸速率下,才可能達(dá)到最大傳輸距離。一般15米長的雙絞線最大傳輸速率僅為1mbps。不過對于速率

23、要求不是很高的控制系統(tǒng)來說已經(jīng)足夠了。rs-485采用平衡發(fā)送和差分接收方式來實(shí)現(xiàn)通信：在發(fā)送端txd將串行口的ttl電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號a、b兩路輸出，經(jīng)傳輸后在接收端將差分信號還原成ttl電平信號。兩條傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，因此有極強(qiáng)的抗共模干擾的能力，接收靈敏度也相當(dāng)高。同時，最大傳輸速率和最大傳輸距離也大大提高。如果以10kbps速率傳輸數(shù)據(jù)時傳輸距離可達(dá)12m，而用100kbps時傳輸距離可達(dá)1.2km。如果降低波特率，傳輸距離還可進(jìn)一步提高。另外rs-485實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)互連，最多可達(dá)256臺驅(qū)動器和256臺接收器，非常便于多器件的連接。不僅可以實(shí)現(xiàn)半雙工通信，而且可以

24、實(shí)現(xiàn)全雙工通信。 2.2 多機(jī)通原理 在多機(jī)通信中，每臺從機(jī)均分配有一個從機(jī)地址，主機(jī)與從機(jī)之間進(jìn)行串行通信時，通常是主機(jī)先呼叫某從機(jī)地址，喚醒被叫從機(jī)后，主、從兩機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。而未被呼叫的從機(jī)則繼續(xù)進(jìn)行各自的工作?？墒?，如果在主機(jī)與某被呼叫從機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換過程中，其他從機(jī)如果不采取相應(yīng)的數(shù)據(jù)識別技術(shù)，則這些從機(jī)就會因?yàn)榇型ㄐ啪€上有數(shù)據(jù)傳輸而時時被打斷，影響正常的工作。利用單片機(jī)的串口工作方式2、方式3可以很好解決上述問題。在多機(jī)通信過程中，從機(jī)首先要解決的是如何識別主機(jī)發(fā)送的是地址信息還是數(shù)據(jù)信息。當(dāng)發(fā)送的是地址信息時，各從機(jī)都響應(yīng)串口中斷，接收主機(jī)下發(fā)的一幀地址數(shù)據(jù)。而當(dāng)主機(jī)發(fā)送數(shù)

25、據(jù)幀時，無關(guān)從機(jī)可不響應(yīng)串口中斷。解決的方法是：當(dāng)主機(jī)發(fā)送一幀地址信息時，應(yīng)保持這幀數(shù)據(jù)的第9位為1(即tb8=1)。從機(jī)按照工作方式2或工作方式3運(yùn)行時，將串口寄存器scon中的控制位sm2置為1，當(dāng)所接收的一幀數(shù)據(jù)的第9位為1，所有從機(jī)都產(chǎn)生串口中斷，接收這一幀地址數(shù)據(jù)并與各自的從機(jī)地址進(jìn)行比較，以判斷主機(jī)是否要與本機(jī)通信。接收到的地址數(shù)據(jù)與從機(jī)地址相等達(dá)到為被呼叫從機(jī)，該從機(jī)將串口控制寄存器scon中的控制位sm2清為0，去接收主機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)幀（數(shù)據(jù)幀的第9位為0），此時不管接收到的第9位數(shù)據(jù)是否為1或0，都要產(chǎn)生串口中斷，這就保證了主機(jī)與被呼叫從機(jī)間的正常數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信結(jié)束后，該

26、從機(jī)又重新將串行口控制寄存器scon中的控制位sm2置為1，為下一次與主機(jī)進(jìn)行通信做好準(zhǔn)備。其他從機(jī)則一直在sm2=1下繼續(xù)自己的工作，不會因?yàn)橹?、從機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信而被打斷。多機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)，主要靠主、從機(jī)正確地設(shè)置與判斷多機(jī)通信控制位sm2和發(fā)送或接收的第9位數(shù)據(jù)（tb8或rb8）。當(dāng)主機(jī)給從機(jī)發(fā)送信息時，要根據(jù)發(fā)送信息的性質(zhì)來設(shè)置tb8，發(fā)送地址信號時，設(shè)置tb8=1；發(fā)送數(shù)據(jù)或命令時，設(shè)置tb8=0。當(dāng)從機(jī)的sm2為1時，該從機(jī)只接收地址幀（rb8位為1），對數(shù)據(jù)幀（rb8位為0）將不予理睬。而當(dāng)sm2為0時，該從機(jī)接收所有發(fā)送來的信息。多機(jī)通信過程如下：使所有從機(jī)的sm2置1，處于只接

27、收地址幀的狀態(tài)（即從機(jī)復(fù)位）；主機(jī)發(fā)送一地址幀信息，其中包含8位地址，第9位為地址、數(shù)據(jù)標(biāo)志位，第9位置1表示發(fā)送的是地址；從機(jī)接收到地址幀后，各自中斷cpu，把接收到的地址與本地址作比較；地址相符的從機(jī)，使sm2清零以接收主機(jī)隨后發(fā)來的所有信息，對于地址不相符的從機(jī)，仍保持sm2=1狀態(tài)，對主機(jī)隨后發(fā)送的數(shù)據(jù)不予理睬，直到主機(jī)發(fā)送來新的地址幀；主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)或控制信息給被尋址的從機(jī)；被尋址的從機(jī)，因sm2=0，可以接收主機(jī)發(fā)送過來的所有數(shù)據(jù)，當(dāng)從機(jī)接收數(shù)據(jù)結(jié)束時，置位sm2，返回接收地址幀狀態(tài)（復(fù)位狀態(tài)）；當(dāng)主機(jī)改為與另外從機(jī)聯(lián)系時，可再發(fā)地址幀尋址其從機(jī)，而先前被尋址過的從機(jī)恢復(fù)sm2=1。

28、2.3單片機(jī)通信功能單片機(jī)計算機(jī)與外界的信息交換稱為通信，常用的通信方式有兩種：并行通信和串行通信。51單片機(jī)用4個接口與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入與數(shù)據(jù)輸出就是并行通信，并行通信的特點(diǎn)是傳輸信號的速度快，但所用的信號線較多，成本高，傳輸?shù)木嚯x較近。串行通信的特點(diǎn)是只用兩條信號線（一條信號線，再加一條地線作為信號回路）即可完成通信，成本低，傳輸?shù)木嚯x較遠(yuǎn)。51單片機(jī)的串行接口是一個全雙工的接口，它可以作為uart（通用異步接受和發(fā)送器）用，也可以作為同步移位寄存器用。51單片機(jī)串行接口的結(jié)構(gòu)如下：（1）數(shù)據(jù)緩沖器（sbuf）接受或發(fā)送的數(shù)據(jù)都要先送到sbuf緩存。有兩個，一個緩存，另一個接受，用同一直接

29、地址99h,發(fā)送時用指令將數(shù)據(jù)送到sbuf即可啟動發(fā)送；接收時用指令將sbuf中接收到的數(shù)據(jù)取出。（2）串行控制寄存器（pcon）scon用于串行通信方式的選擇，收發(fā)控制及狀態(tài)指示，各位含義如下：sm0sm1sm2rentb8rb8tirism0,sm1:串行接口工作方式選擇位，這兩位組合成00，01，10，11對應(yīng)于工作方式0、1、2、3。串行接口工作方式特點(diǎn)見下表sm0sm1工作方式功能波特率 0008位同步移位寄存器（用于i/o擴(kuò)展）forc/1201110位異步串行通信（uart）可變（t1溢出率*2smod/32）10211位異步串行通信（uart）forc/64或forc/3211

30、311位異步串行通信（uart）可變（t1溢出率*2smod/32）sm2：多機(jī)通信控制位。ren：接收允許控制位。軟件置1允許接收；軟件置0禁止接收。tb8：方式2或3時，tb8為要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，根據(jù)需要由軟件置1或清0。rb9：在方式2或3時，rb8位接收到的第9位數(shù)據(jù)，實(shí)際為主機(jī)發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)tb8，使從機(jī)根據(jù)這一位來判斷主機(jī)發(fā)送的時呼叫地址還是要傳送的數(shù)據(jù)。ti：發(fā)送中斷標(biāo)志。發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后由硬件自動置位，并申請中斷。必須要軟件清零后才能繼續(xù)發(fā)送。ri：接收中斷標(biāo)志。接收完一幀數(shù)據(jù)后由硬件自動置位，并申請中斷。必須要軟件清零后才能繼續(xù)接收。（3）輸入移位寄存器接收的數(shù)據(jù)先串行進(jìn)

31、入輸入移位寄存器，8位數(shù)據(jù)全移入后，再并行送入接收sbuf中。（4）波特率發(fā)生器波特率發(fā)生器用來控制串行通信的數(shù)據(jù)傳輸速率的，51系列單片機(jī)用定時器t1作為波特率發(fā)生器，t1設(shè)置在定時方式。波特率時用來表示串行通信數(shù)據(jù)傳輸快慢程度的物理量，定義為每秒鐘傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)。（5）電源控制寄存器pcon其最高位為smod。（6）波特率計算當(dāng)定時器t1工作在定時方式的時候，定時器t1溢出率=（t1計數(shù)率）/（產(chǎn)生溢出所需機(jī)器周期）。由于是定時方式，t1計數(shù)率= forc/12。產(chǎn)生溢出所需機(jī)器周期數(shù)=模m-計數(shù)初值x。 2.4max485芯片 max485是芯片接口的一種類型。max485接口芯片是ma

32、xim公司的一種rs485芯片。 max485、max487-max491以及max1487是用于rs-485與rs-422通信的低功耗收發(fā)器，每個器件中都具有一個驅(qū)動器和一個接收器。max483、max487、max488以及max489具有限擺率驅(qū)動器，可以減小emi，并降低由不恰當(dāng)?shù)慕K端匹配電纜引起的反射，實(shí)現(xiàn)最高250kbps的無差錯數(shù)據(jù)傳輸。max481、max485、max490、max491、max1487的驅(qū)動器擺率不受限制，可以實(shí)現(xiàn)最高2.5mbps的傳輸速率。這些收發(fā)器在驅(qū)動器禁用的空載或滿載狀態(tài)下，吸取的電源電流在120µa至500&micro

33、;a之間。另外，max481、max483與max487具有低電流關(guān)斷模式，僅消耗0.1µa。所有器件都工作在5v單電源下。采用單一電源+5 v工作，額定電流為300 a，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。max485芯片的結(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(jī)連接時只需分別與單片機(jī)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(dāng)/re為邏輯0時，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng)de為邏輯1時，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)閙ax485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個

34、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(dāng)a引腳的電平高于b時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1；當(dāng)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(jī)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。同時將a和b端之間加匹配電阻，一般可選100的電阻。用8051串行接口通信，如果兩臺8051單片機(jī)之間的距離很近（不超過1.5m），可以采用直接將兩臺8051單片機(jī)的串行接口直接相連，利用其自身的ttl電平（0-5v）直接傳輸數(shù)據(jù)信息。如果傳輸距離較遠(yuǎn)（超過1.5m），由于傳輸線的阻抗與分布電容，會產(chǎn)生電平損耗和波形畸變，以至于檢測不出數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)出錯。此時可利用 rs4

35、85標(biāo)準(zhǔn)總線接口，將單片機(jī)輸出的ttl電平轉(zhuǎn)換為rs485標(biāo)準(zhǔn)電平（邏輯1為-15-5v；邏輯0為+5-+15v）。用rs485可將傳輸距離提高到15m，如果想遠(yuǎn)距離傳輸，可以采用rs422或者rs485。電平轉(zhuǎn)換芯片max485是美信公司（maxim）生產(chǎn)，專用于進(jìn)行將ttl電平轉(zhuǎn)換為rs485電平的芯片，max485內(nèi)部有泵電源，能將+5v電源電壓在芯片內(nèi)提高到rs485電平所需的+10v或者-10v電平。max485是用于rs-485與rs-422通信的低功耗收發(fā)器。max485的驅(qū)動器擺率不受限制, 可以實(shí)現(xiàn)最高2.5mbps的傳輸速率。這些收發(fā)器在驅(qū)動器禁用的空載或滿載狀態(tài)下，吸取的

36、電源電流在120a至500a之間。所有器件都工作在5v單電源下。驅(qū)動器具有短路電流限制，并可以通過熱關(guān)斷電路將驅(qū)動器輸出置為高阻狀態(tài)。接收器輸入具有失效保護(hù)特性，當(dāng)輸入開路時，可以確保邏輯高電平輸出。具有較高的抗干擾性能。max485是市面上最為常見的rs422芯片，亦是用量最大的rs422芯片，性價比高，優(yōu)質(zhì)，供貨穩(wěn)定是大部分廠家采用它的主要原因。圖2.電平轉(zhuǎn)換芯片max4852.5整體電路設(shè)計最終設(shè)計電路如下圖3所示，發(fā)送方的數(shù)據(jù)由串行口txd段輸出，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換芯片max485將ttl電平轉(zhuǎn)換為rs485電平輸出，經(jīng)過傳輸線將信號傳送到接收端。接收方也使用max485芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后，

37、信號到達(dá)接收方串行口的接收端。接受方接收后，通過p1口在數(shù)碼管上顯示接收的信息。圖3.串行通信電路三、軟件設(shè)計通過通信協(xié)議進(jìn)行發(fā)送接收，主機(jī)先送aah給從機(jī)，當(dāng)從機(jī)接收到aah后，向主機(jī)回答bbh。主機(jī)收到bbh后就把數(shù)碼表tab16中的10個數(shù)據(jù)送給從機(jī)，并發(fā)送檢驗(yàn)和。從機(jī)收到16個數(shù)據(jù)并計算接收到數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)和，與主機(jī)發(fā)送來的檢驗(yàn)和進(jìn)行比較，若檢驗(yàn)和相同則發(fā)送00h給主機(jī)；否則發(fā)送ffh給主機(jī)，重新接受。從機(jī)收到16個正確數(shù)據(jù)后送到一個數(shù)碼管顯示。3.1.通信軟件實(shí)現(xiàn)（1）串行口工作于方式1；用定時器1產(chǎn)生9600bit/s的波特率，工作于方式2。（2）功能:將本機(jī)rom中數(shù)碼表tab16中

38、的16個數(shù)發(fā)送到從機(jī),并保存在從機(jī)內(nèi)部rom中，從機(jī)收到這16個數(shù)據(jù)后送到一個數(shù)碼管循環(huán)顯示。（3）通信協(xié)議:主機(jī)首先發(fā)送連絡(luò)信號(aah),從機(jī)接收到之后返回一個連絡(luò)信號(bbh)表示從機(jī)已準(zhǔn)備好接收。（4）通信過程使用第九位發(fā)送奇偶校驗(yàn)位。（5）從機(jī)接收到一個數(shù)據(jù)后，立即進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，若數(shù)據(jù)沒有錯誤，則返回00h，否則返回ffh。（6）主機(jī)發(fā)送一個數(shù)據(jù)后，等待從機(jī)返回數(shù)據(jù)；若為00h，則繼續(xù)發(fā)送下一個數(shù)據(jù)，若為ffh，則重新發(fā)送數(shù)據(jù)。3.2程序流程圖（1）發(fā)送端程序流程圖主程序開始從機(jī)是否回答bbh？程序初始化主機(jī)發(fā)送aahn主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)和輸出完成？n清除標(biāo)志位(2)接收方程序流程圖

39、主程序開始檢驗(yàn)和相等？程序初始化接收數(shù)據(jù)，計算檢驗(yàn)和n發(fā)送00h至主機(jī)接收完成？n清除標(biāo)志位發(fā)送ffh，重新接收顯示4.聯(lián)合調(diào)試在protues上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。首先使用keilc將編寫完成的程序編譯生成hex文件，將hex文件燒錄到兩片單片機(jī)中，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下圖4所示，可以看到，接收端已將接受到的數(shù)據(jù)完整的顯示了出來。圖4.仿真圖5設(shè)計小結(jié)在整個課程項(xiàng)目的設(shè)計過程中，我們遇到了許多困難和問題，但是憑著良好的心態(tài)和不放棄的精神，我們最終順利完成了作品的設(shè)計和制作。1、編程基礎(chǔ)不扎實(shí)。由于大一時沒有打下扎實(shí)的編程基礎(chǔ)，在編寫這次的項(xiàng)目程序時，我們總是干道無處下手。最后我們通過查資料，并師兄

40、的指導(dǎo)下，找準(zhǔn)了方向。2、硬件連接原理在某些方面存在誤解。由于是第一次在沒有老師的情況下做作品，有些時候就會想當(dāng)然，缺少實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)的我們?nèi)鄙倮碚摰綄?shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，不過實(shí)驗(yàn)室的兩位學(xué)長在這方面幫了我們很多。單片機(jī)的課程項(xiàng)目設(shè)計給了我們一次團(tuán)隊合作的機(jī)會，對于我們這一代來說，團(tuán)隊合作精神是我們身上所缺少但卻必須要具備的。在這次的團(tuán)隊合作中我們有以下幾點(diǎn)感悟：1、 心要齊作為同一個團(tuán)隊的成員，大家都是為了同一個目標(biāo)奮斗，所以要以積極的態(tài)度朝著好的方向努力。就比如做這個課程設(shè)計，首先大家在做什么作品上面要達(dá)成認(rèn)同，目標(biāo)統(tǒng)一了之后才能團(tuán)結(jié)起來去為之奮斗。在奮斗的時候，每個人的態(tài)度都要端正，不能有的人很積極的在

41、準(zhǔn)備，而有的人卻在消極的應(yīng)付差事，這樣不僅不利于團(tuán)隊的發(fā)展，更會影響到隊員之間的感情，最后很可能導(dǎo)致團(tuán)隊的解散，不僅作品完成不了，同學(xué)之間的友誼也多了裂痕。2、 心要寬雖然大家在一個團(tuán)隊，為了同一個目標(biāo)在奮斗，但是每個人依舊是個獨(dú)立的個體，不可能在每一個方面大家都是想的一樣的，當(dāng)某個隊員自己有一些想法時，我們要個他一個寬松的環(huán)境讓他坦誠的說出心里的話，作為聽眾的我們，要耐心的聽取他的意見，認(rèn)真思考，然后用合適的方式進(jìn)行討論，不能別人一說什么就否定人家，這樣一來，以后隊里就不會再有人說話了，好的創(chuàng)意和想法也不會有被挖掘的機(jī)會。如果我們自己心里有什么想法，也要大膽的說出來，但是要注意語氣和措辭，畢

42、竟這是大家的團(tuán)隊，不是以自己為領(lǐng)導(dǎo)的工作班子。要聽得進(jìn)別人的意見。這次單片機(jī)課程設(shè)計，在我們看來不僅僅是單純的一個單片機(jī)的應(yīng)用，而是多學(xué)科多領(lǐng)域的綜合設(shè)計。做完這次設(shè)計，我們有以下幾點(diǎn)心得體會：1、 做這個設(shè)計不是光靠學(xué)好單片機(jī)這一門課就可以的。在這個課程項(xiàng)目的設(shè)計過程中，我們充分體會到了要全面發(fā)展，各個學(xué)科都要學(xué)好，知識的全面性很重要。比如在編寫程序時，我們就明顯感覺到了c語言的基礎(chǔ)不夠扎實(shí)，當(dāng)初學(xué)c語言的時候并沒有意識到它的重要性，而當(dāng)我們真正開始做設(shè)計的時候才發(fā)現(xiàn)一個課程的項(xiàng)目設(shè)計是需要其他許多項(xiàng)目來給它做基礎(chǔ)的。2、 做這個設(shè)計不是光靠學(xué)好書本上的知識就夠的。設(shè)計的靈魂便在于它的理念，

43、要做出一個好的設(shè)計作品來，需要你平時對生活有足夠的觀察和了解，古話說，學(xué)以致用，及時你設(shè)計出來的東西原理再高深，但在實(shí)際生活中卻無處可用，那也是沒有任何價值的。所以在刻苦學(xué)習(xí)的同時，也要關(guān)注社會動態(tài)，了解人民生活所需，有一個正確的設(shè)計理念才能使自己走對第一步棋。6參考文獻(xiàn)1 李光飛,李良兒,樓然苗等.單片機(jī)c程序設(shè)計實(shí)例指導(dǎo).北京: 北京航空航天大學(xué)出版社，2005：47-512 梅麗鳳，王艷秋，汪毓鐸，張軍. 單片機(jī)原理與接口技術(shù)(修訂本). 北京: 清華大學(xué)出版社；北京交通大學(xué)出版社，2006：329-3403 劉軍.單片機(jī)原理與接口技術(shù).上海：華東理工大學(xué)出版社.2006：88-92 4

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