RS485通訊中繼器的設(shè)計(jì)

1、rs-485通訊中繼器的設(shè)計(jì)李忠民，王子旭（湖北大學(xué)電子信息工程系，武漢 430062）摘 要：本文介紹了用一片ds80c520單片機(jī)和兩片rs-485接口芯片sn74lbc184設(shè)計(jì)rs-485通訊中繼器的原理和方法，給出了硬件電原理圖和軟件流程圖，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可靠性高，性價(jià)比高，傳輸速率比較高。關(guān)鍵詞：rs-485；中繼器；ds80c520 中圖分類號(hào)：tp336 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：b 1 引言rs-485是一種平衡傳送的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，比最早的采用非平衡方式傳送的rs-232串行接口標(biāo)準(zhǔn)在電氣指標(biāo)上有了大幅度的提高。由于rs-485總線通訊距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，廣泛應(yīng)用于多機(jī)遠(yuǎn)

2、距離通信系統(tǒng)中。其最大傳輸距離在數(shù)據(jù)傳輸速率為100kbps時(shí)為120m，傳輸速率為10kbps時(shí)為1.2km，傳輸速率降為300bps時(shí)可超過(guò)4km。最大傳輸距離的增加是犧牲數(shù)據(jù)傳輸速率為代價(jià)的。如果即要保證傳輸速度，而傳輸距離又超過(guò)rs-485的可靠通訊距離時(shí)，必須加中繼器延長(zhǎng)其通訊距離。中繼器的設(shè)計(jì)方案很多，本文采用dallas公司具有雙串行通讀口的單片機(jī)ds80c520來(lái)實(shí)現(xiàn)。該方法硬件電路特別簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)方便，大大提高了中繼器的可靠性。2 工作原理圖1 中繼器硬件電原理圖ds80c520完全兼容8051的指令，外接晶振頻率最高可達(dá)33mhz，在相同的晶振頻率下其指令平均執(zhí)行速度是8

3、051的2.5倍，而且具有電源失效自動(dòng)復(fù)位和內(nèi)置看門狗電路，低功耗設(shè)計(jì)，可靠性高。管腳的排列和8051完全相同，通過(guò)管腳復(fù)用，ds80c520具有13個(gè)中斷源（其中有6個(gè)外部中斷）、3個(gè)定時(shí)器和兩個(gè)全雙工的串行端口，大大擴(kuò)展了系統(tǒng)的資源1。利用它的兩個(gè)串行端口和兩片sn75lbc184相連，可以很方便地設(shè)計(jì)一個(gè)高傳輸速率、高可靠性的rs-485中繼器，其硬件電路如圖1所示。sn75lbc184是具有瞬變高壓抑制功能的rs-485接口芯片，能抗雷擊，防靜電放電，避免因交流電故障引起的非正常高壓脈沖沖擊。最高傳輸速率可達(dá)250kbps。在傳輸速率為9600b/s，傳輸距離在1km以內(nèi)，用sn75l

4、bc184作為接口芯片的rs-485總線上理論上可以掛64個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)2。實(shí)際使用時(shí)，因線纜長(zhǎng)度、線徑、網(wǎng)絡(luò)分布、傳輸速率不同，實(shí)際節(jié)點(diǎn)數(shù)均達(dá)不到理論值，可達(dá)到70%左右。位于總線兩端的差分端口a與b之間跨接120匹配電阻，以減少由于不匹配而引起的反射、吸收噪聲，有效地抑制了噪聲干擾。單片機(jī)ds80c520通過(guò)控制收發(fā)器sn75lbc184的收發(fā)使能端（re#、de）作收發(fā)控制：當(dāng)收使能端re#為“0”時(shí)，收發(fā)器準(zhǔn)備從a、b端（和總線相連）接收來(lái)自總線的數(shù)據(jù)，并通過(guò)r端傳給mcu；當(dāng)發(fā)使能端de為“1”時(shí)，收發(fā)器準(zhǔn)備把從d端讀入的數(shù)據(jù)通過(guò)a、b端發(fā)送到總線上。圖中兩片sn75lbc184的收發(fā)使

5、能端（re#、de）各自相連，分別由單片機(jī)的p3.3口和p1.5口控制，工作在半雙工方式下。led1和led2用來(lái)指示txd0和txd1上是否有數(shù)據(jù)發(fā)送。led3用來(lái)指示單片機(jī)的工作狀態(tài)是否正常。中繼器的工作原理為：兩片sn75lbc184的收發(fā)使能端一開始給低電平，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。當(dāng)其中一個(gè)收發(fā)器收到數(shù)據(jù)時(shí)，比如u2，u2通過(guò)r端將數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)的rxd0腳送入串行接口0的接收緩沖區(qū)sbuf0。單片機(jī)將sbuf0中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到串行接口1的發(fā)送緩沖區(qū)sbuf1，然后讓u3的發(fā)送使能端（de）有效，從而把u2一側(cè)的總線上的數(shù)據(jù)完整地轉(zhuǎn)送到u3一側(cè)的總線上，實(shí)現(xiàn)了中繼器的功能。反之亦然。yn中斷將串口0

6、收到的9位數(shù)據(jù)送到串口1的發(fā)送緩沖區(qū)中使p1.5輸出高電平串口1轉(zhuǎn)發(fā)9位數(shù)據(jù)到總線返回ti1=1?ti1和p1.5清0，串口1處于接收狀態(tài)，并設(shè)置其中斷優(yōu)先級(jí)高于串口0圖3 串口0接收中斷子程序流程圖3 軟件設(shè)計(jì)開始初始化兩個(gè)串口均處于接收狀態(tài)等待圖2 主程序流程圖由于采用了具有兩個(gè)串行口的單片機(jī)，中繼器的軟件設(shè)計(jì)也得到了簡(jiǎn)化。主要由三部分組成：一個(gè)主程序和兩個(gè)中斷子程序，結(jié)構(gòu)非常清晰。在主程序中，主要是設(shè)置串口的波特率（這里設(shè)置為9600bps）和看門狗復(fù)位時(shí)間，打開兩個(gè)串口的中斷，然后進(jìn)入等待循環(huán)狀態(tài)，等待串口接收中斷的產(chǎn)生（ri0或ri1為“1”），其流程圖如圖2所示。在打開兩個(gè)串口的中

7、斷之前，先對(duì)p3.3和p1.5清“0”，讓兩片sn75lbc184處于接收狀態(tài)，并讓串口工作在方式3。在“等待”的過(guò)程中如果不斷給p3.6腳輸出高、低變化的電平，則led3就會(huì)不停地閃爍，從而可以斷定單片機(jī)在正常工作。因?yàn)榇诠ぷ髟诜绞?，11位異步通信方式（1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)附加的第9位和1個(gè)停止位），8位數(shù)據(jù)裝入接收緩沖區(qū)，第9位放在對(duì)應(yīng)的rb8(0/1)中，其他兩位忽略，發(fā)送時(shí)收發(fā)器會(huì)自動(dòng)加上。第9位數(shù)據(jù)通常用作數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)位，或在多機(jī)通信中作為地址/數(shù)據(jù)的特征位。當(dāng)單片機(jī)收到第11位數(shù)據(jù)時(shí)，接收中斷標(biāo)志位ri(0/1)會(huì)自動(dòng)置“1”。以串口0接收串口1發(fā)送為例：當(dāng)ri0為“

8、1”時(shí)，程序就進(jìn)入串口0接收中斷子程序，其流程圖如圖3所示。進(jìn)入中斷子程序后，首先保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，并關(guān)掉所有的中斷，將ri0清“0”（ri(0/1)不能自動(dòng)清“0”，只能軟件清“0”）。然后將串口0接收緩沖區(qū)sbuf0中的8位數(shù)據(jù)裝入串口1的發(fā)送緩沖區(qū)sbuf1，并將第9位數(shù)據(jù)從rb8_0轉(zhuǎn)移到rb8_1中，如有必要也可以先做奇偶校驗(yàn)。此時(shí)，使p1.5輸出高電平，啟動(dòng)u3發(fā)送數(shù)據(jù)到總線。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢時(shí)，串口1會(huì)自動(dòng)將發(fā)送完畢狀態(tài)位ti1置“1”，整個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程結(jié)束。在退出中斷之前，還應(yīng)當(dāng)讓串口1處于接收狀態(tài)（ti1=0，p1.5=0），并將串口1的接收中斷優(yōu)先級(jí)高于串口0。串口1接收串口0發(fā)送的

9、中斷子程序和上述過(guò)程完全類似，只要將相應(yīng)的端口換過(guò)來(lái)就可以了。在退出中斷之前，一定要讓兩個(gè)串口都處于接收狀態(tài)，并且讓串口0的接收中斷優(yōu)先級(jí)高于串口1。兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)輪換的目的是為了避免優(yōu)先級(jí)低的中斷總得不到響應(yīng)。在進(jìn)中斷時(shí)也可將p3.6置“1”，退出中斷時(shí)清“0”，讓led3在單片機(jī)工作時(shí)一直處于閃爍發(fā)光狀態(tài)。4 結(jié)束語(yǔ) 為了進(jìn)一步提高抗干擾能力，中繼器采用單獨(dú)+5v電源供電，并在每片芯片的電源引腳上加0.1uf的電容到地，總線采用雙絞線。本中繼器在某倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)（1個(gè)主站，16個(gè)從站，波特率為9600bps，最遠(yuǎn)通訊距離為4km）中使用，性能穩(wěn)定，性價(jià)比高，可廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)距離多機(jī)通訊系統(tǒng)。參

10、考文獻(xiàn)：1美hsm/320&/520 technical reference. .2美 sn65lbc184, sn75lbc184 differential transceiver with transient voltage suppression. copyright(c)2002, texas instruments incorporateddesign of rs-485 repeaterli zhongmin，wang zixu(hubei university, wuhan 430062)abstract: in this paper, the principle and des

11、ign of rs-485 repeater, composed of one micro-controller ds80c520 and two sn74lbc184 rs-485 tranceivers mainly, are discussed in details. the circuit diagram and program flow chart are provided. the repeater has the characters of high reliability ,high speed and simplicity.key words: rs-485；repeater

12、；ds80c520 作者簡(jiǎn)介：李忠民男，生于1975年12月，湖北省武漢市人，湖北大學(xué)電子信息工程系碩士生，主要從事微機(jī)控制技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)方向的研究。e_mail: showly001，電話：02788663393。王子旭，男，生于1949年，湖北省武漢市人，副教授，長(zhǎng)期從事數(shù)字信號(hào)處理、電路系統(tǒng)集成方向的教學(xué)與研究工作。brief introduction of the author：zhongmin li, male, born in december 1975, the han nationality, masters degrees candidate of hubei university with a major in system analysis and integration, main research field: mcu