基于RS485多機(jī)通信設(shè)計(jì)

1、 課程設(shè)計(jì)報(bào)告課 程 單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用 題 目 基于RS485多機(jī)通信設(shè)計(jì) 院 系 年 級(jí) 專 業(yè) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 設(shè)計(jì)時(shí)間 2011.12 2012.01 一、方案選擇與說明1.1 設(shè)計(jì)方案選擇方案一：基于AT89S52的單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的單片機(jī)多機(jī)通信協(xié)議；系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用總線型；網(wǎng)絡(luò)接口電路采用端口轉(zhuǎn)發(fā)的形式等進(jìn)行單片機(jī)多機(jī)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案二：利用51單片機(jī)自身的串行通信口設(shè)計(jì)基于RS485的多機(jī)通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)2個(gè)通信終端之間互相通信的功能。 經(jīng)過比較：方案一的系統(tǒng)易于擴(kuò)展且提高了穩(wěn)定性能實(shí)現(xiàn)從機(jī)與主機(jī)間的通信，以及從機(jī)與從機(jī)間的通信；方案二通信距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)也可實(shí)現(xiàn)

2、主機(jī)與從機(jī)的通信，雖不能實(shí)現(xiàn)從機(jī)之間的通信但對(duì)于本課題來說已足夠，所以采用方案二。1.2 設(shè)計(jì)方案說明RS-485方式構(gòu)成的多機(jī)通信系統(tǒng)采用主從式結(jié)構(gòu)：主機(jī)控制多個(gè)從機(jī)，作為從機(jī)的單片機(jī)不主動(dòng)發(fā)送命令或數(shù)據(jù)，一切都由主機(jī)單片機(jī)控制；并且在一個(gè)多機(jī)系統(tǒng)中，只有一臺(tái)主機(jī)，各臺(tái)從機(jī)之間不能相互通信，即使有信息交換也必須通過主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)。采用RS-485構(gòu)成的多機(jī)通信系統(tǒng)原理。在總線末端接一個(gè)匹配電阻，吸收總線上的反射信號(hào)，使得正常傳輸信號(hào)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(hào)傳輸時(shí)，總線處于懸浮狀態(tài)，容易受干擾信號(hào)的影響。將總線上的差分信號(hào)的正端A+和負(fù)端B-之間接一個(gè)10K的

3、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(hào)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(hào)，也很難產(chǎn)生串行通信的起始信號(hào)0，從而增加了總線抗干擾的能力。二、結(jié)構(gòu)框圖與工作原理2.1結(jié)構(gòu)圖 圖2-1 結(jié)構(gòu)圖2.2 工作原理多機(jī)通信中,要保證主機(jī)與從機(jī)實(shí)現(xiàn)可靠通信,必須通信接口具有識(shí)別功能，而單片機(jī)的串行口控制寄存器SCON中的SM2就是滿足這一要求而設(shè)置的。在串行口以方式2或方式3工作時(shí)，發(fā)送和接收的每一幀信息都是11位，其中第9數(shù)據(jù)位是可編程位，通過對(duì)SCON的TB8賦1或0，來區(qū)別發(fā)送的是地址幀還是數(shù)據(jù)幀(規(guī)定地址幀的第9位為

4、1，數(shù)據(jù)幀的第9位為0)。若從機(jī)的控制位SM2=1，則當(dāng)接收的是地址幀時(shí)，數(shù)據(jù)裝入SBUF，并置RI=1；若接收的是數(shù)據(jù)幀，則不置RI，信息將拋棄；若SM2=0，則無論是地址幀還是數(shù)據(jù)幀都產(chǎn)生RI=1中斷標(biāo)志,數(shù)據(jù)裝入SBUF。多機(jī)通信過程如下:(1)使所有從機(jī)的SM2位置1，處于只接收地址幀的狀態(tài)。(2)主機(jī)發(fā)送一幀地址信息,其中包含8位地址，第9位為地址、數(shù)據(jù)標(biāo)志位，第9位置1表示發(fā)送的是地址。(3)從機(jī)接收到地址幀后，各自將所接收的地址與本從機(jī)的地址相比較。對(duì)地址相符的從機(jī)，使SM2清0以接收主機(jī)隨后發(fā)來的所有信息；對(duì)于地址不相符合的從機(jī)，仍保持SM2=1 狀態(tài)，對(duì)主機(jī)隨后發(fā)送的數(shù)據(jù)不予

5、理睬。(4)當(dāng)主機(jī)改為與另外從機(jī)聯(lián)系時(shí)，可再發(fā)地址幀尋址其從機(jī)，而先前被尋址過的從機(jī)，恢復(fù)SM2=1。三、硬件設(shè)計(jì)3.1 芯片和單片機(jī)簡(jiǎn)介MAX485芯片簡(jiǎn)介本系統(tǒng)采用MAX485芯片為RS-485總線驅(qū)動(dòng)芯片，MAX485芯片內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器，用于實(shí)現(xiàn)RS-485的半雙工通信。MAX485采用單一電源+5V工作，額定電流為300uA，完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-485電平的功能。MAX485的A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號(hào)端，當(dāng)A引腳的電平高于B時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1；當(dāng)A的電平低于B端時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0，在MAX485的A和B端之間需要連接一個(gè)匹配電阻，一般可選120歐

6、的電阻。AT89C51單片機(jī)80C51單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個(gè)尺寸有限的集成電路芯片上2。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、并行I/O口、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對(duì)各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。（1）微處理器該單片機(jī)中有一個(gè)8位的微處理器，與通用的微處理器基本相同，同樣包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能，不僅可處理數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行位變量的處理。（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片內(nèi)為1

7、28個(gè)字節(jié)，片外最多可外擴(kuò)至64k字節(jié)，用來存儲(chǔ)程序在運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。（3）程序存儲(chǔ)器由于受集成度限制，片內(nèi)只讀存儲(chǔ)器一般容量較小，如果片內(nèi)的只讀存儲(chǔ)器的容量不夠，則需用擴(kuò)展片外的只讀存儲(chǔ)器，片外最多可外擴(kuò)至64k字節(jié)。（4）中斷系統(tǒng)具有5個(gè)中斷源，2級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。（5）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器片內(nèi)有2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器， 具有四種工作方式。（6）串行口1個(gè)全雙工的串行口，具有四種工作方式?？捎脕磉M(jìn)行串行通訊，擴(kuò)展并行I/O口，甚至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣。（7） P1、P2、P3、P4為4個(gè)并

8、行8位I/O。（8）特殊功能寄存器共有21個(gè)，用于對(duì)片內(nèi)的個(gè)功能的部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。實(shí)際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)具有特殊功能的RAM區(qū)。由上可見，80C51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強(qiáng)等特點(diǎn)。特別值得一提的是該單片機(jī)CPU中的位處理器，它實(shí)際上是一個(gè)完整的1位微計(jì)算機(jī)，這個(gè)一位微計(jì)算機(jī)有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。1位機(jī)在開關(guān)決策、邏輯電路仿真、過程控制方面非常有效；而8位機(jī)在數(shù)據(jù)采集，運(yùn)算處理方面有明顯的長(zhǎng)處。MCS-51單片機(jī)中8位機(jī)和1位機(jī)的硬件資源復(fù)合在一起，二者相輔相承，它是單片機(jī)技術(shù)上的一個(gè)突破，這也是MCS-51單片機(jī)在設(shè)計(jì)的精美

9、之處。3.2 80C51管腳圖 圖3-2 80C51管腳圖四、軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 該多機(jī)通信系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，系統(tǒng)采用半雙工主從通信方式，主機(jī)可以讀取從機(jī)的數(shù)據(jù)或?qū)憯?shù)據(jù)到從機(jī)，并將數(shù)據(jù)送終端進(jìn)行顯示；從機(jī)主要負(fù)責(zé)對(duì)分布的電子設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)或控制，用中斷的方式接收主機(jī)發(fā)來的命令并做出回應(yīng)。4.2 通信協(xié)議 信息格式該協(xié)議的信息格式如下： (1)編碼格式；二進(jìn)制代碼。 (2)波特率：9600 bs。 (3)通信方式：半雙工。 (4)每個(gè)字符由u 位組成； 1位：起始位(0)； 8位：數(shù)據(jù)位； 1位：地址數(shù)據(jù)識(shí)別位(1為地址，o為數(shù)據(jù))； l位：停止位(1)。 (5)字符發(fā)送順序；低位

10、在先 (6)幀結(jié)束標(biāo)志：通信線路空閑35 ms以上 (7)幀校驗(yàn)方式：數(shù)據(jù)和(2字節(jié)) (8)主機(jī)詢問的一般格式見圖2：圖2 主機(jī)詢問的一般格式 l從機(jī)地址碼I命令碼l數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)數(shù)據(jù)l校驗(yàn)和從機(jī)地址碼；兩字節(jié)二進(jìn)制數(shù)，后一字節(jié)是前一字節(jié)的反碼。命令碼：一字節(jié)二進(jìn)制數(shù)，O1H代表主機(jī)讀，02H代表主機(jī)寫。數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)：表示主機(jī)要蒺寫的字節(jié)個(gè)數(shù)，一字節(jié)二進(jìn)制數(shù)。校驗(yàn)和：兩字節(jié)二進(jìn)制數(shù)，是將從機(jī)地址碼、命令和數(shù)據(jù)按字節(jié)從頭依次相加，生成兩字節(jié)的校驗(yàn)和。 (9)從機(jī)應(yīng)答的一般格式(如圖3)圖3 從機(jī)應(yīng)答的一般格式圖中信息段的定義同圖2。 定時(shí)與重發(fā) 本通信協(xié)議定時(shí)規(guī)定如下： (1)幀發(fā)送時(shí)限；70 ms超過

11、此時(shí)限結(jié)束發(fā)送。 (2)主機(jī)等待從機(jī)應(yīng)答時(shí)限：7 rlls，超過此時(shí)限，酌情重發(fā)。 (3)主機(jī)重發(fā)次數(shù)：不超過4次，超過后，判通信失敗。 通信過程 一次完整的通信過程分為3個(gè)階段：主機(jī)詢問、從機(jī)應(yīng)答和鏈路釋放。主機(jī)詢問階段，主機(jī)以幀的形式將從機(jī)地址碼、命令、數(shù)據(jù)和校驗(yàn)碼傳送到指定從機(jī)；從機(jī)應(yīng)答階段，從機(jī)解釋接收的命令碼，并組織相應(yīng)幀信息回送到主機(jī)；鏈路釋放階段，從機(jī)清除接收緩沖區(qū)及相關(guān)變量，準(zhǔn)備與主機(jī)下次通信。任何一次完整的通信過程都是由主機(jī)方發(fā)起的，從機(jī)在被主機(jī)尋址前只能處于偵聽狀態(tài)，從機(jī)在接收到地址碼的第2個(gè)字節(jié)后，立即判斷是否尋址自己，如果是繼續(xù)接受下面的數(shù)據(jù)，否則不與理睬。4.3 通信

12、軟件設(shè)計(jì) 從機(jī)通信軟件設(shè)計(jì) 在該系統(tǒng)中，從機(jī)的主要任務(wù)是對(duì)被檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行故障檢測(cè)和故障定位，通信軟件的主要功能是接收主機(jī)的命令并將檢測(cè)的結(jié)果回送主機(jī)。從機(jī)通信軟件由2部分組成：串行中斷服務(wù)程序和定時(shí)器TO中斷服務(wù)程序。串行中斷服務(wù)程序用于接收或發(fā)送數(shù)據(jù)；TO中斷服務(wù)程序用于當(dāng)從機(jī)接收完一幀信息后進(jìn)行解釋并啟動(dòng)通信向主機(jī)應(yīng)答，另外也用于當(dāng)從機(jī)發(fā)送超時(shí)后的一些處理。從機(jī)上電后處于偵聽狀態(tài)，當(dāng)主機(jī)尋址時(shí)，便進(jìn)人中斷服務(wù)程序，其程序流程圖如圖4所示。圖4 申行通信中斷服務(wù)程序流程圖 首先判斷是接收中斷還是發(fā)送中斷，若是接收中斷，則清除RI，同時(shí)啟動(dòng)字符間隔定時(shí)器TO，并置收發(fā)標(biāo)志為收。當(dāng)接收完第2個(gè)字

13、節(jié)后，各從機(jī)立即判斷是否尋址本機(jī)，若是，則置SM2為0，繼續(xù)接收主機(jī)送來的數(shù)據(jù)；若不是，則禁止T0定時(shí)，不在接收后面的數(shù)據(jù)。當(dāng)被尋址從機(jī)接收完一幀信息后，字符間隔定時(shí)器會(huì)產(chǎn)生定時(shí)中斷，進(jìn)入TO中斷服務(wù)程序。 圖5是TO中斷服務(wù)程序流程圖。圖5 TO中斷服務(wù)程序流程圖進(jìn)入TO中斷服務(wù)程序后，首先清除TO中斷請(qǐng)求標(biāo)志，停止TO定時(shí)器，接著判斷是接收完成還是發(fā)送超時(shí)，若是接收完成，再判斷校驗(yàn)和是否正確，若正確，對(duì)接收的命令進(jìn)行解釋，看是主機(jī)讀還是主機(jī)寫操作，若是主機(jī)讀，則將數(shù)據(jù)打包，送到專門用于通信的數(shù)組，接著，禁止接收，置本機(jī)為應(yīng)答工作方式，最后啟動(dòng)發(fā)送，發(fā)送第一個(gè)字節(jié)，同時(shí)啟動(dòng)發(fā)送時(shí)限定時(shí)器TO

14、。當(dāng)一個(gè)字節(jié)發(fā)送完后，便進(jìn)入通信中斷服務(wù)程序，繼續(xù)發(fā)送余下數(shù)據(jù)。如果在上邊判校驗(yàn)和時(shí)，發(fā)現(xiàn)不正確，則置SM2為1，恢復(fù)本機(jī)的偵聽狀態(tài)，以便接收主機(jī)的重發(fā)信息。 主機(jī)通信軟件設(shè)計(jì)該系統(tǒng)主機(jī)的主要任務(wù)是循環(huán)讀取從機(jī)的檢測(cè)結(jié)果，并送終端顯示，其通信軟件由3部分組成：主程序中負(fù)責(zé)尋址從機(jī)的尋址模塊、通信中斷服務(wù)程序和TO中斷服務(wù)程序。尋址模塊程序流程圖見圖6。圖6 尋址模塊程序流程圖對(duì)從機(jī)尋址是按照從機(jī)的編號(hào)順序進(jìn)行的，即從1號(hào)從機(jī)開始，主機(jī)發(fā)送該從機(jī)信息幀的第1個(gè)字節(jié)啟動(dòng)尋址，同時(shí)啟動(dòng)發(fā)送超時(shí)定時(shí)器TO，然后檢測(cè)通信結(jié)束標(biāo)志當(dāng)主機(jī)成功的接收到該從機(jī)的應(yīng)答信息后，便會(huì)置位該標(biāo)志，完成與該從機(jī)的通信。接

15、下來，尋址下一從機(jī)，直到所有從機(jī)都被尋址。最后，主機(jī)完成其它功能后，又從1號(hào)從機(jī)開始下一循環(huán)的尋址。通信中斷服務(wù)程序和TO中斷服務(wù)程的設(shè)計(jì)方法與從機(jī)的大同小異，在此不再介紹。五、結(jié)果調(diào)試5.1電路5.2實(shí)物連接六、使用說明七、總結(jié)與體會(huì)歷時(shí)幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)告一段落。經(jīng)過自己不斷的搜索努力以及XXX老師的耐心指導(dǎo)和熱情幫助，本設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成。在這段時(shí)間里，劉老師為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)，劉老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和熱忱的工作作風(fēng)令我十分欽佩，他不僅授我以文，而且教我做人，他的指導(dǎo)使我受益非淺。對(duì)劉老師的感激之情是無法用言語表達(dá)的。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我深刻地認(rèn)識(shí)到學(xué)好

16、專業(yè)知識(shí)的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，并且檢驗(yàn)了大學(xué)三年的學(xué)習(xí)成果。雖然在這次設(shè)計(jì)中對(duì)于知識(shí)的運(yùn)用和銜接還不夠熟練。但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。這幾個(gè)月的設(shè)計(jì)是對(duì)過去所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。由于個(gè)人自身水平有限，設(shè)計(jì)中一定存在很多不足之處，敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正，我也會(huì)努力改進(jìn)取得進(jìn)步！八、參考文獻(xiàn)1、馬忠梅等 單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì) 北京航空航天大學(xué)出版社 1998 2、何立民 AVR單片機(jī)原理與接口技術(shù) 北京航空航天大學(xué)出版社 2002 3、MAX485數(shù)據(jù)手冊(cè)4、XXX主編，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)(匯編語言)附 錄 主機(jī)程序清單

17、如下：#include#include#includeunsigned char cort=0;sbit P3_5=P35;/*按鍵掃描子程序*/key_serial() interrupt 0 using 1 +cort;/*發(fā)送子程序*/void master(void)if(cort=1)SBUF=0x01;while(TI!=1);TI=0;P3_5=0;SM2=0;while(RI!=1);RI=0;P2=SBUF;SM2=1;P3_5=1;if(cort=2) SBUF=0x02;while(TI!=1);TI=0;SM2=0;P3_5=0;while(RI!=1);RI=0;P2

18、=SBUF;SM2=1;P3_5=1;if(cort=3)cort=1;SM2=1;/*主程序*/void main(void)P2=0xff;TMOD=0x20;TL1=0xfd;TH1=0xfd;PCON=0x00;TR1=1;SCON=0xf8;EA=1;EX0=1;IT0=1;P3_5=1;while(1) master();/發(fā)送從機(jī)1程序清單如下：#include#include#includeunsigned char serial_receiver;sbit P3_5=P35;/*串行口中斷子程序*/void serial (void) interrupt 4 using 1 ES=0;RI=0;if(SBUF=0x01) P3_5=1;SM2=0;P1=0x10;SBUF=0x10;while(TI!=1);TI=0;SM2=1;ES=1;P3_5=0;/*主程序*/void main(void) P1=0x00; TMOD=0x20; TL1=0xfd; TH1=0xfd; PCON=0x00; TR1=1; SCON=0xf0; EA=1; ES=1; P3_5=0; while(1) _nop_(); 從機(jī)2程序清單如下：#include#include#includeunsigned char seri