RS485總線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 畢業(yè)論文

本科學(xué)生畢業(yè)論文論文題目：RS485總線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)院：年級：專業(yè)：姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：摘要無論是工業(yè)控制還是信號測試領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)不同通訊協(xié)議的數(shù)據(jù)融合都有著迫切需要。但是目前市場中存在的協(xié)議轉(zhuǎn)換器只能滿足兩種協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，如RS485轉(zhuǎn)RS232,USB轉(zhuǎn)RS485等，但是經(jīng)常存在著多種數(shù)據(jù)總線并存的情況，因此研制多種總線協(xié)議轉(zhuǎn)換的設(shè)備有著比較大的實(shí)際意義。除此之外,目前接口標(biāo)準(zhǔn)的RS485總線通信協(xié)議不統(tǒng)一，需設(shè)計(jì)一個(gè)高效穩(wěn)定的通信協(xié)議?；谝陨显颍菊撐奶岢鲆环N基于高速RS485的多總線通信系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)包含多個(gè)RS485節(jié)點(diǎn)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)包含的通訊接口包括RS232,RS485和USB，從而實(shí)現(xiàn)這三類總線的通訊協(xié)議的轉(zhuǎn)換。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種適用于微機(jī)和單片機(jī)之間串行通信的通信協(xié)議，采用RS485簡便，通信可靠性高總線標(biāo)準(zhǔn)，可用于工業(yè)測控和控制現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該通信協(xié)議是切實(shí)可行的，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求.關(guān)鍵詞RS485總線;主從式；多機(jī)通信；通信協(xié)議AbstractWhetherinthefieldofindustrialcontrolorsignaltest，theachievementofdatafusionwhichisbasedondifferentcommunicationprotocolisurgentneeded。However，inthecurrentmarket,protocolconvertercanonlyachieveconversionbetweentwoprotocols，suchasRS485toRS232,USBtoRS485andsoon.Casesofcoexistencedatabus,ithasgreatpracticalsignificancetodevelopanequipmentforprotocolconversionamongdifferentbuses.Basedonthereasonsabove,ahigh-speedRS485-basedmulti—buscommunicationsystemispresentedinthispaper。TheentiresystemwhichisusedtorealizethethreecategoriesofbuscommunicationprotocolconversionconsistsofsomeRS485nodes,eachnodecontainsthecommunicationinterfacesincludingRS232,RS485andUSB。Inthepracticalapplication，thenumberofnodescanbechangedasrequiredtoformsystem,forachievementofdatafusionbetweenavarietyofbuscommunicationprotocol.KeywordsRS485bus;SerialBus;ProtocolConversion;Communicationprotocol目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要I\o"CurrentDocument"AbstractI\o"CurrentDocument"第一章緒論1\o"CurrentDocument"1.1研究背景及意義1\o"CurrentDocument"1。2RS485總線通信系統(tǒng)研究現(xiàn)狀2\o"CurrentDocument"第二章RS485介紹3\o"CurrentDocument"RS485標(biāo)準(zhǔn)3\o"CurrentDocument"MAX485芯片介紹3\o"CurrentDocument"2。3RS485總線組網(wǎng)方式4\o"CurrentDocument"2.4RS485方式構(gòu)成的多機(jī)通信原理4\o"CurrentDocument"第三章系統(tǒng)協(xié)議及硬件設(shè)計(jì)5\o"CurrentDocument"3。1RS485通信協(xié)議設(shè)計(jì)5\o"CurrentDocument"3。1.1物理層設(shè)計(jì)5\o"CurrentDocument"3.1.2數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)計(jì)6\o"CurrentDocument"3。1.3應(yīng)用層設(shè)計(jì)6\o"CurrentDocument"3。1。4通信協(xié)議7\o"CurrentDocument"3。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)8\o"CurrentDocument"3。2。1PC與RS485總線的接口8\o"CurrentDocument"3。2.2RS485方式構(gòu)成的多機(jī)通信8\o"CurrentDocument"3.2.3單片機(jī)與PC機(jī)串行通信系統(tǒng)構(gòu)成8\o"CurrentDocument"第四章系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)9\o"CurrentDocument"4.1上下位機(jī)的關(guān)系10\o"CurrentDocument"4。2下位機(jī)通信軟件的設(shè)計(jì)12\o"CurrentDocument"4。3上位機(jī)通信軟件的設(shè)計(jì)13\o"CurrentDocument"4。3.1通信協(xié)議設(shè)計(jì)13\o"CurrentDocument"4.3。2多機(jī)傳輸144.3.3差錯(cuò)控制15\o"CurrentDocument"4。4程序設(shè)計(jì)15\o"CurrentDocument"第五章系統(tǒng)問題解決措施16\o"CurrentDocument"5.1總線隔離16\o"CurrentDocument"5.2失效保護(hù)16\o"CurrentDocument"5。3電磁干擾問題16\o"CurrentDocument"結(jié)論17\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn)18\o"CurrentDocument"致謝20第一章緒論所謂通信，不僅僅要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，更應(yīng)該體現(xiàn)準(zhǔn)確性，也稱可靠性傳輸，最好具有一定的糾錯(cuò)和檢錯(cuò)能力。RS485通信標(biāo)準(zhǔn)的電器協(xié)議是差分、多點(diǎn)傳輸，在現(xiàn)代社會被廣泛應(yīng)用。RS485通信系統(tǒng)被大量應(yīng)用在自動化生產(chǎn)中，許多智能設(shè)備應(yīng)用RS485通信協(xié)議進(jìn)行通信。RS485系統(tǒng)多數(shù)以半雙工形式通信，具有超強(qiáng)的可靠性、抑制噪聲能力，數(shù)據(jù)傳輸速率非常高，電纜長度特別長。RS485系統(tǒng)常用的芯片有很多種，本文采用MAX485芯片。RS485接口以平衡方式傳輸，多點(diǎn)之間進(jìn)行通信。在工業(yè)控制和信號測試領(lǐng)域中，常常需要將不同通訊協(xié)議進(jìn)行融合,在這個(gè)過程中協(xié)議轉(zhuǎn)換器發(fā)揮著重要作用，如RS485轉(zhuǎn)RS232,USB轉(zhuǎn)RS485等，可以實(shí)現(xiàn)兩種協(xié)議的轉(zhuǎn)換。本文采用USB轉(zhuǎn)RS485進(jìn)行轉(zhuǎn)換。最近幾年，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展日新月異，發(fā)展迅猛，普遍性高，智能測量、系統(tǒng)控制大多采用上位機(jī)與下位機(jī)采用主從式工作方式，現(xiàn)場控制單元可以實(shí)現(xiàn)遙測、遙調(diào)、遙控、遙信功能.由此可知，上位機(jī)與下位機(jī)的串行通信需要達(dá)到一定的可靠性，對實(shí)現(xiàn)智能化測控至關(guān)重要。主機(jī)與分機(jī)串行通信主要包括：硬件設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)通信協(xié)議和軟件設(shè)計(jì).本文簡述PC機(jī)與單片機(jī)串行通信的組成設(shè)計(jì)，包括硬件設(shè)計(jì)、協(xié)議設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)以及通信時(shí)需要考慮的問題。1。1研究背景及意義在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅猛的今天，信息量日益增大，交互速度日益加快，系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)模塊信息交互日益復(fù)雜，這對總線體系發(fā)展起到了推動性作用，使得信息交互更加簡潔，即使信息量龐大，也能輕松實(shí)現(xiàn)。隨著系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理量的增大，對速度的要求也不斷提升，并行總線具有時(shí)鐘同步和串碼等的缺陷，不能滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的條件。高速串行總線采用低壓差分技術(shù)，電路的結(jié)構(gòu)簡單、可擴(kuò)展、傳輸速度快，逐漸取代了并行總線成為主流總線電路方案［1】。由于嵌入式等技術(shù)的發(fā)展，高速串行總線可編程資源驟增，也可滿足系統(tǒng)集成要求，提高了系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。這一技術(shù)的研究對于促進(jìn)智能化信息系統(tǒng)的發(fā)展、進(jìn)一步提高現(xiàn)代生產(chǎn)、生活效率有著重大意義。自動控制系統(tǒng)技術(shù)和信息交互技術(shù)的發(fā)展迅速，信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化、分散化、智能化成為信息系統(tǒng)發(fā)展的主流方向，隨著接口編碼技術(shù)的發(fā)展和系統(tǒng)的逐漸壯大，一系列數(shù)據(jù)格式和接口信息不同的高速總線出現(xiàn)在市場中。即使是同一設(shè)備可能使用不同的總線接口，多總線之間的數(shù)據(jù)通訊及其協(xié)議轉(zhuǎn)換，使信息系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)等多通訊協(xié)議的轉(zhuǎn)換，簡化復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和提高系統(tǒng)工作可靠性都至關(guān)重要［2］。在現(xiàn)代生產(chǎn)和生活中，信息傳輸以及交互量大，交互速度高，同時(shí)，現(xiàn)場工作條件使其重量、體積受限，提升設(shè)備的運(yùn)行速度和可靠性迫在眉睫.為此，本文設(shè)計(jì)了一種基于RS485的分布式多總線通信系統(tǒng)，由基于高速RS485的總線節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)中具有RS485總線及USB的通訊功能，且分布式系統(tǒng)的總線節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)可靈活刪減，應(yīng)運(yùn)而生.從而可以滿足對多個(gè)RS485和USB接口設(shè)備進(jìn)行通訊及控制等.本論文為對進(jìn)一步研究通用化、模塊化、可編程化及標(biāo)準(zhǔn)化的信息控制系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)有著重要意義［3］。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)的價(jià)格大幅度下降，PC機(jī)和各種單片機(jī)在工業(yè)和各行業(yè)應(yīng)用日益廣泛。在現(xiàn)場中，各種測量儀表往住采用單片機(jī)做數(shù)據(jù)處理和控制單元，而在主控室內(nèi)，由微機(jī)對整個(gè)生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的顯示、存儲，并可以完成打印報(bào)表、參數(shù)設(shè)定等工作。這樣，就由微機(jī)和單片機(jī)構(gòu)成了小型分布式的測量系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，微機(jī)與單片機(jī)的通訊就顯得尤為重要。一般微機(jī)上都有RS232串行接口，但由于RS232使用的是非平衡的電信號，電氣性能不佳，存在著傳輸速率低、傳輸距離短、接口處信號容易產(chǎn)生相互干擾等問題,難以在工業(yè)現(xiàn)場中得到應(yīng)用。近年來出現(xiàn)的RS485總線，其收發(fā)電平為差動方式，大大提高了通訊的速率、距離和可靠性,并且適合多機(jī)通訊。在通訊的波特率小于100kbPs時(shí)，允許電纜長度為1200米，一般可以滿足現(xiàn)場的要求。1。2RS485總線通信系統(tǒng)研究現(xiàn)狀許多年以前，工業(yè)控制領(lǐng)域已經(jīng)出現(xiàn)總線技術(shù)，總線發(fā)展的方向主要有串行、高速及采用嵌入式方案等［2］?，F(xiàn)如今，總線技術(shù)通常為多種總線并存，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展且總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨于簡單化。下面重點(diǎn)介紹RS485總線通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程。RS485標(biāo)準(zhǔn)由電子工業(yè)協(xié)會于1983年制訂并發(fā)布，后由通訊工業(yè)協(xié)會修訂,并命名為TIA/EIA—485-A。RS485采用平衡驅(qū)動差分接收電路，采用半雙工工作方式，傳輸距離最高可達(dá)到1200m，傳輸速率不少于52Mbps,掛載總線節(jié)點(diǎn)數(shù)最多為32個(gè)⑶，基于以上參數(shù)分析，RS485總線可應(yīng)用于遠(yuǎn)距離高速傳送數(shù)據(jù)和信息。2009年清華大學(xué)，精密儀器與機(jī)械學(xué)系王鵬，李成等采用FPGA與RS485收發(fā)器結(jié)合，采用CRC校驗(yàn)算法，實(shí)現(xiàn)了通訊距離為200m，速率為20Mbps，總線誤碼率為10-11的RS485總線.2007年周立功公司采用外置UART芯片SC16IS762結(jié)合MAX485芯片的方案實(shí)現(xiàn)5Mbps高速RS485總線方案。RS485是由RS232發(fā)展而來的接口標(biāo)準(zhǔn)，包括點(diǎn)對多點(diǎn)和多點(diǎn)對多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，RS485總線網(wǎng)絡(luò)憑借可靠性高、分布范圍較大、組建成本低等特點(diǎn)，在智能家居、遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用.第二章RS485介紹RS485通信系統(tǒng)有主從式和總線式兩種通信方式。在工業(yè)控制常用主從式通信方式，總線通信具有更好通用性和可擴(kuò)展性，在總線通信協(xié)議也容易建立一個(gè)主從式RS485通信網(wǎng)絡(luò)。RS485總線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)簡單，成本低，但總線協(xié)議至今尚未統(tǒng)一。在基于RS485總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，經(jīng)常臨時(shí)設(shè)計(jì)RS485總線通信協(xié)議，在系統(tǒng)的可移植性和效率穩(wěn)定性方面存在一些問題⑷.總之，設(shè)計(jì)一個(gè)高效和穩(wěn)定統(tǒng)一的通訊協(xié)議作為協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)對信息的處理和傳遞是十分有必要的，本文第三章簡單介紹了高效穩(wěn)定的通信協(xié)議。RS485標(biāo)準(zhǔn)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，通常使用串行通信進(jìn)行信息交換，無論是OSI七層協(xié)議模型還是一個(gè)簡化的三層（或四層）的網(wǎng)絡(luò)，第一層均為物理層,RS485是物理層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，也是串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，它可以很容易地把各種計(jì)算機(jī)，外圍設(shè)備，測量儀器有機(jī)地連接，以構(gòu)成測控系統(tǒng)。1977年開發(fā)的新標(biāo)準(zhǔn)的EIARS449，它定義了10種電路功能的RS232C，它的傳輸速率高，傳輸距離遠(yuǎn)，RS485是RS422的變體MMAX485芯片介紹MAX485是用于RS485通信的收發(fā)器，功率較低,芯片內(nèi)部含有1個(gè)接收器和1個(gè)發(fā)射器，具體特性如表2-1所示。表2-1MAX485芯片介紹通信方式低功耗關(guān)機(jī)接收器使能靜態(tài)電流/mA數(shù)據(jù)率/Mbps轉(zhuǎn)換率限制管腳數(shù)半雙工NOYES3002.5NO8MAX485芯片8個(gè)管腳的功能如下:（1）RO腳,即為輸出端：若A比B小100mV,RO為低，若A比B大100mV,RO為高。（2）RE腳，即為接收器輸出使能端）：當(dāng)RE為高時(shí)，RO為高阻狀態(tài)，只有RE為低時(shí)，RO才有效。（3）DE腳，即為驅(qū)動器輸出使能端：若DE為低，它們成高阻狀態(tài)，若DE為高,驅(qū)動輸出A和B有效；若為高阻狀態(tài)時(shí)，RE為低，它們作線接收器用，若驅(qū)動器輸出有效，器件作為線驅(qū)動器用。（4）DI腳:即為驅(qū)動器輸入：若DI為高，輸出Y為高，Z為低，若DI為低，Y為低，Z為高。（5）GND腳：即為接地作用。（6）B腳：反相驅(qū)動器輸出和反相接收器輸入。（7）A腳：同相驅(qū)動器輸出和同相接收器輸入.（8）VCC：即為電源正極。RS485總線組網(wǎng)方式RS485總線網(wǎng)絡(luò)組建并不復(fù)雜，通常采取兩線或者四線方式。所有RS485節(jié)點(diǎn)全部掛在一對RS485總線上，此處GND以及VCC可以不接，接線時(shí)RS485總線不能開叉。從總線到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的引出線長度應(yīng)盡量短，以便使引出線中的反射信號對總線信號的影響最低，RS485總線網(wǎng)絡(luò)的終端有PC機(jī)和嵌入式設(shè)備6].RS485方式構(gòu)成的多機(jī)通信原理實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中,往往分散控制單元數(shù)量較多，分布較遠(yuǎn)，現(xiàn)場存在各種干擾，所以可能有以下兩個(gè)問題出現(xiàn)，一是通信數(shù)據(jù)收發(fā)的可靠性問題，二是在多機(jī)通信方式下，一個(gè)節(jié)點(diǎn)的故障（如死機(jī)），往往會使得整個(gè)系統(tǒng)的通信框架崩潰，而且給故障的排查帶來困難。針對上述問題，作者對485總線的軟硬件采取了具體的改進(jìn)措施。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，只有一臺單機(jī)作為主機(jī)，各臺從機(jī)之間不能相互通訊，即使有信息交換也必須通過主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)。在總線末端接一個(gè)匹配電阻，吸收總線上的反射信號，保證正常傳輸信號干凈、無毛刺。匹配電阻的取值應(yīng)該與總線的特性阻抗相當(dāng).當(dāng)總線上沒有信號傳輸時(shí)，總線處于懸浮狀態(tài)，容易受干擾信號的影響。將總線上差分信號的正端A+和+5電源間接一個(gè)10K的電阻；正端A+和負(fù)端B一間接一個(gè)10K的電阻;負(fù)端B一和地間接一個(gè)10K的電阻，形成一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)總線上沒有信號傳輸時(shí)，正端A+的電平大約為3.2V,負(fù)端B一的電平大約為1。6V,即使有干擾信號，卻很難產(chǎn)生串行通信的起始信號0，從而增加了總線抗干擾的能力?，F(xiàn)以8031單片機(jī)自帶的異步通信口，外接75176芯片轉(zhuǎn)換成485總線為例。其中為了實(shí)現(xiàn)總線與單片機(jī)系統(tǒng)的隔離，在8031的異步通信口與75176之間采用光耦隔離.第三章系統(tǒng)協(xié)議及硬件設(shè)計(jì)3。1RS485通信協(xié)議設(shè)計(jì)在工業(yè)控制，所有下位機(jī)相互獨(dú)立，同時(shí)受主計(jì)算機(jī)的管理和控制，通過使用通信技術(shù)向多個(gè)下位機(jī)傳輸資料和控制命令。個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)下位機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)前pc的數(shù)據(jù)和控制命令傳遞給下位機(jī)。許多大型監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，不適合于小企業(yè)使用，大部分成本高.RS485總線為基礎(chǔ)的通信系統(tǒng)中，是一個(gè)可靠的、簡單的、低成本系統(tǒng)，在對數(shù)據(jù)傳輸速率要求不太高、傳輸數(shù)據(jù)不太遠(yuǎn)時(shí)可以廣泛應(yīng)用［7］。可以很容易地構(gòu)建小型工業(yè)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò).根據(jù)OSI（開放系統(tǒng)互連）模型規(guī)范和實(shí)際工作需求，在這個(gè)系統(tǒng)中，可以把RS485總線通信協(xié)議分為三層：物理層，數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。3.1。1物理層設(shè)計(jì)物理層用來規(guī)定RS485系統(tǒng)的時(shí)間特性、功能特性、機(jī)械特性和電氣特性，隱藏當(dāng)前層的信息細(xì)節(jié)，以提供上一層的服務(wù).JKW—L06型485轉(zhuǎn)換器常被用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從點(diǎn)到多點(diǎn)的通信.RS485采用差分接收和平衡發(fā)送的方式實(shí)現(xiàn)通信：在TXD發(fā)送端將串行端口TTL電平信號轉(zhuǎn)換為差分信號AB兩端輸出，經(jīng)過傳輸后，在接收端將差分信號恢復(fù)到一個(gè)TTL電平信號［8］。如果降低傳輸速率，傳輸距離可以進(jìn)一步提高。RS485最多連接32臺設(shè)備和32臺接收器。RS485通訊接口是基于標(biāo)準(zhǔn)的異步通信協(xié)議，如圖3—1所示的基本協(xié)議的幀格式。圖3-1異步通信協(xié)議基本字節(jié)格式在本系統(tǒng)中規(guī)定1個(gè)起始位、1個(gè)停止位、無奇偶校驗(yàn)位、8位資料位、波特率38。4Kb/s,通信復(fù)用COM1,其地址為0x3F8,COM1對應(yīng)中斷號為IRQ4,中斷地址0x0C。在通信過程中接收資料以中斷方式接收,發(fā)送資料以查詢方式發(fā)送。3.1。2數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)計(jì)RS485總線上的每一個(gè)下位機(jī)都有一個(gè)唯一的本機(jī)地址，最多有32個(gè).上下位機(jī)的通信方式是：上位機(jī)輪流詢問，下位機(jī)應(yīng)答.下位機(jī)可以接收來自上位機(jī)的消息，只能發(fā)出應(yīng)答信息，下位機(jī)與下位機(jī)無法實(shí)現(xiàn)通信。PC機(jī)每發(fā)送一次命令，命令幀啟動一次，下位機(jī)收到命令后，判斷地址是否與本機(jī)相同，相同則發(fā)出應(yīng)答消息，不同則沒反應(yīng).在數(shù)據(jù)鏈路層中的數(shù)據(jù)幀以實(shí)現(xiàn)正確的命令，以創(chuàng)造一個(gè)傳輸格式幀所需的信息被發(fā)送到物理層.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的幀格式分為：發(fā)送消息幀格式和響應(yīng)消息幀格式，從上至下發(fā)送命令信息的稱作:發(fā)送信息幀格式，如表3—1所示。表3-1發(fā)送信息幀格式STXADDRCOMDLENDATACRCCR02H1B1B1B0?250B1B0DH起始字節(jié)目的字節(jié)命令字節(jié)資料長度數(shù)據(jù)字節(jié)校驗(yàn)字節(jié)終止字節(jié)3。1。3應(yīng)用層設(shè)計(jì)在網(wǎng)絡(luò)層中還有對COM端口進(jìn)行起始位、資料位、停止位、波特率設(shè)置的初始化函數(shù)及對端口進(jìn)行關(guān)閉的Close函數(shù)（程序代碼略）。當(dāng)一個(gè)特定的命令傳輸時(shí)，若想把數(shù)據(jù)正確地發(fā)送到RS485總線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它必須驗(yàn)證物理層到網(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)谋忍亓?。在這一層，提供整個(gè)程序，在流程中調(diào)用數(shù)據(jù)鏈路層中提供的接口進(jìn)行資料的收發(fā)工作。在網(wǎng)絡(luò)層中還對COM端口進(jìn)行起始位、停止位、資料位以及波特率設(shè)置的幾種函數(shù)（程序代碼略）。3。1.4通信協(xié)議一、通信波特率為9600bit/s,晶振為12MHz通信的數(shù)據(jù)格式如前所述，共11位：1位啟動位,8位數(shù)據(jù)位（低位在前）,1位可控的第9位和1位停止位。下位機(jī)的地址用1個(gè)字節(jié)定義，用16進(jìn)制表示，如1號機(jī)地址為01，10號機(jī)地址為0A.約定上位機(jī)的地址為00，系統(tǒng)廣播地址為FF.二、上位機(jī)監(jiān)控程序運(yùn)行時(shí)，上位機(jī)開始以時(shí)間間隔At對下位機(jī)進(jìn)行輪詢以查驗(yàn)下位機(jī)的狀態(tài)，依次向下位機(jī)發(fā)送查詢指令。XX為輪詢到的下位機(jī)地址,01為上位機(jī)查詢指令;00為上位機(jī)地址，02為下位機(jī)回復(fù)查詢指令。對輪詢到的下位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)下位機(jī)回復(fù)查詢指令查詢其狀態(tài)字，判斷其是否有通訊請求，如果沒有，就對該下位機(jī)發(fā)出通訊授權(quán)標(biāo)志，若在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)有應(yīng)答，則上位機(jī)建立與該下位機(jī)的通信信道；在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)下位機(jī)無應(yīng)答，則置該下位機(jī)不在線標(biāo)志，然后輪詢下一位置的下位機(jī)，如此反復(fù)。三、上位機(jī)與下位機(jī)建立通信信道，上位機(jī)按照上位機(jī)指令優(yōu)先的原則下，根據(jù)下位機(jī)的狀態(tài)字和上位機(jī)的狀態(tài)字，向下位機(jī)發(fā)出準(zhǔn)備接受信息指令。下位機(jī)的動作包括登陸、提交實(shí)驗(yàn)信息；上位機(jī)的動作有發(fā)送實(shí)驗(yàn)題目、開始實(shí)驗(yàn)、中斷實(shí)驗(yàn)、恢復(fù)實(shí)驗(yàn)及查詢下位機(jī)的實(shí)驗(yàn)狀況等，在通信協(xié)議中都將這些動作進(jìn)行通訊標(biāo)志編碼，如上位機(jī)查詢下位機(jī)狀態(tài)指令通訊標(biāo)志編碼為01，開始實(shí)驗(yàn)指令編碼為0A，下位機(jī)登陸指令編碼為04.XX為與上位機(jī)通訊的下位機(jī)的地址，YY為上位機(jī)功能指令。特別地，上位機(jī)發(fā)送開始實(shí)驗(yàn)指令時(shí)，XX可以是下位機(jī)地址，也可以是系統(tǒng)的廣播地址FF。當(dāng)XX為FF時(shí)，用于向所有實(shí)驗(yàn)終端統(tǒng)一發(fā)送開始指令。當(dāng)YY為0A，表示系統(tǒng)中所有的下位機(jī)能夠同步接收上位機(jī)發(fā)送的開考指令。數(shù)據(jù)域是否存在和上位機(jī)的功能指令類型有關(guān)，如當(dāng)上位機(jī)功能指令為發(fā)送實(shí)驗(yàn)題目指令時(shí)，數(shù)據(jù)域的內(nèi)容即為要發(fā)送的相關(guān)內(nèi)容；當(dāng)功能指令為開始實(shí)驗(yàn)指令時(shí)，數(shù)據(jù)域?yàn)榭铡Ｔ谕ㄐ胚^程中，當(dāng)在一個(gè)預(yù)定的時(shí)間內(nèi)，上位機(jī)沒有向下位機(jī)發(fā)送指令（上位機(jī)優(yōu)先原則失效），這時(shí)下位機(jī)可向上位機(jī)發(fā)送指令，00為上位機(jī)的地址，YY為下位機(jī)功能指令，根據(jù)YY的不同，數(shù)據(jù)域的內(nèi)容也是不同的，如在下位機(jī)請求登陸時(shí)，YY為04,數(shù)據(jù)域?yàn)閷W(xué)生姓名、學(xué)號.四、上位機(jī)即PC機(jī)能夠按照教學(xué)的需要生成難易程度不同的實(shí)驗(yàn)題目，二進(jìn)制化后通過發(fā)送功能指令發(fā)送給通訊中的下位機(jī)。發(fā)送以實(shí)驗(yàn)為單位，組織格式為實(shí)驗(yàn)題號、嵌入式控制器控制字、發(fā)送內(nèi)容長度和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容;實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，下位機(jī)將實(shí)驗(yàn)信息以預(yù)定的數(shù)據(jù)格式通過提交指令發(fā)送到上位機(jī)。3.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.2。1PC與RS485總線的接口PC機(jī)的串行接口為RS-232或USB總線，本文采用USB轉(zhuǎn)RS485總線，采用51單片機(jī)進(jìn)行RS—485進(jìn)行串行通信，只需要將TTL電平的串行接口通過芯片轉(zhuǎn)換為RS-485串行接口，這種轉(zhuǎn)換比較簡單，本系統(tǒng)采用的是MAX485芯片。原理圖如圖3—2所示。圖3—2系統(tǒng)總體連接框圖3.2.2RS485方式構(gòu)成的多機(jī)通信PC與單片機(jī)組成的系統(tǒng)中采用主從式結(jié)構(gòu):即多個(gè)從機(jī)受主機(jī)控制,從機(jī)單片機(jī)不發(fā)送命令，一個(gè)系統(tǒng)有且只有一臺主機(jī)，從機(jī)之間不能實(shí)現(xiàn)通信，若要進(jìn)行信息交換，則需通過主機(jī)進(jìn)行控制。在總線末端接一個(gè)匹配電阻，吸收總線上的反射信號，使得正常傳輸信號無毛刺.匹配電阻的取值應(yīng)該與總線的特性阻抗相當(dāng)。在總線上沒有信號傳輸時(shí)，總線處于懸浮狀態(tài)，容易受干擾信號的影響。將總線上的差分信號的正端A+和負(fù)端B—之間接一個(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)路。當(dāng)總線上沒有信號傳輸時(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，也很難產(chǎn)生串行通信的起始信號0，從而增加了總線抗干擾的能力。3.2.3單片機(jī)與PC機(jī)串行通信系統(tǒng)構(gòu)成直接利用了單片機(jī)上的串行通訊接口，其中Pl°0用于通訊控制,PI.0輸出高電平時(shí)，為“收”狀態(tài)，Pl。0為低電平時(shí)為“發(fā)"狀態(tài)，由于采用的是主從式通訊方式,微機(jī)處于“發(fā)”狀態(tài)，而單片機(jī)處于“收”狀態(tài)。系統(tǒng)共線配置方案:凡為平衡電阻，接于總線兩端。總線上最多可掛32個(gè)物發(fā)器。電纜用雙芯屏蔽端連接到設(shè)備機(jī)殼。為了避免干擾，每個(gè)設(shè)備應(yīng)接地.為了減少反射的影響，在線路兩端接上與之相匹配的特性阻抗。并且應(yīng)使支線與主線的距離盡可能短。單片機(jī)選用AT89C51,由40個(gè)管腳構(gòu)成。芯片MAX813是專門的看門狗，它的工作原理是:它有內(nèi)部的時(shí)鐘，上電后它就開始倒計(jì)時(shí)，計(jì)滿時(shí)間約為1。6s，在此期間，如果WDI引腳的電壓有變化，它就新開始計(jì)時(shí)，如果沒有變化，它在RE-SET引腳輸出高電平，給CPU復(fù)位，然后再計(jì)數(shù)，如此反復(fù)［方。第四章系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)由于采用的是主從式通訊方式，各從機(jī)間不能互相通訊，主機(jī)需要依次查詢各個(gè)分機(jī),與各從機(jī)進(jìn)行通訊，MCS系列的具有多機(jī)通訊功能，可把其串口設(shè)置為通訊方式3,微機(jī)上的8250不具有多機(jī)通訊能力，但通過對其奇偶校驗(yàn)位的設(shè)置，可使其具有多機(jī)通訊能力.使8250奇偶校驗(yàn)位為1的指令：MOVDX，3FSHMOVAL,ZBHOUTDX,AL使8250奇偶校驗(yàn)位為0的指令：MOVDX，3FBHMOVAL，3BHOUTDX，AL。為了提高通訊效率，數(shù)據(jù)塊的長度和格式是固定的。從機(jī)被訪問，此處采用的是定時(shí)查詢的方式［10］。由于采用的主要是主從通訊方式，各個(gè)從機(jī)間不能相互通訊，由主機(jī)依次查詢各個(gè)從機(jī)，與各個(gè)從機(jī)進(jìn)行通訊。MCS系列的UNAL具有多機(jī)通訊功能，可把其串口設(shè)置為通訊方式3,微機(jī)上的8250不具有多機(jī)通訊能力，但通過對其偶校驗(yàn)位的設(shè)置，可使其具有多機(jī)通訊能力。使8250奇偶校驗(yàn)位為1的指令:MOVDX，3FSHMOVAL，ZBHOUTDX，AL使8250奇偶校驗(yàn)位為0的指令：MOVDX，3FBHMOVAL，3BHOUTDX，AL。為了提高通訊效率，數(shù)據(jù)塊的長度和格式是固定的.（當(dāng)然也可以設(shè)定）主機(jī)通過定時(shí)查詢的方式依次對從機(jī)進(jìn)行訪問。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)必須在偵聽到總線上呼叫信號已經(jīng)發(fā)送完畢，并且沒有其它單機(jī)發(fā)出應(yīng)答信號的情況下，才能應(yīng)答。半雙工通訊對主機(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，就會發(fā)生總線沖突，使整個(gè)系統(tǒng)的通訊癱瘓，無法正常工作。要做到總線上的設(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：一、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),這樣就會使總線上各個(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，可能向總線發(fā)送信息。因此，如果用一根口線作發(fā)送和接收控制信號，應(yīng)該將口線反向后接入SN75176控制端，使上電時(shí)SN75176處于接收狀態(tài)。另外，在主從機(jī)軟件上也應(yīng)附加若干處理措施，如：上電時(shí)或正式通訊之前，對串行口做幾次空操作，清除端口的非法數(shù)據(jù)和命令。二、控制端RE大，DE的信號的有效脈寬應(yīng)該大于發(fā)送或接收一幀信號的寬度。在RS-232,RS—422等全雙工通訊過程中，發(fā)送和接收信號分別在不同的物理鏈路上傳輸，發(fā)送端始終為發(fā)送端,接收端始終為接收端，不存在發(fā)送、接收控制信號切換問題。在RS-485半雙工通訊中，由于SN75176的發(fā)送和接收都由同一器件完成，并且發(fā)送和接收使用同一物理鏈路，必須對控制信號進(jìn)行切換.控制信號何時(shí)為高電平，何時(shí)為低電平，一般以單片機(jī)的TI，RI信號作參考。在485芯片的通信中，尤其要注意對485控制端DE的軟件編程。為了可靠的工作，在485總線狀態(tài)切換時(shí)需要做適當(dāng)延時(shí)，再進(jìn)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(shí)1ms左右的時(shí)間，再發(fā)送有效的數(shù)據(jù)，一包數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后再延時(shí)1ms后，將控制端置“0”。這樣的處理會使總線在狀態(tài)切換時(shí)，有一個(gè)穩(wěn)定的工作過程。三、總線上所連接的各單機(jī)的發(fā)送控制信號在時(shí)序上完全隔開。為了保證發(fā)送和接收信號的完整和正確，避免總線上信號的碰撞，對總線的使用權(quán)必須進(jìn)行分配才能避免競爭，連接到總線上的單機(jī)，其發(fā)送控制信號在時(shí)間上要完全隔離。總之，發(fā)送和接收控制信號應(yīng)該足夠?qū)?，以保證完整地接收一幀數(shù)據(jù)，任意兩個(gè)單機(jī)的發(fā)送控制信號在時(shí)間上完全分開,避免總線爭端。4。1上下位機(jī)的關(guān)系下位機(jī)不可與下位機(jī)傳輸通信，只能上位機(jī)與下位機(jī)之間傳輸.PC機(jī)發(fā)起傳輸命令，單詞只能與一臺下位機(jī)通信，上位機(jī)傳輸?shù)拿畲a對下位機(jī)進(jìn)行控制。PC如果發(fā)現(xiàn)下位機(jī)的請求代碼，則立即通信，否則空閑時(shí)，上位機(jī)巡檢。圖3所示的幀格式是上下位機(jī)通信方式，SOC196KC單片機(jī)是16位地址或數(shù)據(jù)線，自帶A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)量是8路，是Intel研制的高性能微處理器，可在異步通信模式下在16MHz晶振下運(yùn)行，集成了事件處理器陣列和外設(shè)事務(wù)服務(wù)器。此型號單片機(jī)的串口輸人輸出電平均設(shè)為TTL電平，不能直接與RS485通信，必須使用轉(zhuǎn)化電平轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一制式方可實(shí)現(xiàn)，本系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)方式詳見硬件連線見第2節(jié)11。RS485的通信方式為半雙工，若想要知道他的工作狀態(tài)，需要經(jīng)由使能端，由于51單片機(jī)是從機(jī)，須設(shè)置MAX485芯片的使能端為接收狀態(tài)，而且RE為低電平有效，發(fā)送使能端DE為高電平有效，本系統(tǒng)的命令語句如下：andbportl，#11111011b：使能接收orbprod,#00000100b；使能發(fā)送本系統(tǒng)的波特率設(shè)為9600,用異步模式1作為通信模式，下位機(jī)的晶振為12MHz。下面給出51單片機(jī)串行通信的程序框圖及接受超時(shí)處理程序清單，供設(shè)計(jì)者參考。接收超時(shí)處理程序pushf；進(jìn)棧1dbsptemp,sp_stat；保存狀態(tài)寄存器內(nèi)容1dbdelaytimel,#2；超時(shí)寄存器賦初值確性。Idbdelaytime2，#0Pd1ooreajbssptemp，6,readl；未超時(shí)接收，則轉(zhuǎn)入readdjnzdelaytime2，read:等待接收完畢djnzdelaytimel，loopsjmpreturn；超時(shí)，則跳離中斷readl：stbsbuf，［rxbuf｝；將接收到的數(shù)據(jù)存入接收單元return：popf；出棧ret4。2下位機(jī)通信軟件的設(shè)計(jì)51單片機(jī)的始祖是1^°1,目前是應(yīng)用最為廣泛的8位單片機(jī)之一，它是基礎(chǔ)入門的也是應(yīng)用廣泛的一種單片機(jī)，自帶8路A/D轉(zhuǎn)換器，集成了事件處理器陣列，以及先進(jìn)的外設(shè)事務(wù)服務(wù)器，可在16MHz晶振下運(yùn)行，在異步通信模式下，波特率最高可達(dá)1Mn7080C196KC單片機(jī)串口輸人輸出電平為TTL電平，必須通過轉(zhuǎn)化電平轉(zhuǎn)換才能與RS485接口通信，本系統(tǒng)采用MAM483進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換［⑵.RS485串行接口通信采用半雙工的通信方式，必須由使能端來決定其處于發(fā)送狀態(tài)還是接收狀態(tài)，由于80C196KC單片機(jī)是從機(jī)，必須先將MAX813芯片的使能端設(shè)置為接收狀態(tài)M.MAX813的接收使能端RE為低電平有效，發(fā)送使能端DE為高電平有效，本系統(tǒng)采用P1。2口控制其發(fā)送和接收，命令語句如下：andbportl，#11111011b；使能接收orbprot1，#00000100b；使能發(fā)送本系統(tǒng)中80C196KC微處理器的串行通信采用中斷方式進(jìn)行,便于上位機(jī)隨時(shí)對下位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控和管理.下位機(jī)晶振為12MHz，通信模式采用異步模式1，波特率為9600。下面給出80C196KC單片機(jī)串行通信的程序框圖及接受超時(shí)處理程序清單,供設(shè)計(jì)者參考。接收超時(shí)處理程序Pushf;進(jìn)棧1dbsptemp，sp_stat；保存狀態(tài)寄存器內(nèi)容1dbdelaytimel，#2；超時(shí)寄存器賦初值確性。loop:1dbdelaytime2,#0read：jbssptemp，6,readl；未超時(shí)接收，則轉(zhuǎn)入read1djnzdelaytime2,read;等待接收完畢djnzdelaytimel,loopsjmpreturn；超時(shí)，則跳離中斷readl:stbsbuf，［rxbuf］；將接收到的數(shù)據(jù)存入接收單元return：popf；出棧retPushf；進(jìn)棧1dbsptemp,sp_stat;保存狀態(tài)寄存器內(nèi)容ldbdelaytimel,#2；超時(shí)寄存器賦初值確性。loop:1dbdelaytime2,#0read：jbssptemp,6,readl；未超時(shí)接收，則轉(zhuǎn)入read1djnzdelaytime2，read;等待接收完畢djnzdelaytimel，loopsjmpreturn；超時(shí)，則跳離中斷readl：stbsbuf,［rxbuf］；將接收到的數(shù)據(jù)存入接收單元return：popf;出棧ret4.3上位機(jī)通信軟件的設(shè)計(jì)上位機(jī)Windows環(huán)境下的通信軟件用C:+Builder編寫。一般來說，在Windows平臺上進(jìn)行串行通信編程，不外乎兩種方式：直接利用Windows,API或使用控件.用API能編寫出靈活的程序，但比較繁瑣.本系統(tǒng)使用MSComm控件進(jìn)行上位機(jī)通信軟件的編制。使用MSComm控件進(jìn)行串口通信時(shí)，首先要設(shè)置串口的基本參數(shù)，然后可使用Output發(fā)送數(shù)據(jù)，Input接收數(shù)據(jù)，MSComm事件處理數(shù)據(jù)。上位機(jī)的通信流程限于篇幅，具體編程不予介紹［15］。4.3。1通信協(xié)議設(shè)計(jì)為保證通信進(jìn)行，首先做到單片機(jī)的串行口與主控機(jī)串行口的設(shè)置保持一致，即數(shù)據(jù)格式一致、通信波特率相同。如果是多點(diǎn)通信，每個(gè)從機(jī)要分配一個(gè)地址碼。系統(tǒng)中協(xié)議有3種幀格式：呼叫幀、應(yīng)答幀和數(shù)據(jù)幀。呼叫幀由主機(jī)發(fā)出。應(yīng)答幀只能由從機(jī)發(fā)出。當(dāng)從機(jī)收到呼叫幀后，把本機(jī)地址和當(dāng)前狀態(tài)回發(fā)給主機(jī).設(shè)置開機(jī)自檢、自診斷程序，機(jī)器不能帶病工作；如果需要，還可以設(shè)置在工作空閑時(shí)或定時(shí)自檢程序。PC機(jī)與單片機(jī)構(gòu)成的多機(jī)通信系統(tǒng)采用主從式結(jié)構(gòu).數(shù)據(jù)通信總是由主機(jī)發(fā)起。主機(jī)處于發(fā)送狀態(tài)“說"時(shí),從機(jī)總是出于“聽"狀態(tài)。若主機(jī)發(fā)送的地址信息與本地從機(jī)相符，則接收該數(shù)據(jù)，否則，繼續(xù)“聽”總線上的數(shù)據(jù)。若從機(jī)需要發(fā)送數(shù)據(jù)，則必須等到主機(jī)輪詢本地從機(jī)時(shí),才可提出請求.這種網(wǎng)絡(luò)模式下從機(jī)不會“偵聽"其他從機(jī)對主機(jī)的響應(yīng)，這樣就不會對其他從機(jī)產(chǎn)生錯(cuò)誤的響應(yīng)［16。主從式多機(jī)通信協(xié)議中，通信速率設(shè)為19.2kb/s。系統(tǒng)上電或復(fù)位后，使所有從機(jī)的SM2位置1，處于只接收地址幀監(jiān)聽狀態(tài).主機(jī)向從機(jī)發(fā)送一幀地址信息，從機(jī)接收到地址幀后，將其與本地地址比較，判斷是否一致。若與本地地址相符，則清除SM2,同時(shí)發(fā)送應(yīng)答幀，進(jìn)入通信狀態(tài)；其他與本地地址不相符的從機(jī)則保持SM2位不變，繼續(xù)監(jiān)聽。主從機(jī)均以中斷方式進(jìn)行通信，程序流程如圖4-1所示.(a)幀發(fā)送流程(b)幀接收流程圖4-1幀通信流程4.3.2多機(jī)傳輸多機(jī)發(fā)送時(shí)的分時(shí)說、聽多機(jī)傳送時(shí)，通信協(xié)議要合理地協(xié)調(diào)總線的分時(shí)共用，通信波特率的計(jì)算要有冗余。采用RS485總線連接的多個(gè)站點(diǎn)，由于485總線是異步半雙工的通信總線，在某一個(gè)時(shí)刻，總線只可能呈現(xiàn)一種狀態(tài)，即任意時(shí)刻只有一個(gè)站點(diǎn)在“說"，其他站點(diǎn)只能處“聽”狀態(tài)。如果有多個(gè)站點(diǎn)在“說”，則數(shù)據(jù)將在通信總線時(shí)碰撞，結(jié)果是處于接收狀態(tài)的站點(diǎn)不能收到正確的數(shù)據(jù)。在RS485總線通信網(wǎng)絡(luò)中，必須控制好每個(gè)站點(diǎn)的“聽、說”狀態(tài)，即收、發(fā)狀態(tài)，對總線的使用權(quán)必須進(jìn)行分配，以使各從機(jī)的發(fā)送控制信號在時(shí)間上完全隔離，保證能及時(shí)、正確地傳輸數(shù)據(jù)。要做到總線上設(shè)備在時(shí)序上的嚴(yán)格配合，必須要遵從以下幾點(diǎn)：復(fù)位時(shí)，主從機(jī)都應(yīng)該處于接收狀態(tài)?？刂贫薘E，DE的信號有效脈寬應(yīng)該大于發(fā)送或接收一幀信號的寬度?？偩€上所連接的各從機(jī)的發(fā)送控制信號在時(shí)序上完全隔開。通信方式一般主節(jié)點(diǎn)循環(huán)輪詢各個(gè)從節(jié)點(diǎn)。各個(gè)從節(jié)點(diǎn)都有自己的網(wǎng)絡(luò)通信識別號，即本機(jī)地址。當(dāng)主節(jié)點(diǎn)的輪詢信息中包含自己的網(wǎng)絡(luò)通信識別號，此從節(jié)點(diǎn)對此幀進(jìn)行應(yīng)答，其他節(jié)點(diǎn)則忽略此幀，不做處理。4。3。3差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制用于傳輸數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤檢查和錯(cuò)誤糾正，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性.當(dāng)主機(jī)發(fā)出呼叫幀后，如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒有收到從機(jī)的應(yīng)答幀，則主機(jī)認(rèn)為幀丟失并重發(fā)呼叫幀；如果發(fā)送3次仍沒有收到應(yīng)答幀，則系統(tǒng)認(rèn)為該從機(jī)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，開始執(zhí)行其他任務(wù)。在數(shù)據(jù)幀發(fā)送時(shí)，本系統(tǒng)采用應(yīng)答方式進(jìn)行差錯(cuò)控制，即接收方向發(fā)送方回發(fā)特殊的控制命令碼，作為傳輸是否正確的確認(rèn)；發(fā)送方收到確認(rèn)后就可知道是否正確發(fā)送，以決定是否重發(fā)。如果傳輸中幀完全丟失，則發(fā)送方進(jìn)行超時(shí)處理.即發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)后超過一定時(shí)間，發(fā)送方認(rèn)為幀丟失，需要重發(fā)。本系統(tǒng)約定最大重發(fā)數(shù)為3次，超過3次系統(tǒng)就認(rèn)為串行通信出現(xiàn)故障，主機(jī)進(jìn)行故障報(bào)警。另外，為避免通信頻繁后舊的數(shù)據(jù)未發(fā)出去，而新的數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí)可能會掉原來的數(shù)據(jù)，造成數(shù)據(jù)丟失，在系統(tǒng)中采用了數(shù)據(jù)備份存儲的方式，即將長度為N的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，擴(kuò)展為長度為2N的數(shù)據(jù)緩沖區(qū).要傳送的新數(shù)據(jù)先放在原來的緩沖區(qū)，檢測舊的數(shù)據(jù)是否發(fā)送成功，如果發(fā)送成功，則將新的數(shù)據(jù)復(fù)制到擴(kuò)展緩沖區(qū);如果未發(fā)送成功，則繼續(xù)發(fā)送，發(fā)送成功后再備份新的數(shù)據(jù)。此時(shí)進(jìn)來的如果是中斷數(shù)據(jù)，只是更新原有的緩沖區(qū)，備份緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)不會被中斷數(shù)據(jù)更新掉。這種方法很好地解決了通信過程數(shù)據(jù)存儲出錯(cuò)、丟失的問題，使得通信的可靠性得到很大的提高［17】。4。4程序設(shè)計(jì)單片機(jī)用匯編語言編程，根據(jù)通信協(xié)議，通信串行口工作于方式2,用定時(shí)器T1作為波特率發(fā)生器，T0工作于方式2,幀格式為1位起始位，8位校驗(yàn)位，一個(gè)可編程的第9位,1個(gè)停止位。用T1定時(shí)器產(chǎn)生2400波特率，晶體振蕩器的頻率為12MHz，T1的計(jì)數(shù)初值為E6H，中斷入口地址0023H,程序流程如圖2所示。在程序中主程序并不執(zhí)行任何功能，實(shí)際上PC機(jī)與單片機(jī)之間的通信只是單片機(jī)的部分功能,單片機(jī)在執(zhí)行其他功能時(shí)，管理員對單片機(jī)寫入預(yù)定常數(shù)，或讀出指定地址的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測和控制，這需要調(diào)用中斷,并不影響主程序的正確執(zhí)行.在此基礎(chǔ)上可以在主程序上附加其他功能模塊。分布式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由各個(gè)從機(jī)完成參數(shù)測量及控制任務(wù)，由主機(jī)完成統(tǒng)一的操作顯示的任務(wù)，比較適合于小型的測控系統(tǒng)。數(shù)字通訊相對于模擬通訊具有較大的通訊容量和較高的可靠性，這使得整個(gè)系統(tǒng)的性能有了較大程度的提高，更適合現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的要求，是今后小型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展方向.第五章系統(tǒng)問題解決措施5。1總線隔離RS485總線為并接式二線制接口，一旦有一只芯片故障就可能將總線“拉死”，因此對其二線口VA，VB與總線之間各串接一只PTC電阻,同時(shí)與地之間各跨接5V的TVS二極管，以消除線路浪涌干擾。此外應(yīng)該合理選用芯片。例如，對外置設(shè)備為防止強(qiáng)電磁沖擊，建議選用防雷擊芯片［18］。5。2失效保護(hù)RS485標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定接收器門限為±200mV。這樣規(guī)定能夠提供比較高的噪聲抑制能力，但也帶來了一個(gè)問題：當(dāng)總線電壓在±200mV中間時(shí)接收器輸出狀態(tài)不確定。由于UART以一個(gè)前導(dǎo)“0”觸發(fā)一次接收動作，所以接收器的不定態(tài)可能會使UART錯(cuò)誤地接收一些數(shù)據(jù)，導(dǎo)致系統(tǒng)誤操作.當(dāng)總線空閑、開路或短路時(shí)都有可能出現(xiàn)兩線電壓差低于200mV的情況，必須采取一定措施避免接收器處于不定態(tài)。傳統(tǒng)的作法是給總線加偏置，當(dāng)總線空閑或開路時(shí)，利用偏置電阻將總線偏置在一個(gè)確定狀態(tài)（差分電壓＞200mV）。但這種方法仍然不能解決總線短路問題。為此，有些器件制造商間將接收門限移到一200mV/—50mV，巧妙解決了這個(gè)問題。例如Maxim公司MAX3080系列RS485接口，不但省去了外部偏置電阻，而且解決了總線短路時(shí)的失效保護(hù)問題［19】。5。3電磁干擾問題驅(qū)動器輸出信號中的共模部分需要一個(gè)返回通路，如果沒有一個(gè)低阻的返回通道（信號地），就會以輻射的形式返回源端，整個(gè)總線就會像一個(gè)巨大的天線向外輻射電磁波.因此，盡管是差分傳輸，對于RS485網(wǎng)絡(luò)來講，一條低阻的信號地還是需要的。一條低阻信號地將兩個(gè)接口的工作地連接起來，使共模干擾電壓VGPD被短路［20］。這條信號地可以是額外的一對線（非屏蔽雙絞線）或者是屏蔽雙絞線的屏蔽層。但是，這種做法僅對高阻型共模干擾有效，由于干擾源內(nèi)阻大，短接后不會形成很大的接地環(huán)路電流，對于通信不會有很大的影響.當(dāng)共模干擾源內(nèi)阻較小時(shí)，會在接地線上形成較大的環(huán)路電流，影響正常通信.筆者認(rèn)為,可以采取以下3種措施：（1）如果干擾源內(nèi)阻不是非常小,可以考慮在接地線上加限流電阻限制干擾電流。接地電阻的增加可能會使共模電壓升高，但只要控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)就不會影響正常通信。（2）采用浮地技術(shù)，隔斷接地環(huán)路。當(dāng)共模干擾電阻很小時(shí)上述方法已不能奏效，此時(shí)可以考慮將引入干擾的結(jié)點(diǎn)（例如處于惡劣工作環(huán)境的現(xiàn)場儀表）浮置起來，也就是系統(tǒng)的電路地與機(jī)殼或大地隔離，這樣就隔斷了接地環(huán)路，不會形成很大的環(huán)路電流。（3）采用隔離接口。有些情況下，出于安全或其他方面的考慮，電路地必須與機(jī)殼或大地相連，不能懸浮，這時(shí)可以采用隔離接口來隔離接地回路，但是仍然應(yīng)該有一條地線將隔離側(cè)的公共端與其他接口的工作地相連.結(jié)論本文根據(jù)具體的項(xiàng)目需求以及多總線通信系統(tǒng)的特點(diǎn)等，研制了基于高速RS485的分布式多總線通信系統(tǒng)，其中包含的設(shè)備接口包括USB,RS232和RS485接口。本多總線通信系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備接口的數(shù)據(jù)的融合，且可以利用上位機(jī)對與其連接的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行檢測和控制.本高速多總線通信系統(tǒng)結(jié)合了嵌入式技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、總線技術(shù)、信息處理技術(shù)等，應(yīng)用性和綜合性較強(qiáng)?，F(xiàn)對本文完成的工作做如下總結(jié)：（1）針對課題的應(yīng)用背景，分析了多總線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，并通過對課題中的重點(diǎn)問題的分析與研究，確定了系統(tǒng)的總體軟硬件設(shè)計(jì)方案，明確了多總線通信系統(tǒng)和上位機(jī)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)關(guān)系。（2）在確定系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)架構(gòu)基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和選型,對可選的硬件設(shè)計(jì)方案特別是電源及電磁兼容性設(shè)計(jì)等進(jìn)行對比并選擇最優(yōu)方案，采用模塊化設(shè)計(jì)。的思路設(shè)計(jì)了各硬件電路模塊，增強(qiáng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)靈活性。完成了對多總線通信系統(tǒng)主要的電路板，包括總線節(jié)點(diǎn)電路、母板電路及前面板電路的原理圖設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)?；谟布娐菲脚_進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，主要是為各功能模塊設(shè)計(jì)底層驅(qū)動和