基于單片機(jī)的SRS232/RS485轉(zhuǎn)換器設(shè)計方案
加入技術(shù)交流群
一般的RS485總線的多機(jī)通信方式是半雙工方式，也就是發(fā)送和接收不是同時進(jìn)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(jī)的程序設(shè)計來實現(xiàn)。
轉(zhuǎn)換器的程序設(shè)計和通信協(xié)議設(shè)計
轉(zhuǎn)換器的程序設(shè)計流程
轉(zhuǎn)換器的整個程序的總體流程圖如圖5所示，主要包括程序初始化模塊、主程序模塊和串行口中斷服務(wù)模塊這三個部分。
圖5 轉(zhuǎn)換器程序流程圖
程序初始化模塊主要完成一些寄存器的初始化工作，包括看門狗設(shè)置、設(shè)定主機(jī)數(shù)據(jù)接收結(jié)束標(biāo)志位MDE和從機(jī)數(shù)據(jù)接收結(jié)束標(biāo)志位SDE、初始化串行口的連接引腳、初始化串行口設(shè)置寄存器和通信波特率、開啟串口中斷和總中斷。主程序模塊主要任務(wù)是完成串行口連接引腳之間的有序切換以及數(shù)據(jù)的發(fā)送。串行口中斷服務(wù)模塊的功能是完成數(shù)據(jù)的接收并置位標(biāo)志位MDE和SDE。
由于每次通信結(jié)束之后單片機(jī)的UART模塊的引腳總是和主機(jī)相連的，所以每次通信都必須是由主機(jī)發(fā)起的，從機(jī)總是處于接收狀態(tài)，只有主機(jī)尋址到從機(jī)時，從機(jī)才可向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。
RS485總線通信協(xié)議設(shè)計
為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕仨氁?guī)定好RS485總線主從式通信的通信協(xié)議。
該轉(zhuǎn)換器采用的通信協(xié)議在傳送每個字節(jié)數(shù)據(jù)時共發(fā)送的數(shù)據(jù)位有10位和11位兩種，具體采用哪種通信方式可以人為進(jìn)行設(shè)置。通信數(shù)據(jù)以信息幀的格式發(fā)送信息，每一信息幀由多個字節(jié)數(shù)據(jù)構(gòu)成，包含地址域、功能域、數(shù)據(jù)域和CRC校驗域這4個部分，如表1所示。其中地址域用于選擇要進(jìn)行通信的從機(jī)地址；功能域用于指示要執(zhí)行的具體操作；數(shù)據(jù)域包含所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；CRC校驗域用于存放產(chǎn)生的CRC差錯校驗碼，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。
通信協(xié)議中規(guī)定的通信波特率有2400 bps 、4800 bps 、9600 bps 、19200 bps、38400bps和115200bps六種波特率，默認(rèn)波特率為9600bps，可以根據(jù)實際需要通過軟件設(shè)定。通信方式和波特率對應(yīng)的設(shè)置參數(shù)存于單片機(jī)自帶的EEPROM存儲器中。
通信協(xié)議中定義的功能碼及其功能如表2所示。將來如果需要擴(kuò)展功能的話，還可以通過在應(yīng)用程序中增加相應(yīng)的功能碼來增加系統(tǒng)對應(yīng)的功能，使得系統(tǒng)功能擴(kuò)展更加靈活。
表1 信息幀標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)
表2 功能
轉(zhuǎn)換器的試驗結(jié)果
為了方便轉(zhuǎn)換器的調(diào)試，這里采用10位的通信方式，即1位起始位、8位數(shù)據(jù)位和1位停止位。其中上位機(jī)為PC機(jī)，通信接口為RS232接口；下位機(jī)是以C8051F020單片機(jī)為核心設(shè)計的水泵綜合參數(shù)測試平臺的主控電路板，通信接口為RS485接口。調(diào)試軟件使用串口調(diào)試助手。上位機(jī)和下位機(jī)的連接就是采用上面已經(jīng)設(shè)計好的RS232/RS485轉(zhuǎn)換器。這里設(shè)置從機(jī)地址為01H，采用前面設(shè)置的功能碼進(jìn)行調(diào)試。具體的調(diào)試結(jié)果如圖6所示。
圖6中第1行豎線左邊的數(shù)據(jù)是PC機(jī)發(fā)送03H功能碼讀取從機(jī)外部數(shù)據(jù)存儲器2345H地址單元開始的16個單元中的數(shù)據(jù)時從機(jī)返回的數(shù)據(jù)。主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀（16進(jìn)制數(shù)）為：
01 03 23 45 10 db 12
圖6中第1行豎線左邊部分第1字節(jié)代表從機(jī)地址，第2字節(jié)代表從機(jī)返回的功能碼，第3字節(jié)為從機(jī)發(fā)給主機(jī)的數(shù)據(jù)個數(shù)，后面的16個字節(jié)為所讀取的單元的數(shù)據(jù)，最后2個字節(jié)為CRC16校驗碼。重復(fù)發(fā)送相同功能碼時可以看到返回的數(shù)據(jù)是一樣的，說明通信正常。
圖6中第2行豎線右邊的數(shù)據(jù)是PC機(jī)發(fā)送10H功能碼對從機(jī)外部數(shù)據(jù)存儲器2345H地址單元開始的16個單元寫入數(shù)據(jù)時從機(jī)返回的數(shù)據(jù)。主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀（16進(jìn)制數(shù)）為：
01 10 23 45 10 00 11 22 33 44 55 66 77 88 99 aa bb cc dd ee ff a7 21
圖6中第2行豎線右邊部分第1字節(jié)代表從機(jī)地址，第2字節(jié)代表從機(jī)返回的功能碼，第3和第4字節(jié)分別為外部數(shù)據(jù)存儲器地址的高字節(jié)和低字節(jié)，第5字節(jié)代表寫入的數(shù)據(jù)個數(shù)，最后2個字節(jié)為CRC16校驗碼。重復(fù)發(fā)送相同功能碼時可以看到返回的數(shù)據(jù)是一樣的，說明此時通信也正常。在發(fā)送10H功能碼之后再發(fā)送03H功能碼進(jìn)行檢查，可以看出從機(jī)返回的外部數(shù)據(jù)存儲器2345H地址單元開始的16個單元中的數(shù)據(jù)和剛才寫入的數(shù)據(jù)是相同的，由此可知對應(yīng)功能碼的操作正確，而且通信也正常。
圖6 采用串口調(diào)試助手對設(shè)計的轉(zhuǎn)換器進(jìn)行調(diào)試的結(jié)果
從上面的試驗可以看出該轉(zhuǎn)換器可以實現(xiàn)PC機(jī)和RS485總線的正常通信，說明所設(shè)計的轉(zhuǎn)換器符合預(yù)期的要求。
結(jié)論
本文利用單片機(jī)STC11F02E的串口引腳可以在P3.0、P3.1引腳和P1.6、P1.7引腳之間隨意切換的特性，設(shè)計了一個簡單實用的RS232/RS485轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)非常簡單，只用到了三片常用集成芯片外加少量外圍器件便可完成總體設(shè)計，極大地減小了體積和成本，而且轉(zhuǎn)換器的電源還可以通過PC機(jī)的USB接口提供的5V電源來供電，可以省去另外配置電源的麻煩。
評論