單片機(jī)RS－485多機(jī)通訊的實(shí)現(xiàn)

1　簡(jiǎn)介
　　RS－485串行總線(xiàn)接口標(biāo)準(zhǔn)以差分平衡方式傳輸信號(hào)，具有很強(qiáng)的抗共模干擾的能力，允許一對(duì)雙絞線(xiàn)上一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載設(shè)備。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)中一般都采用該總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而且一般采用RS－485串行總線(xiàn)接口標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)都使用8044芯片作為通信控制器或各分機(jī)的CPU。8044芯片內(nèi)部集成了SDLC，HDLC等通信協(xié)議，并且集成了相應(yīng)的硬件電路，通過(guò)硬件電路和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的配合，使系統(tǒng)的通訊準(zhǔn)確、可靠、快速。8044在市場(chǎng)上日漸稀少，雖然有8344可替代，但幾百元的價(jià)位與普通單片機(jī)幾元至幾十元的價(jià)位相差甚遠(yuǎn)，用戶(hù)在開(kāi)發(fā)一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，都希望能用簡(jiǎn)單的電路和簡(jiǎn)單的通信協(xié)議完成數(shù)據(jù)交換。譬如：利用單片機(jī)本身所提供的簡(jiǎn)單串行接口，加上總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器如SN75176等組合成簡(jiǎn)單的RS－485通訊網(wǎng)絡(luò)。本文所述的方法已成功地應(yīng)用于工程項(xiàng)目，一臺(tái)主機(jī)與60臺(tái)從機(jī)通訊，通訊波特率達(dá)64KBPS。
2　總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器芯片SN75176
　　常用的RS－485總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)芯片有SN75174，SN75175，SN75176。SN75176芯片有一個(gè)發(fā)送器和一個(gè)接收器，非常適合作為RS－485總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)芯片。
　　SN75176及其邏輯如圖1所示。

圖1　SN75176芯片及其邏輯關(guān)系

3　RS－485方式構(gòu)成的多機(jī)通信原理
　　在由單片機(jī)構(gòu)成的多機(jī)串行通信系統(tǒng)中，一般采用主從式結(jié)構(gòu)：從機(jī)不主動(dòng)發(fā)送命令或數(shù)據(jù)，一切都由主機(jī)控制。并且在一個(gè)多機(jī)通信系統(tǒng)中，只有一臺(tái)單機(jī)作為主機(jī)，各臺(tái)從機(jī)之間不能相互通訊，即使有信息交換也必須通過(guò)主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)。采用RS－485構(gòu)成的多機(jī)通訊原理框圖，如圖2所示。

圖2　采用RS－485構(gòu)成的多機(jī)通訊原理框圖

　　在總線(xiàn)末端接一個(gè)匹配電阻，吸收總線(xiàn)上的反射信號(hào)，保證正常傳輸信號(hào)干凈、無(wú)毛刺。匹配電阻的取值應(yīng)該與總線(xiàn)的特性阻抗相當(dāng)。
　　當(dāng)總線(xiàn)上沒(méi)有信號(hào)傳輸時(shí)，總線(xiàn)處于懸浮狀態(tài)，容易受干擾信號(hào)的影響。將總線(xiàn)上差分信號(hào)的正端A+和+5電源間接一個(gè)10K的電阻；正端A+和負(fù)端B-間接一個(gè)10K的電阻；負(fù)端B-和地間接一個(gè)10K的電阻，形成一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)總線(xiàn)上沒(méi)有信號(hào)傳輸時(shí)，正端A+的電平大約為3.2V，負(fù)端B-的電平大約為1.6V，即使有干擾信號(hào)，卻很難產(chǎn)生串行通信的起始信號(hào)0，從而增加了總線(xiàn)抗干擾的能力。
4　通信規(guī)則
　　由于RS－485通訊是一種半雙工通訊，發(fā)送和接收共用同一物理信道。在任意時(shí)刻只允許一臺(tái)單機(jī)處于發(fā)送狀態(tài)。因此要求應(yīng)答的單機(jī)必須在偵聽(tīng)到總線(xiàn)上呼叫信號(hào)已經(jīng)發(fā)送完畢，并且沒(méi)有其它單機(jī)發(fā)出應(yīng)答信號(hào)的情況下，才能應(yīng)答。半雙工通訊對(duì)主機(jī)和從機(jī)的發(fā)送和接收時(shí)序有嚴(yán)格的要求。如果在時(shí)序上配合不好，就會(huì)發(fā)生總線(xiàn)沖突，使整個(gè)系統(tǒng)的通訊癱瘓，無(wú)法正常工作。要做到總線(xiàn)上的設(shè)備在時(shí)序上的嚴(yán)格配合，必須要遵從以下幾項(xiàng)原則：
　　1) 復(fù)位時(shí)，主從機(jī)都應(yīng)該處于接收狀態(tài)。
　　SN75176芯片的發(fā)送和接收功能轉(zhuǎn)換是由芯片的 RE* ，DE端控制的。RE*=1，DE=1時(shí)，SN75176發(fā)送狀態(tài)；RE*=0，DE=0時(shí)，SN75176處于接收狀態(tài)。一般使用單片機(jī)的一根口線(xiàn)連接RE*，DE端。在上電復(fù)位時(shí)，由于硬件電路穩(wěn)定需要一定的時(shí)間，并且單片機(jī)各端口復(fù)位后處于高電平狀態(tài)，這樣就會(huì)使總線(xiàn)上各個(gè)分機(jī)處于發(fā)送狀態(tài)，加上上電時(shí)各電路的不穩(wěn)定，可能向總線(xiàn)發(fā)送信息。因此，如果用一根口線(xiàn)作發(fā)送和接收控制信號(hào)，應(yīng)該將口線(xiàn)反向后接入SN75176的控制端，使上電時(shí)SN75176處于接收狀態(tài)。