基于RS485总线的多机通信系统设计.docx

2.2RS-485
RS－485标准接口是单片机系统种常用的一种串行总线之一。RS-485通信方式RS-485标准是由EIA(电子工业协会)和TIA(通讯工业协会)共同制订和开发的。RS-485作为一种多点差分数据传输的电气规范,已成为业界最广泛应用的标准通信接口之一。理论上,RS-485标准最多接入32个设备(受芯片驱动能力的影响),可以工作在半双工或全双工模式下,最大传输距离约为1219米,最大传输速率约为10Mbps[1]。然而通常RS-485网络采用平衡双绞线作为传输媒体,平衡双绞线的长度与传输速率成反比,只有在20Kbps的传输速率下,才可能达到最大传输距离。一般15米长的双绞线最大传输速率仅为1Mbps。不过对于速率要求不是很高的控制系统来说已经足够了。
RS-485采用平衡发送和差分接收方式来实现通信：在发送端TXD将串行口的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12m，而用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实现了多点互连，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。
2.3多机通信原理
在多机通信中，每台从机均分配有一个从机地址，主机与从机之间进行串行通信时，通常是主机先呼叫某从机地址，唤醒被叫从机后，主、从两机之间进行数据交换。而未被呼叫的从机则继续进行各自的工作。可是，如果在主机与某被呼叫从机进行数据交换过程中，其他从机如果不采取相应的数据识别技术，则这些从机就会因为串行通信线上有数据传输而时时被打断，影响正常的工作。利用单片机的串口工作方式2、方式3可以很好解决上述问题。在多机通信过程中，从机首先要解决的是如何识别主机发送的是地址信息还是数据信息。当发送的是地址信息时，各从机都响应串口中断，接收主机下发的一帧地址数据。而当主机发送数据帧时，无关从机可不响应串口中断。解决的方法是：当主机发送一帧地址信息时，应保持这帧数据的第9位为1(即TB8=1)。从机按照工作方式2或工作方式3运行时，将串口寄存器SCON中的控制位SM2置为1，当所接收的一帧数据的第9位为1，所有从机都产生串口中断，接收这一帧地址数据并与各自的从机地址进行比较，以判断主机是否要与本机通信。接收到的地址数据与从机地址相等达到为被呼叫从机，该从机将串口控制寄存器SCON中的控制位SM2清为0，去接收主机发送来的数据帧（数据帧的第9位为0），此时不管接收到的第9位数据是否为1或0，都要产生串口中断，这就保证了主机与被呼叫从机间的正常数据通信。数据通信结束后，该从机又重新将串行口控制寄存器SCON中的控制位SM2置为1，为下一次与主机进行通信做好准备。其他从机则一直在SM2=1下继续自己的工作，不会因为主、从机之间的数据通信而被打断。
多机通信的实现，主要靠主、从机正确地设置与判断多机通信控制位SM2和发送或接收的第9位数据（TB8或RB8）。当主机给从机发送信息时，要根据发送信息的性质来设置TB8，发送地址信号时，设置TB8=1；发送数据或命令时，设置TB8=0。当从机的SM2为1时，该从机只接收地址帧（RB8位为1），对数据帧（RB8位为0）将不予理睬。而当SM2为0时，该从机接收所有发送来的信息。多机通信过程如下：
使所有从机的SM2置1，处于只接收地址帧的状态（即从机复位）；
主机发送一地址帧信息，其中包含8位地址，第9位为地址、数据标志位，第9位置1表示发送的是地址；
从机接收到地址帧后，各自中断CPU，把接收到的地址与本地址作比较；
地址相符的从机，使SM2清零以接收主机随后发来的所有信息，对于地址不相符的从机，仍保持SM2=1状态，对主机随后发送的数据不予理睬，直到主机发送来新的地址帧；
主机发送数据或控制信息给被寻址的从机；
被寻址的从机，因SM2=0，可以接收主机发送过来的所有数据，当从机接收数据结束时，置位SM2，返回接收地址帧状态（复位状态）；
当主机改为与另外从机联系时，可再发地址帧寻址其从机，而先前被寻址过的从机恢复SM2=1。
第4章系统问题及其解决
4.1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