串口通信电平转换实验报告

课程实验报告一实验名称：串口232电平转换电路设计与软件实现课程名称：现场总线技术一、实验目的及要求：实现两台电脑的RS232通过RS485接口协议的通信1、熟悉串口结构及参数指标2、熟悉芯片的内部结构，工作机制3、完成电路原理图的绘制及具体实验板的焊接，并调试成功4、编写串口驱动程序，要有基本的数据收发及参数设置功能5、最后软件与硬件连调，实现两台电脑的半双工通信二、实验器件及调试实现环境：器件型号数量MAX232芯片2个MAX485芯片2个串口母口2个三极管s90142个电阻、电容、插针、插座若干个基本电路焊接工具焊锡丝、烙铁电路测试设备电源、万用表开发平台三星笔记本XP系统软件开发环境MicrosoftVisualStudio2010测试工具VSPD虚拟串口串口调试助手三、实验原理介绍：要实现两台电脑的RS232通过RS485接口协议实现远距离通信，这就要求发送端，首先通过芯片MAX232完成对RS232串口输出信号（正负电压）的电平转化（-5v～-15v转换为5v,+5v～+15v转换为0v），使之符合MAX485收发器对输入信号（高低电平）的要求后，由MAX485收发器将TTL信号通过两线差分平衡传输出去；接收端同样先由MAX485将TTL信号接收下来，再经MAX232将TTL信号转换为正负电压后传给RS232，以实现两台电脑通过RS485接口协议通信。四、硬件设计：DB9形式的RS-232串口的定义:引脚英文简写功能说明1CD载波侦测（DataCarrierDetect）2RXD接收数据（ReceiveData）3TXD发送数据（TransmitData）4DTR数据终端准备（DataTerminalReady）5GND信号地（SignalGround）6DSR数据准备好（DataSetReady）7RTS请求发送（RequestToSend）8CTS清除发送（ClearToSend）9RI振铃指示（RingIndicator）硬件包括三部分：电源，232电平转换，485信号收发电路。电源部分：采用外部晶体管稳压双电源供电。232电平转换电路：首先MAX232是电荷泵芯片，它是美信（MAXIM）公司专为RS232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5v单电源供电。第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（+5v）。485信号收发电路：采用单一电源+5V工作，额定电流为300μA，采用半双工通讯方式。它完成将TTL电平转换为RS－485电平的功能。MAX485芯片的结构和引脚都非常简单,内部含有一个驱动器和接收器，以完成数据的发送与接收。RS-485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。RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与RS232连接时只需分别与RS232的2端和3端相连即可。/RE和DE端分别为接收和发送的使能端，当/RE为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE为逻辑1时，器件处于发送状态，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需用一个控制信号就可以同时控制这两个引脚。A端和B端分别为接收和发送的差分信号端,当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0。将A和B端之间加匹配电阻，一般可选150Ω的电阻。加入终端匹配电阻是因为，RS485接口协议是差分平衡传输，通过增大负载而降低信号的回波反射，这是一种被动的阻抗匹配。关于本电路的设计总体来说，首先将实验要求的实现基本通信所涉及的基本端口：2端，3端，4端，5端经MAX232电平转换成TTL信号之后，由MAX485控制2端，3端的数据收发；由于MAX485是半双工的工作方式，所以我们可以将其两个使能端口短接，并通过使用一个控制信号，就可以控制整个芯片的工作模式，4端的信号即是用来作为MAX485的工作模式选择信号；通信数据就从MAX485上的两个差分平衡端，经120Ω的匹配电阻消除信号的回波反射之后，将数据传至接收方实现数据通信。这里需要强调的是，MAX485的二线差分平衡传输接口，除了有逻辑“0”和“1”，还有第三态，即“高阻态”。这样的接口模式可消除电路中的共模干扰，使电路不受节点间接地电平差异的影响，可实现“一点对多点的传输模式”。电路中控制信号流向图如下：DTRMAX2329014MAX485控制端正电压负电压程序TRUEFALSE0V5V5V0V五、软件设计：串口的驱动程序,很多编程语言如：VC,VB,C#,Delphi…都可以实现；无论使用哪种语言，主要有三种方法实现串口通讯，利用windows的通讯空间MSCOMM，serialPorts以及通过调用windowsAPI函数都可以实现串口通讯，并且他们已经实现事件驱动模块化，方便使用，易于实现。总体来说前两种简单，第三种方法，要求使用者对windowsAPI函数有升入的了解。综合考虑之后，为了便于程序的打包安装以及自身水平的考虑，本实验选择第二种方法，因为本实验的串口驱动是基于MicrosoftVisualStudio2010环境下开发的VB程序。VS2010的用户库中没有自带安装MSCOMM控件，虽说可以下载安装上vc6.0的MSCOMM控件，但不便于打包应用程序。开始编写软件的时候，真的遇到了很多困难，虽说VB编程简单，但我以前从未接触过VB语言；先是在网络上看了很多的例子但都没完整的实例，但大致的程序框架是对的，这样之后我就开始设计用户界面，主要也是对程序大致要实现的功能做个初步的规划，当然这也是一个不断调整的过程，最后调试出来的界面如上图所示，可在界面上设置端口号，波特率，其他的诸如停止位，数据位，校验位，大家基本上是一样的设置，所以就在程序里固定设置好了，打开程序之后，应用程序会自动完成对串口的初始化，自动获取可用的端口号，并会做出相应的提示，这个时候串口的状态的显示“串口未连接”，带点击“串口连接”按钮后，若成功连接，这是串口状态也会做出相应的提示，绿色字体显示状态，如下图所示，这时串口就处于工作状态，中断接收数据，两种发送数据模式，考虑到MAX485只能实现半双工通信，所以在发送数据的时候就使能DTR“数据终端准备好”，其他时候都关闭DTR；基本上程序都已模块化，有端口设置模块，发送数据模块。一旦相应的事件按钮得以触发，就会调用对应的子函数。软件流程如下：添加系统资源扫描可用端口配置串口参数，连接串口中断接收数据，有数据到来？发送数据？接收数据并显示单步发送使能DRT=true，并调用发送子函数将数据发送出去。连续数据，每一秒发送一次判断发送区是不是非空？关闭串口是否清空接收区？接收数据长度刷新是否更换端口？否是发送数据函数调用返回后，DRT=false六、附录'添加要使用的资源ImportsSystemImportsSystem.IO.PortsImportsSystem.ThreadingImportsSystem.Windows.FormsPublicClassForm1PrivateSubForm1_Load(ByValsenderAsSystem.Object,ByValeAsSystem.EventArgs)HandlesMyBase.LoadCallrefreshports()'调用自定义函数获取计算机的有效串口'初始化界面baudratebox.SelectedIndex()=2Ifportnamebox.Items.Count=0ThenMessageBox.Show(当前没有可使用的串口资源！)ExitSubEndIfportnamebox.SelectedIndex()=0'portnamebox.Text=portnamebox.Items(0)'baudratebox.Text=baudratebox.Items(2)'初始化串口CallSerial_Port1()statuslabel.Text=串口未连接statuslabel.ForeColor=Color.RedEndSub'设置串口参数PrivateSubSerial_Port1()SerialPort1.BaudRate=Val(baudratebox.Text)'波特率SerialPort1.PortName=portnamebox.Text'串口名称SerialPort1.DataBits=8'数据位SerialPort1.StopBits=IO.Ports.StopBits.One'停止位SerialPort1.Parity=IO.Ports.Parity.None'校验位EndSub'获取计算机有效串口PublicFunctionrefreshports()AsStringportnamebox.Items.Clear()DimportsAsString()=SerialPort.GetPortNames()'必须用命名空间，用SerialPort,获取计算机的有效串口DimportAsStringForEachportInportsportnamebox.Items.Add(port)'向combobox中逐个添加项Next(port)Returnportnamebox.TextEndFunction'向串口发送数据PublicFunctionsenddatas()AsStringTryCalllong_send_Checked()'判断是否符合发送条件'半双工模式,接收数据常开SerialPort1.DtrEnable=True'数据终端准备好，主机向从机发送数据SerialPort1.Write(sendbox.Text)CatchexAsExceptionMessageBox.Show(ex.Message)EndTryReturnNothingEndFunction'当启用连续发送时，判断发送区是否为空PrivateSublong_send_Checked()Iflong_send.Checked=TrueThenIfSerialPort1.IsOpen=FalseThenlong_send.Checked=False'串口未连接，不能连续发送数据MessageBox.Show(串口未连接，请连接串口！)ExitSubEndIfIfsendbox.Text=Thenlong_send.Checked=False'若发送区为空，则long_send，即连续发送取消勾选MessageBox.Show(发送区不能为空！)ExitSubEndIfEndIfEndSub'关闭串口连接PrivateSubclosebtn_Click(ByValsenderAsSystem.Object,ByValeAsSystem.EventArgs)Handlesclosebtn.ClickTrySerialPort1.Close()'关闭串口IfSerialPort1.IsOpen=FalseThenstatuslabel.Text=串口连接已断开statuslabel.ForeColor=Color.RedSerialPort1.DtrEnable=False'数据终端准备好失效，主机处于接收数据状态receivebox.Text='清空接收区内容receivebits