第六讲 单片机之c语言RS485通信
前面我介绍了51单片机的串口通信协议， 其核心是操作单片机的SCON，SBUF和定时器1，通过外部引脚Tx与Rx来实现与外部的数据交换。现在加入我们要实现两个mcu之间的远程通信，显然直接连接他们的Tx与Rx脚是不可行的。因为TTL通信容易受噪声干扰，其次线路过长本身也会有压降，再次信号线与地线之间形成一个电容，我们知道电容两端电压不能突变，因为TTL电平容易变形进而导致传输错误。
RS485通信
因此我们引入一种差分传输接口标准RS485，它具备以下特点。
1、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。尤其工业现场的环境比较复杂，干扰比较多，所以通信如果采用的是差分方式，就可以有效的抑制共模干扰。而RS485就是一种差分通信方式，它的通信线路是两根，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通信速度快，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，但是他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。
RS485的接口非常简单，和RS232所使用的MAX232是类似的，只需要一个RS485转换器，就可以直接和我们单片机的UART串行接口连接起来，并且完全使用的是和UART一致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？MAX485是美信(Maxim)推出的一款常用RS485转换器。其中5脚和8脚是电源引脚，6脚和7脚就是485通信中的A和B两个引脚，而1脚和4脚分别接到我们单片机的RXD和TXD引脚上，直接使用单片机UART进行数据接收和发送。而2脚和3脚就是方向引脚了，其中2脚是低电平使能接收器，3脚是高电平使能输出驱动器。我们把这两个引脚连到一起，平时不发送数据的时候，保持这两个引脚是低电平，让MAX485处于接收状态，当需要发送数据的时候，把这个引脚拉高，发送数据，发送完毕后再拉低这个引脚就可以了。为了提高RS485的抗干扰性能，需要在靠近MAX485的A和B引脚之间并接一个电阻，这个电阻阻值从100欧到1K都可以。
RS485的单工通信协议
好了，现在我们先来用485做一次单向的传递，一块MCU做主机发送一个片上AD读取的数字量给另一块MCU。我们可以定义一个简单的单工通信协议。即主机发送的数据需遵守如下格式：
| 0xAA | adH | adL | adsum |
其中0XAA为包头，表示数据包的开始；adH为AD转换结果的高8位，adL位AD转换结果的低8位，adsum为（adH+adL）%256为校验码。为什么需要校验码？这是因为我们要发送的是一个占两个字节的数ad，而SBUF是一个字节的寄存器，因此一个ad要分两次发。如果发送过程传输中断，正巧只发了高8位，那么下一次再开始发送的时候重新开始，这个高8位便会和另外一个8位组成一个数。因此需要校验，当然这种校验方法是不准确的。好了。直接上代码吧。
RS485主机代码
先看主机的代码。main.c
#include "12864.h"
#include "stc_adc.h"
#include "uart.h"
#include "timer.h"
#include "rs485.h"
void Isr_Init()
{
EA=1;
ES=1;
ET0=1;
}
void main()
{
LCD_Init();
STCADC_Init();
Timer0_Init();
RS485_Init();
Isr_Init();
Show_String(0x80,"RS485 主机");
while(1)
{
ad=Read_StcAdc(5);
RS485_Send();
Show_Number(0x88,ad);
//...
}
}rs485.c
#include"rs485.h"
#include "stc_adc.h"
#include "uart.h"
#include "timer.h"
sbit RT485=P1^0;//MAX485的收发状态控制位
//1:发送 0:接收
void RS485_Init()
{
Uart_Init();
RT485=0; //初始化485为接收状态
}
void RS485_Send() //将当前的数字量发送给从机
{
u8 buf[4],i;
if(ms.ms1<200)
{
return ;
}
buf[0]=0xaa;
buf[1]=ad/256;
buf[2]=ad%256;
buf[3]=(buf[1]+buf[2])%256;
RT485=1; //发送状态
for(i=0;i<4;i++)
{
Send_Byte(buf[i]);
}
RT485=0; //接收状态
ms.ms1=0;
}#ifndef _485_
#define _485_
#include "reg51.h"
#define u8 unsigned char
#define u16 unsigned int
void RS485_Init();
void RS485_Send();
#endifuart.c
#include "uart.h"
void Uart_Init()
{
TMOD=0X20;
SCON=0X50;
TH1=253; //9600bit/s-->11.0592MHZ
TR1=1;
}
void Send_Byte(u8 dat)
{
SBUF=dat;
while(TI==0);
TI=0;
}
void Isr_uart() interrupt 4 //串口中断处理
{
u8 t;
if(RI==1)
{
RI=0;
t=SBUF;
//....
}
}#ifndef _uart_
#define _uart_
#include "reg51.h"
#define u8 unsigned char
#define u16 unsigned int
void Uart_Init();
void Send_Byte(u8 dat);
#endiftimer.c
#include "timer.h"
TMS ms; //
void Timer0_Init() //1ms
{
TMOD|=0X01;
TH0=64614/256;
TL0=64614%256;
TR0=1;
}
void Timer0_Isr() interrupt 1 //t0 1ms
{
TH0=64614/256;
TL0=64614%256;
ms.ms1++;
ms.ms2++;
ms.ms3++;
ms.ms4++;
//...
} #ifndef _TIMER_
#define _TIMER_
#include "reg51.h"
#define u8 unsigned char
#define u16 unsigned int
typedef struct
{
u16 ms1;
u16 ms2;
u16 ms3;
u16 ms4;
//...
}TMS;
extern TMS ms; //
void Timer0_Init();
#endif另外12864和stc-adc的程序和前面一讲是一模一样的，这里就不再给出。
RS485从机代码
main.c
#include "12864.h"
#include "uart.h"
#include "timer.h"
#include "rs485.h"
u16 ad; //当前数字量
void Isr_Init()
{
EA=1;
ES=1;
ET0=1;
}
void main()
{
LCD_Init();
Timer0_Init();
RS485_Init();
Isr_Init();
Show_String(0x80,"RS485 从机");
while(1)
{
Show_Number(0x88,ad);
//...
}
}#include"rs485.h"
#include "uart.h"
#include "timer.h"
u8 Rs485buf[4]; //Rs485接收缓冲区
sbit RT485=P1^0;//MAX485的发送接收状态控制位定义
/*
0XAA ADH ADL SUM%256
*/
void RS485_Init()
{
Uart_Init();
RT485=0; //初始化MAX485为接收状态
}#ifndef _485_
#define _485_
#include "reg51.h"
#define u8 unsigned char
#define u16 unsigned int
void RS485_Init();
#endifuart.c
#include "uart.h"
void Uart_Init()
{
TMOD=0X20;
SCON=0X50;
TH1=253; //9600bit/s-->11.0592MHZ
TR1=1;
}
void Send_Byte(u8 dat)
{
SBUF=dat;
while(TI==0);
TI=0;
}
void Isr_uart() interrupt 4 //串口中断处理
{
u8 t;
static u8 i;
if(RI==1)
{
RI=0;
t=SBUF;
Rs485buf[i++]=t;
if(Rs485buf[0]==0xaa)
{
if(i>=4)
{
if((Rs485buf[1] + Rs485buf[2])%256 == Rs485buf[3])
{
ad=Rs485buf[1]*256+Rs485buf[2];
}
i=0;
}
}
else
{
i=0;
}
}
}uart.h
#ifndef _uart_
#define _uart_
#include "reg51.h"
#define u8 unsigned char
#define u16 unsigned int
extern u8 Rs485buf[4]; //Rs485½ÓÊÕ»º³åÇø
void Uart_Init();
void Send_Byte(u8 dat);
#endifRS485多机通信
如图给出了主从机的框图，图中主机每100ms轮询一个从机。主机发送的寻址命令帧包含：
（1）本次轮询的从机地址
（2）本次轮询该从机的目的
（3）本次轮询该从机的附加信息
（4）本寻址帧的校验信息
从机收到寻址帧后：
（1）校验数据包的正确性
（2）检验数据包中地址部分是否与自己的地址相等
（3）对数据包进行处理
（4）对主机发回响应数据包
主机寻址帧的结构：
从机发回数据包结构：
