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基于485总线的PC机与多片单片机的通信毕业设计说明书.doc46页
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武汉工程大学邮电与信息工程学院
毕业设计( 论 文 )说明书
论文题目 PC机与多台单片机之间的串行通信
摘 要…………………………………………………………………………………Ⅱ
Abstract ……………………………………………………………………………Ⅲ
第一章绪论 ………………………………………………………………………1
第二章课题实施方案 ……………………………………………………………2
第三章硬件电路设计 ……………………………………………………………5
80C51单片机结构及其串行通信原理 ………………………………………5
串行接口及其差分转换电路…………………………………………………17
Protel DXP 2004原理图设计………………………………………………20
第四章软件电路设计 …………………………………………………………29
系统的通信协议
……………………………………………………………29
C51编程实现PC机与单片机之间的串行通信
…………………………29
Windows集成开发环境uVision2
………………………………………33
………………………………………………………………………………39
………………………………………………………………………………41
参考文献 ………………………………………………………………………42
本文详细介绍了基于RS-485总线的PC机与多台单片机间的串行通信原理、实现方法和相应的通信硬件、软件设计。该设计是由PC机与单片机组成的主从控制系统,其中PC机做为上位机对下位单片机是实现控制和监视功能。它包括通信和控制两个功能模块。单片机作为下位机在整个系统
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R​S8应​用​。​多​路​系​统​复​用
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基于AT89S52单片机的具有RS-485通信功能的8路温度检测仪软件设计.doc53页
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温度是工业生产和自动控制中最常见的工艺参数之一,生产过程需要对温度进行检测和控制 。为了满足对温度采集和测量要求,实现对各个支路温度的检测,本系统就是采用了AT89S52为主控的8路温度检测的系统。
该系统可以实现多个点的温度检测和数值显示并且具有RS-485通信功能。该系统包括的模块主要有温度的采集,单片机的控制,AD转换,温度值的显示,RS-485通信。它主要使用的是热敏电阻Pt100温度传感器实现温度检测,并通过AD转换对采集到的数值进行转换,随后将温度显示在液晶屏上,并对温度设置上下阈值来实现温度报警功能。
论文首先简单介绍了该系统的基本原理及整体结构,接着分硬件、软件两部分对整个系统进行阐述,其中软件部分详细描述。最后是系统的调试与分析,对系统的功能进行了验证。
关键词:AT89S52,RS-485,
AD转换,PT100温度传感器
Temperature is one of the most common parameters in industrial production and automatic control of technological, there is the need of the detection and control in the productive process. In order to meet the requirement of temperature acquisition and measurement to detect eight-channel`s temperature, so we will design a simply temperature detection system which focus on the AT89S52.
This system can detect the temperature, display the values of number with RS-485 communication function. This system includes the collection of temperature, the control of the single chip microcomputer, AD conversion, display the temperature value and RS-485 communication. It detect temperature and transfer the temperature which is mainly use a PT100 temperature sensor. Then display the temperature on the Liquid Crystal Display. And set up the top and the bottom temperature value. If the temperature doesn`t reach the range of the top and bottom
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&>&&>&单片机RS485多机通讯技术
单片机RS485多机通讯技术
黼中国科技信息：。∞年第，，期ｃＨ．ＮＡ
姜地海军航空工程学院２６４００１
本文介绍一种利用单片机本身所提供的串行通讯口，采用自定义串行通信协议，加上总线驱动器如ＭＡＸ４８５等组合成简单的Ｒｓ一４８５通讯网络，完成单片机间的多机通讯。
ｓｃ．。№。Ａ№硅口№。。ＧＹ，ｋ。。ＭＡＴ．。Ｎ＆，．。。。６
ＲＳ－４８５多机通讯技术
并且在一个多机通信系统中，只有一台单机作为主机，各台从机之间不能相互通讯，即使有信息交换也必须通过主机转发。采用ＲＳ一４８５构成的多机通讯原理框图，如图２所示。
在由单片机构成的多机串行通信系统中，一般采用主从式结构：从机不主动发送命令或数据，一切都由主机控制。
ＭＡＸ４８５逻辑关系
关引脚的逻辑关系如表ｌ所示。其中“Ｘ”表示未定义；“Ｈ”表示高电平；“Ｌ”表示低电平；“ｚ”表示高阻。
３、ＲＳ－４８５方式构成的多机通信原理
单片机；串行通讯Ｉ：２；Ｒｓ一４８５总线；通讯
ＤＥＨＨＬ
ＲＳ一４８５采用平衡发送和差分接收方式来实现通信：在发送端ＴＸＤ将串行Ｉ：１的ＴＴＬ电平信号转换成差分信号Ａ、Ｂ两路输出，经传输后在接收端将差分信号还原成ＴＴＬ电平信号。两条传输线通常使用双绞线，又是差分传输，因此有极强的抗共模干扰的能力，接收灵敏度也相当高。同时，最大传输速率和最大传输距离也大大提高。如果以１０Ｋｂｐｓ速率传输数据时传输距离可达１
Ｂ矗ＧＮＱ
ＤＥＬＬＬ
Ｒ０ＨＬＺ
》＋０。２ｖ《．０．２Ｖ
图１ＭＡＸ４８５芯片
１００Ｋｂｐｓ时传输距离可达１．２ｋｍ。如果降低波特率，传输距离还可进一步提高。另外ＲＳ
４８５实现了多点互联，最多可达
２５６台驱动器和２５６台接收器，非常便于多器件的连接。不仅可以实现半双工通信，而且可以实现全双工通信。
２、总线驱动器芯片ＭＡＸ４８５
常用的ＲＳ一４
５总线驱动芯片有
ＭＡＸ４８５、ＭＡＸ３０８０、ＭＡＸ３０８８、ＳＮ７５ｌ７６，ＭＡＸ４８５、ＭＡＸ３０８０、
ＭＡＸ３０８８芯片都有一个发送器和一个接收器，非常适合作为ＲＳ－４８５总线驱动芯片，其中ＭＡＸ３０８０、ＭＡＸ３０８８可以在一条通讯线上连接２５６只，ＭＡＸ３０８８达到１０Ｍｂｐｓ的通讯速率，下面以ＭＡＸ４８５为例进行讨论。
ＭＡＸ４８５引脚分布如图１所示，其相
耩Ｎ１４８５
图２采用ＲＳ－４８５构成的多机通讯原理框图
在总线末端接一个匹配电阻，吸收总线上的反射信号，保证正常传输信号干净、无毛刺。匹配电阻的取值应该与总线的特性阻抗相当。
当总线上没有信号传输时，总线处于悬浮状态，容易受干扰信号的影响。将总线上差分信号的正端Ａ＋和＋５Ｖ电源间接一个１０Ｋ的电阻；正端Ａ＋和负端Ｂ间接一个１０Ｋ的电阻；负端Ｂ一和间接一个１０Ｋ的电阻，形成一个电阻网络。当总线上没有信号传输时，正端Ａ＋电平大约为３．２Ｖ，负端Ｂ一的电平大约为１．６Ｖ，即使有干扰信号，却很难产生串行通信的起始信号０，从而增加了总线抗干扰的能力。
ＭＡＸ４８５芯片的发送和接收功能转换是由芯片的ＲＥ＋，ＤＥ端控制的。ＲＥ一，ＤＥ＝１，ＭＡＸ４８５发送状态；ＲＥ一０，ＤＥ－０时，ＭＡＸ４８５处于接收状态。一般使用单片机的一根口线连接ＲＥ＋，ＤＥ端。在上电复位时，由于硬件电路稳定需要一定的时间，并且单片机各端口复位后处于高电平状态，这样就会使总线上各个分机处于发送状态，加上上电时各电路的不稳定，可能向总线发送信息。因此，如果用一根口线作发送和接收控制信号，应该将口线反向后接入ＭＡＸ４８５的控制端，使上电时ＭＡＸ４８５处于接收状态。
另外，在主从机软件上也应附加若干处理措施，如：上电时或正式通讯之前，对串行口做几次空操作，清除端ＩＺｌ的非法数据和命令。
２）控制端ＲＥ＋，ＤＥ的信号的有效脉宽应该大于发送或接收一帧信号的宽度。
在全双工通讯过程中，发送和接收信号分别在不同的物理链路上传输，发送端始终为发送端，接收端始终为接收端，不存在发送、接收控制信号切换问题。在Ｒ
号何时为高电平，何时为低电平，一般以单片机的ＴＸＣ（发送完成标记），ＲＸＣ
（接收完成标记）信号作参考。
发送时，检测ＴｘＣ是否建立起来，当ＴＸＣ为高电平后关闭发送功能转为接收功能｝
接收时，检测ＲＸＣ是否建立起来，当ＲＸＣ为高电平后，接收完毕，又可以转为发送。
在理论上虽然行得通，但在实际联调中却出现传输数据时对时错的现象。根据查证有关资料，并借助示波器反复测试，才发现一个值得注意的问题，我们可以查看单片机的时序：
单片机在串行口发送数据时，只要
４．通信规则
由于ＭＡＸ４８５通讯是一种半双工通讯，发送和接收共用同一物理信道。在任意时刻只允许一台单机处于发送状态，因此要求应答的单机必须在侦听到总线上呼叫信号已经发送完毕，并且没有其它单机发出应答信号的情况下，才能应答。半双工通讯对主机和从机的发送和接收时序有严格的要求。如果在时序上配合不好，就会发生总线冲突，使整个系统的通讯瘫痪，无法正常工作。要做
将８位数据位传送完毕，ＴＸＣ标志即建
立，但此时应发送的第九位数据位（若发送地址帧时）和停止位尚未发出。如果在这是关闭发送控制，势必造成发送帧数据不完整。如果单片机多机通讯采用较高的波特率，几条操作指令的延时就可能超过２位（或１位）数据的发送时间，问题或许不会出现。但是如果采用较低波特率，如９６００，发送一位数据需１０４９ｓ左右，单靠几条操作指令的延时远远不够，问题就明显地暴露出来。接收数据时也同样如此，单片机在接收完８个数据位后就建立起ＲＸＣ信号，但此时还未接收到第九位数据位（若接收地址帧时）和停
５半双工通讯中，由于
到总线上的设备在时序上的严格配合，
必须要遵从以下几项原则：
１）复位时，主从机都应该处于接收状
ＭＡＸ４８５的发送和接收都由同一器件完成，并且发送和接收使用同一物理链路，必须对控制信号进行切换。控制信
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止位。所以，接收端必须延时大于２位数据位的时间（１位数据位时问＝１／波特率），再作应答，否则会发生总线冲突。
３）总线上所连接的各单机的发送控制信号在时序上完全隔开。
为了保证发送和接收信号的完整和正确，避免总线上信号的碰撞，对总线的使用权必须进行分配才能避免竞争，连接到总线上的单机，其发送控制信号在时间上要完全隔离。
总之，发送和接收控制信号应该足够宽，以保证完整地接收一帧数据，任意两个单机的发送控制信号在时间上完全分开，避免总线争端。
２。∞年第，，期ｃＨ．ＮＡ
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不宜采用ＭＣＵ引脚直接进行控制，以防止ＭＣＵ上电时对总线的干扰。
（４）总线隔离。ＲＳ－４８５总线为并接式二线制接口，一旦有一只芯片故障就可能将总线“拉死”，因此对其二线口ＶＡ、ＶＢ与总线之间应加以隔离。通常在ＶＡ、ＶＢ与总线之间各串接一只４—１０Ｑ的ＰＴＣ电阻，同时与地之间各跨接５Ｖ的ＴＶＳ二极管，以消除线路浪涌干扰。
（５）合理选用芯片。例如，对外置设备为防止强电磁（雷电）冲击，建议选用防雷击芯片。
（６）失效保护
有关ＲＳ一４８５网络的接地问题很少有资料提及，在设计者中也存在着很多误区，致使通信可靠性降低、接口损坏率较高。一个典型的错误观点就是认为ＲＳ一
４８５通信链路不需要信号地，而只是简单
地用一对双绞线将各个接口的“Ａ”、“Ｂ”端连接起来。这种处理方法在某些情况下也可以工作，但给系统埋下了隐患，主要有以下两方面的问题：
共模干扰问题：的确，ＲＳ一４８５接口采用差分方式传输信号，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但应该注意的是，收发器只有在共模电压不超出一定范围（一７Ｖ至／１２Ｖ）的条件下才能正常工作。当共模电压超出此范围就会影响通信的可靠，直至损坏接口。当发送器Ａ向接收器Ｂ发送数据时，发送器Ａ的输
ＲＳ一４８５标准规定接收器门限为±
２００ｍＶ。这样规定能够提供比较高的噪声抑制能力，但同时也带来了一个问题：当总线电压在±２００ｍＶ中间时接收器输出状态不确定。由于ＵＡＲＴ以一个
５．提高ＲＳ－４８５总线可靠性的几种方法及常见故障处理
在ＭＣＵ之间中长距离通信的诸多方案中，ＲＳ－４８５因硬件设计简单、控制方便、成本低廉等优点广泛应用于工厂自动化、工业控制、小区监控、水利自动报测
触发一次接收动作，所以接出共模电压为ＶＯＳ，由于两个系统具有各
自独立的接地系统，存在着地电位差ＶＧＰＤ。那么，接收器输入端的共模电压就会达到ＶＣＭ＝ＶＯＳ＋ＶＧＰＤ。ＲＳ－４８５标准规定ＶＯＳ≤３Ｖ，但ＶＧＰＤ可能会有很大幅度（十几伏甚至数十伏），并可能伴有强干扰信号，致使接收器共模输入ＶＣＭ超出正常范围，并在信号线上产生干扰电流，轻则影响正常通信，重则损坏接口。
电磁辐射（ＥＭＩ）问题：驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如果没有一个低阻的返回通道（信号地），就会以辐射的形式返回源端，整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。因此，尽管是差分传输，对于ＲＳ－４８５网络来讲，一条低阻的信号地还是必不可少的。一条低阻的信号地将两个接口的工作地连接起来，使共模干扰电压ＶＧＰＤ被短路。这条信号地可以是额外的一对线（非屏蔽双绞线）、或者是屏蔽双绞线的屏蔽层。值得注意的是，这种做法仅对高阻型共模干扰有效，由于干扰源内阻大，短接后不会形成很大的接地环路电流，对于通信不会有很大影响。当共模
收器的不定态可能会使ＵＡＲＴ错误地接收一些数据，导致系统误动作。当总线空闲、开路或短路时都有可能出现两线电压差低于２００ｍＶ的情况，必须采取一定措施避免接收器处于不定态。传统的做法是给总线加偏置，当总线空闲或开路时，利用偏置电阻将总线偏置在一个确定的状态（差分电压≥２００ｍＶ）。但这种方法仍然不能解决总线短路时的问题，为
等领域。但ＲＳ－４８５总线在抗干扰、自适
应、通信效率等方面仍存在缺陷，一些细节的处理不当常会导致通信失败甚至系统瘫痪等故障，因此提高ＲＳ－４８５总线的运行可靠性至关重要。
（１）总线匹配：总线匹配有两种方法，一种是加匹配电阻，位于总线两端的差分端口ＶＡ与ＶＢ之间应跨接１２０（】匹配电阻，以减少由于不匹配而引起的反射、吸收噪声，有效地抑制了噪声干扰。但匹配电阻要消耗较大电流，不适用于功耗限制严格的系统。
另外一种比较省电的匹配方案是ＲＣ匹配，利用一只电容Ｃ隔断直流成分，可以节省大部分功率，但电容Ｃ的取值是个难点，需要在功耗和匹配质量间进行折中。除上述两种外还有一种采用二极管的匹配方案，这种方案虽未实现真正的匹配，但它利用二极管的钳位作用，迅速削弱反射信号达到改善信号质量的目的，节能效果显著。
（２）Ｒ０及ＤＩ端配置上拉电阻。异步通信数据以字节的方式传送，在每一个字节传送之前，先要通过一个低电平起始位实现握手。为防止干扰信号误触发ＲＯ（接收器输出）产生负跳变，使接收端ＭＣＵ进入接收状态，建议ＲＯ外接ｌＯｋＱ上拉电阻。
（３）保证系统上电时的ＲＳ４８５芯片处于接收输入状态。对于收发控制端ＤＥ建议采用ＭＣＵ引脚通过反相器进行控制，
此，有些器件制造商将接收门限移到一
２００ｍＶ／－５０ｍＶ，巧妙地解决了这个问题。例如Ｍａｘｉｍ公司为ＭＡＸ３０８０系列ＲＳ一４８５接口，不但省去了外部偏置电阻，而且解决了总线短路情况下的失效保护问题。
（７）地线与接地
电子系统的接地是一个非常关键而又常常被忽视的问题，接地处理不当经常会导致不能稳定工作甚至危及系统安全。对于ＲＳ－４８５网络来讲也是一样，没有一个合理的接地系统可能会使系统的可靠性大打折扣，尤其是在工作环境比较恶劣的情况下，对于接地的要求更为严格。
图４地电位差导致的共模干扰问题
万方数据　
十扰源内阻较低时，会在接地线上形成较大的环路电流，影响正常通信。笔者认为，可以采取以下三种措施：
Ａ、若干扰源内阻不是非常小，可以考虑在接地线上加限流电阻限制干扰电流。接地电阻的增加可能会使共模电压升高，但只要控制在适当的范围内就不会影响正常通信；
Ｂ、采用浮地技术，隔断接地环路。当共模干扰内阻很小时上述方法已不能奏效，此时可以考虑将引入干扰的节点（例如处于恶劣的下作环境的现场仪表）浮鼍起来（也就是系统的电路地与机壳或大地隔离），这样就隔断了接地环路，不会形成很大的环路电流；
ｃ、采用隔离接口。有些情况下，出十安全或其他方面的考虑，电路地必须与机壳或大地相连，不能悬浮，这时可以采用隔离接口来隔断接地回路，但是仍然应该有一条地线将隔离侧的公共端与其它接口的工作地相连。
（８）瞬态保护
前面提到的接地措施只对低频率的共模干扰有保护作用，对于频率很高的瞬态干扰就无能为力了。因为引线电感的作用，对于高频瞬态干扰来讲，接地线实际等同于开路。这样的瞬态干扰可能会有成百卜千伏的电压，但持续时间很短。在切换大功率感性负载（电机、变压器、继电器等）、闪电等过程中都会产生幅度很高的瞬态干扰，如果不加以适当防护就会损坏接口。对于这种瞬态干扰可以采用隔离或旁路的方法加以防护。
图５ａ所示为隔离保护方案。这种方案实际上将瞬态高压转移到隔离接口中的电隔离层上，由于隔离层的高绝缘电阻，不会产生损害性的浪涌电流，起到保护接口的作用。通常采用高频变压器、光耦等元件实现接口的电气隔离，已有器件厂商将所有这些元件集成在一片Ｉｃ中，使用起来非常简便，如Ｍａｘｉｍ公司的ＭＡＸｌ４８０／ＭＡＸｌ４９０，隔离电压可以到２５００Ｖ。这种方案的优点是可以承受高电压、持续时间较长的瞬态干扰，实现起来也比较容易，缺点是成本较高。
图５：瞬态保护方案图５ｂ所示为旁路保护方案。这种方案利用瞬态抑制元件（如ＴＶＳ、ＭＯＶ、气体放电管等）将危害性的瞬态能量旁路到大地，优点是成本较低，缺点是保护能力有限，只能保护一定能量以内的瞬态干扰，持续时间不
能很长，而月．需要有一条良好的连接大地的通道，实现起来比较困难。实际应用中可以将二者结合起来灵活运用（图５ｃ）。隔离接Ｉ：１对大幅度瞬态干扰进行隔离，而旁路元件保护隔离接口不被过高的瞬态电压击穿。
法，并取得了良好的效果。
｜｜豢雾繁纛簿豢爹鎏萋蕞≥誊霪鬻辫爹；爹黪◇
［１］马忠梅等．单片机的ｃ语言应用程序设
６、结束语
本文着重介绍了用ＲＳ
４８５构成网络
系统，完成单片机间的多机通讯，以及提高通讯可靠性各种措施，笔者任设计单片机ＲＳ４８５通讯系统时也采纳了这些方
计．北京航空航天大学出版社．１
京航空航天大学出版社．２００２
［２］何立民．ＡＶｇ单片机原理与接口技术．北ｆＳ］ＭＡＸＩＭ．ＭＡＸ４８５数据手册．ｈ＇ｔ￥ｐ：／／ｗｗｗ．
ｍａｘｉｍ－－ｉｃ．ｃｏｒｎ．１９９６
图５瞬态保护方案
万方数据　
单片机RS-485多机通讯技术
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
海军航空工程学院,264001
中国科技信息
CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION2006，&&(17)2次
参考文献(3条)
1.马忠梅.籍顺心.张凯 单片机的C语言应用程序设计 19982.何立民 AVR单片机原理与接口技术 20023.MAXIM MAX485数据手册 1996
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介绍了单片计算机系统通过电话网与上位计算机进行通讯的两种方法.该方法使用大规模集成电路,设计简单灵活,能满足各种工控系统的需要,实验证明是切实可行的.
8.学位论文 潘顺成 智能化仓式泵控制系统 2004
目前仓式泵气力输送系统在电力、冶金、矿山、码头、化工等行业获得了广泛的应用,但就其采用的输送控制方式而言主要集中为简单开关控制,仓泵主要工作部件并不能随外界生产条件的变化而调节其工作参数,这样必然会造成输送效率低、容易产生堵管等弊端.如果采用常见控制元件(如DCS)实现仓泵运行的自动调节控制,又必然会使控制系统造价高,而很难被用户所接受.探索一种具有调节控制功能,又具有性能价格比优势的控制技术已经迫在眉睫.该文在广泛调研仓泵实际运行情况和控制要求的基础上,探索了一种具有一定智能调节功能的仓式泵控制系统的设计.文章首先分析了气力输送生产对仓式泵控制器的功能要求,并以满足功能、稳定可靠性为前提,设计了以单片机为基础、采用数字PID控制算法的专用控制系统.课题还以现场经验为基础,在努力提高气力输送系统的能耗比方面进行了大量而有效的工作.针对实际仓泵输送系统配置的多变性,该控制系统可以通过控制键盘的合理使用,改变控制系统大部分控制参数,从而可以提供灵活的控制方式和工艺时序,为控制系统的实际使用提供了方便.为满足用户对数据管理和远程控制的要求,该设计还完成了上位机通过串行通讯口对单片机控制器实行实时监控的研究工作.
9.期刊论文 王宪.朱建鸿.葛洪伟.WANG Xian.ZHU Jian-hong.GE Hong-wei MCS51单片机远程通讯接口的设计 -无锡轻工大学学报)
论述了MCS51单片计算机系统通过串行口与上位计算机进行通讯的方法.该方法使用大规模集成电路,设计简单灵活,能满足各种工控系统的需要,实践证明切实可行.
10.学位论文 冯文新 电能表校验系统的设计 2001
该文主要论述了单相电能表校验系统的基本原理、整套系统单片机软件的设计以及键盘硬件的设计和器件选型.这种校验装置是根据国家有关标准、规程要求而设计的智能化校验装置,可对1.0级及以下交流单相电能表进行校验和检定.设计中着重考虑了低功耗、数据采集、实时显示测量结果、测量准确及用RS-232异步串行通讯口与PC机通讯以随时进行信息管理.实现了校验系统的全智能化处理过程.该装置操作简单、及时采集刷新数据,提高了校验精度及工作效率.在该系统的研制过程中,作者独立完成了整个系统的单片机软件开发与调试工作、键盘部分的硬件设计,经测试该系统具有精度高、稳定性好、操作方便等特点.
引证文献(2条)
1.李智祥.陈瑞 多点温度监控系统的设计[期刊论文]-现代电子技术 2009(3)
2.刘多林 基于单片机控制的新型智能控制系统设计[期刊论文]-微计算机信息 2008(5)
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