单片机RS485通信接口、控制线、原理图及程序教学实例-设计应用

精品文档-下载后可编辑单片机RS485通信接口、控制线、原理图及程序教学实例-设计应用［前言］RS232标准是诞生于RS485之前的，但是RS232有几处不足的地方：接口的信号电平值较高，达到十几V，使用不当容易损坏接口芯片，电平标准也与TTL电平不兼容。传输速率有局限，不可以过高，一般到一两百千比特每秒（Kb/s）就到极限了。接口使用信号线和GND与其它设备形成共地模式的通信，这种共地模式传输容易产生干扰，并且抗干扰性能也比较弱。传输距离有限，多只能通信几十米。通信的时候只能两点之间进行通信，不能够实现多机联网通信。针对RS232接口的不足，就不断出现了一些新的接口标准，RS485就是其中之一。RS232标准是诞生于RS485之前的，但是RS232有几处不足的地方：

接口的信号电平值较高，达到十几V，使用不当容易损坏接口芯片，电平标准也与TTL电平不兼容。

传输速率有局限，不可以过高，一般到一两百千比特每秒（Kb/s）就到极限了。

接口使用信号线和GND与其它设备形成共地模式的通信，这种共地模式传输容易产生干扰，并且抗干扰性能也比较弱。

传输距离有限，多只能通信几十米。

通信的时候只能两点之间进行通信，不能够实现多机联网通信。

针对RS232接口的不足，就不断出现了一些新的接口标准，RS485就是其中之一，它具备以下的特点：

采用差分信号。我们在讲A/D的时候，讲过差分信号输入的概念，同时也介绍了差分输入的好处，的优势是可以抑制共模干扰。尤其当工业现场环境比较复杂，干扰比较多时，采用差分方式可以有效的提高通信可靠性。RS485采用两根通信线，通常用A和B或者D+和D-来表示。逻辑“1”以两线之间的电压差为+（0.2~6）V表示，逻辑“0”以两线间的电压差为-（0.2~6）V来表示，是一种典型的差分通信。

RS485通信速率快，传输速度可以达到10Mb/s以上。

RS485内部的物理结构，采用的是平衡驱动器和差分接收器的组合，抗干扰能力也大大增加。

传输距离远可以达到1200米左右，但是它的传输速率和传输距离是成反比的，只有在100Kb/s以下的传输速度，才能达到的通信距离，如果需要传输更远距离可以使用中继。

可以在总线上进行联网实现多机通信，总线上允许挂多个收发器，从现有的RS485芯片来看，有可以挂32、64、128、256等不同个设备的驱动器。

RS485的接口非常简单，与RS232所使用的MAX232是类似的，只需要一个RS485转换器，就可以直接与单片机的UART串口连接起来，并且使用完全相同的异步串行通信协议。但是由于RS485是差分通信，因此接收数据和发送数据是不能同时进行的，也就是说它是一种半双工通信。那我们如何判断什么时候发送，什么时候接收呢？

RS485转换芯片很多，这节课我们以典型的MAX485为例讲解RS485通信，如图18-1所示。

图18-1MAX485硬件接口

MAX485是美信（Maxim）推出的一款常用RS485转换器。其中5脚和8脚是电源引脚;6脚和7脚就是RS485通信中的A和B两个引脚;1脚和4脚分别接到单片机的RXD和TXD引脚上，直接使用单片机UART进行数据接收和发送;2脚和3脚是方向引脚，其中2脚是低电平使能接收器，3脚是高电平使能输出驱动器，我们把这两个引脚连到一起，平时不发送数据的时候，保持这两个引脚是低电平，让MAX485处于接收状态，当需要发送数据的时候，把这个引脚拉高，发送数据，发送完毕后再拉低这个引脚就可以了。为了提高RS485的抗干扰能力，需要在靠近MAX485的A和B引脚之间并接一个电阻，这个电阻阻值从100欧到1K都是可以。

在这里我们还要介绍一下如何使用KST-51单片机开发板进行外围扩展实验。我们的开发板只能把基本的功能给同学们做出来提供实验练习，但是同学们学习的脚步不应该停留在这个实验板上。如果想进行更多的实验，就可以通过单片机开发板的扩展接口进行扩展实验。大家可以看到蓝绿色的单片机座周围有32个插针，这32个插针就是把单片机的32个IO引脚全部都引出来了。在原理图上体现出来的就是J4、J5、J6、J7这4个器件，如图18-2所示。

图18-2单片机扩展接口

这32个IO口中并不是所有的都可以用来对外扩展，其中既作为数据输出，又可以作为数据输入的引脚是不可以用的，比如P3.2、P3.4、P3.6引脚，这三个引脚是不可用的。比如P3.2这个引脚，如果我们用来扩展，发送的信号如果和DS18B20的时序吻合，会导致DS18B20拉低引脚，影响通信。除这3个IO口以外的其它29个，都可以使用杜邦线接上插针，扩展出来使用。当然了，如果把当前的IO口应用于扩展功能了，板子上的相应功能就实现不了了，也就是说需要扩展功能和板载功能之间二选一。

在进行RS485实验中，我们通信用的引脚必须是P3.0和P3.1，此外还有一个方向控制引脚，我们使用杜邦线将其连接到P1.7上去。RS485的另外一端，大家可以使用一个USB转RS485模块，用双绞线把开发板和模块上的A和B分别对应连起来，USB那头插入电脑，然后就可以进行通信了。

学习了第13章实用的串口通信方法和程序后，做这种串口通信的方法就很简单了，基本是一致的。我们使用实用串口通信例程的思路，做了一个简单的程序，通过串口调试助手下发任意个字符，单片机接收到后在末尾添加“回车+换行”符后再送回，在调试助手上重新显示出来，先把程序贴出来。

程序中需要注意的一点是：因为平常都是将MAX485设置为接收状态，只有在发送数据的时候才将MAX485改为发送状态，所以在UartWrite（）函数开头将MAX485方向引脚拉高，函数退出前再拉低。但是这里有一个细节，就是单片机的发送和接收中断产生的时刻都是在停止位的一半上，也就是说每当停止位传送了一半的时候，RI或TI就已经置位并且马上进入中断（如果中断使能的话）函数了，接收的时候自然不会存在问题，但发送的时候就不一样了：当紧接着向SBUF写入一个字节数据时，UART硬件会在完成上一个停止位的发送后，再开始新字节的发送，但如果此时不是继续发送下一个字节，而是已经发送完毕了，要停止发送并将MAX485方向引脚拉低以使MAX485重新处于接收状态时就有问题了，因为这时候的这个停止位实际只发送了一半，还没有完全完成，所以就有了UartWrite（）函数内DelayX10us（5）这个操作，这是人为的增加了50us的延时，这50us的时间正好让剩下的一半停止位完成，那么这个时间自然就是由通信波特率决定的了，为波特率周期的一半。

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

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#include

#include

sbitRS485_DIR=P1^7;//RS485方向选择引脚

bitflagFrame=0;//帧接收完成标志，即接收到一帧新数据

bitflagTxd=0;//单字节发送完成标志，用来替代TXD中断标志位

unsignedcharcntRxd=0;//接收字节计数器

unsignedcharpdatabufRxd［64］;//接收字节缓冲区

externvoidUartAcTIon（unsignedchar*buf，unsignedcharlen）;

/*串口配置函数，baud-通信波特率*/

voidConfigUART（unsignedintbaud）{

RS485_DIR=0;//RS485设置为接收方向

SCON=0x50;//配置串口为模式1

TMOD=0x0F;//清零T1的控制位

TMOD|=0x20;//配置T1为模式2

TH1=256-（11059200/12/32）/baud;//计算T1重载值

TL1=TH1;//初值等于重载值

ET1=0;//禁止T1中断

ES=1;//使能串口中断

TR1=1;//启动T1

}

/*软件延时函数，延时时间（t*10）us*/

voidDelayX10us（unsignedchart）{

do{

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

}while（--t）;

}

/*串口数据写入，即串口发送函数，buf-待发送数据的指针，len-指定的发送长度*/

voidUartWrite（unsignedchar*buf，unsignedcharlen）{

RS485_DIR=1;//RS485设置为发送

while（len--）{//循环发送所有字节

flagTxd=0;//清零发送标志

SBUF=*buf++;//发送一个字节数据

while（！flagTxd）;//等待该字节发送完成

}

DelayX10us（5）;//等待的停止位完成，延时时间由波特率决定

RS485_DIR=0;//RS485设置为接收

}

/*串口数据读取函数，buf-接收指针，len-指定的读取长度，返回值-实际读到的长度*/

unsignedcharUartRead（unsignedchar*buf，unsignedcharlen）{

unsignedchari;

//指定读取长度大于实际接收到的数据长度时，

//读取长度设置为实际接收到的数据长度

if（len》cntRxd）{

len=cntRxd;

}

for（i=0;i

*buf++=bufRxd［i］;

}

cntRxd=0;//接收计数器清零

returnlen;//返回实际读取长度

}

/*串口接收监控，由空闲时间判定帧结束，需在定时中断中调用，ms-定时间隔*/

voidUartRxMonitor（unsignedcharms）{

staTIcunsignedcharcntbkp=0;

staTIcunsignedcharidletmr=0;

if（cntRxd》0）{//接收计数器大于零时，监控总线空闲时间

if（cntbkp！=cntRxd）{//接收计数器改变，即刚接收到数据时，清零空闲计时

cntbkp=cntRxd;

idletmr=0;

}else{//接收计数器未改变，即总线空

}else{//接收计数器未改变，即总线空闲时，累积空闲时间

if（idletmr《30）{//空闲计时小于30ms时，持续累加

idletmr+=ms;

if（idletmr》=30）{//空闲时间达到30ms时，即判定为一帧接收完毕

flagFrame=1;//设置帧接收完成标志

}

}

}

}else{

cntbkp=0;

}

}

/*串口驱动函数，监测数据帧的接收，调度功能函数，需在主循环中调用*/

voidUartDriver（）{

unsignedcharlen;

unsignedcharpdatabuf［40］;

if（flagFrame）{//有命令到达时，读取处理该命令

flagFrame=0;

len=UartRead（buf，sizeof（buf）-2）;//将接收到的命令读取到缓冲区中

UartAction（buf，len）;//传递数据帧，调用动作执行函数

}

}

/*串口中断服务函数*/

voidInterruptUART（）interrupt4{

if（RI）{//接收到新字节

RI=0;//清零接收中断标志位

//接收缓冲区尚未用完时，保存接收字节，并递增计数器

if（cntRxd《sizeof（bufRxd））{

bufRxd［cntRxd++］=SBUF;

}

}

if（TI）{//字节发送完毕

TI=0;//清零发送中断标志位

flagTxd=1;//设置字节发送完成标志

}

}

/*****************************main.c文件程序源代码******************************/

#include

unsignedcharT0RH=0;//T0重载值的高字节

unsignedcharT0RL=0;//T0重载值的低字节

voidConfigTimer0（unsignedintms）;

externvoidUartDriver（）;

externvoidConfigUART（unsignedintbaud）;

externvoidUartRxMonitor（unsignedcharms）;

externvoidUartWrite（unsignedchar*buf，unsignedcharlen）;

voidmain（）{

EA=1;//开总中断

ConfigTimer0（1）;//配置T0定时1ms

ConfigUART（9600）;//配置波特率为9600

while（1）{

UartDriver（）;//调用串口驱动

}

}

/*串口动作函数，根据接收到的命令帧执行响应的动作

buf-接收到的命令帧指针，len-命令帧长度*/

voidUartAction（unsignedchar*buf，unsignedcharlen）{

//在接收到的数据帧后添加换车换行符后发回

buf［len++］=‘\r’;

buf［len++］=‘\n’;

UartWrite（buf，len）;

}

/*配置并启动T0，ms-T0定时时间*/

voidConfigTimer0（unsignedintms）{

unsi