單片機(jī)RS485通信接口、控制線、原理圖及程序教學(xué)實(shí)例

　　［前言］RS232 標(biāo)準(zhǔn)是誕生于 RS485 之前的，但是 RS232 有幾處不足的地方：接口的信號(hào)電平值較高，達(dá)到十幾 V，使用不當(dāng)容易損壞接口芯片，電平標(biāo)準(zhǔn)也與TTL 電平不兼容。傳輸速率有局限，不可以過(guò)高，一般到一兩百千比特每秒（Kb/s）就到極限了。接口使用信號(hào)線和 GND 與其它設(shè)備形成共地模式的通信，這種共地模式傳輸容易產(chǎn)生干擾，并且抗干擾性能也比較弱。傳輸距離有限，最多只能通信幾十米。通信的時(shí)候只能兩點(diǎn)之間進(jìn)行通信，不能夠?qū)崿F(xiàn)多機(jī)聯(lián)網(wǎng)通信。針對(duì) RS232 接口的不足，就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標(biāo)準(zhǔn)，RS485 就是其中之一。 RS232 標(biāo)準(zhǔn)是誕生于 RS485 之前的，但是 RS232 有幾處不足的地方：

　　接口的信號(hào)電平值較高，達(dá)到十幾 V，使用不當(dāng)容易損壞接口芯片，電平標(biāo)準(zhǔn)也與TTL 電平不兼容。

　　傳輸速率有局限，不可以過(guò)高，一般到一兩百千比特每秒（Kb/s）就到極限了。

　　接口使用信號(hào)線和 GND 與其它設(shè)備形成共地模式的通信，這種共地模式傳輸容易產(chǎn)生干擾，并且抗干擾性能也比較弱。

　　傳輸距離有限，最多只能通信幾十米。

　　通信的時(shí)候只能兩點(diǎn)之間進(jìn)行通信，不能夠?qū)崿F(xiàn)多機(jī)聯(lián)網(wǎng)通信。

　　針對(duì) RS232 接口的不足，就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標(biāo)準(zhǔn)，RS485 就是其中之一，它具備以下的特點(diǎn)：

　　采用差分信號(hào)。我們?cè)谥v A/D 的時(shí)候，講過(guò)差分信號(hào)輸入的概念，同時(shí)也介紹了差分輸入的好處，最大的優(yōu)勢(shì)是可以抑制共模干擾。尤其當(dāng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較復(fù)雜，干擾比較多時(shí)，采用差分方式可以有效的提高通信可靠性。RS485 采用兩根通信線，通常用 A 和 B 或者 D+和 D-來(lái)表示。邏輯“1”以?xún)删€之間的電壓差為+（0.2~6）V 表示，邏輯“0”以?xún)删€間的電壓差為-（0.2~6）V 來(lái)表示，是一種典型的差分通信。

　　RS485 通信速率快，最大傳輸速度可以達(dá)到 10Mb/s 以上。

　　RS485 內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)，采用的是平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗干擾能力也大大增加。

　　傳輸距離最遠(yuǎn)可以達(dá)到 1200 米左右，但是它的傳輸速率和傳輸距離是成反比的，只有在 100Kb/s 以下的傳輸速度，才能達(dá)到最大的通信距離，如果需要傳輸更遠(yuǎn)距離可以使用中繼。

　　可以在總線上進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信，總線上允許掛多個(gè)收發(fā)器，從現(xiàn)有的 RS485芯片來(lái)看，有可以掛 32、64、128、256 等不同個(gè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)器。

　　RS485 的接口非常簡(jiǎn)單，與 RS232 所使用的 MAX232 是類(lèi)似的，只需要一個(gè) RS485轉(zhuǎn)換器，就可以直接與單片機(jī)的 UART 串口連接起來(lái)，并且使用完全相同的異步串行通信協(xié)議。但是由于 RS485 是差分通信，因此接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)是不能同時(shí)進(jìn)行的，也就是說(shuō)它是一種半雙工通信。那我們?nèi)绾闻袛嗍裁磿r(shí)候發(fā)送，什么時(shí)候接收呢？

　　RS485 轉(zhuǎn)換芯片很多，這節(jié)課我們以典型的 MAX485 為例講解 RS485 通信，如圖 18-1所示。

　　圖 18-1 MAX485 硬件接口

　　MAX485 是美信（Maxim）推出的一款常用 RS485 轉(zhuǎn)換器。其中 5 腳和 8 腳是電源引腳;6腳和 7 腳就是 RS485 通信中的 A 和 B 兩個(gè)引腳;1 腳和 4 腳分別接到單片機(jī)的 RXD 和 TXD引腳上，直接使用單片機(jī) UART 進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送;2 腳和 3 腳是方向引腳，其中 2 腳是低電平使能接收器，3 腳是高電平使能輸出驅(qū)動(dòng)器，我們把這兩個(gè)引腳連到一起，平時(shí)不發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，保持這兩個(gè)引腳是低電平，讓 MAX485 處于接收狀態(tài)，當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，把這個(gè)引腳拉高，發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送完畢后再拉低這個(gè)引腳就可以了。為了提高 RS485 的抗干擾能力，需要在靠近 MAX485 的 A 和 B 引腳之間并接一個(gè)電阻，這個(gè)電阻阻值從 100歐到 1K 都是可以。

　　在這里我們還要介紹一下如何使用 KST-51 單片機(jī)開(kāi)發(fā)板進(jìn)行外圍擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。我們的開(kāi)發(fā)板只能把基本的功能給同學(xué)們做出來(lái)提供實(shí)驗(yàn)練習(xí)，但是同學(xué)們學(xué)習(xí)的腳步不應(yīng)該停留在這個(gè)實(shí)驗(yàn)板上。如果想進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)，就可以通過(guò)單片機(jī)開(kāi)發(fā)板的擴(kuò)展接口進(jìn)行擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。大家可以看到藍(lán)綠色的單片機(jī)座周?chē)?32 個(gè)插針，這 32 個(gè)插針就是把單片機(jī)的 32 個(gè) IO 引腳全部都引出來(lái)了。在原理圖上體現(xiàn)出來(lái)的就是 J4、J5、J6、J7 這 4 個(gè)器件，如圖 18-2 所示。

　　圖 18-2 單片機(jī)擴(kuò)展接口

　　這 32 個(gè) IO 口中并不是所有的都可以用來(lái)對(duì)外擴(kuò)展，其中既作為數(shù)據(jù)輸出，又可以作為數(shù)據(jù)輸入的引腳是不可以用的，比如 P3.2、P3.4、P3.6 引腳，這三個(gè)引腳是不可用的。比如P3.2 這個(gè)引腳，如果我們用來(lái)擴(kuò)展，發(fā)送的信號(hào)如果和 DS18B20 的時(shí)序吻合，會(huì)導(dǎo)致 DS18B20拉低引腳，影響通信。除這 3 個(gè) IO 口以外的其它 29 個(gè)，都可以使用杜邦線接上插針，擴(kuò)展出來(lái)使用。當(dāng)然了，如果把當(dāng)前的 IO 口應(yīng)用于擴(kuò)展功能了，板子上的相應(yīng)功能就實(shí)現(xiàn)不了了，也就是說(shuō)需要擴(kuò)展功能和板載功能之間二選一。

　　在進(jìn)行 RS485 實(shí)驗(yàn)中，我們通信用的引腳必須是 P3.0 和 P3.1，此外還有一個(gè)方向控制引腳，我們使用杜邦線將其連接到 P1.7 上去。RS485 的另外一端，大家可以使用一個(gè) USB轉(zhuǎn) RS485 模塊，用雙絞線把開(kāi)發(fā)板和模塊上的 A 和 B 分別對(duì)應(yīng)連起來(lái)，USB 那頭插入電腦，然后就可以進(jìn)行通信了。

　　學(xué)習(xí)了第 13 章實(shí)用的串口通信方法和程序后，做這種串口通信的方法就很簡(jiǎn)單了，基本是一致的。我們使用實(shí)用串口通信例程的思路，做了一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，通過(guò)串口調(diào)試助手下發(fā)任意個(gè)字符，單片機(jī)接收到后在末尾添加“回車(chē)+換行”符后再送回，在調(diào)試助手上重新顯示出來(lái)，先把程序貼出來(lái)。

　　程序中需要注意的一點(diǎn)是：因?yàn)槠匠６际菍?MAX485 設(shè)置為接收狀態(tài)，只有在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候才將 MAX485 改為發(fā)送狀態(tài)，所以在 UartWrite（）函數(shù)開(kāi)頭將 MAX485 方向引腳拉高，函數(shù)退出前再拉低。但是這里有一個(gè)細(xì)節(jié)，就是單片機(jī)的發(fā)送和接收中斷產(chǎn)生的時(shí)刻都是在停止位的一半上，也就是說(shuō)每當(dāng)停止位傳送了一半的時(shí)候，RI 或 TI 就已經(jīng)置位并且馬上進(jìn)入中斷（如果中斷使能的話）函數(shù)了，接收的時(shí)候自然不會(huì)存在問(wèn)題，但發(fā)送的時(shí)候就不一樣了：當(dāng)緊接著向 SBUF 寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)，UART 硬件會(huì)在完成上一個(gè)停止位的發(fā)送后，再開(kāi)始新字節(jié)的發(fā)送，但如果此時(shí)不是繼續(xù)發(fā)送下一個(gè)字節(jié)，而是已經(jīng)發(fā)送完畢了，要停止發(fā)送并將 MAX485 方向引腳拉低以使 MAX485 重新處于接收狀態(tài)時(shí)就有問(wèn)題了，因?yàn)檫@時(shí)候最后的這個(gè)停止位實(shí)際只發(fā)送了一半，還沒(méi)有完全完成，所以就有了 UartWrite（）函數(shù)內(nèi)DelayX10us（5）這個(gè)操作，這是人為的增加了 50us 的延時(shí)，這 50us 的時(shí)間正好讓剩下的一半停止位完成，那么這個(gè)時(shí)間自然就是由通信波特率決定的了，為波特率周期的一半。

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

　　純文本復(fù)制

　　#include

　　#include

　　sbit RS485_DIR = P1^7; //RS485 方向選擇引腳

　　bit flagFrame = 0; //幀接收完成標(biāo)志，即接收到一幀新數(shù)據(jù)

　　bit flagTxd = 0; //單字節(jié)發(fā)送完成標(biāo)志，用來(lái)替代 TXD 中斷標(biāo)志位

　　unsigned char cntRxd = 0; //接收字節(jié)計(jì)數(shù)器

　　unsigned char pdata bufRxd［64］; //接收字節(jié)緩沖區(qū)

　　extern void UartAcTIon（unsigned char *buf， unsigned char len）;

　　/* 串口配置函數(shù)，baud-通信波特率 */

　　void ConfigUART（unsigned int baud）{

　　RS485_DIR = 0; //RS485 設(shè)置為接收方向

　　SCON = 0x50; //配置串口為模式 1

　　TMOD = 0x0F; //清零 T1 的控制位

　　TMOD |= 0x20; //配置 T1 為模式 2

　　TH1 = 256 - （11059200/12/32）/baud; //計(jì)算 T1 重載值

　　TL1 = TH1; //初值等于重載值

　　ET1 = 0; //禁止 T1 中斷

　　ES = 1; //使能串口中斷

　　TR1 = 1; //啟動(dòng) T1

　　}

　　/* 軟件延時(shí)函數(shù)，延時(shí)時(shí)間（t*10）us */

　　void DelayX10us（unsigned char t）{

　　do {

　　_nop_（）;

　　_nop_（）;

　　_nop_（）;

　　_nop_（）;

　　_nop_（）;

　　_nop_（）;

　　_nop_（）;

　　_nop_（）;

　　} while （--t）;

　　}

　　/* 串口數(shù)據(jù)寫(xiě)入，即串口發(fā)送函數(shù)，buf-待發(fā)送數(shù)據(jù)的指針，len-指定的發(fā)送長(zhǎng)度 */

　　void UartWrite（unsigned char *buf， unsigned char len）{

　　RS485_DIR = 1; //RS485 設(shè)置為發(fā)送

　　while （len--）{ //循環(huán)發(fā)送所有字節(jié)

　　flagTxd = 0; //清零發(fā)送標(biāo)志

　　SBUF = *buf++; //發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)

　　while （！flagTxd）; //等待該字節(jié)發(fā)送完成

　　}

　　DelayX10us（5）; //等待最后的停止位完成，延時(shí)時(shí)間由波特率決定

　　RS485_DIR = 0; //RS485 設(shè)置為接收

　　}

　　/* 串口數(shù)據(jù)讀取函數(shù)，buf-接收指針，len-指定的讀取長(zhǎng)度，返回值-實(shí)際讀到的長(zhǎng)度 */

　　unsigned char UartRead（unsigned char *buf， unsigned char len）{

　　unsigned char i;

　　//指定讀取長(zhǎng)度大于實(shí)際接收到的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度時(shí)，

　　//讀取長(zhǎng)度設(shè)置為實(shí)際接收到的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

　　if （len 》 cntRxd）{

　　len = cntRxd;

　　}

　　for （i=0; i

　　*buf++ = bufRxd［i］;

　　}

　　cntRxd = 0; //接收計(jì)數(shù)器清零

　　return len; //返回實(shí)際讀取長(zhǎng)度

　　}

　　/* 串口接收監(jiān)控，由空閑時(shí)間判定幀結(jié)束，需在定時(shí)中斷中調(diào)用，ms-定時(shí)間隔 */

　　void UartRxMonitor（unsigned char ms）{

　　staTIc unsigned char cntbkp = 0;

　　staTIc unsigned char idletmr = 0;

　　if （cntRxd 》 0）{ //接收計(jì)數(shù)器大于零時(shí)，監(jiān)控總線空閑時(shí)間

　　if （cntbkp ！= cntRxd）{ //接收計(jì)數(shù)器改變，即剛接收到數(shù)據(jù)時(shí)，清零空閑計(jì)時(shí)

　　cntbkp = cntRxd;

　　idletmr = 0;

　　}else{ //接收計(jì)數(shù)器未改變，即總線空

　　}else{ //接收計(jì)數(shù)器未改變，即總線空閑時(shí)，累積空閑時(shí)間

　　if （idletmr 《 30）{ //空閑計(jì)時(shí)小于 30ms 時(shí)，持續(xù)累加

　　idletmr += ms;

　　if （idletmr 》= 30）{ //空閑時(shí)間達(dá)到 30ms 時(shí)，即判定為一幀接收完畢

　　flagFrame = 1; //設(shè)置幀接收完成標(biāo)志

　　}

　　}

　　}

　　}else{

　　cntbkp = 0;

　　}

　　}

　　/* 串口驅(qū)動(dòng)函數(shù)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)幀的接收，調(diào)度功能函數(shù)，需在主循環(huán)中調(diào)用 */

　　void UartDriver（）{

　　unsigned char len;

　　unsigned char pdata buf［40］;

　　if （flagFrame）{ //有命令到達(dá)時(shí)，讀取處理該命令

　　flagFrame = 0;

　　len = UartRead（buf， sizeof（buf）-2）; //將接收到的命令讀取到緩沖區(qū)中

　　UartAction（buf， len）; //傳遞數(shù)據(jù)幀，調(diào)用動(dòng)作執(zhí)行函數(shù)

　　}

　　}

　　/* 串口中斷服務(wù)函數(shù) */

　　void InterruptUART（） interrupt 4{

　　if （RI）{ //接收到新字節(jié)

　　RI = 0; //清零接收中斷標(biāo)志位

　　//接收緩沖區(qū)尚未用完時(shí)，保存接收字節(jié)，并遞增計(jì)數(shù)器

　　if （cntRxd 《 sizeof（bufRxd））{

　　bufRxd［cntRxd++］ = SBUF;

　　}

　　}

　　if （TI）{ //字節(jié)發(fā)送完畢

　　TI = 0; //清零發(fā)送中斷標(biāo)志位

　　flagTxd = 1; //設(shè)置字節(jié)發(fā)送完成標(biāo)志

　　}

　　}

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

　　#include

　　unsigned char T0RH = 0; //T0 重載值的高字節(jié)

　　unsigned char T0RL = 0; //T0 重載值的低字節(jié)

　　void ConfigTimer0（unsigned int ms）;

　　extern void UartDriver（）;

　　extern void ConfigUART（unsigned int baud）;

　　extern void UartRxMonitor（unsigned char ms）;

　　extern void UartWrite（unsigned char *buf， unsigned char len）;

　　void main（）{

　　EA = 1; //開(kāi)總中斷

　　ConfigTimer0（1）; //配置 T0 定時(shí) 1ms

　　ConfigUART（9600）; //配置波特率為 9600

　　while （1）{

　　UartDriver（）; //調(diào)用串口驅(qū)動(dòng)

　　}

　　}

　　/* 串口動(dòng)作函數(shù)，根據(jù)接收到的命令幀執(zhí)行響應(yīng)的動(dòng)作

　　buf-接收到的命令幀指針，len-命令幀長(zhǎng)度 */

　　void UartAction（unsigned char *buf， unsigned char len）{

　　//在接收到的數(shù)據(jù)幀后添加換車(chē)換行符后發(fā)回

　　buf［len++］ = ‘r’;

　　buf［len++］ = ‘n’;

　　UartWrite（buf， len）;

　　}

　　/* 配置并啟動(dòng) T0，ms-T0 定時(shí)時(shí)間 */

　　void ConfigTimer0（unsigned int ms）{

　　unsigned long tmp; //臨時(shí)變量

　　tmp = 11059200 / 12; //定時(shí)器計(jì)數(shù)頻率

　　tmp = （tmp * ms） / 1000; //計(jì)算所需的計(jì)數(shù)值

　　tmp = 65536 - tmp; //計(jì)算定時(shí)器重載值

　　tmp = tmp + 33; //補(bǔ)償中斷響應(yīng)延時(shí)造成的誤差

　　T0RH = （unsigned char）（tmp》》8）; //定時(shí)器重載值拆分為高低字節(jié)

　　T0RL = （unsigned char）tmp;

　　TMOD = 0xF0; //清零 T0 的控制位

　　TMOD |= 0x01; //配置 T0 為模式 1

　　TH0 = T0RH; //加載 T0 重載值

　　TL0 = T0RL;

　　ET0 = 1; //使能 T0 中斷

　　TR0 = 1; //啟動(dòng) T0

　　}

　　/* T0 中斷服務(wù)函數(shù)，執(zhí)行串口接收監(jiān)控 */

　　void InterruptTimer0（） interrupt 1{

　　TH0 = T0RH; //重新加載重載值

　　TL0 = T0RL;

　　UartRxMonitor（1）; //串口接收監(jiān)控

　　}

　　現(xiàn)在看這種串口程序，是不是感覺(jué)很簡(jiǎn)單了呢？串口通信程序我們反反復(fù)復(fù)的使用，加上隨著學(xué)習(xí)的模塊越來(lái)越多，實(shí)踐的越來(lái)越多，原先感覺(jué)很復(fù)雜的東西，現(xiàn)在就會(huì)感到簡(jiǎn)單了。從設(shè)備管理器里可以查看所有的 COM 口號(hào)，我們下載程序用的是 COM4，而 USB 轉(zhuǎn)RS485 虛擬的是 COM5，通信的時(shí)候我們用的是 COM5 口，如圖 18-3 所示。