RS485通訊線(RS485數據線)接線圖

RS232 標準是誕生于 RS485 之前的,但是 RS232 有幾處不足的地方:

接口的信號電平值較高,達到十幾 V,使用不當容易損壞接口芯片,電平標準也與TTL 電平不兼容。

傳輸速率有局限,不可以過高,一般到一兩百千比特每秒(Kb/s)就到極限了。

接口使用信號線和 GND 與其它設備形成共地模式的通信,這種共地模式傳輸容易產生干擾,并且抗干擾性能也比較弱。

傳輸距離有限,*多只能通信幾十米。

通信的時候只能兩點之間進行通信,不能夠實現多機聯網通信。

針對 RS232 接口的不足,就不斷出現了一些新的接口標準,RS485 就是其中之一,它具備以下的特點:

采用差分信號。我們在講 A/D 的時候,講過差分信號輸入的概念,同時也介紹了差分輸入的好處,*大的優勢是可以抑制共模干擾。尤其當工業現場環境比較復雜,干擾比較多時,采用差分方式可以有效的提高通信可靠性。RS485 采用兩根通信線,通常用 A 和 B 或者 D+和 D-來表示。邏輯“1”以兩線之間的電壓差為+(0.2~6)V 表示,邏輯“0”以兩線間的電壓差為-(0.2~6)V 來表示,是一種典型的差分通信。

RS485 通信速率快,*大傳輸速度可以達到 10Mb/s 以上。

RS485 內部的物理結構,采用的是平衡驅動器和差分接收器的組合,抗干擾能力也大大增加。

傳輸距離*遠可以達到 1200 米左右,但是它的傳輸速率和傳輸距離是成反比的,只有在 100Kb/s 以下的傳輸速度,才能達到*大的通信距離,如果需要傳輸更遠距離可以使用中繼。

可以在總線上進行聯網實現多機通信,總線上允許掛多個收發器,從現有的 RS485芯片來看,有可以掛 32、64、128、256 等不同個設備的驅動器。

RS485 的接口非常簡單,與 RS232 所使用的 MAX232 是類似的,只需要一個 RS485轉換器,就可以直接與單片機的 UART 串口連接起來,并且使用完全相同的異步串行通信協議。但是由于 RS485 是差分通信,因此接收數據和發送數據是不能同時進行的,也就是說它是一種半雙工通信。那我們如何判斷什么時候發送,什么時候接收呢?

RS485 轉換芯片很多,這節課我們以典型的 MAX485 為例講解 RS485 通信,如圖 18-1所示。

圖 18-1 MAX485 硬件接口

MAX485 是美信(Maxim)推出的一款常用 RS485 轉換器。其中 5 腳和 8 腳是電源引腳;6腳和 7 腳就是 RS485 通信中的 A 和 B 兩個引腳;1 腳和 4 腳分別接到單片機的 RXD 和 TXD引腳上,直接使用單片機 UART 進行數據接收和發送;2 腳和 3 腳是方向引腳,其中 2 腳是低電平使能接收器,3 腳是高電平使能輸出驅動器,我們把這兩個引腳連到一起,平時不發送數據的時候,保持這兩個引腳是低電平,讓 MAX485 處于接收狀態,當需要發送數據的時候,把這個引腳拉高,發送數據,發送完畢后再拉低這個引腳就可以了。為了提高 RS485 的抗干擾能力,需要在靠近 MAX485 的 A 和 B 引腳之間并接一個電阻,這個電阻阻值從 100歐到 1K 都是可以。

在這里我們還要介紹一下如何使用 KST-51 單片機開發板進行外圍擴展實驗。我們的開發板只能把基本的功能給同學們做出來提供實驗練習,但是同學們學習的腳步不應該停留在這個實驗板上。如果想進行更多的實驗,就可以通過單片機開發板的擴展接口進行擴展實驗。大家可以看到藍綠色的單片機座周圍有 32 個插針,這 32 個插針就是把單片機的 32 個 IO 引腳全部都引出來了。在原理圖上體現出來的就是 J4、J5、J6、J7 這 4 個器件,如圖 18-2 所示。

圖 18-2 單片機擴展接口

這 32 個 IO 口中并不是所有的都可以用來對外擴展,其中既作為數據輸出,又可以作為數據輸入的引腳是不可以用的,比如 P3.2、P3.4、P3.6 引腳,這三個引腳是不可用的。比如P3.2 這個引腳,如果我們用來擴展,發送的信號如果和 DS18B20 的時序吻合,會導致 DS18B20拉低引腳,影響通信。除這 3 個 IO 口以外的其它 29 個,都可以使用杜邦線接上插針,擴展出來使用。當然了,如果把當前的 IO 口應用于擴展功能了,板子上的相應功能就實現不了了,也就是說需要擴展功能和板載功能之間二選一。

在進行 RS485 實驗中,我們通信用的引腳必須是 P3.0 和 P3.1,此外還有一個方向控制引腳,我們使用杜邦線將其連接到 P1.7 上去。RS485 的另外一端,大家可以使用一個 USB轉 RS485 模塊,用雙絞線把開發板和模塊上的 A 和 B 分別對應連起來,USB 那頭插入電腦,然后就可以進行通信了。

學習了第 13 章實用的串口通信方法和程序后,做這種串口通信的方法就很簡單了,基本是一致的。我們使用實用串口通信例程的思路,做了一個簡單的程序,通過串口調試助手下發任意個字符,單片機接收到后在末尾添加“回車+換行”符后再送回,在調試助手上重新顯示出來,先把程序貼出來。

程序中需要注意的一點是:因為平常都是將 MAX485 設置為接收狀態,只有在發送數據的時候才將 MAX485 改為發送狀態,所以在 UartWrite()函數開頭將 MAX485 方向引腳拉高,函數退出前再拉低。但是這里有一個細節,就是單片機的發送和接收中斷產生的時刻都是在停止位的一半上,也就是說每當停止位傳送了一半的時候,RI 或 TI 就已經置位并且馬上進入中斷(如果中斷使能的話)函數了,接收的時候自然不會存在問題,但發送的時候就不一樣了:當緊接著向 SBUF 寫入一個字節數據時,UART 硬件會在完成上一個停止位的發送后,再開始新字節的發送,但如果此時不是繼續發送下一個字節,而是已經發送完畢了,要停止發送并將 MAX485 方向引腳拉低以使 MAX485 重新處于接收狀態時就有問題了,因為這時候*后的這個停止位實際只發送了一半,還沒有完全完成,所以就有了 UartWrite()函數內DelayX10us(5)這個操作,這是人為的增加了 50us 的延時,這 50us 的時間正好讓剩下的一半停止位完成,那么這個時間自然就是由通信波特率決定的了,為波特率周期的一半。

/****************************RS485.c 文件程序源代碼*****************************/

#include

#include

sbit RS485_DIR = P1^7; //RS485 方向選擇引腳

bit flagFrame = 0; //幀接收完成標志,即接收到一幀新數據

bit flagTxd = 0; //單字節發送完成標志,用來替代 TXD 中斷標志位

unsigned char cntRxd = 0; //接收字節計數器

unsigned char pdata bufRxd[64]; //接收字節緩沖區

extern void UartAction(unsigned char *buf, unsigned char len);

/* 串口配置函數,baud-通信波特率 */

void ConfigUART(unsigned int baud){

RS485_DIR = 0; //RS485 設置為接收方向

SCON = 0x50; //配置串口為模式 1

TMOD &= 0x0F; //清零 T1 的控制位

TMOD |= 0x20; //配置 T1 為模式 2

TH1 = 256 - (11059200/12/32)/baud; //計算 T1 重載值

TL1 = TH1; //初值等于重載值

ET1 = 0; //禁止 T1 中斷

ES = 1; //使能串口中斷

TR1 = 1; //啟動 T1

}

/* 軟件延時函數,延時時間(t*10)us */

void DelayX10us(unsigned char t){

do {

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

} while (--t);

}

/* 串口數據寫入,即串口發送函數,buf-待發送數據的指針,len-指定的發送長度 */

void UartWrite(unsigned char *buf, unsigned char len){

RS485_DIR = 1; //RS485 設置為發送

while (len--){ //循環發送所有字節

flagTxd = 0; //清零發送標志

SBUF = *buf++; //發送一個字節數據

while (!flagTxd); //等待該字節發送完成

}

DelayX10us(5); //等待*后的停止位完成,延時時間由波特率決定

RS485_DIR = 0; //RS485 設置為接收

}

/* 串口數據讀取函數,buf-接收指針,len-指定的讀取長度,返回值-實際讀到的長度 */

unsigned char UartRead(unsigned char *buf, unsigned char len){

unsigned char i;

//指定讀取長度大于實際接收到的數據長度時,

//讀取長度設置為實際接收到的數據長度

if (len > cntRxd){

len = cntRxd;

}

for (i=0; i*buf++ = bufRxd[i];}cntRxd = 0; //接收計數器清零return len; //返回實際讀取長度}/* 串口接收監控,由空閑時間判定幀結束,需在定時中斷中調用,ms-定時間隔 */void UartRxMonitor(unsigned char ms){static unsigned char cntbkp = 0;static unsigned char idletmr = 0;if (cntRxd > 0){ //接收計數器大于零時,監控總線空閑時間if (cntbkp != cntRxd){ //接收計數器改變,即剛接收到數據時,清零空閑計時cntbkp = cntRxd;idletmr = 0;}else{ //接收計數器未改變,即總線空閑時,累積空閑時間if (idletmr idletmr += ms;if (idletmr >= 30){ //空閑時間達到 30ms 時,即判定為一幀接收完畢flagFrame = 1; //設置幀接收完成標志}}}}else{cntbkp = 0;}}/* 串口驅動函數,監測數據幀的接收,調度功能函數,需在主循環中調用 */void UartDriver(){unsigned char len;unsigned char pdata buf[40];if (flagFrame){ //有命令到達時,讀取處理該命令flagFrame = 0;len = UartRead(buf, sizeof(buf)-2); //將接收到的命令讀取到緩沖區中UartAction(buf, len); //傳遞數據幀,調用動作執行函數}}/* 串口中斷服務函數 */void InterruptUART() interrupt 4{if (RI){ //接收到新字節RI = 0; //清零接收中斷標志位//接收緩沖區尚未用完時,保存接收字節,并遞增計數器if (cntRxd bufRxd[cntRxd++] = SBUF;}}if (TI){ //字節發送完畢TI = 0; //清零發送中斷標志位flagTxd = 1; //設置字節發送完成標志}}/*****************************main.c 文件程序源代碼******************************/#include unsigned char T0RH = 0; //T0 重載值的高字節unsigned char T0RL = 0; //T0 重載值的低字節void ConfigTimer0(unsigned int ms);extern void UartDriver();extern void ConfigUART(unsigned int baud);extern void UartRxMonitor(unsigned char ms);extern void UartWrite(unsigned char *buf, unsigned char len);void main(){EA = 1; //開總中斷ConfigTimer0(1); //配置 T0 定時 1msConfigUART(9600); //配置波特率為 9600while (1){UartDriver(); //調用串口驅動}}/* 串口動作函數,根據接收到的命令幀執行響應的動作buf-接收到的命令幀指針,len-命令幀長度 */void UartAction(unsigned char *buf, unsigned char len){//在接收到的數據幀后添加換車換行符后發回buf[len++] = \n';buf[len++] = \n';UartWrite(buf, len);}/* 配置并啟動 T0,ms-T0 定時時間 */void ConfigTimer0(unsigned int ms){unsigned long tmp; //臨時變量tmp = 11059200 / 12; //定時器計數頻率tmp = (tmp * ms) / 1000; //計算所需的計數值tmp = 65536 - tmp; //計算定時器重載值tmp = tmp + 33; //補償中斷響應延時造成的誤差T0RH = (unsigned char)(tmp>>8); //定時器重載值拆分為高低字節T0RL = (unsigned char)tmp;TMOD &= 0xF0; //清零 T0 的控制位TMOD |= 0x01; //配置 T0 為模式 1TH0 = T0RH; //加載 T0 重載值TL0 = T0RL;ET0 = 1; //使能 T0 中斷TR0 = 1; //啟動 T0}/* T0 中斷服務函數,執行串口接收監控 */void InterruptTimer0() interrupt 1{TH0 = T0RH; //重新加載重載值TL0 = T0RL;UartRxMonitor(1); //串口接收監控}現在看這種串口程序,是不是感覺很簡單了呢?串口通信程序我們反反復復的使用,加上隨著學習的模塊越來越多,實踐的越來越多,原先感覺很復雜的東西,現在就會感到簡單了。從設備管理器里可以查看所有的 COM 口號,我們下載程序用的是 COM4,而 USB 轉RS485 虛擬的是 COM5,通信的時候我們用的是 COM5 口,如圖 18-3 所示。

圖 18-3 RS485 通信試驗設置和結果

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