【單片機(jī)RS485不足之處的解決方案】RS232標(biāo)準(zhǔn)是誕生于RS485之前的，但是RS232有幾處不足的地方：接口的信號(hào)電平值較高，達(dá)到十幾V，使用不當(dāng)容易損壞接口芯片，電平標(biāo)準(zhǔn)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(hào)線和GND與其它設(shè)備形成共地模式的通信，這種共地模式傳輸容易產(chǎn)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(shí)候只能兩點(diǎn)之間進(jìn)行通信，不能夠?qū)崿F(xiàn)多機(jī)聯(lián)網(wǎng)通信。

針對(duì)RS232接口的不足，就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標(biāo)準(zhǔn)，RS485就是其中之一，它具備以下的特點(diǎn)：

采用差分信號(hào)。我們?cè)谥vA/D的時(shí)候，講過差分信號(hào)輸入的概念，同時(shí)也介紹了差分輸入的好處，最大的優(yōu)勢(shì)是可以抑制共模干擾。尤其當(dāng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較復(fù)雜，干擾比較多時(shí)，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(dá)到10Mb/s以上。

RS485內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)，采用的是平衡驅(qū)動(dòng)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(yuǎn)可以達(dá)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100Kb/s以下的傳輸速度，才能達(dá)到最大的通信距離，如果需要傳輸更遠(yuǎn)距離可以使用中繼。

可以在總線上進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信，總線上允許掛多個(gè)收發(fā)器，從現(xiàn)有的RS485芯片來看，有可以掛32、64、128、256等不同個(gè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)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(gè)RS485轉(zhuǎn)換器，就可以直接與單片機(jī)的UART串口連接起來，并且使用完全相同的異步串行通信協(xié)議。但是由于RS485是差分通信，因此接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)是不能同時(shí)進(jìn)行的，也就是說它是一種半雙工通信。那我們?nèi)绾闻袛嗍裁磿r(shí)候發(fā)送，什么時(shí)候接收呢？

RS485轉(zhuǎn)換芯片很多，這節(jié)課我們以典型的MAX485為例講解RS485通信，如圖18-1所示。

圖18-1MAX485硬件接口

MAX485是美信（Maxim）推出的一款常用RS485轉(zhuǎn)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(gè)引腳；1腳和4腳分別接到單片機(jī)的RXD和TXD引腳上，直接使用單片機(jī)UART進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和發(fā)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(qū)動(dòng)器，我們把這兩個(gè)引腳連到一起，平時(shí)不發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，保持這兩個(gè)引腳是低電平，讓MAX485處于接收狀態(tài)，當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，把這個(gè)引腳拉高，發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送完畢后再拉低這個(gè)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(gè)電阻，這個(gè)電阻阻值從100歐到1K都是可以。

在這里我們還要介紹一下如何使用KST-51單片機(jī)開發(fā)板進(jìn)行外圍擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。我們的開發(fā)板只能把基本的功能給同學(xué)們做出來提供實(shí)驗(yàn)練習(xí)，但是同學(xué)們學(xué)習(xí)的腳步不應(yīng)該停留在這個(gè)實(shí)驗(yàn)板上。如果想進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)，就可以通過單片機(jī)開發(fā)板的擴(kuò)展接口進(jìn)行擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。大家可以看到藍(lán)綠色的單片機(jī)座周圍有32個(gè)插針，這32個(gè)插針就是把單片機(jī)的32個(gè)IO引腳全部都引出來了。在原理圖上體現(xiàn)出來的就是J4、J5、J6、J7這4個(gè)器件，如圖18-2所示。

圖18-2單片機(jī)擴(kuò)展接口

這32個(gè)IO口中并不是所有的都可以用來對(duì)外擴(kuò)展，其中既作為數(shù)據(jù)輸出，又可以作為數(shù)據(jù)輸入的引腳是不可以用的，比如P3.2、P3.4、P3.6引腳，這三個(gè)引腳是不可用的。比如P3.2這個(gè)引腳，如果我們用來擴(kuò)展，發(fā)送的信號(hào)如果和DS18B20的時(shí)序吻合，會(huì)導(dǎo)致DS18B20拉低引腳，影響通信。除這3個(gè)IO口以外的其它29個(gè)，都可以使用杜邦線接上插針，擴(kuò)展出來使用。當(dāng)然了，如果把當(dāng)前的IO口應(yīng)用于擴(kuò)展功能了，板子上的相應(yīng)功能就實(shí)現(xiàn)不了了，也就是說需要擴(kuò)展功能和板載功能之間二選一。

在進(jìn)行RS485實(shí)驗(yàn)中，我們通信用的引腳必須是P3.0和P3.1，此外還有一個(gè)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(gè)USB轉(zhuǎn)RS485模塊，用雙絞線把開發(fā)板和模塊上的A和B分別對(duì)應(yīng)連起來，USB那頭插入電腦，然后就可以進(jìn)行通信了。

學(xué)習(xí)了第13章實(shí)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(shí)用串口通信例程的思路，做了一個(gè)簡單的程序，通過串口調(diào)試助手下發(fā)任意個(gè)字符，單片機(jī)接收到后在末尾添加“回車+換行”符后再送回，在調(diào)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(diǎn)是：因?yàn)槠匠６际菍AX485設(shè)置為接收狀態(tài)，只有在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候才將MAX485改為發(fā)送狀態(tài)，所以在UartWrite（）函數(shù)開頭將MAX485方向引腳拉高，函數(shù)退出前再拉低。但是這里有一個(gè)細(xì)節(jié)，就是單片機(jī)的發(fā)送和接收中斷產(chǎn)生的時(shí)刻都是在停止位的一半上，也就是說每當(dāng)停止位傳送了一半的時(shí)候，RI或TI就已經(jīng)置位并且馬上進(jìn)入中斷（如果中斷使能的話）函數(shù)了，接收的時(shí)候自然不會(huì)存在問題，但發(fā)送的時(shí)候就不一樣了：當(dāng)緊接著向SBUF寫入一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)，UART硬件會(huì)在完成上一個(gè)停止位的發(fā)送后，再開始新字節(jié)的發(fā)送，但如果此時(shí)不是繼續(xù)發(fā)送下一個(gè)字節(jié)，而是已經(jīng)發(fā)送完畢了，要停止發(fā)送并將MAX485方向引腳拉低以使MAX485重新處于接收狀態(tài)時(shí)就有問題了，因?yàn)檫@時(shí)候最后的這個(gè)停止位實(shí)際只發(fā)送了一半，還沒有完全完成，所以就有了UartWrite（）函數(shù)內(nèi)DelayX10us（5）這個(gè)操作，這是人為的增加了50us的延時(shí)，這50us的時(shí)間正好讓剩下的一半停止位完成，那么這個(gè)時(shí)間自然就是由通信波特率決定的了，為波特率周期的一半。

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

#include《reg52.h》

#include《intrins.h》

sbitRS485_DIR=P1^7;//RS485方向選擇引腳

bitflagFrame=0;//幀接收完成標(biāo)志，即接收到一幀新數(shù)據(jù)

bitflagTxd=0;//單字節(jié)發(fā)送完成標(biāo)志，用來替代TXD中斷標(biāo)志位

unsignedcharcntRxd=0;//接收字節(jié)計(jì)數(shù)器

unsignedcharpdatabufRxd［64］;//接收字節(jié)緩沖區(qū)

externvoidUartAction（unsignedchar*buf，unsignedcharlen）;

/*串口配置函數(shù)，baud-通信波特率*/

voidConfigUART（unsignedintbaud）{

RS485_DIR=0;//RS485設(shè)置為接收方向

SCON=0x50;//配置串口為模式1

TMOD&=0x0F;//清零T1的控制位

TMOD|=0x20;//配置T1為模式2

TH1=256-（11059200/12/32）/baud;//計(jì)算T1重載值

TL1=TH1;//初值等于重載值

ET1=0;//禁止T1中斷

ES=1;//使能串口中斷

TR1=1;//啟動(dòng)T1

}

/*軟件延時(shí)函數(shù)，延時(shí)時(shí)間（t*10）us*/

voidDelayX10us（unsignedchart）{

do{

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

_nop_（）;

}while（--t）;

}

/*串口數(shù)據(jù)寫入，即串口發(fā)送函數(shù)，buf-待發(fā)送數(shù)據(jù)的指針，len-指定的發(fā)送長度*/

voidUartWrite（unsignedchar*buf，unsignedcharlen）{

RS485_DIR=1;//RS485設(shè)置為發(fā)送

while（len--）{//循環(huán)發(fā)送所有字節(jié)

flagTxd=0;//清零發(fā)送標(biāo)志

SBUF=*buf++;//發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)

while（！flagTxd）;//等待該字節(jié)發(fā)送完成

}

DelayX10us（5）;//等待最后的停止位完成，延時(shí)時(shí)間由波特率決定

RS485_DIR=0;//RS485設(shè)置為接收

}

/*串口數(shù)據(jù)讀取函數(shù)，buf-接收指針，len-指定的讀取長度，返回值-實(shí)際讀到的長度*/

unsignedcharUartRead（unsignedchar*buf，unsignedcharlen）{

unsignedchari;

//指定讀取長度大于實(shí)際接收到的數(shù)據(jù)長度時(shí)，

//讀取長度設(shè)置為實(shí)際接收到的數(shù)據(jù)長度

if（len》cntRxd）{

len=cntRxd;

}

for（i=0;i《len;i++）{//拷貝接收到的數(shù)據(jù)到接收指針上

*buf++=bufRxd［i］;

}

cntRxd=0;//接收計(jì)數(shù)器清零

returnlen;//返回實(shí)際讀取長度

}

/*串口接收監(jiān)控，由空閑時(shí)間判定幀結(jié)束，需在定時(shí)中斷中調(diào)用，ms-定時(shí)間隔*/

voidUartRxMonitor（unsignedcharms）{

staticunsignedcharcntbkp=0;

staticunsignedcharidletmr=0;

if（cntRxd》0）{//接收計(jì)數(shù)器大于零時(shí)，監(jiān)控總線空閑時(shí)間

if（cntbkp！=cntRxd）{//接收計(jì)數(shù)器改變，即剛接收到數(shù)據(jù)時(shí)，清零空閑計(jì)時(shí)

cntbkp=cntRxd;

idletmr=0;

}else{//接收計(jì)數(shù)器未改變，即總線空閑時(shí)，累積空閑時(shí)間

if（idletmr《30）{//空閑計(jì)時(shí)小于30ms時(shí)，持續(xù)累加

idletmr+=ms;

if（idletmr》=30）{//空閑時(shí)間達(dá)到30ms時(shí)，即判定為一幀接收完畢

flagFrame=1;//設(shè)置幀接收完成標(biāo)志

}

}

}

}else{

cntbkp=0;

}

}

/*串口驅(qū)動(dòng)函數(shù)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)幀的接收，調(diào)度功能函數(shù)，需在主循環(huán)中調(diào)用*/

voidUartDriver（）{

unsignedcharlen;

unsignedcharpdatabuf［40］;

if（flagFrame）{//有命令到達(dá)時(shí)，讀取處理該命令

flagFrame=0;

len=UartRead（buf，sizeof（buf）-2）;//將接收到的命令讀取到緩沖區(qū)中

UartAction（buf，len）;//傳遞數(shù)據(jù)幀，調(diào)用動(dòng)作執(zhí)行函數(shù)

}

}

/*串口中斷服務(wù)函數(shù)*/

voidInterruptUART（）interrupt4{

if（RI）{//接收到新字節(jié)

RI=0;//清零接收中斷標(biāo)志位

//接收緩沖區(qū)尚未用完時(shí)，保存接收字節(jié)，并遞增計(jì)數(shù)器

if（cntRxd《sizeof（bufRxd））{

bufRxd［cntRxd++］=SBUF;

}

}

if（TI）{//字節(jié)發(fā)送完畢

TI=0;//清零發(fā)送中斷標(biāo)志位

flagTxd=1;//設(shè)置字節(jié)發(fā)送完成標(biāo)志

}

}

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

#include《reg52.h》

unsignedcharT0RH=0;//T0重載值的高字節(jié)

unsignedcharT0RL=0;//T0重載值的低字節(jié)

voidConfigTimer0（unsignedintms）;

externvoidUartDriver（）;

externvoidConfigUART（unsignedintbaud）;

externvoidUartRxMonitor（unsignedcharms）;

externvoidUartWrite（unsignedchar*buf，unsignedcharlen）;

voidmain（）{

EA=1;//開總中斷

ConfigTimer0（1）;//配置T0定時(shí)1ms

ConfigUART（9600）;//配置波特率為9600

while（1）{

UartDriver（）;//調(diào)用串口驅(qū)動(dòng)

}

}

/*串口動(dòng)作函數(shù)，根據(jù)接收到的命令幀執(zhí)行響應(yīng)的動(dòng)作

buf-接收到的命令幀指針，len-命令幀長度*/

voidUartAction（unsignedchar*buf，unsignedcharlen）{

//在接收到的數(shù)據(jù)幀后添加換車換行符后發(fā)回

buf［len++］=‘’;

buf［len++］=‘’;

UartWrite（buf，len）;

}

/*配置并啟動(dòng)T0，ms-T0定時(shí)時(shí)間*/

voidConfigTimer0（unsignedintms）{

unsignedlongtmp;//臨時(shí)變量

tmp=11059200/12;//定時(shí)器計(jì)數(shù)頻率

tmp=（tmp*ms）/1000;//計(jì)算所需的計(jì)數(shù)值

tmp=65536-tmp;//計(jì)算定時(shí)器重載值

tmp=tmp+33;//補(bǔ)償中斷響應(yīng)延時(shí)造成的誤差

T0RH=（unsignedchar）（tmp》》8）;//定時(shí)器重載值拆分為高低字節(jié)

T0RL=（unsignedchar）tmp;

TMOD&=0xF0;//清零T0的控制位

TMOD|=0x01;//配置T0為模式1

TH0=T0RH;//加載T0重載值

TL0=T0RL;

ET0=1;//使能T0中斷

TR0=1;//啟動(dòng)T0

}

/*T0中斷服務(wù)函數(shù)，執(zhí)行串口接收監(jiān)控*/

voidInterruptTimer0（）interrupt1{

TH0=T0RH;//重新加載重載值

TL0=T0RL;

UartRxMonitor（1）;//串口接收監(jiān)控

}

現(xiàn)在看這種串口程序，是不是感覺很簡單了呢？串口通信程序我們反反復(fù)復(fù)的使用，加上隨著學(xué)習(xí)的模塊越來越多，實(shí)踐的越來越多，原先感覺很復(fù)雜的東西，現(xiàn)在就會(huì)感到簡單了。從設(shè)備管理器里可以查看所有的COM口號(hào)，我們下載程序用的是COM4，而USB轉(zhuǎn)RS485虛擬的是COM5，通信的時(shí)候我們用的是COM5口，如圖18-3所示。