基于STC11F02E的RS232/RS485轉(zhuǎn)換器設(shè)計
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隨著通信技術(shù)的普及和發(fā)展，人們對測控系統(tǒng)的總體性能要求越來越高，為了便于對分布式的各個現(xiàn)場測控設(shè)備實現(xiàn)集中控制，現(xiàn)場總線技術(shù)得到了廣泛的應用。RS485總線因其硬件設(shè)計和通信協(xié)議簡單、控制方便、成本低廉、傳輸距離遠以及可掛接多個從設(shè)備等優(yōu)點而成為目前國內(nèi)應用較多的現(xiàn)場總線之一。
目前大多數(shù)的分布式現(xiàn)場總線通信系統(tǒng)通常都使用PC機（或工控機）作為主機對各個現(xiàn)場設(shè)備進行集中控制和數(shù)據(jù)傳輸。PC機只有標準的RS232接口，而RS232總線和RS485總線的接口電平不兼容，要實現(xiàn)PC機和RS485總線構(gòu)成的通信網(wǎng)絡(luò)的連接就必須進行RS232和RS485之間的電平轉(zhuǎn)換。因此，進行RS232/RS485轉(zhuǎn)換器的設(shè)計就顯得很有必要。
采用單片機進行RS232/RS485轉(zhuǎn)換器的設(shè)計是比較常用的一種方法。傳統(tǒng)的基于單片機設(shè)計的RS232/RS485轉(zhuǎn)換器存在著以下不足之處：
（1）采用的單片機和外圍器件個數(shù)較多，給設(shè)計帶來不便，也不利于降低成本，減小體積；
（2）設(shè)置不靈活，不能改變波特率和通信方式，或者更改參數(shù)不方便，使通用性受限。
鑒于以上不足，本文采用宏晶科技公司生產(chǎn)的增強型51單片機STC11F02E為核心設(shè)計了一款RS232/RS485轉(zhuǎn)換器來彌補這些缺陷，降低了成本，減小了體積，同時能夠方便地進行波特率和通信方式的設(shè)置，增強了其通用性；而且單片機的可編程方式也方便了轉(zhuǎn)換器的功能擴展，靈活性大大增強。
轉(zhuǎn)換器的總體結(jié)構(gòu)概述
轉(zhuǎn)換器主要由三部分組成，分別為：RS232電平轉(zhuǎn)TTL電平模塊、RS485電平轉(zhuǎn)TTL電平模塊和單片機主控制模塊。轉(zhuǎn)換器的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
圖1 轉(zhuǎn)換器總體結(jié)構(gòu)框圖
RS232電平轉(zhuǎn)TTL電平模塊用來實現(xiàn)RS232總線和單片機之間的連接，RS485電平轉(zhuǎn)TTL電平模塊用來實現(xiàn)RS485總線和單片機之間的連接，而單片機主控制模塊起到一個過渡連接的作用，用于協(xié)調(diào)和控制RS232總線和RS485總線之間的數(shù)據(jù)傳輸。
下面詳細闡述這3個模塊的具體硬件電路設(shè)計。
轉(zhuǎn)換器的硬件電路設(shè)計
RS232電平轉(zhuǎn)TTL電平模塊的電路設(shè)計
這里采用Maxim公司生產(chǎn)的MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片設(shè)計RS232和單片機的電平轉(zhuǎn)換接口電路。
MAX232芯片只需用5V的單電源供電，外加4個電容，就可實現(xiàn)RS232電平和TTL電平之間的轉(zhuǎn)換，可直接驅(qū)動RS232總線進行數(shù)據(jù)傳輸，使用十分方便。采用該芯片可以很容易地實現(xiàn)單片機和RS232總線之間的連接，其最高傳輸速率可達120kbps。
該模塊的具體電路設(shè)計圖如圖2所示。
圖2 RS232電平轉(zhuǎn)TTL電平電路
RS485電平轉(zhuǎn)TTL電平模塊的電路設(shè)計
該模塊的電路采用Maxim公司生產(chǎn)的RS485接口芯片MAX483E進行設(shè)計。
MAX483E芯片是一款用于RS485和RS422通信的低功耗總線收發(fā)器，具有±15kV靜電放電沖擊保護和限擺率驅(qū)動特性，減小了電磁干擾和終端電纜反射，允許高達250kbps速率的無差錯數(shù)據(jù)傳輸。該芯片只需用5V的單電源電壓供電即可正常工作，而且在一條總線上最多可以連接32個負載。利用該芯片可以極大地簡化單片機和RS485總線的接口電路設(shè)計。
該模塊的具體電路設(shè)計圖如圖3所示。
圖3 RS485電平轉(zhuǎn)TTL電平電路
單片機主控制模塊的電路設(shè)計
該模塊是轉(zhuǎn)換器的核心模塊，轉(zhuǎn)換器的主要功能就是通過該模塊來實現(xiàn)的。整個電路設(shè)計也非常簡單，只需一片增強型的51單片機STC11F02E外加一些基本的外圍電路（包括外部晶體振蕩器電路和復位電路）即可完成設(shè)計。
STC11F02E單片機為增強型的8051內(nèi)核，具有2KB的片內(nèi)Flash程序存儲器、2KB的EEPROM存儲器和256KB的片內(nèi)SRAM數(shù)據(jù)存儲器。這款單片機的UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用異步收發(fā)器）模塊的最大特點就是通過配置特殊功能寄存器AUXR1中的第7位UART_P1的狀態(tài)可以使UART模塊的兩個引腳（RXD、TXD）接到P3端口的P3.0、P3.1引腳，或者接到P1端口的P1.6、P1.7引腳，從而可以充當兩個串口使用。這里主要利用該功能來設(shè)計RS232/RS485轉(zhuǎn)換器。
整個轉(zhuǎn)換器的總體硬件電路圖如圖4所示。
圖4 轉(zhuǎn)換器總體硬件電路圖
轉(zhuǎn)換器的工作原理
轉(zhuǎn)換器硬件電路的工作原理是先將PC機串口輸出的RS232總線信號電平通過電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232轉(zhuǎn)換成STC11F02E可以接收的TTL電平信號，由該單片機接收PC發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。STC11F02E接收完傳來的全部數(shù)據(jù)后將串口引腳從P3.0和P3.1切換至P1.6和P1.7引腳，再把接收到的數(shù)據(jù)通過RS485收發(fā)器MAX483E發(fā)送到RS485總線上。從機應答后將相應的數(shù)據(jù)傳至RS485總線上，再通過RS485收發(fā)器轉(zhuǎn)成TTL電平后由單片機STC11F02E接收。STC11F02E接收完從機傳來的全部數(shù)據(jù)后將串口引腳重新切換至P3.0和P3.1引腳，再通過MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片傳送到PC機的RS232串口上去，使PC機接收從機傳來的數(shù)據(jù)。整個數(shù)據(jù)傳輸過程就這樣反復地進行。
一般的RS485總線的多機通信方式是半雙工方式，也就是發(fā)送和接收不是同時進行的，某一個終端設(shè)備在某一時刻只能是發(fā)送狀態(tài)或者是接收狀態(tài)，所以采用這種方法來設(shè)計RS232/RS485轉(zhuǎn)換器是合理的。這里的關(guān)鍵問題是如何協(xié)調(diào)好P3.0、P3.1和P1.6、P1.7這兩組串口引腳之間的切換，這可以通過單片機的程序設(shè)計來實現(xiàn)。
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