手把手教你学51单片机.docx
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1、手把手教你学51单片机之十八RS485通信与Modbus协议 在工业控制、电力通讯、智能仪表等领域,通常情况下是采用串口通信的方式进行数据交换。最初采用的方式是RS232接口,由于工业现场比较复杂,各种电气设备会在环境中产生比较多的 电磁干扰,会导致信号传输错误.除此之外,RS232接口只能实现点对点通信,不具备联网功能, 最大传输距离也只能达到几十米,不能满足远距离通信要求。而RS485则解决了这些问题,数据 信号采用差分传输方式,可以有效的解决共模干扰问题,最大距离可以到1200米,并且允许多 个收发设备接到同一条总线上。随着工业应用通信越来越多,1979年施耐德电气制定了一个用 于工业现
2、场的总线协议Modbus协议,现在工业中使用RS485通信场合很多都采用Modbus协议, 本节课我们要讲解一下RS485通信和Modbus协议。单单使用一块KST-51开发板是不能够进行RS485实验的,应很多同学的要求,把这节课作为扩展课程讲一 下,如果要做本课相关实验,需要自行购买USB转485通信模块。18.1RS485 通信实际上在RS485之前RS232就已经诞生,但是RS232有几处不足的地方:1、接口的信号电平值较高,达到十几V,容易损坏接口电路的芯片,而且和TTL电平不兼容,因此和单片机电 路接起来的话必须加转换电路。2、传输速率有局限,不可以过高,一般到几十Kb/s就到极限
3、了。3、接口使用信号线和GND与其他设备形成共地模式的通信,这种共地模式传输容易产生干扰,并且抗干扰 性能也比较弱。4、传输距离有限,最多只能通信几十米。5、通信的时候只能两点之间进行通信,不能够实现多机联网通信。针对RS232接口的不足,就不断出现了 一些新的接口标准,RS485就是其中之一,他具备以下的特点: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
4、来表示。 逻辑“1”以两线之间的电压差为+(0.26)V表示,逻辑“0”以两线间的电压差为一(0.26)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
5、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 致的异步串行通信协议。但是由于RS485是手把手教你学51单片机之十八RS485通信与Modbus协议 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?RS485类的芯片很多,这节课我们以MAX485为例讲解RS485通信,如图181所示。图181 MAX485硬件接口MAX485是美信(Maxim)推出的一款常用RS485转换器。
6、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。在这里我们还要介绍一下如何使用KST
7、-51单片机开发板进行外围扩展实验。我们的开发板只能把基本的功 能给同学们做出来提供实验练习,但是同学们学习的脚步不应该停留在这个实验板上。如果想进行更多的实 验,就可以通过单片机开发板的扩展接口进行扩展实验。大家可以看到蓝绿色的单片机座周围有32个插针, 这32个插针就是把单片机的32个IO引脚全部都引出来了。在原理图上体现出来的就是我们的J4、J5、J6、 J7这4个器件,如图18-2所示。Pl.lPl_2R JPl.34ENLEDr -BUZZ7泌?23-KXD141112JED1j14151?SCL17P1.01寸41感T4 561 1C11 u-.liaFP1.QT1RO. 0. A
8、DSPl.LTJEJiM.L-ADlPUM.1-AD2PUPO.jADSP1.4P1.5Pl.tfFl.M. AU7Pj.ftRXDP2.7/A15用mmP2.&A14Pj.ITNTCPj.j.INTIP2.4/A12P3.4.TSP2.3JA11P3.5.-T1Pl.liAlO咨辞PJ. 1 A9Pl奖忌PSENEAALEvacXTAL1GKIKTAL21918:STCAM公非朋_1J !非DE_335LB_43+JJDEjS龙21牖国27KsybJ26KeyLnJ25KjSjLlL2+K驾23KeyOiPtl2LKyOit321KeyOii-t41二313&III11.逍更叫C15图182
9、单片机扩展接口这32个IO 口不是所有的IO 口都可以用来对外扩展,其中既作为数据输出,又可以作为数据输入的引脚是 不可以用的,比如P3.2、P3。4、P3.6引脚,这三个引脚是不可用的。比如P3。2这个引脚,如果我们用来 扩展,发送的信号如果和DS18B20的时序吻合,会导致DS18B20拉低引脚,影响通信。除这3个IO 口以外的 其他29个IO 口,都可以使用杜邦线接上插针,扩展出来使用。当然了,如果把当前的IO 口应用于扩展功能 了,板子上的相应的功能就实现不了了,也就是说需要扩展功能和板载功能二选一。在进行RS485实验中,我们通信用的引脚必须是P3。0和P3.1,此外还有一个方向控制
10、引脚,我们使用杜邦 线将其连接到P1.7上去。RS485的另外一端,大家可以使用一个U SB转485模块,用双绞线把开发板和模块 上的A和B分别对应连起来,USB那头插入电脑,然后就可以进行通信了。学习了第13章的实用串口通信的方法和程序后,做这种串口通信的方法就很简单了,基本是一致的.我们使 用实用串口通信的思路,做了一个简单的程序,通过串口调试助手下发任意个字符,单片机接收到后在末尾 添加“回车+换行”符后再送回,在调试助手上重新显示出来,先把程序贴出来。程序中需要注意的一点是:因为平常都是将485设置为接收状态,只有在发送数据的时候才将485改为发送 状态,所以在UartWrite()函
11、数开头将485方向引脚拉高,函数退出前再拉低.但是这里有一个细节,就是 单片机的发送和接收中断产生的时刻都是在停止位的一半上,也就是说每当停止位传送了一半的时候,RI 或TI就已经置位并且马上进入中断(如果中断使能的话)函数了,接收的时候自然不会存在问题,但发送的 时候就不一样了:当紧接这向SBUF写入一个字节数据时,UART硬件会在完成上一个停止位的发送后,再开始 新字节的发送,但如果此时不是继续发送下一个字节,而是已经发送完毕了,要停止发送并将485方向引脚 拉低以使485重新处于接收状态时就有问题了,因为这时候最后的这个停止位实际只发送了一半,还没有完 全完成,所以就有7UartWrit
12、e()函数内DelayX10us(5)这个操作,这是人为的增加了延时50us,这50us 的时间正好让剩下的一半停止位完成,那么这个时间自然就是由通信波特率决定的了,为波特率周期的一半。 /大*大大大大*大大*RS485.c文件程序源代码大*大大大大大*大*大大*大大*大大大 /# include reg52.h#include cntRxd) /读取长度大于接收到的数据长度时,len二cntRxd; /读取长度设置为实际接收到的数据长度for (i=0; i 0)/接收计数器大于零时,监控总线空闲时间if (cntbkp != cntRxd)/接收计数器改变,即刚接收到数据时,清零空闲计时c
13、ntbkp 二 cntRxd;idletmr = 0;elseif (idletmr 30)/接收计数器未改变,即总线空闲时,累积空闲时间idletmr += ms;if (idletmr=30)/空闲时间超过30ms即认为一帧命令接收完毕cmdArrived=1 ; /设置命令到达标志 elsecntbkp = 0;void InterruptUART () interrupt 4 /UART 中断服务函数if (RI)/接收到字节RI=0;/手动清零接收中断标志位if (cntRxd sizeof(bufRxd) /接收缓冲区尚未用完时, bufRxdcntRxd+=SBUF; /保存接收
14、字节,并递增计数器if (TI)/字节发送完毕TI=0;/手动清零发送中断标志位flagOnceTxd=1;/设置单次发送完成标志/大大大大*大大大*大*大*大*大*大大大*main。c文件程序源代码大*大*大*大大*大大大大大*大大大* 大大*/# include unsigned char T0RH = 0;/T0 重载值的高字节unsigned char T0RL = 0;/T0 重载值的低字节void ConfigTimer0(unsigned int ms);extern void ConfigUART(unsigned int baud);extern void UartRxMon
15、itor(unsigned char ms);extern void UartDriver ();void main ()EA=1 ;/开总中断ConfigTimer0(1);/配置 T0 定时 1msConfigUART (9600) ; /配置波特率为 9600while(1)UartDriver ();void ConfigTimer0 (unsigned int ms)/T0 配置函数unsigned long tmp;tmp=11059200 / 12;/定时器计数频率tmp=(tmp * ms) / 1000;/计算所需的计数值tmp=65536 一 tmp;/计算定时器重载值tm
16、p=tmp + 34;/修正中断响应延时造成的误差T0RH=(unsigned char) (tmp 8) ;/定时器重载值拆分为高低字节T0RL = (unsigned char)tmp;TMOD &= 0xF0;/清零T0的控制位TMOD | = 0x01;/配置 T0 为模式 1TH0二T0RH;/加载T0重载值TL0 二 T0RL;ET0=1 ;/使能T0中断TR0 = 1 ;/启动 T0 void InterruptTimer0 () interrupt 1/T0 中断服务函数TH0二T0RH; /定时器重新加载重载值TL0 二 T0RL;UartRxMonitor (1);/串口接
17、收监控现在看这种串口程序,是不是感觉很简单了呢?串口通信程序我们反反复复的使用,加上随着我们学 习的模块越来越多,实践的越来越多,原先感觉很复杂的东西,现在就会感到简单了.我们的下载程序模块 用的是COM4,而USB转485虚拟的是COM5,通信的时候我们用的是COM5 口,如图183所示。回 25 才.STE”也咤1扣心6:右:1就信协甲:,Vrii:4.ED出商Op-tfi Jile /和耳宝汗凌怦电BB内申用GZHUJiMjDraMim- F Tl?TSff1fiTiii:4_ P tTH件祈由照冲% HFW 部|ri+ 1 ya Jri-Kt co fm-i:. Hu zlH拜时. t
18、x* o_3 *袖血辛推褊m传?ET*1 i qft. Ct1 oab ffl at珅市日惆科况 工|勰成厄割挑非7|保业佼囱厂十六涅-H!亍有同格曲宗-SUjb IPl迥菟wj fttwi*uaHi* * Ir ID 电 M ,七J 号 lenEW-FtDvD/CD-ROAfl =I:H7 IOE TATAFI EH女 Juiga* Lenown Sewc?-Engine1 咬 TfiOta*G EflrauiYriniE tlYlilJDHCW* Tpr-jsEnstrirneriis XDS56O JTiij EmulaiDr口的.0Daasdi -y w ICDIIK LPnr7 UK
19、-SERIAL CHM iCOMi日 UL-ERIAL CH汕 印l # Ltffift 31r- 0皿.虹心E.明. n.i ulm疔三 做旁js* 19S KU Tm消彩匕理弋TT 尸 IF STrrEjnirr宙 cccc :if:m趴口料步*4 i&ErCTOET TfiO?-SAL. jifiM J职册走 r林也尸IVrKlEfiEtD广 r*ir 侦 ruL tkifc斌炯n MH= U.TffiTiHflS5a 1 段林常i i-器刊侦BF虬住处剧何习trifwri#广解止讥向 弃怩洋的问粉症注.|下段下其用户应用电袍料独廿疤一井lW r EK(? ID队灼步祁151WT蜥电占下
20、林1说月硕上电W巨寸H边r己FT开方IE-Klitcd l:34.bd IM皿 Il lcd frsSditKdEG::-广fWJSHTftS啊E I 疝罚,E*享吞帽*fe遥skqn iDM 1M-Bk估住jgjgggg |图183 RS485串行通信18o 2 Modbus通信协议介绍我们前边学习UART、I2C、SPI这些通信协议,都是最底层的协议,是“位”级别的协议 而我们在学习13章 实用串口通信程序的时候,我们通过串口发给单片机三条指令让单片机做了三件不同的事情,分别是buzz on”、buzz off、和showstr。随着我们系统复杂性的增加,我们希望可以实现更多的指令。而指令
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