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; }rs485.h

#ifndef _485_ #define _485_ #include "reg51.h" #define u8 unsigned char #define u16 unsigned int void RS485_Init(); void RS485_Send(); #endif
uart.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; //.... } }uart.h

#ifndef _uart_ #define _uart_ #include "reg51.h" #define u8 unsigned char #define u16 unsigned int void Uart_Init(); void Send_Byte(u8 dat); #endif

timer.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++; //... }timer.h

#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); //... } }rs485.c

#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 }rs485.h

#ifndef _485_ #define _485_ #include "reg51.h" #define u8 unsigned char #define u16 unsigned int void RS485_Init(); #endif
uart.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); #endif另外的12864和timer就不列出了，复制主机里面的代码即可。

RS485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：