基于单片机的多机通信系统

基于单片机的多机通信系统内容摘要：

，当访问外部程序存储器， ALE 会跳过一个脉冲。 如果单片机是 EPROM，在编程其间， 将用于输入编程脉冲。 Pin29: 当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号， PC 的 16位地址数据将出现在 P0 和 P2 口上，外部程序存储器则把指令数据放到 P0 口上，由 CPU读入并执行。 Pin31:EA/Vpp 程序存储器的 内外部选通线， 8051 和 8751 单片机，内置有 4kB的程序存储器，当 EA 为高电平并且程序地址小于 4kb 时，读取内部程序存储器指令数据，而超过 4kB 地址则读取外部指令数据。 如 EA 为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。 显然，对内部无程序存储器的 8031,EA 端必须接地。 RS232 与 RS485 通讯芯片 RS232 接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点： 第一点， 接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与 TTL 电平不兼容故需使用电平转换电路方能与 TTL电路连接。 第二点， 传输速率较低，在异步传输时，波特率为 20Kbps。 第三点， 接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式， 这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性 8 弱。 第四点， 传输距离有限，最大传输距离标准值为 50 英尺，实际上也只能 用在 50 米左右。 针对 RS232 的不足，于是就不断出现了一些新的接口标准， RS485 就是其中之一，它具有以下特点： 第一点， RS485 的电气特性：逻辑 “1”以两线间的电压差为 +（ 2~6） V 表示；逻辑 “0”以两线间的电压差为 （ 2~6） V表示。 接口信号电平 比 RS232C 降低了，就不易损坏接口电路的芯片， 且该电平与 TTL电平兼容，可方便与 TTL 电路连接。 第二点， RS485 的数据最高传输速率为 10Mbps。 第三点， RS485 接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。 第四点， RS485 接口的最大传输距离标准值为 4000 英尺，实际上可达 3000米，另外 RS232C 接口在总线上只允许连接 1 个收发器， 即单站能力。 而 RS485接口在总线上是允许连接多达 128 个收发器。 即具有多站能力 ,这样用户可以利用单一的 RS485 接口方便地建立起设备网络。 综合的来说， 因 RS485 接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。 因为 RS485 接口组成的半双工网络，一般只需二根连线，所以 RS485 接口均采用屏蔽双绞线传输。 RS485 接口连接器采用 DB9 的 9 芯插头座，与智能终端 RS485 接口采用 DB9（孔），与键盘连接的键盘接口 RS485 采用 DB9（针）。 9 3 单片机 RS－ 485多机通讯 简介 编写完程序后即可使用汇编软件对程序进行 编译了，本设计所使用的编译软件是 Keil51，其步骤如下： RS－ 485 串行总线接口标准以差分平衡方式传输信号，具有很强的抗共模干扰的能力，允许一对双绞线上一个发送器驱动多个负载设备。 工业现场控制系统中一般都采用该总线标准进行数据传输，利用单片机本身所提供的简单串行接口，加上总线驱动器如 SN75176 等组合成简单的 RS－ 485 通讯网络。 本文所述的方法已成功地应用于工程项目，一台主机与 60 台从机通讯，通讯波特率达64KBPS。 总线驱动器芯片 SN75176， 常用的 RS－ 485 总线驱动芯片有 SN75174，SN75175， SN75176。 SN75176 芯片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。 SN75176 及其逻辑如图 (31)所示。 图 SN75176 芯片及其逻辑关系 RS－ 485 方式构成的多机通信原理 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。 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－ 485 构成的多机通讯原理框图，如图 所示。 10 图 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 +5 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和地间接一个 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+的电平大约为 ，负端 B的电平大约为 ，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。 通信规则 由于 RS－ 485 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态。 11 SN75176芯片的发送和接收功能转换是由芯片的 RE* ， DE端控制的。 RE*=1，DE=1 时， SN75176 发送状态； RE*=0， DE=0 时， SN75176 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 SN75176 的控制端，使上电时 SN75176 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，清除端口的非法数据和命令。 （ 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 RS－ 232， RS－ 422 等全双工通讯过程中，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 RS－ 485 半双工通讯中，由于 SN75176 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。 控制信号何时为高电平，何时为 低电平，一般以单片机的 TI， RI 信号作参考。 发送时，检测 TI 是否建立起来，当 TI 为高电平后关闭发送功能转为接收功能；接收时，检测 RI 是否建立起来，当 RI 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，并在联调中借助存储示波器反复测试，才发现一个值得注意的问题，我们可以查看单片机的时序： 12 图 串行口模式 3 时序图 单片机在串行口发送数据时，只要将 8 位数据位传送完毕， TI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 100μ s 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 RI 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 位数据位时间 =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。