RS485通訊原理圖及程式例項詳解
參考連結：http://m.elecfans.com/article/714259.html
RS232 標準是誕生於 RS485 之前的，但是 RS232 有幾處不足的地方：
介面的訊號電平值較高，達到十幾 V，使用不當容易損壞介面晶片，電平標準也與TTL 電平不相容。
傳輸速率有侷限，不可以過高，一般到一兩百千位元每秒(Kb/s)就到極限了。
介面使用訊號線和 GND 與其它裝置形成共地模式的通訊，這種共地模式傳輸容易產生干擾，並且抗干擾性能也比較弱。
傳輸距離有限，最多隻能通訊幾十米。
通訊的時候只能兩點之間進行通訊，不能夠實現多機聯網通訊。
針對 RS232 介面的不足，就不斷出現了一些新的介面標準，RS485 就是其中之一，它具備以下的特點：
採用差分訊號。我們在講 A/D 的時候，講過差分訊號輸入的概念，同時也介紹了差分輸入的好處，最大的優勢是可以抑制共模干擾。尤其當工業現場環境比較複雜，干擾比較多時，採用差分方式可以有效的提高通訊可靠性。RS485 採用兩根通訊線，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訊。
RS485 通訊速率快，最大傳輸速度可以達到 10Mb/s 以上。
RS485 內部的物理結構，採用的是平衡驅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，才能達到最大的通訊距離，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網實現多機通訊，總線上允許掛多個收發器，從現有的 RS485晶片來看，有可以掛 32、64、128、256 等不同個裝置的驅動器。
RS485 的介面非常簡單，與 RS232 所使用的 MAX232 是類似的，只需要一個 RS485轉換器，就可以直接與微控制器的 UART 串列埠連線起來，並且使用完全相同的非同步序列通訊協議。但是由於 RS485 是差分通訊，因此接收資料和傳送資料是不能同時進行的，也就是說它是一種半雙工通訊。那我們如何判斷什麼時候傳送，什麼時候接收呢？
RS485 轉換晶片很多，這節課我們以典型的 MAX485 為例講解 RS485 通訊，如圖 18-1所示。
圖 18-1 MAX485 硬體介面
MAX485 是美信(Maxim)推出的一款常用 RS485 轉換器。其中 5 腳和 8 腳是電源引腳；6腳和 7 腳就是 RS485 通訊中的 A 和 B 兩個引腳；1 腳和 4 腳分別接到微控制器的 RXD 和 TXD引腳上，直接使用微控制器 UART 進行資料接收和傳送；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動器，我們把這兩個引腳連到一起，平時不傳送資料的時候，保持這兩個引腳是低電平，讓 MAX485 處於接收狀態，當需要傳送資料的時候，把這個引腳拉高，傳送資料，傳送完畢後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 引腳之間並接一個電阻，這個電阻阻值從 100歐到 1K 都是可以。
在這裡我們還要介紹一下如何使用 KST-51 微控制器開發板進行外圍擴充套件實驗。我們的開發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，就可以通過微控制器開發板的擴充套件介面進行擴充套件實驗。大家可以看到藍綠色的微控制器座周圍有 32 個插針，這 32 個插針就是把微控制器的 32 個 IO 引腳全部都引出來了。在原理圖上體現出來的就是 J4、J5、J6、J7 這 4 個器件，如圖 18-2 所示。
圖 18-2 微控制器擴充套件介面
這 32 個 IO 口中並不是所有的都可以用來對外擴充套件，其中既作為資料輸出，又可以作為資料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，如果我們用來擴充套件，傳送的訊號如果和 DS18B20 的時序吻合，會導致 DS18B20拉低引腳，影響通訊。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 口應用於擴充套件功能了，板子上的相應功能就實現不了了，也就是說需要擴充套件功能和板載功能之間二選一。
在進行 RS485 實驗中，我們通訊用的引腳必須是 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線到 P1.7 上去。RS485 的另外一端，大家可以使用一個 USB轉 RS485 模組，用雙絞線把開發板和模組上的 A 和 B 分別對應連起來，USB 那頭插入電腦，然後就可以進行通訊了。
學習了第 13 章實用的串列埠通訊方法和程式後，做這種串列埠通訊的方法就很簡單了，基本是一致的。我們使用實用串列埠通訊例程的思路，做了一個簡單的程式，通過串列埠除錯助手下發任意個字元，微控制器接收到後在末尾新增“回車+換行”符後再送回，在除錯助手上重新顯示出來，先把程式貼出來。
程式中需要注意的一點是：因為平常都是將 MAX485 設定為接收狀態，只有在傳送資料的時候才將 MAX485 改為傳送狀態，所以在 UartWrite()函式開頭將 MAX485 方向引腳拉高，函式退出前再拉低。但是這裡有一個細節，就是微控制器的傳送和接收中斷產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 就已經置位並且馬上進入中斷（如果中斷使能的話）函數了，接收的時候自然不會存在問題，但傳送的時候就不一樣了：當緊接著向 SBUF 寫入一個位元組資料時，UART 硬體會在完成上一個停止位的傳送後，再開始新位元組的傳送，但如果此時不是繼續傳送下一個位元組，而是已經發送完畢了，要停止傳送並將 MAX485 方向引腳拉低以使 MAX485 重新處於接收狀態時就有問題了，因為這時候最後的這個停止位實際只發送了一半，還沒有完全完成，所以就有了 UartWrite()函式內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，那麼這個時間自然就是由通訊波特率決定的了，為波特率週期的一半。
/****************************RS485.c 檔案程式原始碼*****************************/
#include
#include
sbit RS485_DIR = P1^7; //RS485 方向選擇引腳
bit flagFrame = 0; //幀接收完成標誌，即接收到一幀新資料
bit flagTxd = 0; //單位元組傳送完成標誌，用來替代 TXD 中斷標誌位
unsigned char cntRxd = 0; //接收位元組計數器
unsigned char pdata bufRxd[64]; //接收位元組緩衝區
extern void UartAction(unsigned char *buf, unsigned char len);
/* 串列埠配置函式，baud-通訊波特率 */
void ConfigUART(unsigned int baud){
RS485_DIR = 0; //RS485 設定為接收方向
SCON = 0x50; //配置串列埠為模式 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; //計算 T1 過載值
TL1 = TH1; //初值等於過載值
ET1 = 0; //禁止 T1 中斷
ES = 1; //使能串列埠中斷
TR1 = 1; //啟動 T1
}
/* 軟體延時函式，延時時間(t*10)us */
void DelayX10us(unsigned char t){
do {
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
} while (--t);
}
/* 串列埠資料寫入，即串列埠傳送函式，buf-待發送資料的指標，len-指定的傳送長度 */
void UartWrite(unsigned char *buf, unsigned char len){
RS485_DIR = 1; //RS485 設定為傳送
while (len--){ //迴圈傳送所有位元組
flagTxd = 0; //清零傳送標誌
SBUF = *buf++; //傳送一個位元組資料
while (!flagTxd); //等待該位元組傳送完成
}
DelayX10us(5); //等待最後的停止位完成，延時時間由波特率決定
RS485_DIR = 0; //RS485 設定為接收
}
/* 串列埠資料讀取函式，buf-接收指標，len-指定的讀取長度，返回值-實際讀到的長度 */
unsigned char UartRead(unsigned char *buf, unsigned char len){
unsigned char i;
//指定讀取長度大於實際接收到的資料長度時，
//讀取長度設定為實際接收到的資料長度
if (len > cntRxd){
len = cntRxd;
}
for (i=0; i
*buf++ = bufRxd[i];
}
cntRxd = 0; //接收計數器清零
return len; //返回實際讀取長度
}
/* 串列埠接收監控，由空閒時間判定幀結束，需在定時中斷中呼叫，ms-定時間隔 */
void UartRxMonitor(unsigned char ms){
static unsigned char cntbkp = 0;
static unsigned char idletmr = 0;
if (cntRxd > 0){ //接收計數器大於零時，監控匯流排空閒時間
if (cntbkp != cntRxd){ //接收計數器改變，即剛接收到資料時，清零空閒計時
cntbkp = cntRxd;
idletmr = 0;
}else{ //接收計數器未改變，即匯流排空閒時，累積空閒時間
if (idletmr < 30){ //空閒計時小於 30ms 時，持續累加
idletmr += ms;
if (idletmr >= 30){ //空閒時間達到 30ms 時，即判定為一幀接收完畢
flagFrame = 1; //設定幀接收完成標誌
}
}
}
}else{
cntbkp = 0;
}
}
/* 串列埠驅動函式，監測資料幀的接收，排程功能函式，需在主迴圈中呼叫 */
void UartDriver(){
unsigned char len;
unsigned char pdata buf[40];
if (flagFrame){ //有命令到達時，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衝區中
UartAction(buf, len); //傳遞資料幀，呼叫動作執行函式
}
}
/* 串列埠中斷服務函式 */
void InterruptUART() interrupt 4{
if (RI){ //接收到新位元組
RI = 0; //清零接收中斷標誌位
//接收緩衝區尚未用完時，儲存接收位元組，並遞增計數器
if (cntRxd < sizeof(bufRxd)){
bufRxd[cntRxd++] = SBUF;
}
}
if (TI){ //位元組傳送完畢
TI = 0; //清零傳送中斷標誌位
flagTxd = 1; //設定位元組傳送完成標誌
}
}
/*****************************main.c 檔案程式原始碼******************************/
#include
unsigned char T0RH = 0; //T0 過載值的高位元組
unsigned char T0RL = 0; //T0 過載值的低位元組
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; //開總中斷
ConfigTimer0(1); //配置 T0 定時 1ms
ConfigUART(9600); //配置波特率為 9600
while (1){
UartDriver(); //呼叫串列埠驅動
}
}
/* 串列埠動作函式，根據接收到的命令幀執行響應的動作
buf-接收到的命令幀指標，len-命令幀長度 */
void UartAction(unsigned char *buf, unsigned char len){
//在接收到的資料幀後新增換車換行符後發回
buf[len++] = ' ';
buf[len++] = ' ';
UartWrite(buf, len);
}
/* 配置並啟動 T0，ms-T0 定時時間 */
void ConfigTimer0(unsigned int ms){
unsigned long tmp; //臨時變數
tmp = 11059200 / 12; //定時器計數頻率
tmp = (tmp * ms) / 1000; //計算所需的計數值
tmp = 65536 - tmp; //計算定時器過載值
tmp = tmp + 33; //補償中斷響應延時造成的誤差
T0RH = (unsigned char)(tmp>>8); //定時器過載值拆分為高低位元組
T0RL = (unsigned char)tmp;
TMOD &= 0xF0; //清零 T0 的控制位
TMOD |= 0x01; //配置 T0 為模式 1
TH0 = T0RH; //載入 T0 過載值
TL0 = T0RL;
ET0 = 1; //使能 T0 中斷
TR0 = 1; //啟動 T0
}
/* T0 中斷服務函式，執行串列埠接收監控 */
void InterruptTimer0() interrupt 1{
TH0 = T0RH; //重新載入過載值
TL0 = T0RL;
UartRxMonitor(1); //串列埠接收監控
}
現在看這種串列埠程式，是不是感覺很簡單了呢？串列埠通訊程式我們反反覆覆的使用，加上隨著學習的模組越來越多，實踐的越來越多，原先感覺很複雜的東西，現在就會感到簡單了。從裝置管理器裡可以檢視所有的 COM 口號，我們下載程式用的是 COM4，而 USB 轉RS485 虛擬的是 COM5，通訊的時候我們用的是 COM5 口，如圖 18-3 所示。
