解析單片機RS485通信接口、控制線、原理圖及程序教學實例

RS232 標準是誕生于 RS485 之前的，但是 RS232 有幾處不足的地方：接口的信號電平值較高，達到十幾 V，使用不當容易損壞接口芯片，電平標準也與TTL 電平不兼容。傳輸速率有局限，不可以過高，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。通信的時候只能兩點之間進行通信，不能夠?qū)崿F(xiàn)多機聯(lián)網(wǎng)通信。針對 RS232 接口的不足，就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標準，RS485 就是其中之一。 RS232 標準是誕生于 RS485 之前的，但是 RS232 有幾處不足的地方：

接口的信號電平值較高，達到十幾 V，使用不當容易損壞接口芯片，電平標準也與TTL 電平不兼容。

傳輸速率有局限，不可以過高，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。

通信的時候只能兩點之間進行通信，不能夠?qū)崿F(xiàn)多機聯(lián)網(wǎng)通信。

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

采用差分信號。我們在講 A/D 的時候，講過差分信號輸入的概念，同時也介紹了差分輸入的好處，最大的優(yōu)勢是可以抑制共模干擾。尤其當工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境比較復雜，干擾比較多時，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-來表示。邏輯“1”以兩線之間的電壓差為+(0.2~6)V 表示，邏輯“0”以兩線間的電壓差為-(0.2~6)V 來表示，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。

傳輸距離最遠可以達到 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，才能達到最大的通信距離，如果需要傳輸更遠距離可以使用中繼。

可以在總線上進行聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)多機通信，總線上允許掛多個收發(fā)器，從現(xiàn)有的 RS485芯片來看，有可以掛 32、64、128、256 等不同個設(shè)備的驅(qū)動器。

RS485 的接口非常簡單，與 RS232 所使用的 MAX232 是類似的，只需要一個 RS485轉(zhuǎn)換器，就可以直接與單片機的 UART 串口連接起來，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)是不能同時進行的，也就是說它是一種半雙工通信。那我們?nèi)绾闻袛嗍裁磿r候發(fā)送，什么時候接收呢?

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 兩個引腳;1 腳和 4 腳分別接到單片機的 RXD 和 TXD引腳上，直接使用單片機 UART 進行數(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)動器，我們把這兩個引腳連到一起，平時不發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，保持這兩個引腳是低電平，讓 MAX485 處于接收狀態(tài)，當需要發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，把這個引腳拉高，發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送完畢后再拉低這個引腳就可以了。為了提高 RS485 的抗干擾能力，需要在靠近 MAX485 的 A 和 B 引腳之間并接一個電阻，這個電阻阻值從 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 單片機開發(fā)板進行外圍擴展實驗。我們的開發(fā)板只能把基本的功能給同學們做出來提供實驗練習，但是同學們學習的腳步不應(yīng)該停留在這個實驗板上。如果想進行更多的實驗，就可以通過單片機開發(fā)板的擴展接口進行擴展實驗。大家可以看到藍綠色的單片機座周圍有 32 個插針，這 32 個插針就是把單片機的 32 個 IO 引腳全部都引出來了。在原理圖上體現(xiàn)出來的就是 J4、J5、J6、J7 這 4 個器件，如圖 18-2 所示。

圖 18-2 單片機擴展接口

這 32 個 IO 口中并不是所有的都可以用來對外擴展，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，這三個引腳是不可用的。比如P3.2 這個引腳，如果我們用來擴展，發(fā)送的信號如果和 DS18B20 的時序吻合，會導致 DS18B20拉低引腳，影響通信。除這 3 個 IO 口以外的其它 29 個，都可以使用杜邦線接上插針，擴展出來使用。當然了，如果把當前的 IO 口應(yīng)用于擴展功能了，板子上的相應(yīng)功能就實現(xiàn)不了了，也就是說需要擴展功能和板載功能之間二選一。

在進行 RS485 實驗中，我們通信用的引腳必須是 P3.0 和 P3.1，此外還有一個方向控制引腳，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 USB轉(zhuǎn) RS485 模塊，用雙絞線把開發(fā)板和模塊上的 A 和 B 分別對應(yīng)連起來，USB 那頭插入電腦，然后就可以進行通信了。

學習了第 13 章實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單了，基本是一致的。我們使用實用串口通信例程的思路，做了一個簡單的程序，通過串口調(diào)試助手下發(fā)任意個字符，單片機接收到后在末尾添加“回車+換行”符后再送回，在調(diào)試助手上重新顯示出來，先把程序貼出來。

程序中需要注意的一點是：因為平常都是將 MAX485 設(shè)置為接收狀態(tài)，只有在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候才將 MAX485 改為發(fā)送狀態(tài)，所以在 UartWrite()函數(shù)開頭將 MAX485 方向引腳拉高，函數(shù)退出前再拉低。但是這里有一個細節(jié)，就是單片機的發(fā)送和接收中斷產(chǎn)生的時刻都是在停止位的一半上，也就是說每當停止位傳送了一半的時候，RI 或 TI 就已經(jīng)置位并且馬上進入中斷(如果中斷使能的話)函數(shù)了，接收的時候自然不會存在問題，但發(fā)送的時候就不一樣了：當緊接著向 SBUF 寫入一個字節(jié)數(shù)據(jù)時，UART 硬件會在完成上一個停止位的發(fā)送后，再開始新字節(jié)的發(fā)送，但如果此時不是繼續(xù)發(fā)送下一個字節(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)時就有問題了，因為這時候最后的這個停止位實際只發(fā)送了一半，還沒有完全完成，所以就有了 UartWrite()函數(shù)內(nèi)DelayX10us(5)這個操作，這是人為的增加了 50us 的延時，這 50us 的時間正好讓剩下的一半停止位完成，那么這個時間自然就是由通信波特率決定的了，為波特率周期的一半。