基于rs485多机通信的软件编程与系统调试

基于rs485多机通信的软件编程与系统调试内容摘要：

时，该信号有效，通知终端开始发送数据。 (9) RI 振铃提示 (Ring Indicator)。 当 MODEM 收到交换台送来的振铃呼叫信号时，该信号有效，用于通知终端已被呼叫。 162738495DB9GNDRIDTRCTSTXDRTSRXDDSRDCD 图 24 DB9引脚图 与 TTL, MOS 逻辑电平完全不同， RS232C 其逻辑电平对地是对称的。 逻辑 0 电平规定为 +5V～ +15V 之间，逻辑 1电平为 5～ 15V 之间，因此为了使 RS232C 能够和 TTL 器件相连接，就 必须在 RS232C 和 TTL 电路之间进行电平和逻辑关系的变换。 用 RS232C 总线连接系统时，有近程通信方式和远程通信方式之分。 近程通信是指传输距离小于 15 米的通信，这时可以用 RS232C 电缆直接连接，最少只需连接 3 根信号线即可。 7 由于 RS232C 接口标准出现的较早难免有不足之处，主要有以下四点 ： (1) 接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与 TTL 电平不兼容，使用电平转换电路才能与 TTL 电路连接。 (2) 传输速率较低，在异步传输时，波特率最高为 20Kbps。 (3) 接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易形成共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。 (4) 传输距离有限，最大传输距离也只能在 15 米左右 [1]。 RS422 串行接口标准 RS422 是在 RS232C 以后发展起来的、平衡传送的电气标准，比起 RS232C 非平衡的传送方式在电气指标上有了大幅度的提高。 RS422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性。 典型的 RS422 是四线接口 (实际上还有一根信号地线，共 5 根线 )。 由于接收器 采用高输入阻抗和发送驱动器比 RS232 更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接 10 个节点。 即一个主设备 (Master)其余为从设备 (Salve)，从设备之间不能通信，所以 RS422 支持点对多的双向通信。 RS422 四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式(XON/XOFF 握手 )或硬件方式 (一对单独的双绞线 )实现。 RS422 的最大传输距离为 1200 米，最大传输速率为 10Mb/s。 其平衡双绞线的长度与传输速率成反 比，在 100kb/s 速率以下，才可能达到最大传输距离。 只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。 一般 100 米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为 1Mb/s。 RS422 需要一终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗，终接电阻接在传输电缆的最远端 ； 一般在 300米以下不需终接电阻 [1]。 RS485 串行接口标准 RS485 是从 RS422 基础上发展而来的，所以 RS485许多电气规定与 RS422 相仿。 该规范满足所有 RS422 要求，而且比 RS422 稳定性更强。 现从五个方 面简单介绍如下 : (1) 采用平衡发送和差分接收方式，即在发送端，驱动器将 TTL 电平信号转换成差分信号输出；在接收端，接收器将差分信号变成 TTL 电平，能有效的抑制共模干扰，提高信 8 号传输的准确率。 (2) 电气特性 :对于发送端，逻辑 1 以两线间的电压差为 +(2～ 6) V 表示。 逻辑 0以两线间的电压差为 （ 2～ 6) V 表示。 对 +接收端， A 比 B 高 200mV 以上即认为是逻辑 l, A比 B 低 200mV 以上即是逻辑 0。 接口信号电平比 RS232 降低了，不易损坏接口电路的芯片，且该电平与 TTL电平兼容，可方便与 TTL 电路连接。 (3) 共模输出电压在 7V～ +12V 之间，而 RS422在 7V～ +7V 之间。 RS485 接收器最小输入阻抗为 12kΩ ， RS422 是 4kΩ， RS485 满足所有 RS422 的规范，所以 RS485的驱动器可以用在 RS422 网络中应用。 但 RS422 驱动器并不完全适用于 RS485 网络。 (4) 最大传输速率为 l0Mbps。 当波特率为 1200bps 时，最大传输距离理论上可达 15千米。 平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在 100kbps 速率以下，才可能使用规定最长的电缆长 度。 RS485 需要 2 个终接电阻，接在传输总线的两端，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗，为 120Ω。 在短距离传输时可不终接电阻，即一般在 300 米以下不终接电阻。 (5) 采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。 而采用四线连接时，只能有一个主 (Master)设备，其余为从设备，它比 RS422 有改进，无论四线还是二线连接方式总线上可连接多达 32个设备。 RS485 总线挂接多台设备用于组网时，能实现点到多点及多点到多点的通信 (多点到多点是指总线上所接的所有设备及上位机任意两台之间均能通信 )。 连接在 RS485 总线上的设备也要求具有相同的通信协议，且地址不能相同。 在不通信时，所有的设备处于接收状态，当需要发送数据时，串口才翻转为发送状态，以避免冲突。 在过去 20年时间里， RS485 标准作为一种多点差分数据传输的电气规范，被应用在许多不同的领域，作为数据传输链路。 目前，在我国应用的现场网络中， RS485 半双工异步通信总线也是被各个研发机构广泛使用的数据通信总线。 但是基于在 RS485 总线上任一时刻只能存在一个主机的特点，它往往应用在集中控制枢纽与分散控制单元之间 [2]。 RS232, RS422, RS485 通讯方式的区别 RS232, RS422, RS485 通讯方式的最主要的区别是 RS422 和 RS485 都采用平衡驱动和差分输入的方式，有效的消除了共模干扰，并且 RS485 有更宽的共模输入范围(7v～ +12v)；能实现一点对多点的通信；传输距离远；传输速率快。 如表 21所示 [2]。 9 表 21 RS232, RS422, RS185的区别 标准 RS232 RS422 RS485 工作方式 单端 差分 差分 节点数 1收 1发 1发 10收 1发 32收 最大传输电缆长度 50英尺 4000英尺 4000英尺 最大传输速率 20kbps 10Mbps 10Mbps 最大驱动输出电压 +/25V ～ +6V 7V～ +12V 发送器输出信号电平（负载最小值） 负载 +/5V～ +/15V 177。 177。 发送器输出信号电平（空载最大值） 空载 +/25V 177。 6V 177。 6V 发送器负载阻抗（Ω） 3k～ 7k 100 54 摆率（最大值） 30V/181。 S N/A N/A 接收器输入电压范围 177。 15V 10V～ +10V 7V～ +12V 接收器输入门限 177。 3V 177。 200mV 177。 200mV 接收器输入电阻（Ω） 3k～ 7k 4k（最小） =12k 发送器共模电压 3V～ +3V 1V～ +3V 接收器共模电压 7V～ +7V 7V～ +12V 通 信 芯片 的介绍 RS232 通 信 芯片 PC 机串口是 RS232 电平的，以正负电压来表示逻辑状态，而单片机的串口是 TTL 电平的，以高低电平表示逻辑状态。 因此，为了能够使计算机接口和终端的 TTL 器件连接，必须在 RS232C 与 TTL 电路之间进行电平和逻辑关系变换。 使用 MAX232 芯片可以将 PC机串行口的 RS232C 电平转换为 TTL 标准电平。 MAX232 芯片内部有一个电源电压变换器，可以把输入的 +5V 电源电压变换成为RS232C 输出电平所需的士 l0V电压。 所以，采用此芯片接口的串行通信系统只需单一的+5V电源就可以了。 MAX232 芯片的引脚结构如图 25 所示 ： 10 C 1+1VDD2C 13C 2+4C 25V E E6T 2O U T7R 2I N8R 2O U T9T 2I N10T 1I N11R 1O U T12R 1I N13T 1O U T14GND15V C C16M A X 232 图 25 MAX232 引脚功能图 实际应用中， T1IN, T2IN 可直接接 TTL/CMOS 电平的 MCS51 单片机的串行发送端TxD； RIOUT, R2OUT 可直接接 TTL/CMOS 电平的 MCS51 单片机的串行接收端 RxD； TIOUT, T2OUT 可直接接 PC 机的 RS232 串口的接收端 RxD； R1IN, R2IN 可直接 PC机的 RS232串口的发送端 TxD[1]。 RS485 通 信 芯片 RS485 芯片作为一种常用的通讯接口器件，可以在许多半导体公司的“标准接口器件 ” 栏目中“收发器”类元件中找到对应的型号。 所以在进行 RS485 通讯芯片设计之前，有必要选择一款成功在市场上 应用的相关芯片进行分析研究，以确保设计的成功性。 本设计选择的是 MAXIM 公司的 MAX485，其内部结构如图 26 所示。 该芯片具有低功耗，单电源供电等优点，主要应用于低功耗 RS485 收发器、低功耗 RS422 收发器、 RS232485电平转换器和工业控制局域网等 [4]。 234V C C81 67GND5DRABUM A X 485RERODIDEGNDV C CAB 图 26 MAX485 芯片内部结构 其内部逻辑关系如表 22所示： 11 表 22 MAX485 逻辑关系 MAX485 芯片采用单一电源 +5 V 工作，额定电流为 300μ A，采用半双工通讯方式。 它完成将 TTL电平转换为 RS485 电平的功能，将输入的 TTL 电平转换成差分电平输出。 其结构和引脚都非常简单，内部含有一个驱动器和接收器。 RO 和 DI 端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的 RXD 和 TXD 相连即可； RE 和 DE端分别为接收和发送的使能端，当 RE 为逻辑 0 时，器件处于接收状态；当 DE 为 逻辑 1时，器件处于发送状态，因为 MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可； A端和 B 端分别为接收和发送的差分信号端，当 A 引脚的电平高于B 时，代表发送的数据为 1；当 A 的电平低于 B 端时，代表发送的数据为 0。 在与单片机连接时接线非常简单。 只需要一个信号控制 MAX485 的接收和发送即可 [2]。 发送 /RE DE DI A B H H H L H L L H L Z Z 接收 AB /RE DE RO ≥ + L L H ≤ L L L H L Z 12 第三章 系统方案设计 系统总体设计 本系统是由一台 PC 机为上位机， 多台 80C51 单片机构成主从式结构网络作为下位机 ，以此来实现上位机与下位机，下位机与下位机之间信息 的传输。 本系统通信过程如下：上位 PC 机 作为主机 经过一定的程序后，先向下位机发出地址信号，各个下位机收到信息后，开中断去执行程序，与上位机发过来的地址相比较。 地址相同 的那台单片机向主机发送自己的地址 ， 然后 准备接收上位机发送过来的命令，看是接收还是发送数据 ；上位机收到发过来的地址并进行判断看是否与自己发送的地址相符，相符后则发送命令。 通过 此 过程 来达到上位机与下位机之间数据的传输 ，并将接收到 的数据用显示器进行显示。 系统主要构成部分 本系统中作为主机的 PC机 的 串行接口为 RS 232或 USB总线 ， 采用专用的 RS 232/ 485标准转换芯片 S2 485 来实现。 其实质是先用 MAX232 转换芯片将 RS232 电平转换为 TTL电平，再用 MAX485 芯片将 TTL电平转换为 RS485 电平 ， 然后采用 RS485 总线进行长距离、高速的串行异步通信。 各下位单片机 由于已经是 TTL 电平，则只需用 MAX485 芯片 将 TTL电平转换为 RS485 电平来进行通信就可以了。 其系统的原理框图如图 31 所示： S 2 4 8 5T X DR X DR X DT X DR110KAB BBAARO。