基于单片机的rs232转485总线毕业论文

武汉理工大学单片机实习报告书基于单片机的RS-232转485总线设计1、引言目前PC机与多台单片机构成的分布式工业控制系统、数据传输系统等在工业现场的应用越来越广泛.它既利用了单片机功耗低、价格便宜、功能强大、抗干扰能力好等优点构建适宜分布于工业现场、使用方便灵活的监控站或下位机,又结合PC机丰富的软硬件资源,提供管理功能强大、人机界面友好的操控平台.而随着近几年来变频技术的不断发展,多单片机应用系统又以由单片机实现的变频控制为突出代表.在这类控制系统中,稳定可靠、方便快捷的数据通信是实现系统功能的基础和保障.因此,根据系统的实际工作环境条件,选择恰当的接口形式和通信协议,设计合理通信软件和硬件控制电路就显得十分重要.RS485是工业界使用最为广泛的双向、平衡传输线标准接口,它以半双工方式通信,支持多点连接,允许创建多达32个节点的网络(某些驱动器模块可增加至128个),具有传输距离远(最大传输距离为1200m),传输速率快(1200m时为100kbit/s)等优点,用于多站互连时,便于组建成本低廉、可靠性高及分布范围较广的总线网络.文章结合聊城自来水公司利用PC机集中监控多台变频器实现供水的工程项目简要介绍RS485串行通信部分的设计与调试.2、设计方案方案说明：此次PC机与单片机之间的通信接口电路RS232-485转换器主要包括了电源、232电平转换、485电路三部分。本电路的232电平转换电路采用了NIH232或者也可以直接使用MAX232集成电路，485电路采用了MAX485集成电路。为了使用方便，电源部分设计成无源方式，整个电路的供电直接从PC机的RS232接口中的DTR（4脚）和RTS（7脚）窃取。PC串口每根线可以提供大约9mA的电流，因此两根线提供的电流足够供给这个电路使用了。PC机的串行接口为RS232接口，RS485总线标准采用平衡发送和差分接收，具有抗干扰能力强、灵敏度高、数据传输距离远等优点，所以本系统选用RS485总线进行数据传输。(即用3.8V～5V表示“1”,0V～0.3V表示“0”)，故在数据传输时需要先进行RS232/RS485电平转换，本系统选用MXA232芯片实现上位机端RS232电平与TTL电平的转化，然后通过MAX485芯片将TTL电平转换为RS485标准电平。在下位机端MAX485将RS485标准电平转换为TTL电平接入处理器的异步串行通信口(UART)，实现RS485网络的半双工通信。图1系统框图3、电路基本知识3.1、RS-232介绍3.1.1、RS-232引脚及其含义RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。上位机通常需要同时对多个检测监控设备进行指令下发，并及时搜集下位机传送来的数据，进行通信的前提是要保证串口连接正确并且工作正常。RS232是单端输入输出，双工工作时至少需要数字地线。发送线和接受线三条线（异步传输），还可以加其它控制线完成同步等功能。RS-232C标准规定通信双方采用有25个引脚的DB-25连接器，并对连接器的每个引脚的信号内容和各种信号的电平加以规定。后来IBM的PC机将RS-232C简化成了DB-9连接器，从而成为事实标准。图2是DB-9的连接器的引脚分布，表一为其各个引脚功能说明。 图2RS-232串口DB-9引脚表一DB-9连接器的引脚意义3.1.2、RS-232接口电平RS232采用负逻辑电平：-15~-3：逻辑1；+15~+3：逻辑0；电压值通常在7V左右。3.1.3、RS-232的不足之处由于RS232接口标准出现较早，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电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。（2）传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps；因此在“南方的老树51CPLD开发板”中，综合程序波特率只能采用19200，也是这个原因。（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，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。（4）传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在50米左右。3.2、RS-485接口介绍3.2.1、RS-485简介为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。由于EIA提出的建议标准都是以RS作为前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。RS-485标准是为弥补RS-232通信距离短、速率低等缺点而产生的。RS-485标准只规定了平衡发送器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆和应用层通信协议。3.2.2、RS-485引脚说明1、连接主机端的RS485接口。

信号定义如下：

RS485接口-信号含义

3BRXD-接收数据

4ARXD+接收数据

5YTXD+发送数据

7ZTXD-发送数据

2、-连接从机端的RS485接口。

信号定义如下：

RS485接口信号含义

3ZTXD-发送数据

4YTXD+发送数据

5ARXD+接收数据

7BRXD-接收数据3.2.3、RS-485特点RS-485具有以下特点：（1）RS-485的电气特性：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。接口信号电平比RS-232-C降低了，就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。（2）RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。

（3）RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。（4）RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达3000米，另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。3.3、MAX232芯片3.3.1、MAX232芯片简介MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。MAX232是一种双组驱动器/接收器，片内含有一个电容性电压发生器以便在单5V电源供电时提供EIA/TIA-232-E电平。每个接收器将EIA/TIA-232-E电平输入转换为5VTTL/CMOS电平。这些接收器具有1.3V的典型门限值及0.5V的典型迟滞，而且可以接收±30V的输入。每个驱动器将TTL/CMOS输入电平转换为EIA/TIA-232-E电平。所有的驱动器、接收器及电压发生器都可以在德州仪器公司的LinASICTM元件库中得到标准单元。MAX232的工作温度范围为0℃至70℃，MAX232I的工作温度范围为-40℃3.3.2、MAX232芯片引脚图从RS-232转RS-485电平转换电路图中，我们可以看见与PC机接口的芯片为MAX232.MAX232的结构图如下：图3MAX232结构图3.3.3、MAX232引脚功能说明内部结构基本可分三个部分：第一部分：是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。第二部分：是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。第三部分：是供电，15脚GND、16脚VCC（+5v）。3.4、MAX485芯片3.4.1、MAX485芯片简介MAX485采用单一电源+5V工作，额定电流为300μA，采用半双工通讯方式。它完成将TTL电平转换为RS－485电平的功能。其引脚结构图如图4所示。从图中可以看出,MAX485芯片的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。同时将A和B端之间加匹配电阻，一般可选100Ω的电阻。可以串行口取电，可以驱动MAX232与MAX485实现通信。没加负载时电压有5.16V，加负载后降制3V左右。3.4.2、MAX485芯片引脚图及其说明MAX485接口芯片是Maxim公司的一种RS－485芯片，该芯片引脚图如图4所示：图4MAX485引脚图MAX485是用于RS-485和RS-422通信的低功率收发器，芯片中包含有1个驱动器和1个接收器，它的电气特性如表3所示：MAX485芯片由8个管脚组成，其功能如下：（1）RO脚（接收器输出端）：若A比B大200mV,RO为高；若A比B小200mV，则RO为低。（2）/RE脚（接收器输出使能端）：/RE为低时，RO有效;/RE为高时，RO成高阻状态。（3）DE（引脚3）：输出信号的控制引脚。当这个引脚低电平时，输出驱动器无效；当这个引脚高电平时，输出驱动器有效，来自DI引脚的输出信号通过A和B引脚被加载到总线上。是COMS电平，可以直接连接到单片机。（4）DI（引脚4）：输出驱动器的输入引脚。是COMS电平，可以直接连接到单片机。当DE是高电平时，这个引脚的信号通过A和B脚被加载给总线。（5）GND（引脚5）：电源地线。（6）A（引脚6）：连接到RS485总线的A端。（7）B（引脚7）：连接到RS485总线的B端。（8）Vcc（引脚8）：电源线引脚。电源4.0≤Vcc≤5.0V3.4.3、MAX485芯片的主要特性图5MAX485内部电路与引脚图关系表2MAX485主要特点MAX485是用于RS-485与RS-422通信的低功耗收发器。MAX485的驱动器摆率不受限制,可以实现最高2.5Mbps的传输速率。这些收发器在驱动器禁用的空载或满载状态下，吸取的电源电流在120μA至500μA之间。所有器件都工作在5V单电源下。驱动器具有短路电流限制，并可以通过“热关断电路”将驱动器输出置为高阻状态。接收器输入具有失效保护特性，当输入开路时，可以确保逻辑高电平输出，具有较高的抗干扰性能。MAX485是市面上最为常见的RS422芯片，亦是用量最大的RS422芯片，性价比高，优质，供货稳定是大部分厂家采用它的主要原因。4、单元电路设计4.1、MAX232芯片引脚连接电路图图6MAX232芯片引脚连接电路图4.2、MAX232与RS-232连接图图7MAX232与RS-232连接图4.3、MAX485和单片机的连接在一般情况下，可以直接把MAX485和单片机连接在一起，连接方法如图8所示。

图8

单片机和MAX485连接MAX485的控制引脚2和引脚3可以分别控制，也可以共同控制如图8所示，在图8中当P1.0为高电平时，MAX485作为输出驱动器使用，来自单片机TXD的输出信号通过A和B引脚加载到RS485总线上；当P1.0为低电平时，MAX485作为信号接收器使用，来自RS485总线的信号通过RO（1号引脚）被读到单片机的RXD。MAX485的控制引脚2和3无论是分别控制还是共同控制，接收器和驱动器都不能够同时工作，因此MAX485只能工作在`单工状态下或半双工状态下。4.4、使用MAX485的多机通讯可以很方便地由MAX485组成标准的RS485通讯系统，连接方法如图9所示：

图9

由RS485组成的多机系统

这个多机通讯系统由一台主机和多台副机组成，在通过MAX485和总线连接时，主机和副机连接方法相同，因此可以指定系统中的任一台设备作为主机，系统总线的使用权由主机控制。在系统开始工作时，主机的MAX485处于数据发送状态，也既引脚2和3是高电平；而所有副机的MAX485处于接收状态，也既引脚2和3是低电平。如果主机想要通过总线读取n号副机的数据，主机可以向这个副机发出呼叫信号，然后出让总线的使用权，也既使主机的MAX485处于接收信号状态，而被呼叫的副机被允许使用总线，它的MAX485处于发送数据状态，向总线加载数据，一旦加载数据完成，总线的使用权重新交给主机。需要注意的是，在图9中，所有的MAX485的A引脚必须连接在同一条总线上，所有MAX485的B引脚也必须连接载同一条总线上。4.5、电平转换接口总体电路图RS232-485转换器主要包括了电源、232电平转换、485电路三部分。如图10所示，本电路的232电平转换电路采用了NIH232或者也可以直接使用MAX232集成电路，485电路采用了MAX485集成电路。使用本电路需注意PC程序必须使串口的DTR和RTS输出高电平，经过D3稳压后得到VCC，经过实际测试，VCC电压大约在4.7V左右。因此，电路中要说D3起的作用是稳压还不如说是限压功能。MAX485是通过两个引脚RE（2脚）和DE（3脚）来控制数据的输入和输出。当RE为低电平时，MAX485数据输入有效；当DE为高电平时，MAX485数据输出有效。在半双工使用中，通常可以将这两个脚直接相连，然后由PC或者单片机输出的高低电平就可以让MAX485在接收和发送状态之间转换了。由于本电路DTR和RTS都用于了电路供电，因此使用TX线和HIN232的另外一个通道及Q1来控制MAX485的状态切换。平时NIH232的9脚输出高电平，经Q1倒相后，使MAX485的RE和DE为低电平而处于数据接收状态。当PC机发送数据时，NIH232的9脚输出低电平，经Q1倒相后，使MAX485的RE和DE为高电平而处于数据发送状态。

图10电平转换总体电路图

5、电路调试焊接完成电路后，为了能便于观察和检查转换器是否正常工作，特意在转换器上增加了两个发光二极管作为指示器，一个用于指示装换器的工作电源，另一个用于指示数据传输过程中数据的传输情况和连接情况。在第一次软件调试过程中，由于一心想到只要证明传输了数据，哪怕一位，也可说明设计的转换器成功了，在设计通信的程序的时候，指设计传输了一个数，传输一次。然后，想通过流水灯直观地将数据显示出来。可是，两个单片机通信的时候，启动和软件运行时，不能刚好同步，导致数据传输过程中数据丢失。第二天重新回顾和理清思路，又重新将学过的单片机的教材看了一遍，特别是串口通信的部分。再第三天，三个人一起讨论后，决定将程序改为传输全0和全1，同时，将程序改为重复发送这一数据。为了避免通信失败后不知道出错的原因，没有直接进行通信，而是分别观察两个转换器的数据指示灯，并通过改变延时时间和传输的数据，确定两个转换器正常工作后，才将两个转换器用数据线连接，这个时候，虽然接受收方的单片机还没有用程序显示数据，但是，接收方的指示灯已经表明数据同步传输了。之后，修改接收方单片机的程序，使其实时显示接收的数据，实现双机的实时通信，而通信的过程，是通过可以远距离传输的485电路进行，这时，已经表明本次课设已经成功。但是为了进一步确认，我们修改程序，分别发送不同的数据，以及连接和断开是的现象。事实现象表明，通信成功。在调试过程中，也犯了一些小错误，其中，为了省事，在控制传输方向时，直接用vcc和GND控制，结果，由于vcc驱动电流过大，导致芯片发热。不过即使发现，改用I/O口控制。数据指示灯按理论，发送1时灯亮，0时灭；而实际中，发送1亮，发送0会变暗但不灭。我们特意在硬件上增加上拉电阻和下拉电阻，增加驱动力，虽现象没有变，但我相信驱动能力增强，通信距离和效果会更好。

6、电路实物图RS-232转RS-485的电路实物图如下图所示：图11RS-232转RS-485的电路实物图两单片机通过RS-232转RS-485电路进行通信时的电路连接图如下图所示：图12两单片机通信时的电路连接图7、心得体会本次课程设计至此已经接近尾声，设计的时间虽然不是很长，但在整个设计过程中收获颇丰。整个课程设计过程中首先对单片机这门课程有了更深的了解，因为课程设计本身要求将以前所学的理论知识运用到实际的电路设计当中去，在电路的设计过程中，无形中便加深了对单片机的了解及运用能力，对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解；以前的单片机实验只是简简单单的运行程序，看下效果。而此次课程设计对我们的总体电路的设计的要求更严格，需要通过翻阅复习以前学过的知识确立了实验总体设计方案，然后逐步细化进行各模块的设计。另外，通过此次课程设计，我对设计所用到的软件有了更加深刻地了解，这对我们以后的工作和学习的帮助都很有用处。通过这次课设让我明白了理论和实际操作之间差距，而且也让我很明确得意识到自己在单片机上有很多的知识漏洞，以后应该多钻研一下。通过这次课设，我也深刻体会到了自己知识的匮乏。意识到自己所学的知识的肤浅，只是一个表面性的，理论性的，根本不能够解决在现实中还存在的很多问题。因此，学习中应多与实际应用相联系。总之，通过这次设计，不仅使我对所学过的知识有了一个新的认识。而且提高了我分析问题及动手操作的能力。使我的综合能力有了一个很大的提高。8、参考文献[1]谢自美.电子线路设计·实验·测试(第三版).武汉：华中科技大学出版社[2]李群芳.单片微型计算机与接口技术（第3版）.电子工业出版社，2008[3]刘教瑜.单片机原理及应用.武汉理工大学出版社，2011[4]张东亮.单片机原理与应用.人民邮电出版社，2009[5]郭天祥.51单片机C语言教程.电子工业出版社2009[6]田闯.直流电源屏电池单片机监测系统[J].西铁科技,2001[7]陈国先,.语音芯片与PIC单片机的应用接口[J].福建信息技术教育,2005

[8]孙玉艳,.实现PC机与单片机的数据通信与控制[J].广东白云职业技术学院广州白云工商高级技工学校学报,2002

[9]陈兴祥,.MC7705芯片对单片机的动态掉电保护[J].宁夏机械,2002

[10]田志华,.电池供电单片机的低功耗设计[J].宁夏机械,2002

附录：程序发送机：ORG0000H;MOVTMOD,#20H;MOVTH1,#0E6H;MOVTL1,#0E6H;SETBTR1;MOVSCON,#40H;MOVR0,#20H;MOVR7,#255;MOVP2,#0FFH;D1:MOV@R0,#0F0H;MOVSBUF,@R0;JNBTI,$;CLRTI;MOVP0,@R0;DJNZR7,D1;MOVR7,#255;MOVR6,#255;D2:MOV@R0,#0FH;MOVSBUF,@R0;JNBTI,$;CLRTI;MOVP0,@R0;DJNZR6,D2;JMPD1;END接收机：ORG0000H;MOVTMOD,#20H;MOVTH1,#0E6H;MOVTL1,#0E6H;SETBTR1;MOVSCON,#50H;MOVR0,#20H;MOV@R0,#0E7H;MOVP0,@R0;D:JNBRI,$;CLRRI;MOV@R0,SBUF;MOVP0,@R0;SJMPD;实习成绩表一、成绩评定所占比例（%）成绩实习表现实习报告质量考试或其他总成绩二、对实习表现及实习报告质量的综合评价（评语）指导老师（签字）：2013年月日注：该表由实习指导老师在批改完实习报告后填写。基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用