单片机RS485通信接口、控制线、原理图及程序实例

1. 接口的信号电平值较高，达到十几 V，使用不当容易损坏接口芯片，电平标准也与TTL 电平不兼容。
2. 传输速率有局限，不可以过高，一般到一两百千比特每秒(Kb/s)就到极限了。
3. 接口使用信号线和 GND 与其它设备形成共地模式的通信，这种共地模式传输容易产生干扰，并且抗干扰性能也比较弱。
4. 传输距离有限，最多只能通信几十米。
5. 通信的时候只能两点之间进行通信，不能够实现多机联网通信。

1. 采用差分信号。我们在讲 A/D 的时候，讲过差分信号输入的概念，同时也介绍了差分输入的好处，最大的优势是可以抑制共模干扰。尤其当工业现场环境比较复杂，干扰比较多时，采用差分方式可以有效的提高通信可靠性。RS485 采用两根通信线，通常用 A 和 B 或者 D+和 D-来表示。逻辑“1”以两线之间的电压差为+(0.2~6)V 表示，逻辑“0”以两线间的电压差为-(0.2~6)V 来表示，是一种典型的差分通信。
2. RS485 通信速率快，最大传输速度可以达到 10Mb/s 以上。
3. RS485 内部的物理结构，采用的是平衡驱动器和差分接收器的组合，抗干扰能力也大大增加。
4. 传输距离最远可以达到 1200 米左右，但是它的传输速率和传输距离是成反比的，只有在 100Kb/s 以下的传输速度，才能达到最大的通信距离，如果需要传输更远距离可以使用中继。
5. 可以在总线上进行联网实现多机通信，总线上允许挂多个收发器，从现有的 RS485芯片来看，有可以挂 32、64、128、256 等不同个设备的驱动器。
6. RS485 的接口非常简单，与 RS232 所使用的 MAX232 是类似的，只需要一个 RS485转换器，就可以直接与单片机的 UART 串口连接起来，并且使用完全相同的异步串行通信协议。但是由于 RS485 是差分通信，因此接收数据和发送数据是不能同时进行的，也就是说它是一种半双工通信。那我们如何判断什么时候发送，什么时候接收呢？

图 18-1  MAX485 硬件接口

图 18-2  单片机扩展接口

/****************************RS485.c 文件程序源代码*****************************/

#include <reg52.h>
#include <intrins.h>

sbit RS485_DIR = P1^7; //RS485 方向选择引脚
bit flagFrame = 0; //帧接收完成标志，即接收到一帧新数据
bit flagTxd = 0; //单字节发送完成标志，用来替代 TXD 中断标志位
unsigned char cntRxd = 0; //接收字节计数器
unsigned char pdata bufRxd[64]; //接收字节缓冲区

extern void UartAction(unsigned char *buf, unsigned char len);

/* 串口配置函数，baud-通信波特率 */
void ConfigUART(unsigned int baud){
    RS485_DIR = 0; //RS485 设置为接收方向
    SCON = 0x50; //配置串口为模式 1
    TMOD &= 0x0F; //清零 T1 的控制位
    TMOD |= 0x20; //配置 T1 为模式 2
    TH1 = 256 - (11059200/12/32)/baud; //计算 T1 重载值
    TL1 = TH1; //初值等于重载值
    ET1 = 0; //禁止 T1 中断
    ES = 1; //使能串口中断
    TR1 = 1; //启动 T1
}
/* 软件延时函数，延时时间(t*10)us */
void DelayX10us(unsigned char t){
    do {
        _nop_();
        _nop_();
        _nop_();
        _nop_();
        _nop_();
        _nop_();
        _nop_();
        _nop_();
    } while (--t);
}
/* 串口数据写入，即串口发送函数，buf-待发送数据的指针，len-指定的发送长度 */
void UartWrite(unsigned char *buf, unsigned char len){
    RS485_DIR = 1; //RS485 设置为发送
   
    while (len--){ //循环发送所有字节
        flagTxd = 0; //清零发送标志
        SBUF = *buf++; //发送一个字节数据
        while (!flagTxd); //等待该字节发送完成
    }
    DelayX10us(5); //等待最后的停止位完成，延时时间由波特率决定
    RS485_DIR = 0; //RS485 设置为接收
}
/* 串口数据读取函数，buf-接收指针，len-指定的读取长度，返回值-实际读到的长度 */
unsigned char UartRead(unsigned char *buf, unsigned char len){
    unsigned char i;
    //指定读取长度大于实际接收到的数据长度时，
    //读取长度设置为实际接收到的数据长度
    if (len > cntRxd){
        len = cntRxd;
    }
    for (i=0; i<len; i++){ //拷贝接收到的数据到接收指针上
        *buf++ = bufRxd[i];
    }
    cntRxd = 0; //接收计数器清零
    return len; //返回实际读取长度
}
/* 串口接收监控，由空闲时间判定帧结束，需在定时中断中调用，ms-定时间隔 */
void UartRxMonitor(unsigned char ms){
    static unsigned char cntbkp = 0;
    static unsigned char idletmr = 0;
   
    if (cntRxd > 0){ //接收计数器大于零时，监控总线空闲时间
        if (cntbkp != cntRxd){ //接收计数器改变，即刚接收到数据时，清零空闲计时
            cntbkp = cntRxd;
            idletmr = 0;
        }else{ //接收计数器未改变，即总线空闲时，累积空闲时间
            if (idletmr < 30){ //空闲计时小于 30ms 时，持续累加
                idletmr += ms;
                if (idletmr >= 30){ //空闲时间达到 30ms 时，即判定为一帧接收完毕
                    flagFrame = 1; //设置帧接收完成标志
                }
            }
        }
    }else{
        cntbkp = 0;
    }
}
/* 串口驱动函数，监测数据帧的接收，调度功能函数，需在主循环中调用 */
void UartDriver(){
    unsigned char len;
    unsigned char pdata buf[40];
   
    if (flagFrame){ //有命令到达时，读取处理该命令
        flagFrame = 0;
        len = UartRead(buf, sizeof(buf)-2); //将接收到的命令读取到缓冲区中
        UartAction(buf, len); //传递数据帧，调用动作执行函数
    }
}
/* 串口中断服务函数 */
void InterruptUART() interrupt 4{
    if (RI){ //接收到新字节
        RI = 0; //清零接收中断标志位
        //接收缓冲区尚未用完时，保存接收字节，并递增计数器
        if (cntRxd < sizeof(bufRxd)){
            bufRxd[cntRxd++] = SBUF;
        }
    }
    if (TI){ //字节发送完毕
        TI = 0; //清零发送中断标志位
        flagTxd = 1; //设置字节发送完成标志
    }
}

/*****************************main.c 文件程序源代码******************************/

#include <reg52.h>

unsigned char T0RH = 0; //T0 重载值的高字节
unsigned char T0RL = 0; //T0 重载值的低字节

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; //开总中断
    ConfigTimer0(1); //配置 T0 定时 1ms
    ConfigUART(9600); //配置波特率为 9600

    while (1){
        UartDriver(); //调用串口驱动
    }
}
/* 串口动作函数，根据接收到的命令帧执行响应的动作
buf-接收到的命令帧指针，len-命令帧长度 */
void UartAction(unsigned char *buf, unsigned char len){
    //在接收到的数据帧后添加换车换行符后发回
    buf[len++] = '\r';
    buf[len++] = '\n';
    UartWrite(buf, len);
}
/* 配置并启动 T0，ms-T0 定时时间 */
void ConfigTimer0(unsigned int ms){
    unsigned long tmp; //临时变量
    tmp = 11059200 / 12; //定时器计数频率
    tmp = (tmp * ms) / 1000; //计算所需的计数值
    tmp = 65536 - tmp; //计算定时器重载值
    tmp = tmp + 33; //补偿中断响应延时造成的误差
    T0RH = (unsigned char)(tmp>>8); //定时器重载值拆分为高低字节
    T0RL = (unsigned char)tmp;
    TMOD &= 0xF0; //清零 T0 的控制位
    TMOD |= 0x01; //配置 T0 为模式 1
    TH0 = T0RH; //加载 T0 重载值
    TL0 = T0RL;
    ET0 = 1; //使能 T0 中断
    TR0 = 1; //启动 T0
}
/* T0 中断服务函数，执行串口接收监控 */
void InterruptTimer0() interrupt 1{
    TH0 = T0RH; //重新加载重载值
    TL0 = T0RL;
    UartRxMonitor(1); //串口接收监控
}

图 18-3  RS485 通信试验设置和结果