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文檔簡介
1、RS232 實際就是把單片機或者ARM 等的 UART轉(zhuǎn)成 RS232 ,從而可以與PC 通訊,MAX232 就是實現(xiàn)這個功能。RS485 實際就是把單片機或者ARM 等的 UART轉(zhuǎn)成 RS485 ,從而實現(xiàn)差分信號的長距離傳輸。 MAX487就是實現(xiàn)這個功能。S-232 與 RS-485都是 EIA (電子工業(yè)協(xié)會)定義的串行通信標(biāo)準(zhǔn),目的在于保證不同廠家之間的產(chǎn)品相兼容。EIA 總共定義了三種串行通信標(biāo)準(zhǔn)RS-232 、RS-422與 RS-485 ,后者是前者的升級,彌補前者某方面的不足。RS-232 存在通信距離短,速率低的問題,RS-422 和 RS-485通過采用非平衡傳輸將最大
2、傳輸距離提高的4000 英尺(約1219 米),最大傳輸速率提高到10Mbps 。RS-232 、RS-422與 RS-485 只定義了串行數(shù)據(jù)的傳輸接口,并未涉及插件、 電纜和協(xié)議,用戶可以在高層建立自己的通信協(xié)議。下表對比三大標(biāo)準(zhǔn)并列出了各自的電氣特性:標(biāo)準(zhǔn)RS-232RS-422RS-485傳輸方式單端差分差分節(jié)點數(shù)1 發(fā) 1收1發(fā)10收1發(fā)32收最大傳輸距離50 英尺(約 15M )4000 英尺(約1219M )4000 英尺(約 1219M )最大波特率20kbps10Mbps10Mbps輸出差分電壓±5V- ±15V±2V- ±6V
3、7;2V- ±6V輸入差分電壓±3V- ±12V±200mV-± 6V±200mV-± 6V觸發(fā)電壓±3V±200mV±200mV輸出共模電壓-3V- +3V -1V- +3V輸入共模電壓-7V- +7V -7V- +12VRS232 是把 TTL 電平轉(zhuǎn)成 RS232 電平,故采用MAX232 ,可以讓單片機等的 UART接口與 PC 的 RS232 ,進行通訊。RS485 是 TTL 電平轉(zhuǎn)成 RS485 電平,從而實現(xiàn)差分信號的長距離傳輸。MAX487 就是實現(xiàn)這個功能232用3條線,一個
4、發(fā)送一個接收。485用2條線,根據(jù)兩條線的電壓差作0 或 1一個差分方式,一個電平方式電平方式容易受線纜上的電阻影響較大,所以通信距離有限差分方式較小,通信距離較遠(yuǎn)MAX487的功能是在輸入時分別把兩條總線RA 和 RB 上面的來的差動信號轉(zhuǎn)變成單片機可以接收的單向0到 5V 的信號。當(dāng) A 比 B 高時,變成5V 高電平, A 比 B 低時變成0V 低電平。在 CPU 向總線輸出時,是把輸出高電平“ 1轉(zhuǎn)”為 RA 比 RB 高,是 RA 和 RB差動輸出, 把輸出低電平 “0”轉(zhuǎn)成 A 比 B 低的差動信號。 A 和 B 的電壓在 0 到 5V 范圍內(nèi)變化。用差動信號傳數(shù)據(jù)的好處是抗共模干
5、擾性能強,因此可以傳送的距離大。另外由于485是半雙工傳輸,處于接受狀態(tài)時RA 和 RB 差動輸出口處于 “高阻 ”狀態(tài),使自己的信號不輸出,避免發(fā)生信號傳輸沖突。這樣就需要控制方向 (要么發(fā)送要么接收) 。MAX487 上面有兩個腳是用來控制自身的傳送方向的,把這兩個腳短路之后用0 或 1信號來控制它的方向。這個方向控制信號由單片機P1 口中的某一位P1_X 輸出 0或者 1來進行控制。它的接口電路比較簡單,和單片機有3 個接口, 分別是單片機的TXD (發(fā)送) ,RXD (接收)和 P1_X (方向控制) 。以下來自郭天祥電子網(wǎng)RS-485 總線通信系統(tǒng)的可靠性措施來源:網(wǎng)絡(luò)更新時間: 2
6、008-11-13 9:21:36瀏覽次數(shù): 51161 問題的提出在工業(yè)控制及測量領(lǐng)域較為常用的網(wǎng)絡(luò)之一就是物理層采用RS-485 通信接口所組成的工控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。這種通信接口可以十分方便地將許多設(shè)備組成一個控制網(wǎng)絡(luò)。從目前解決單片機之間中長距離通信的諸多方案分析來看,RS-485 總線通信模式由于具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、通信距離和數(shù)據(jù)傳輸速率適當(dāng)?shù)忍攸c而被廣泛應(yīng)用于儀器儀表、智能化傳感器集散控制、樓宇控制、監(jiān)控報警等領(lǐng)域。但RS485總線存在自適應(yīng)、自保護功能脆弱等缺點,如不注意一些細(xì)節(jié)的處理,常出現(xiàn)通信失敗甚至系統(tǒng)癱瘓等故障,因此提高 RS-485 總線的運行可靠性至關(guān)重要。2 硬件電路設(shè)
7、計中需注意的問題2.1 電路基本原理某節(jié)點的硬件電路設(shè)計如圖1 所示,在該電路中,使用了一種RS-485 接口芯片SN75LBC184,它采用單一電源Vcc,電壓在 3 5.5 V 范圍內(nèi)都能正常工作。與普通的 RS-485 芯片相比,它不但能抗雷電的沖擊而且能承受高達8 kV 的靜電放電沖擊,片內(nèi)集成 4 個瞬時過壓保護管,可承受高達400 V 的瞬態(tài)脈沖電壓。因此,它能顯著提高防止雷電損壞器件的可靠性。對一些環(huán)境比較惡劣的現(xiàn)場,可直接與傳輸線相接而不需要任何外加保護元件。該芯片還有一個獨特的設(shè)計,當(dāng)輸入端開路時,其輸出為高電平,這樣可保證接收器輸入端電纜有開路故障時,不影響系統(tǒng)的正常工作。
8、另外,它的輸入阻抗為 RS485標(biāo)準(zhǔn)輸入阻抗的2 倍( 24 k ),故可以在總線上連接64 個收發(fā)器。芯片內(nèi)部設(shè)計了限斜率驅(qū)動,使輸出信號邊沿不會過陡,使傳輸線上不會產(chǎn)生過多的高頻分量,從而有效扼制電磁干擾。在圖1 中,四位一體的光電耦合器TLP521 讓單片機與 SN75LBC184之間完全沒有了電的聯(lián)系, 提高了工作的可靠性。 基本原理為:當(dāng)單片機 P1.6=0 時,光電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光,光敏三極管導(dǎo)通,輸出高電壓( 5 V ),選中RS485接口芯片的DE端,允許發(fā)送。當(dāng)單片機P1.6=1 時,光電耦合器的發(fā)光二極管不發(fā)光,光敏三極管不導(dǎo)通,輸出低電壓(0 V ),選中RS485
9、接口芯片的RE端,允許接收。SN75LBC184的 R端(接收端)和D 端(發(fā)送端)的原理與上述類似。2.2 RS-485的 DE控制端設(shè)計在 RS-485 總線構(gòu)筑的半雙工通信系統(tǒng)中,在整個網(wǎng)絡(luò)中任一時刻只能有一個節(jié)點處于發(fā)送狀態(tài)并向總線發(fā)送數(shù)據(jù),其他所有節(jié)點都必須處于接收狀態(tài)。如果有2 個節(jié)點或 2 個以上節(jié)點同時向總線發(fā)送數(shù)據(jù),將會導(dǎo)致所有發(fā)送方的數(shù)據(jù)發(fā)送失敗。因此,在系統(tǒng)各個節(jié)點的硬件設(shè)計中,應(yīng)首先力求避免因異常情況而引起本節(jié)點向總線發(fā)送數(shù)據(jù)而導(dǎo)致總線數(shù)據(jù)沖突。以MCS51系列的單片機為例,因其在系統(tǒng)復(fù)位時,I/O 口都輸出高電平, 如果把 I/O 口直接與 RS-485 接口芯片的驅(qū)
10、動器使能端DE相連,會在 CPU復(fù)位期間使 DE為高,從而使本節(jié)點處于發(fā)送狀態(tài)。如果此時總線上有其他節(jié)點正在發(fā)送數(shù)據(jù),則此次數(shù)據(jù)傳輸將被打斷而告失敗,甚至引起整個總線因某一節(jié)點的故障而通信阻塞,繼而影響整個系統(tǒng)的正常運行。考慮到通信的穩(wěn)定性和可靠性,在每個節(jié)點的設(shè)計中應(yīng)將控制 RS485總線接口芯片的發(fā)送引腳設(shè)計成DE端的反邏輯,即控制引腳為邏輯“ 1”時, DE端為“ 0”;控制引腳為邏輯“0”時, DE端為“ 1”。在圖 1 中 ,將 CPU的引腳 P1.6 通過光電耦合器驅(qū)動 DE端,這樣就可以使控制引腳為高或者異常復(fù)位時使 SN75LBC184始終處于接收狀態(tài),從而從硬件上有效避免節(jié)點
11、因異常情況而對整個系統(tǒng)造成的影響。這就為整個系統(tǒng)的通信可靠奠定了基礎(chǔ)。此外,電路中還有1 片看門狗MAX813L,能在節(jié)點發(fā)生死循環(huán)或其他故障時,自動復(fù)位程序,交出RS-485 總線控制權(quán)。這樣就保證整個系統(tǒng)不會因某一節(jié)點發(fā)生故障而獨占總線,導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓。2.3避免總線沖突的設(shè)計當(dāng)一個節(jié)點需要使用總線時,為了實現(xiàn)總線通信可靠,在有數(shù)據(jù)需要發(fā)送的情況下先偵聽總線。 在硬件接口上, 首先將 RS-485 接口芯片的數(shù)據(jù)接收引腳反相后接至CPU的中斷引腳INT0。在圖 1 中, INT0 是連至光電耦合器的輸出端。當(dāng)總線上有數(shù)據(jù)正在傳輸時, SN75LBC184的數(shù)據(jù)接收端(R 端)表現(xiàn)為變化的
12、高低電平,利用其產(chǎn)生的CPU下降沿中斷(也可采用查詢方式),能得知此時總線是否正“忙”,即總線上是否有節(jié)點正在通信。如果“空閑”,則可以得到對總線的使用權(quán)限,這樣就較好地解決了總線沖突的問題。在此基礎(chǔ)上,還可以定義各種消息的優(yōu)先級,使高優(yōu)先級的消息得以優(yōu)先發(fā)送,從而進一步提高系統(tǒng)的實時性。采用這種工作方式后,系統(tǒng)中已經(jīng)沒有主、從節(jié)點之分,各個節(jié)點對總線的使用權(quán)限是平等的,從而有效避免了個別節(jié)點通信負(fù)擔(dān)較重的情況??偩€的利用率和系統(tǒng)的通信效率都得以大大提高,從而也使系統(tǒng)響應(yīng)的實時性得到改善,而且即使系統(tǒng)中個別節(jié)點發(fā)生故障,也不會影響其他節(jié)點的正常通信和正常工作。這樣使得系統(tǒng)的“危險”分散了,從某
13、種程度上來說增強了系統(tǒng)的工作可靠性和穩(wěn)定性。2.4 RS-485輸出電路部分的設(shè)計在圖 1 中, VD1 VD4為信號限幅二極管 , 其穩(wěn)壓值應(yīng)保證符合 RS-485 標(biāo)準(zhǔn), VD1 和 VD3取 12 V,VD2 和 VD4取 7 V, 以保證將信號幅度限定在 -7 +12 V 之間,進一步提高抗過壓的能力??紤]到線路的特殊情況(如某一節(jié)點的 RS-485 芯片被擊穿短路),為防止總線中其他分機的通信受到影響, 在 SN75LBC184的信號輸出端串聯(lián)了 2 個 20 的電阻 R1和 R2,這樣本機的硬件故障就不會使整個總線的通信受到影響。 在應(yīng)用系統(tǒng)工程的現(xiàn)場施工中,由于通信載體是雙絞線,
14、它的特性阻抗為 120 左右,所以線路設(shè)計時,在 RS485網(wǎng)絡(luò)傳輸線的始端和末端應(yīng)各接 1 個 120 的匹配電阻(如圖 1 中的 R3),以減少線路上傳輸信號的反射。2.5 系統(tǒng)的電源選擇對于由單片機結(jié)合RS-485 組建的測控網(wǎng)絡(luò),應(yīng)優(yōu)先采用各節(jié)點獨立供電的方案,同時電源線不能與 RS-485 信號線共用同一股多芯電纜。 RS-485 信號線宜選用截面積 0.75 mm2 以上的雙絞線而不是平直線 , 并且選用線性電源 TL750L05 比選用開關(guān)電源更合適。 TL750L05 必須有輸出電容,若沒有輸出電容,則其輸出端的電壓為鋸齒波形狀,鋸齒波的上升沿隨輸入電壓變化而變化,加輸出電容后
15、,可以抑制該現(xiàn)象。3 軟件的編程SN75LBC184在接收方式時,A、B 為輸入, R 為輸出;在發(fā)送方式時,D為輸入, A、B 為輸出。當(dāng)傳送方向改變一次后,如果輸入未變化,則此時輸出為隨機狀態(tài),直至輸入狀態(tài)變化一次,輸出狀態(tài)才確定。顯然,在由發(fā)送方式轉(zhuǎn)入接收方式后,如果A、 B狀態(tài)變化前,R 為低電平,在第一個數(shù)據(jù)起始位時,R 仍為低電平, CPU認(rèn)為此時無起始位,直到出現(xiàn)第一個下降沿,CPU才開始接收第一個數(shù)據(jù),這將導(dǎo)致接收錯誤。由接收方式轉(zhuǎn)入發(fā)送方式后,D變化前, 若 A 與 B 之間為低電壓, 發(fā)送第一個數(shù)據(jù)起始位時,A 與 B 之間仍為低電壓,A、B 引腳無起始位,同樣會導(dǎo)致發(fā)送錯
16、誤??朔@種后果的方案是:主機連續(xù)發(fā)送兩個同步字,同步字要包含多次邊沿變化( 如 55H , 0AAH),并發(fā)送兩次 ( 第一次可能接收錯誤而忽略),接收端收到同步字后,就可以傳送數(shù)據(jù)了,從而保證正確通信。為了更可靠地工作,在RS485總線狀態(tài)切換時需要適當(dāng)延時,再進行數(shù)據(jù)的收發(fā)。具體的做法是在數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)下,先將控制端置“1”,延時 0.5 ms 左右的時間,再發(fā)送有效數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后,再延時0.5 ms,將控制端置“0”。這樣的處理會使總線在狀態(tài)切換時,有一個穩(wěn)定的工作過程。數(shù)據(jù)通信程序基本流程圖如圖2 所示。單片機通信節(jié)點的程序基本上可以分為6 個主要部分,分別為預(yù)定義部分、初始化部
17、分、主程序部分、設(shè)備狀態(tài)檢測部分、幀接收部分和幀發(fā)送部分。預(yù)定義部分主要定義了通信中使用的握手信號,用于保存設(shè)備信息的緩沖區(qū)和保存本節(jié)點設(shè)備號的變量。設(shè)備狀態(tài)檢測部分應(yīng)能在程序初始化后,當(dāng)硬件發(fā)生故障時,作出相應(yīng)的反應(yīng)。主程序部分應(yīng)能接收命令幀,并根據(jù)命令內(nèi)容作出相應(yīng)的回應(yīng)。為縮短篇幅,這里僅給出主程序部分的代碼。如下所示:/*主程序流程*/while(1) / 主循環(huán)if(recv_cmd(&type)=0) /發(fā)生幀錯誤或幀地址與本機/ 地址不符,丟棄當(dāng)前幀后返回continue;switch(type) case _ACTIVE_:/ 主機詢問從機是否存在send_data(_OK_, 0,dbuf);/發(fā)送應(yīng)答信息break;case _GETDATA_:len = strlen(dbuf);send_data(_STATUS_, len,dbuf);/發(fā)送狀態(tài)信息break;default:break;/ 命令類型錯誤,丟棄當(dāng)前幀后返回4 結(jié)論RS-485 由于使用了差分電平傳輸信號,傳輸距
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