RS232標準是誕生于RS485之前的,但是RS232有幾處不足的地方:
接口的信號電平值較高,達到十幾 V,使用不當容易損壞接口芯片,電平標準也與TTL電平不兼容。
傳輸速率有局限,不可以過高,一般到一兩百千比特每秒(Kb/s)就到極限了。
接口使用信號線和 GND 與其它設備形成共地模式的通信,這種共地模式傳輸容易產生干擾,并且抗干擾性能也比較弱。
傳輸距離有限,最多只能通信幾十米。
通信的時候只能兩點之間進行通信,不能夠實現多機聯網通信。
針對 RS232 接口的不足,就不斷出現了一些新的接口標準,RS485 就是其中之一,它具備以下的特點:
采用差分信號。我們在講 A/D 的時候,講過差分信號輸入的概念,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復雜,干擾比較多時,采用差分方式可以有效的提高通信可靠性。RS485 采用兩根通信線,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信。
RS485 通信速率快,最大傳輸速度可以達到 10 Mb/s 以上。
RS485 內部的物理結構,采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 100 Kb/s 以下的傳輸速度,才能達到最大的通信距離,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信,總線上允許掛多個收發器,從現有的 RS485 芯片來看,有可以掛32、64、128、256等不同個設備的驅動器。
RS485 的接口非常簡單,與 RS232 所使用的 MAX232 是類似的,只需要一個 RS485 轉換器,就可以直接與單片機的 UART 串口連接起來,并且使用完全相同的異步串行通信協議。但是由于 RS485 是差分通信,因此接收數據和發送數據是不能同時進行的,也就是說它是一種半雙工通信。那我們如何判斷什么時候發送,什么時候接收呢?
RS485 轉換芯片很多,這節課我們以典型的 MAX485 為例講解 RS485 通信,如圖18-1所示。
圖18-1 MAX485 硬件接口
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 通信中的 A 和 B 兩個引腳;1腳和4腳分別接到單片機的 RXD 和 TXD 引腳上,直接使用單片機 UART 進行數據接收和發送;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,平時不發送數據的時候,保持這兩個引腳是低電平,讓 MAX485 處于接收狀態,當需要發送數據的時候,把這個引腳拉高,發送數據,發送完畢后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 引腳之間并接一個電阻,這個電阻阻值從100歐到 1 K 都是可以。
在這里我們還要介紹一下如何使用 KST-51 單片機開發板進行外圍擴展實驗。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,就可以通過單片機開發板的擴展接口進行擴展實驗。大家可以看到藍綠色的單片機座周圍有32個插針,這32個插針就是把單片機的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 單片機擴展接口
這32個 IO 口中并不是所有的都可以用來對外擴展,其中既作為數據輸出,又可以作為數據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,如果我們用來擴展,發送的信號如果和 DS18B20 的時序吻合,會導致 DS18B20 拉低引腳,影響通信。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 口應用于擴展功能了,板子上的相應功能就實現不了了,也就是說需要擴展功能和板載功能之間二選一。
在進行 RS485 實驗中,我們通信用的引腳必須是 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接到 P1.7 上去。RS485 的另外一端,大家可以使用一個 USB 轉 RS485 模塊,用雙絞線把開發板和模塊上的 A 和 B 分別對應連起來,USB 那頭插入電腦,然后就可以進行通信了。
學習了第13章實用的串口通信方法和程序后,做這種串口通信的方法就很簡單了,基本是一致的。我們使用實用串口通信例程的思路,做了一個簡單的程序,通過串口調試助手下發任意個字符,單片機接收到后在末尾添加“回車+換行”符后再送回,在調試助手上重新顯示出來,先把程序貼出來。
程序中需要注意的一點是:因為平常都是將 MAX485 設置為接收狀態,只有在發送數據的時候才將 MAX485 改為發送狀態,所以在 UartWrite()函數開頭將 MAX485 方向引腳拉高,函數退出前再拉低。但是這里有一個細節,就是單片機的發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 就已經置位并且馬上進入中斷(如果中斷使能的話)函數了,接收的時候自然不會存在問題,但發送的時候就不一樣了:當緊接著向 SBUF 寫入一個字節數據時,UART 硬件會在完成上一個停止位的發送后,再開始新字節的發送,但如果此時不是繼續發送下一個字節,而是已經發送完畢了,要停止發送并將 MAX485 方向引腳拉低以使 MAX485 重新處于接收狀態時就有問題了,因為這時候最后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()函數內 DelayX10us(5)這個操作,這是人為的增加了 50 us 的延時,這 50 us 的時間正好讓剩下的一半停止位完成,那么這個時間自然就是由通信波特率決定的了,為波特率周期的一半。
來源;21ic
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