RS-485總線教學(xué)提綱

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。RS-485總線-目錄摘要2第一部分RS485總線應(yīng)用綜述3RS-485標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范3RS-485可靠性設(shè)計(jì)問題4RS-485多機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)8第二部分會議表決系統(tǒng)的485網(wǎng)絡(luò)硬件實(shí)現(xiàn)101系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案論證10211系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)112.2芯片選擇考慮122.2.1單片機(jī)89C2051及通訊接口芯片MAX3085/30821223電路設(shè)計(jì)13PCB板的制作14電路調(diào)試15第三部分基于485總線的會議系統(tǒng)多機(jī)通訊編程163.1AT89C2051的串口通訊原理163.2PC和單片機(jī)的多機(jī)通訊測試213.3會議

2、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思路23331分層管理軟件模式和通訊協(xié)議2334主機(jī)部分編程實(shí)現(xiàn)273.5分機(jī)部分編程實(shí)現(xiàn)296MicrowireEEPROM編程317PC用戶軟件的實(shí)現(xiàn)34附錄35小結(jié)與致謝36參考文獻(xiàn)36RS-485總線多機(jī)通訊實(shí)現(xiàn)會議表決系統(tǒng)研制論文作者：潘劍鋒指導(dǎo)老師：陳耀和摘要RS-485總線作為一種允許多點(diǎn)、差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嶋姎庖?guī)范，定義了一個極為堅(jiān)固可靠的通信鏈路，具有長傳輸距離、寬共模范圍、信號沖突保護(hù)和良好的抑制高噪聲等特性。本文在研究討論RS-485總線的特點(diǎn)及組網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對RS-485總線多機(jī)通訊能力在一個會議表決系統(tǒng)上的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)總結(jié)，較為詳細(xì)地闡述了設(shè)計(jì)要點(diǎn)和

3、關(guān)鍵技術(shù)。此外對系統(tǒng)中應(yīng)用的Microwire總線93CXX系列串行CMOSEEPROM的讀寫編程也作了一個較為深入的討論，并給出了一個通用的讀寫程序。關(guān)鍵字RS-485總線、多機(jī)通訊、Microwire總線、93CXX系列串行CMOSEEPROMImplementofmultiplecommunicationbyRS-485standardbusandapplicationinmeetingvotesystemauthor:PanJianfengadviser:ChenYaoheAbstractRS-485,isacommunicationelectricalstandardwhichall

4、owsmultipoint,differentiatedatatransmission.Itsperfectspecialtiesoflongdistancetransmission,widecommonmodebound,fail-safeforsignalclashandgoodnoisecontroldefinedastronglylinkforserialcommunication.ThisarticlestudybaseonthefeatureofRS-485anditsimplementationofmultiplecommunication,andcallabouttheappl

5、icationinameetingvotesystem.Additionally,wealsomakeadiscussionaboutthe93CXXfamilyofserialCMOSEEPROMwhicharebasedontheMicrowirebus.Auniversalprogramisgivenout.KeywordRS-485bus、multiplecommunication、Microwirebus93CXXfamilyofserialCMOSEEPROM第一部分RS-485總線應(yīng)用綜述1.1RS-485標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范RS-485由來RS-485標(biāo)準(zhǔn)是由兩個行業(yè)協(xié)會于1983年共同制

6、訂合開發(fā)的，即EIA電子工業(yè)協(xié)會和TIA通訊工業(yè)協(xié)會。EIA開始時在它所有的標(biāo)準(zhǔn)前加上“RS”前綴（推薦標(biāo)準(zhǔn)Recommendedstandard的縮寫）。這個名稱一直延用至今，現(xiàn)在EIA-TIA已正式用“EIA/TIA”取代“RS”以明確其來源。修訂后命名為TIA/EIA-485-A。不過我們還是習(xí)慣地稱之為RS-485。RS-485由RS-422發(fā)展而來。兩者是工業(yè)應(yīng)用中最成功的標(biāo)準(zhǔn)。而RS-422是一個差分標(biāo)準(zhǔn)，是為了彌補(bǔ)RS232的不足提出來的，改進(jìn)了RS-232通訊距離短和速率低的缺點(diǎn)，RS-422定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到了10Mbps，在速率低于1000Kbps時傳

7、輸距離延長到4000英尺，并且允許在一條平衡線上連接最多10個接收器，可以說RS-422是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向傳輸規(guī)范。RS-485是在RS-422的基礎(chǔ)上，為了擴(kuò)展應(yīng)用范圍和通訊能力，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，也就是說，允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時，增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和通訊沖突的保護(hù)特性，通過差分傳輸擴(kuò)展總線的共模范圍。RS-485滿足了所有的RS-422規(guī)范，但反之則不成立。RS-485規(guī)范RS-485實(shí)質(zhì)上是一個電氣接口規(guī)范，它只規(guī)定了平衡驅(qū)動器合接收器的電特性，而沒有規(guī)定插件、傳輸電纜與及通信協(xié)議。只是對應(yīng)于七層模型中的物理層。RS-485的接口規(guī)范特點(diǎn)：平衡傳輸

8、、差動工作模式多點(diǎn)通信驅(qū)動器帶載最小輸入電壓：1.5V驅(qū)動器帶載最大輸入電壓：5V最大輸出短路電流：250mA驅(qū)動器輸出阻抗：54接收器輸入門限：200mV接收器最小輸入阻抗：12K7V至12V總線共模范圍最大輸入電流1.0mA/-0.8mA(12Vin/-7Vin)接收器輸出邏輯高：200mV接收器輸出邏輯低：200mV最大總線負(fù)載：32個單位負(fù)載允許收發(fā)器數(shù)目：32Tx、32Rx最大傳輸速率：10Mbps最大電纜長度：4000英尺（約1.2千米）RS-485標(biāo)準(zhǔn)定義了一個基于單對平衡線的多點(diǎn)、雙向（半雙工）的通訊鏈路，提供了高噪聲抑制、高的傳輸速率、長傳輸距離、寬共模范圍和低成本的通信平臺

9、。RS-485可靠性設(shè)計(jì)問題涉及到RS-485的可靠性設(shè)計(jì)的問題很多。在整個設(shè)計(jì)的過程中，我收集整理了關(guān)于這些方面的資料并且在設(shè)計(jì)中注意到了這些問題，通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的觀察和思考，基本弄清了其產(chǎn)生的原因及原理和解決方案。RS-485網(wǎng)絡(luò)連接和節(jié)點(diǎn)配置事實(shí)上，雖然RS-485規(guī)范的定義里只定義了一個雙線通訊鏈路，但是在實(shí)際使用中，我們可以利用一條或者兩條這樣的鏈路來建立實(shí)用的通訊網(wǎng)絡(luò)，也就是說，RS-485可以很好的支持半雙工和全雙工的通訊模式。一般的，對于一條這樣的鏈路，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用終端匹配的總線型結(jié)構(gòu)。而不支持常見的星型或者環(huán)形結(jié)構(gòu)。485總線的網(wǎng)絡(luò)配置實(shí)際上對通訊的可靠性是影響巨大的，特

10、別是在通信距離的延長和通信數(shù)據(jù)傳送速率或者說通信所用波特率的提高之后，不良影響會越來越嚴(yán)重。以下（1）、（2）、（3）是一些常見的錯誤的連接方案，其中的小圓圈代表一個接收/發(fā)圖1常見錯誤連接及改正方案送器單元。連線表示連接總線的電纜，一般我們采用雙絞線作為這個連接介質(zhì)。在（4）、（5）、（6）里，我給出了對應(yīng)于（1）、（2）、（3）的連接改正方案。（1）、（2）、（3）連接方案，雖然在某些情況下，比如很短的距離，對通信速率要求不高，可以采用低速率，而且收發(fā)單元也很少等場合，可能可以實(shí)現(xiàn)通信。但一旦這些方案用于通信距離長，和通信速率要求高的現(xiàn)場，就可能出現(xiàn)不能通信。主要的原因就是信號在各個支路會

11、發(fā)生信號反射，和原信號疊加，造成了信號的不穩(wěn)定性。另外，由電磁學(xué)理論我們知道，反射還可能發(fā)生在線路阻抗不連續(xù)或者起伏較大的地方，比如不同線路段采用了不同的電纜，某個段連接了很多收發(fā)器而另一段卻很少，又或者某收發(fā)單元到主干總線的連線太長，都可能出現(xiàn)阻抗的不連續(xù)，發(fā)生信號反射?？偩€的配置還涉及到連接的收發(fā)器數(shù)目問題，RS-485總線沒有給出一個允許連接的收發(fā)器數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，但是規(guī)定了最大的總線負(fù)載容量，那就是最多接32個單位負(fù)載，每個單位負(fù)載的最大輸入電流是1.0mA/-0.8mA,也就是相當(dāng)于12K。這就給接口芯片一個擴(kuò)充收發(fā)器的可能性，器件生產(chǎn)商通過增大收發(fā)器的輸入電阻從而達(dá)到增加節(jié)點(diǎn)數(shù)的目

12、的。在我們的這個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，因?yàn)橐蟮墓?jié)點(diǎn)（分機(jī)）很多，采用的就是現(xiàn)在可以達(dá)到的最大允許限度，接256個的收發(fā)器。對于這個問題，在EIA485中給出了說明，即所謂的UNITLOAD定義，一個UNITLOAD的標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)單元的輸入電阻就是12k。當(dāng)使用的是這種標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)單元時，總線上只可以接32個收發(fā)器?，F(xiàn)在有些收發(fā)器為1/4UNITLOAD或者1/8UNITLOAD,這就是說輸入電阻分別是48K和96K，這樣，總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)就可以增大到128個或者256個?？偩€匹配和節(jié)點(diǎn)引出線為了解決總線上的發(fā)射和干擾，有時候就需要對總線進(jìn)行終端匹配，由于RS-485一般是用UART(UniversalAsyn

13、chronousReceiver/Transmitter通用異步接收/傳送器)方式進(jìn)行通訊，而UART是在每個數(shù)據(jù)的中點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)的，只要反射信號在采樣開始時已經(jīng)衰減到可以忽略，那就不用考慮總線匹配問題?？偩€匹配問題和數(shù)據(jù)傳輸速率、電纜長度、與及信號轉(zhuǎn)換速率等都有關(guān)系，判斷在什么樣的情況下需要加匹配有一個經(jīng)驗(yàn)性的原則：當(dāng)信號的轉(zhuǎn)換時間（上升或者下降時間）超過電信號沿總線單向傳輸所需的時間的3倍以上時就可以不加匹配。當(dāng)要求考慮匹配時，一般的我們采用在總線兩端各接一個阻值等于電纜特性阻抗的電阻，例如雙絞線的這個特性阻抗是100至120之間。這個電阻就可以選擇在這個訪問范圍，如圖2（a）。另外還可以用

14、RC匹配，如圖2（b）；或者使用一種加二極管的方案，如圖2（c）。這幾種方案都有不同的特點(diǎn)：（a）有一個缺點(diǎn)，即匹配電阻要消耗電流，不適用于那些需要低功耗的系統(tǒng)。（b）的RC網(wǎng)絡(luò)很省電，但C值很難確定，要在功耗和匹配效率間折衷考慮。另外這種方法對信號的質(zhì)量也產(chǎn)生破壞。（c）實(shí)際上沒真正實(shí)現(xiàn)匹配，但利用了二極管的鉗位作用削弱了反射，改善了信號質(zhì)量，而且節(jié)能效果很好。在上面已經(jīng)提了一下，在節(jié)點(diǎn)支路最容易產(chǎn)生反射，其中節(jié)點(diǎn)引出線是個最大的影響因素，在圖1中我們也看到，其錯誤連接就是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的引出線太長了。幾乎可以比擬主干線。事實(shí)上，一個485系統(tǒng)可以允許的引出線長度和信號的轉(zhuǎn)換時間、數(shù)據(jù)速率很有關(guān)系

15、，有個經(jīng)驗(yàn)公式可以粗略計(jì)算這個最大長度：Lmax（rise0.2m/ns）/10Lmax=(rise0.2m/ns)/10（rise可以是上升或者下降時間）在設(shè)計(jì)中我們選擇了MAX3085/3082作為接口芯片，對應(yīng)于它們的250ns的上升/下降時間，節(jié)點(diǎn)單元（分機(jī)）的最大引出線由上式算得約為5米。擺率限制（Slew-ratelimited）其實(shí)在上面的分析我們也可以看到，如果增大信號的上升或者下降時間，也就是減緩信號的前后沿斜率，對降低總線匹配和引出線長度的要求，改善信號的質(zhì)量，都是很有利的，另外對于信號中的高頻成分還可以有抑制作用，減少了電磁輻射。這就是所謂的擺率限制措施。但是這種做法也限

16、制了數(shù)據(jù)的傳輸速率。失效保護(hù)(Fail-safe)RS-485標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定接收器門限為200mV。這樣能夠提供較高的噪聲抑制能力。但是，也會有一個問題：當(dāng)總線上的信號處于-200mV+200mV之間時，接收器接收到的信號狀態(tài)無法確定，注意到UART是以一個“0”電位作為起始位開始一個數(shù)據(jù)幀的傳遞的，所以這個不定態(tài)可能會使UART錯誤的接收一些數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)行錯誤動作。這個問題是不容忽視的，特別是對于實(shí)時性要求很高和控制要求高的場合，誤操作的后果是很嚴(yán)重的。而當(dāng)系統(tǒng)總線空閑、開路、或者短路時都有可能出現(xiàn)兩線電壓低于200mV的情況。故必須采用有效的措施來避免接收器處于不定態(tài)。傳統(tǒng)的做法是給總線

17、加偏置電阻。這樣在空閑或者開路是把總線偏置到一個確定態(tài)。但是這種方法不能解決總線短路問題。在我們設(shè)計(jì)過程中，考慮了這個問題，采用的MAX3085/3085芯片是有失效保護(hù)的。它采用的方法很巧妙，也是現(xiàn)在解決這個問題的最好方法：將接收門限移到200mV/-50mV，這樣就解決了在總線短路下的失效問題。因?yàn)檫@樣規(guī)定的門限，對于大于50mV我們就確定為“1”態(tài)，對于短路狀態(tài)下的“0V”當(dāng)然就是確定的“1”態(tài)。總線接地問題對于電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。我們知道電源和接地問題是一個非常關(guān)鍵的問題，如果處理不好，經(jīng)常導(dǎo)致不能穩(wěn)定的工作甚至危及系統(tǒng)安全。對于一個可靠的RS-485系統(tǒng)也是這樣。因?yàn)樵赗S-485的規(guī)范

18、中只是強(qiáng)調(diào)了用兩根雙絞線實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的通訊線路A(+)和B(-)，受此影響。一個錯誤的觀點(diǎn)是認(rèn)為RS-485鏈路不需要信號地，只要把A和B線路用兩個雙絞線連起來就行了，因?yàn)镽S-485接口是用差分方式傳輸信號的，并不需要相對于某個參照地來檢測信號，系統(tǒng)只需要檢測兩線間的電位差就可以了。無可否認(rèn)在某些情況下這是可以工作的，但是也給系統(tǒng)留下了很大的隱患。一個問題就是共模干擾，注意到收發(fā)器只有在共模電壓不超過一定的范圍（-7V+12V）條件下才能正常工作，所以當(dāng)共模電壓超出這個范圍時通訊的可靠性就受到考驗(yàn)了。嚴(yán)重的話還可能燒毀接口。圖3共模干擾模型VCM=VosVGPD如圖3給出的模型，發(fā)送器A對發(fā)送器

19、B發(fā)數(shù)據(jù)時，A輸出的共模電壓為Vos，如果A、B是不共地的話。那么就可能存在地電位差VGPD。那么接收器B輸入的共模電壓就會達(dá)到VCM=VosVGPD。RS-485標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定Vos3V，但是注意到VGPD可能會有很大的幅度（甚至幾十伏特）且可能伴有強(qiáng)的干擾信號，這樣B接收端輸入VCM就有可能超出正常范圍，在信號線上引入干擾電流，影響通信甚至燒毀電纜。除了共模干擾，還有一個就是電磁輻射（EMI）對總線的影響，驅(qū)動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路，如果系統(tǒng)沒有接地的回路，共模信號沒有一個低阻的回路，就會以電磁輻射的方式返回源端，整個總線就像一個長天線一樣向外輻射電磁波。這樣造成的信號損失和信息

20、泄漏是很嚴(yán)重的。接地的措施其實(shí)很多，不過這些措施與共模干擾的頻率和干擾源的內(nèi)阻有關(guān)，圖4給出了一些不同情況下可考慮的措施：圖4接地方案（1）：干擾源內(nèi)阻大，直接加一低阻信號地線；（2）：干擾源內(nèi)阻小，在（1）的基礎(chǔ)上可以在信號地回路中加電阻，不過注意到這可能會增大共模電壓，R1、R2的取值要控制好，不能影響通信；（3）：浮地接法，當(dāng)干擾源內(nèi)阻實(shí)在太小，這種方法是可行的，因?yàn)楦魯嗔私拥鼗芈?，形成的環(huán)路電流不會很大；（4）：如果在（3）情況下，信號地和大地或機(jī)殼不能隔斷，那這種電氣隔離的方法是可行的。當(dāng)然，以上所述的各種情況都是在低頻率的情況下適用，如果是高頻瞬態(tài)干擾就不能這樣考慮了。因?yàn)橐€有電

21、感，這個接地回路對瞬態(tài)干擾等于開路，瞬態(tài)干擾的產(chǎn)生我們可以想象得到，系統(tǒng)周邊的別的大功率感性器件，如電機(jī)、變壓器、繼電器等等，甚至最平常的就是閃電了。采用的措施可以類似圖4中的（4）的電氣隔離方法?；蛘哂梅烹姽艿人矐B(tài)抑制器件，總之最終目的就是將瞬態(tài)放出的能量引到大地上去。靜電放電保護(hù)（ESD）對于一個工作在實(shí)際的環(huán)境中的系統(tǒng)，所受到的外界影響是多種多樣的，靜電放電（ElectrostaticDischarge）就是一個很關(guān)鍵的問題。國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的靜電放電有關(guān)規(guī)定主要有：IEC(1000-4-2)規(guī)定：15KV氣隙放電；8KV接觸放電；15KV人體模型IEC(1000-4-4)規(guī)定：4KV電

22、快速瞬變（鑒定中）放電現(xiàn)象是很普遍存在的，上面給出的人體模型等就給出了一個標(biāo)準(zhǔn)。這些都會損壞總線收發(fā)器的端口，從而破壞通信。對于設(shè)計(jì)RS-485總線系統(tǒng)而已，可以通過選擇提供了ESD保護(hù)的芯片來解決。RS-485多機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)因?yàn)镽S-485標(biāo)準(zhǔn)只是提供了一個電氣上的一個規(guī)定，實(shí)際上硬件上的實(shí)現(xiàn)方案可以有很多不同的設(shè)想。RS-485接口可連接成半雙工和全雙工兩種通信方式。如下圖5（a）、（b）所示。圖5（a）RS-485半雙工通信電路圖5（b）全雙工通信電路注意到（a）、（b）中收發(fā)器的不同之處，其中（a）中的是半雙工的接口芯片，（b）中的是全雙工的接口芯片，DI是發(fā)送數(shù)據(jù)到總線，RO是接收

23、總線上的數(shù)據(jù)，DE是發(fā)送允許，/RE是接收允許。對于全雙工芯片，這兩個控制線可以同時有效，但對于半雙工的芯片，同一時間只能一個有效。在下面將在MAX4082的說明中詳述其意義。事實(shí)上，當(dāng)傳輸?shù)木嚯x很長時，而雙方信息的交換又不是很頻繁時都是采用半雙工方式，這樣可以節(jié)省一對傳輸用線。在會議系統(tǒng)中，我們在設(shè)計(jì)過程中考慮過傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案。并且考慮了分機(jī)數(shù)目多，總線長的特點(diǎn)采用了半雙工網(wǎng)絡(luò)?？紤]的一個典型的半雙工485網(wǎng)絡(luò)如圖6所示。圖6RS-485網(wǎng)絡(luò)方案之一其中的unitload概念是EIA的新提法。表示一個標(biāo)準(zhǔn)單元，參見1.2節(jié)的描述。我們知道實(shí)際上unitload（標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)單元）的關(guān)鍵是輸入

24、電阻，即12K。當(dāng)這個輸入電阻變化時，總線可以帶動的負(fù)載收發(fā)器數(shù)目也要改變，這個和采用的芯片很有關(guān)系。上圖5中的R1、R2是總線匹配電阻，R3和R4是失效保護(hù)電阻。根據(jù)我們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，在收集通訊接口芯片的資料過程中了解到美國MAXIM公司的485系列芯片在有效的進(jìn)行485網(wǎng)絡(luò)配置方面有很大的優(yōu)越性，我們采用了其中的MAX4080系列芯片來進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用的網(wǎng)絡(luò)方案和圖6所示有了很大的改進(jìn)。這個在下面對芯片的說明中再來說明其優(yōu)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)圖如下圖7。圖7會議系統(tǒng)采用的485網(wǎng)絡(luò)方案第二部分會議表決系統(tǒng)的485網(wǎng)絡(luò)硬件實(shí)現(xiàn)21系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案論證隨著社會的進(jìn)步，人們需要共同來決定的事情越來越多，開會

25、投票表決是大家公認(rèn)的公平嚴(yán)肅的好方法。而過去那種人工手工點(diǎn)票的方法，隨著人數(shù)增多越來越顯出其不足：慢，而且容易出錯。能不能有一個簡單易用而且準(zhǔn)確的系統(tǒng)可以代替呢？會議表決系統(tǒng)就是為了迎合這種需要而設(shè)計(jì)的，由于采用了簡單而可靠的RS-485網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)，只需要兩條線就可以實(shí)現(xiàn)上千甚至上萬臺分機(jī)的連接通信。很好的解決多人表決和低成本的要求。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)要求硬件上要求實(shí)現(xiàn)簡單，各個分機(jī)硬件上是可互換的，各分機(jī)有各自獨(dú)一的分機(jī)號，通過軟件來實(shí)現(xiàn)。表決按鍵功能全且使用簡單，有指示燈直觀顯示。直接或間接和PC串口通信，要求PC上有WINDOWS圖形界面的軟件，可以通過軟件操作控制整個表決過程，另外設(shè)定一個

26、主席分機(jī)，表決過程也可以由主席分機(jī)控制。在我們設(shè)計(jì)的這個表決系統(tǒng)里。包括了：主機(jī)箱，內(nèi)含四臺主機(jī)，分別控制四條RS-485線路，每條線路下最多可以帶250臺代表分機(jī)單元。主機(jī)帶可擴(kuò)展接口。代表分機(jī)單元。提供6個按鍵，和9個紅色LED顯示燈。其中按鍵里5個用于表決，一個是簽到和確定鍵。LED里一個是簽到/確認(rèn)指示，其余8個是表決燈。用于建立RS-485網(wǎng)絡(luò)的連接電纜和連接盒。與及和PC通信的RS-232接口。系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)考慮到會議系統(tǒng)的特殊性，即分機(jī)數(shù)目很大，連線長且多，所以采用了半雙工的RS-485網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。另外，考慮到如果代表分機(jī)直接和PC機(jī)進(jìn)行通信，PC機(jī)需處理的信息量很大，PC機(jī)串口的

27、多機(jī)通訊能力有限，此外485總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)目也不能很多。所以采用了分層管理的間接方法，那就是最多每250臺分機(jī)就用一個主機(jī)來管理，分機(jī)的信息只和主機(jī)交換。各主機(jī)收集完信息并初步處理后才發(fā)給PC機(jī)，這樣，PC機(jī)對通信部分就不需要進(jìn)行繁復(fù)的切換處理，處理上主要集中于后臺對信息數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫處理和對用戶界面的結(jié)果顯示處理了。對于具體的線路配置，我們也做了一些考慮，首先是主機(jī)的數(shù)目定為4臺，裝在主機(jī)箱里，主機(jī)和屬下代表分機(jī)是通過RS-485半雙工網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)通信的。這樣一共可以帶1000臺分機(jī)。此外，對于主機(jī)和PC機(jī)的通信，可以有兩種選擇，一種是用RS-232C總線來實(shí)現(xiàn)通信，一種還是用RS-485總線，

28、考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，將來還可以進(jìn)行主機(jī)擴(kuò)展，最多可以擴(kuò)展到250臺主機(jī)，而RS-232C的多機(jī)通信能力和傳輸距離都很有限，故還是采用RS-485總線。對于主機(jī)的通信軟件編寫也帶來了方便。系統(tǒng)總體框圖見下頁圖8。其中的3082是RS-485總線接口芯片。圖中的主機(jī)分機(jī)框是單片機(jī)89C2051。MAX232是RS-485和RS-232C的電平轉(zhuǎn)換接口芯片。幾個接口：“TOPC”是系統(tǒng)和PC機(jī)的RS-232接口。實(shí)際中一共用了4根線：GND（地）、TXD(發(fā)送)、RXD（接收）、RTS（PC機(jī)請求發(fā)送。用作控制485芯片的接收發(fā)送切換）。“EXTOPC”是為了系統(tǒng)擴(kuò)展主機(jī)和PC的通信連接?！爸鳈C(jī)擴(kuò)

29、展1”和“主機(jī)擴(kuò)展2”都是為了把擴(kuò)展的主機(jī)連到與PC通信的RS-485總線上來。EEPROM是主機(jī)用來存儲收集到的分機(jī)發(fā)來的信息而擴(kuò)展的外存儲器件。圖8會議系統(tǒng)總體框圖2.2芯片選擇考慮要很好的達(dá)到系統(tǒng)所要求的通信能力，所選用的單片機(jī)和通迅接口芯片都很關(guān)鍵，一開始我們曾想用德州儀器（TI）公司的MSP430系列單片機(jī)，因?yàn)榭紤]到系統(tǒng)的功耗。后來因?yàn)樵O(shè)計(jì)時間緊和通訊能力考慮還是決定用我們熟悉的MCS51系列的單片機(jī)，首先功耗上也不會很大，而且最重要的是其完善的UART通信能力，特有的第九位多機(jī)通信位方式為我們這個系統(tǒng)的多機(jī)通信編程提供很好的硬件支持。2.2.1單片機(jī)89C2051及通訊接口芯片M

30、AX3082單片機(jī)選用的是Atmel公司的20腳帶2K字節(jié)閃速存儲器的8位單片機(jī)AT89C2051。AT80C2051是一種帶2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲器(FLASHROM)的低電壓、高性能CMOS8位微控制器，該器件采用ATMEL高密度、非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51TH指令集和輸出管腳相兼容，由于將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C2051是一種高效微控制器。AT89C2051具有以下一些標(biāo)準(zhǔn)特性：2K字節(jié)的FROM、128字節(jié)RAM，15個I/O線，2個16位定時器/計(jì)數(shù)器，5個兩級中斷源結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行口，一個精確的模擬比

31、較器，片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。此外，AT89C2051設(shè)計(jì)穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的省電模式，在閑置模式下，CPU停止工作，但RAM，定時器/計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作，在掉電模式下，保存RAM中的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所有其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。AT89C2051的可編程串行UART通道，和51系列單片機(jī)完全兼容的通信硬件：功能強(qiáng)大的全雙工串行通訊口，4種方式可供選擇，通訊波特率可軟件設(shè)置，串行接收、發(fā)送均可觸發(fā)中斷系統(tǒng)。其中的通信方式3為9位數(shù)據(jù)異步通訊UART方式，可程控的第九位數(shù)據(jù)為我們的設(shè)計(jì)提供了一個很好的進(jìn)行串行異步多機(jī)通信的實(shí)

32、現(xiàn)方案。MAX3082MAX3082是MAXIM公司的新一代RS-485通訊MAX30803089系列產(chǎn)品。是我們經(jīng)過大量信息收集比較后決定采用的。這一系列的RS-485芯片結(jié)合了許多MAXIM的最有價(jià)值得特性和創(chuàng)新：真正的失效保護(hù)操作，軟件可選的半/全雙工操作，1/8單位負(fù)載（允許接256個總線節(jié)點(diǎn)），三種級別的擺率限制等等。它們可以說是第一個滿足RS-485規(guī)范同時又提供真正的失效保護(hù)輸出的器件。整個系列的芯片分成3個不同速度級別。沒級別里又分三種不同的器件。根據(jù)選用通訊芯片的數(shù)據(jù)傳輸速度應(yīng)該比設(shè)計(jì)的系統(tǒng)所用的數(shù)據(jù)傳輸速度略高的原則我們選用了MAX3082，它是一種8引腳的半雙工器件，滿足

33、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)75176引腳排列。和該系列的其他芯片一樣，在4.5V到5.5V的電源中僅吸收600uA的工作電流。并且有接收發(fā)送使能端，傳輸速率為115Kbps。我們也采用過MAX3085來實(shí)驗(yàn)，也很好，這兩種芯片的區(qū)別僅僅在于MAX3085的傳輸速率是500Kbps，比MAX3082略大。AT89C2051和MAX3082引腳如圖9，詳細(xì)功能在電路設(shè)計(jì)部分說明。圖9AT89C2051和MAX3082引腳排列23電路設(shè)計(jì)根據(jù)總體的系統(tǒng)框圖。整個系統(tǒng)的硬件分為主機(jī)板和分機(jī)板兩部分。主機(jī)板包括了四臺主機(jī)單元、主機(jī)和分機(jī)的通訊接口，主機(jī)和PC的通訊接口、系統(tǒng)擴(kuò)展接口和提供給主機(jī)以及各線路分機(jī)工作的整流電源

34、部分。分機(jī)板包括了分機(jī)單片機(jī)一片89C2051、通信芯片MAX3082、6個按鍵，9個LED指示燈和提供分機(jī)電路工作的TL431穩(wěn)壓單元電路。詳細(xì)的電路設(shè)計(jì)原理圖見附錄。本系統(tǒng)的關(guān)鍵在于通訊，對于PC機(jī)只需向下對主機(jī)通訊；對于主機(jī)，則需要對上接收PC的命令，對下分機(jī)發(fā)送命令和接收數(shù)據(jù)；對于分機(jī)，則需要對主機(jī)接收命令，對代表接收其簽到/表決信息并發(fā)送給主機(jī)。由于我們采用低成本的半雙工網(wǎng)絡(luò)。這些都由單片機(jī)對MAX3082芯片的通訊方向切換來完成。首先簡要說明一下MAX3082的發(fā)送接收狀態(tài)的切換，見下圖表10，其中DE腳是輸入允許，/RE腳是輸出允許，DI是輸入，RO是輸出。由表可見，當(dāng)DE=1時

35、不管/RE是什么狀態(tài)，芯片處于發(fā)送狀態(tài)，將數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上；當(dāng)/RE0時，不管DE狀態(tài)如何，芯片處于接收狀態(tài)，A-B間差分電壓-50mV時接收到數(shù)據(jù)“1”，-200mV時接收到數(shù)據(jù)“0”。圖10MAX3082/3085功能描述根據(jù)以上對MAX3082特點(diǎn)的考慮，主機(jī)單片機(jī)AT89C2051和兩片MAX3082連接分別對PC和屬下分機(jī)的兩條RS485總線線路接口，如圖11(a)。分機(jī)和一片MAX3082連接如圖11（b）。圖11主機(jī)分機(jī)通訊連接圖此外，由于PC機(jī)的串行口COM是全雙工的RS-232接口，在系統(tǒng)框圖描述部分已經(jīng)提及，為了能很好的擴(kuò)展主機(jī)（最多到250臺）,不直接用RS-232總線，

36、而采用PC和各主機(jī)都連接到同一條RS-485總線上進(jìn)行通訊的設(shè)計(jì)。這樣PC機(jī)就需要一個RS-232到RS-485的電平轉(zhuǎn)換接口電路來實(shí)現(xiàn)通迅的連接。我們采用了一片MAX232和一片MAX4082來完成這個電路，圖12給出了我們的設(shè)計(jì)中所采用的這個電路的實(shí)現(xiàn)方案。圖12PC機(jī)RS-232到RS485的轉(zhuǎn)換電路至于分機(jī)按鍵和LED等電路，參見附錄的電路圖。24PCB板的制作PCB板是設(shè)計(jì)電路的關(guān)鍵。PCB板的制作涉及到的技術(shù)知識很多，累積的經(jīng)驗(yàn)也很重要。在這幾個月的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)過同學(xué)們大家一起學(xué)習(xí)討論，從失敗和成功的例子里研究學(xué)習(xí)，特別是仔細(xì)研究學(xué)習(xí)指導(dǎo)老師陳耀和老師的對會議系統(tǒng)板的設(shè)計(jì)，對

37、PCB板的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)得到了很大提高。如下頁圖13，整個主機(jī)板的設(shè)計(jì)，電源和數(shù)據(jù)傳送部分放在板上的不同部分，避免了電磁干擾（EMI）和電磁兼容（EMC）等問題。滿足了本系統(tǒng)對通訊的高可靠性要求的設(shè)計(jì)原則。圖14的分機(jī)板設(shè)計(jì)爺充分考慮了通訊和電源之間的隔離問題?！耙凰摹保焊髦鳈C(jī)單片機(jī)14：74HC14反相器“R1R4”：EEPROM“M1M9”：MAX3082M10:MAX232J1、J2:RS-232接口,J2是擴(kuò)展“J3J6”：對分機(jī)485總線接口J7,J8:主機(jī)擴(kuò)展圖13主機(jī)板PCB圖模型分機(jī)電路板布局如圖14，其中的措施也是將通信芯片遠(yuǎn)離電源POWER部分，而分機(jī)單片機(jī)靠近電源有利于更好的供

38、電，對板上各元件說明如下：L1：分機(jī)指示燈。K1:簽到和確認(rèn)鍵L2L9:表決選擇指示燈K2K6:表決按鍵圖14分機(jī)板PCB圖模型25電路調(diào)試PCB板設(shè)計(jì)并做板出來后，就要進(jìn)行線路檢查和硬件的調(diào)試。調(diào)試的方向和目的是：第一，電源電路要求能很好的供電和提供足夠的功率。并且要求穩(wěn)定，對數(shù)字電路部分沒有干擾。不影響通信。第二、數(shù)字電路的邏輯線路沒有因?yàn)橹瓢瀹a(chǎn)生的錯誤，各個部分連線正確。第三、通信部分線路能正常且穩(wěn)定地工作。對于第一條，在用示波器觀察電源輸出端波形，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的紋波都很小，由于PCB上和數(shù)字部分的隔離做得很好也沒有產(chǎn)生任何干擾。對于第二條，調(diào)試結(jié)果:數(shù)字部分的PCB板沒有錯誤，邏輯連線上沒

39、有干擾。對于第三條，通信線路從電氣上是連通的，至于數(shù)據(jù)傳送是否正確，沒有受干擾，將用軟件調(diào)試來完成測試。關(guān)鍵的電路軟件調(diào)試在下一部分給出。第三部分基于485總線的會議系統(tǒng)多機(jī)通訊編程3.1AT89C2051的串口通訊原理和MCS51系列兼容的AT89C2051單片機(jī)，其串口是一個功能強(qiáng)大的全雙工的串行通訊口。有4中工作方式可供選擇，通訊波特率可以用軟件設(shè)置，串行接收、發(fā)送均可觸發(fā)中斷系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)與機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊和擴(kuò)展串行外設(shè)。串行通訊是將構(gòu)成數(shù)據(jù)或字符的每個二進(jìn)制碼位，按照一定的順序逐位進(jìn)行傳輸?shù)耐ㄓ嵎椒?，其傳輸有兩種基本的方式：同步通訊方式：此方式基本特征是發(fā)送和接收時鐘始終保持嚴(yán)格的同

40、步。通常設(shè)定了12個字符的起始同步字符SYNC來指示傳輸數(shù)據(jù)流的開始，然后收發(fā)雙方開始同步計(jì)數(shù)和數(shù)據(jù)傳輸。異步通訊方式：基本的特征是按照一幀一幀的數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳送數(shù)據(jù)。不需要同步字符SYNC,也不需要保持?jǐn)?shù)據(jù)流的連續(xù)性，而是發(fā)送和接收雙方按照規(guī)定的傳輸格式來進(jìn)行通訊。串行數(shù)據(jù)傳輸方向：一般情況下，串行通訊中數(shù)據(jù)的傳輸是在兩個通訊端口之間進(jìn)行的，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较蚩头譃橐韵聨追N方式。單工方式：此種方式下，只用一根通訊線，一端聯(lián)接發(fā)送方，另一端聯(lián)接接收方，形成單向聯(lián)接，數(shù)據(jù)只允許按照一個固定的方向傳送。半雙工方式：此種方式下的系統(tǒng)中每個通訊設(shè)備均有發(fā)送器和接收器，由電子開關(guān)切換，兩個通訊設(shè)備之間只用

41、一根通訊線相連接，通訊雙方都可以接收或者發(fā)送，但同一時刻只能單向傳輸。全雙工方式：此種方式采用信道劃分技術(shù)，即一方的發(fā)送端和另一方的接收端用專用的通訊線相聯(lián)。也就是說，全雙工就是用兩根通訊線各自聯(lián)接發(fā)送/接收端，由兩根單方向線組成雙向傳輸。半雙工方式，盡管通訊效率比全雙工要低，不適用于敏感的交互式應(yīng)用系統(tǒng)。但一般情況下已經(jīng)能很好的使用在實(shí)時性不是很強(qiáng)的系統(tǒng)中了。這樣在實(shí)際的應(yīng)用中可以大大地降低成本。我們的會議系統(tǒng)采用的就是半雙工的方式。串行通訊接口電路：串行接口電路（接口芯片）很多，能完成異步通訊的硬件電路稱為UART（UniversalAsynchronousReceiverTransmit

42、ter），即通用異步收發(fā)器；能夠完成同步通訊的硬件電路稱為USRT(UniversalSynchronousReceiverTransmitter)通用同步接收器/發(fā)送器；既能同步又能異步通訊的硬件電路稱為USART。從本質(zhì)上說，所有的串行通訊接口電路都是以并行數(shù)據(jù)形式與計(jì)算機(jī)CPU接口，而以串行數(shù)據(jù)形式和外部通訊邏輯接口的。其基本的功能就是從外部通訊邏輯接收串行數(shù)據(jù)信息，轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)后傳送給CPU；或者由CPU接收到的并行數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)信息輸出給外部通訊邏輯進(jìn)行串行通訊。異步通訊說明：由于在我們的設(shè)計(jì)中進(jìn)行的是多機(jī)異步通訊，所以這里對異步通訊再作些說明，詳細(xì)的技術(shù)資料可以參考后面參

43、考書目里列出的書籍文獻(xiàn)。幀格式：在異步通訊里是一個很重要的概念。它是由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位組成。異步傳輸中幀與幀之間用高電平分隔。起始位：在通訊線上當(dāng)沒有數(shù)據(jù)傳送時總線呈高電平（邏輯“1”）。發(fā)送端當(dāng)需要發(fā)送一幀數(shù)據(jù)時，首先發(fā)送一位邏輯0(低電平)，這就是起始位。接收端檢測到由高到低的一位跳變信號（起始位）后，就開始接收數(shù)據(jù)位信號的準(zhǔn)備。所以，起始位就是表示一幀數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始。數(shù)據(jù)位：緊接起始位之后的即是數(shù)據(jù)位。數(shù)據(jù)位可以是5、6、7或8位。一般在傳送中從數(shù)據(jù)的最低位（D0）開始，順序發(fā)送和接收，具體的數(shù)據(jù)位應(yīng)該在通訊協(xié)議里預(yù)先定好。奇偶校驗(yàn)位：緊跟著數(shù)據(jù)位之后的是奇偶校驗(yàn)位，用

44、于對數(shù)據(jù)檢錯。通訊雙方應(yīng)事先約定一致的奇、偶校驗(yàn)方式。停止位：在校驗(yàn)位后是停止位，用以表示一幀的結(jié)束。停止位可以是1、1.5、2位，用邏輯1（高電平）表示。11/2#￥#,#0;(￥#,#0)異步通訊是一幀一幀進(jìn)行傳輸?shù)?，幀與幀之間的間隙不固定，間隙處用空閑位（高電平）填補(bǔ)，每幀傳輸總是以邏輯0（低電平）狀態(tài)的起始位開始，停止位結(jié)束。信息傳輸可隨時地或間斷地進(jìn)行，不受時間的限制。另外對同步時鐘要求也低些。因此，異步通訊簡單、靈活，對傳輸信息量的不大場合是個很好的通訊選擇。有關(guān)異步通訊的約定問題：異步通訊中接收和發(fā)送之間必須有兩項(xiàng)設(shè)定：幀格式設(shè)定：即幀的字符長度：起始位、數(shù)據(jù)位及停止位，奇偶校驗(yàn)

45、形式等的設(shè)定。例如本系統(tǒng)關(guān)于幀格式的一個設(shè)定是：1位起始位、8位數(shù)據(jù)位，一位第九位數(shù)據(jù)/地址位（這是51系列的特殊功能，見后說明）、1位停止位。波特率的設(shè)定：串行通訊是按位傳送的，每位信息寬度（持續(xù)時間）由數(shù)據(jù)的傳輸速率確定。波特率即數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾剩簡挝粫r間內(nèi)傳輸?shù)奈恍畔⒘浚悦棵雮鬏數(shù)奈唬╞it）數(shù)表示，單位為波特（baud），即1波特1位/秒（1bps）。只有收發(fā)雙方都進(jìn)行了相同的設(shè)定，才能成功地傳輸數(shù)據(jù)。AT89C2051的串行通訊接口和MCS51系列的單片機(jī)一樣，AT89C2051內(nèi)部集成了一個功能強(qiáng)大的全雙工串行通訊口，屬于UART方式。設(shè)有兩個相互獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器，可以同時發(fā)

46、送和接收數(shù)據(jù)。發(fā)送緩沖器只能寫入而不能讀出，接收緩沖器只能讀出而不能寫入，因而兩個緩沖器共用了一個地址（99H）而沒有沖突。統(tǒng)稱為串行通訊特殊功能寄存器SBUF。有4種工作方式，其中兩種方式的波特率是可變的,另兩種是固定的。波特率由內(nèi)部定時/計(jì)時器產(chǎn)生，用軟件設(shè)置不同的波特率和選擇不同的工作方式。可以通過查詢或中斷方式對接收發(fā)送進(jìn)行程序處理。當(dāng)然附帶說明一下，51系列的這種串行通訊口，除了用于數(shù)據(jù)通訊外，還可以方便地構(gòu)成一個或多個并行I/O口，或作串并轉(zhuǎn)換，或用于擴(kuò)展串行外設(shè)等等。AT89C2051中關(guān)系到串口通訊的硬件資源，或者說有關(guān)的寄存器有：串行控制寄存器SCON，波特率選擇特殊寄存器P

47、CON，一般地在方式1和3產(chǎn)生波特率用到定時器1，這樣有關(guān)的寄存器還包括了定時/計(jì)數(shù)器控制與狀態(tài)寄存器TMOD,啟停與中斷控制寄存器TCON里的啟停位TR1與及定時器T1的計(jì)數(shù)器寄存器TH1和TL1。用單片機(jī)進(jìn)行串口通訊，首先是硬件上的基礎(chǔ)，比如我們采用了RS-485總線。另一個重要的方面就是通訊軟件了。在上面有關(guān)異步通訊的約定問題里，我們知道了軟件里要做的串口初始化設(shè)定就是兩個主要的方面：幀格式和波特率設(shè)定。在AT89C2051里，寄存器SCON就是用來設(shè)定通訊方式和幀格式的。其對應(yīng)的字節(jié)地址：98H八位寄存器SCON的各位含義如下：（位）：76543210SM0SM1SM0RENTB8RB

48、8TIRI各位的說明：其中SM0，SM1按下列組合確定串行通訊的工作方式：SM0SM1工作方式功能說明波特率00方式0移位寄存器方式1/12fosc01方式18位UART方式可變10方式29位UART方式1/64或1/32fosc11方式39位UART方式可變SM2：允許方式2或方式3多機(jī)通訊控制位。在方式2或方式3時，如SM21，REN=1,則從機(jī)處于只有接收到RB8=1(地址幀)才激發(fā)中斷請求標(biāo)志位RI=1,向主機(jī)請求中斷處理。被確認(rèn)為尋址的從機(jī)復(fù)位SM2=0,才能接收RB8=0的數(shù)據(jù)幀；在方式1時，如果SM2=1,則只有在接收到有效停止位時才置位中斷請求標(biāo)志位RI=1;在方式0時，SM2

49、應(yīng)該設(shè)為0。REN：允許/禁止串行接收控制位，由軟件置位REN=1為允許串行接收狀態(tài)，可啟動串行接收接收器RXD，開始接收信息。軟件復(fù)位REN=0，則禁止接收。TB8：在方式2或方式3，它為要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，按需要由軟件置位或清0，例如，可用作數(shù)據(jù)的校驗(yàn)位或多機(jī)通訊中表示地址幀/數(shù)據(jù)幀的標(biāo)志位。RB8：在方式2或方式3，是接收到的第9位數(shù)據(jù)。在方式1，若SM2=0,則RB8是接收到的停止位。方式0不用RB8。TI：發(fā)送中斷請求標(biāo)志位。在方式0，當(dāng)串行發(fā)送數(shù)據(jù)第8位結(jié)束時，由內(nèi)部硬件自動置位TI=1,向主機(jī)請求中斷，響應(yīng)中斷后必須由軟件復(fù)位TI=0。在其他方式里，則在停止位開始發(fā)送時由內(nèi)部硬件

50、置位，必須用軟件復(fù)位。RI：接收中斷請求標(biāo)準(zhǔn)位，在方式0，當(dāng)串行接收到第8位結(jié)束時由內(nèi)部硬件自動置位RI=1，向主機(jī)請求中斷，響應(yīng)中斷后必須用軟件復(fù)位RI=0。在其他方式中，串行接收到停止位的中間時刻由內(nèi)部硬件置位RI=1,(例外情況見上SM2說明)，必須由軟件復(fù)位RI=0。SCON可位尋址，所有位在單片機(jī)上電復(fù)位時為全0。主機(jī)程序初始化時應(yīng)該設(shè)置SCON以適合相應(yīng)的通訊幀格式，即通訊方式。例如本系統(tǒng)主機(jī)和分機(jī)是用多機(jī)通訊方式3來實(shí)現(xiàn)通訊的，程序開始初始化時送初始化字0F0H，表示SM0=1，SM1=1，方式3；SM2=1多機(jī)通訊方式；REN1接收允許；TB8=0，RB8=0，RI=0，TI=

51、0。波特率設(shè)置：至于波特率設(shè)定，每種方式都可以根據(jù)一定的式子計(jì)算出來并進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置：其中的SMOD叫波特率加倍位。當(dāng)SMOD=1時波特率加倍。SMOD在PCON（節(jié)點(diǎn)控制寄存器）的最高位，一般的我們采用下列語句來設(shè)定需要加倍波特率（SMOD=1）或者不需要(SMOD=0)MOVPCON,#00H;SMOD=0MOVPCON,#80H;SMOD=1由上也可見，方式1和方式3的波特率主要還是要通過軟件對定時/計(jì)數(shù)器1的設(shè)置進(jìn)行選擇。并取決于定時器1的溢出率。定時器的溢出率定義：單位時間（秒）內(nèi)定時器回0溢出的次數(shù)。也就是：定時器1溢出率定時器1的溢出次數(shù)/秒。51系列單片機(jī)有兩個定時/計(jì)數(shù)器，常

52、選用定時器1（T1）工作在方式2（8位自動再裝入）作為波特率的溢出率。T1設(shè)置為工作于方式2（8位自動再裝入），這時TH1和TL1寫入的數(shù)據(jù)是一致的。TL1的計(jì)數(shù)輸入來自于fosc經(jīng)12分頻的脈沖，一個機(jī)器周期加1計(jì)數(shù)一次?？梢?，定時/計(jì)數(shù)器1的溢出與fosc和自動再裝初值N有關(guān)，fosc大，特別是N越大，溢出率也就高。例如，N=FFH,則每隔一個機(jī)器周期即溢出一次（極限情況）；如果N=00H，則需每個256個機(jī)器周期才溢出一次。一般地，定時/計(jì)數(shù)器1溢出一次所需的時間為：于是得到定時/計(jì)數(shù)器1每秒溢出的次數(shù)：串口一般工作于方式1或3時，波特率由下式?jīng)Q定：圖表15給出了我在設(shè)計(jì)過程中學(xué)習(xí)研究整

53、理的常用波特率和定時/計(jì)數(shù)器1設(shè)置。圖表15常用波特率與定時/計(jì)數(shù)器1各參數(shù)關(guān)系常用波特率(bps)振蕩頻率SMODC/TT1方式重新裝值f方式0MAX:1M12MHZXXXX方式2MAX:375K12MHZ1XXX方式1或3：62.5K12MHZ102FFH57.6K11.0592MHZ102FFH28.8K11.0592MHZ102FEH19.2K11.0592MHZ102FDH9.6K11.0592MHZ002FDH4.8K11.0592MHZ002FAH2.4K11.0592MHZ002F8H1.2K11.0592MHZ002F4H137.511.986MHZ0021DH1106MHZ

54、00272H11012MHZ001FFFBH一般地，在用51單片機(jī)的匯編語言編寫通訊程序時，串口初始化程序段如下：以會議系統(tǒng)為例，采用串口方式3，11.0592MHZ振蕩頻率，波特率為57.6KHZ。MOVSCON,#0F0H;串口工作于方式3，SM2=1，REN=1MOVPCON,#80H;設(shè)置SMOD=1MOVTMOD,#21H;設(shè)置T1定時、工作方式2MOVTH1,#0FFH;設(shè)置定時常數(shù)MOVTL1,#0FFHSETBTR1;啟動T1,產(chǎn)生波特率在開始軟件部分的說明前，先說說我們采用的通訊處理模式：在這里我們把它叫做地址位多處理機(jī)模式。1）、串口方式3的幀格式如圖16：圖16串口方式3

55、幀格式2）、地址位多處理機(jī)模式要點(diǎn)：數(shù)據(jù)以幀的格式發(fā)送和接收（如圖16），附加的第9位是地址/數(shù)據(jù)幀控制。第9位為1，該幀是地址幀，單片機(jī)在SM2=1，REN=1時接收到該幀有RB8=1,則進(jìn)行相應(yīng)的中斷處理，接著使SM2=0，則可以接收第9位為0的數(shù)據(jù)幀。第9位為0，該幀是數(shù)據(jù)幀，單片機(jī)若SM2=1，則丟棄不理。只有SM2=0.REN=1時才進(jìn)行相應(yīng)處理。發(fā)送時，若是發(fā)送數(shù)據(jù)幀，則置TB8=0，若是發(fā)送地址幀，則置TB8=1。3.2PC和單片機(jī)的多機(jī)通訊測試在電路硬件測試完成后，接著就要做軟件上的調(diào)試，事實(shí)上，在做這個調(diào)試的過程中，我試圖作一個完整一點(diǎn)的測試，來搞清楚PC機(jī)和單片機(jī)通訊的設(shè)置

56、和原理。由于PC機(jī)的通訊編程不是現(xiàn)在要說的重點(diǎn)。這里只是簡單說一下。對于現(xiàn)在的windows系統(tǒng)而言，不用再像從前DOS一樣，對編程者要求熟悉底層硬件，直接調(diào)用BIOS或者對硬件直接編程?，F(xiàn)在一般我們采用的是VB、VC+或者DELPHI等高級語言來設(shè)計(jì)圖形化的界面和通訊軟件，比如會議系統(tǒng)的PC部分通訊軟件和用戶界面就是一位研究生師兄用DELPHI來編寫的?，F(xiàn)在結(jié)合學(xué)習(xí)了解到的一些知識說明一下，比如用DELPHI,一般的可以有三種實(shí)現(xiàn)串行通信的編程方法：調(diào)用Windows95下的API函數(shù)來完成通信：在windows里提供了用于通訊的API函數(shù)可以調(diào)用。API函數(shù)是Windows程序開發(fā)使用的主

57、要函數(shù)集，其中提供了十幾個專門的通信函數(shù)。對應(yīng)Windows3.x和Win95及NT開發(fā)環(huán)境，有16位和32位通信API函數(shù)，不過現(xiàn)在一般的操作系統(tǒng)都是WIN98以上的版本，很多軟件只支持32位應(yīng)用程序的開發(fā)。32位通信函數(shù)與16位函數(shù)的主要區(qū)別在于，32位API函數(shù)把對通信口的操作當(dāng)作一個普通文件。這是因?yàn)樵赪indows95和NT下，WM桟OMMNOTIFY消息已被取消，操作系統(tǒng)已將通信設(shè)備封裝起來了，系統(tǒng)為每個通信設(shè)備定義了用戶可定義大小的讀/寫緩沖區(qū)，應(yīng)用程序只對讀/寫緩沖區(qū)操作，而不用和通信驅(qū)動程序打交道。使用VB的通信構(gòu)件MSComm或者用OLE（ObjectLinkingandE

58、mbedding對象鏈接與嵌入）通訊控件：MSComm控件提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)通訊屬性和方法。使用它可以建立起應(yīng)用程序與串行端口的聯(lián)接；象所有其他OLE控件一樣,通信控件也是用一系列的屬性和用戶接口，用戶用GetSet函數(shù)得到屬性的當(dāng)前值，用Set函數(shù)設(shè)置屬性值。熟悉C/C+或其它語言，則可以將自己的程序編譯鏈接為DLL(動態(tài)鏈接庫)，這樣就可以調(diào)用DLL里的函數(shù)來通信。至于更詳細(xì)的PC編程，這里不再說明，以下著重說明PC對串口多機(jī)通信的設(shè)置問題。事實(shí)上PC機(jī)也和單片機(jī)一樣，要求設(shè)置通訊方式（包括幀格式）和波特率，這些都可以在DELPHI的控件里很容易的設(shè)定，對于多機(jī)通訊，我們是通過在奇偶校驗(yàn)位的

59、設(shè)置來實(shí)現(xiàn)的，PC串口提供了以下五種奇偶校驗(yàn)位設(shè)置：1、None(無奇偶校驗(yàn))2、Odd（奇校驗(yàn)）3、Even（偶校驗(yàn)）4、Mark（奇偶校驗(yàn)位恒為1）5、Space（奇偶校驗(yàn)位恒為0）注意到數(shù)據(jù)位數(shù)的設(shè)定可以是5、6、7或8位。幀格式和圖16類似，低位先出，高位最后發(fā)送，奇偶校驗(yàn)位是緊接在數(shù)據(jù)位后，在停止位前的。在PC里設(shè)置串口通訊就是具體的數(shù)據(jù)格式要求來設(shè)定的。例如在控件里常見的：Comml.Settings=57600,N,8,1/波特率：57.6K，無奇偶校驗(yàn)，8位數(shù)據(jù)，1位停止位為了弄清PC機(jī)和單片機(jī)的地址位多處理機(jī)通信模式的具體實(shí)現(xiàn)，我編寫了幾個單片機(jī)的測試程序。使用一個串口調(diào)試軟

60、件來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。首先我借用一下PC機(jī)的串口設(shè)置說法，把通訊方式3的第9位為1（地址幀）的發(fā)送幀方式叫MARK方式，把第9位為0（數(shù)據(jù)幀）的發(fā)送幀的方式叫SPACE方式。測試程序里單片機(jī)是用MARK方式接收PC機(jī)的數(shù)據(jù)，為了后面的具體通信編程，寫成接收后判斷是否是00H、01H、FFH、FEH、FDH、FCH或者FBH（這些都是以后PC機(jī)可能發(fā)給單片機(jī)主機(jī)的命令或查詢幀），如果是則將相同內(nèi)容用SPACE方式不斷地發(fā)回給PC接收在調(diào)試軟件上顯示出來。如圖17是發(fā)“00H”,單片機(jī)回送給PC顯示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖17PC串口調(diào)試結(jié)果簡單的查詢方式調(diào)試程序：ORG0000HLJMPSTART；ORG0023