基于RS-485的单片机通信系统设计(发送端)

1g专业课程设计报告题目：基于RS-485的单片机通信系统设计（发送端）南昌航空大学信息工程学院2012年06月28日姓名：刘张专业：通信工程班级学号：09042218同组人：09042219彭林指导教师：张小林2专业课程设计任务书2011－2012学年第2学期第17周－20周注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。题目基于RS-485的单片机通信系统设计(发送端)内容及要求1.利用RS485实现单片机的双向通讯；2.通过键盘实现从机的选择、发送数据的输入；3.主机显示发送的数据及从机编号。4提高要求：通过键盘实现循环工作模式、指定从机这2种工作方式的切换。进度安排17周：查找资料，进行系统硬件设计、软件方案设计；18周：硬件制作、软件的分模块调试；19周：系统联调；20周：设计结果验收，报告初稿的撰写。学生姓名：09042218刘张09042219彭林指导时间：周一、周三、周五指导地点：E楼610室任务下达2012年6月1日任务完成2012年6月30日考核方式1.评阅□2.答辩□3.实际操作□4.其它□指导教师张小林系（部）主任3摘要串口通信是一种广泛应用于各个领域的通信方式，在远距离数据传输和控制系统中，可以根据RS-485协议实现数据远距离传输。本设计即是利用MAX485芯片实现半双工串行口通信的双向通信系统。系统主要由主机控制模块、通信模块、数据输入模块和数据显示模块四个部分构成，实现了利用RS485实现单片机的双向通讯，通过键盘实现从机的选择、发送数据的输入，主机显示发送的数据及从机编号，通过键盘实现循环工作模式、指定从机这2种工作方式的切换。该系统具有使用方便、操作简单、结构简单、成本低、可靠性高、可扩展性强、易于维护等特点，在实际生活中有广泛的应用前景。关键字：RS-485协议、双向通信、MAX4854目录前言..............................................................5第一章系统总体方案................................................6系统总体框图设计.............................................6系统框图..............................................6第二章系统具体设计及硬件设计2.1主机控制模块.................................................62.1.1系统主芯片选择........................................62.1.2复位电路...............................................72.1.3时钟电路...............................................72.2通信模块.....................................................82.2.1通信芯片选择...........................................82.2.2通信电路..............................................82.3数据输入模块.................................................92.4数据显示模块.................................................9第三章软件设计...................................................113.1系统总流程图................................................113.1.1程序流程图............................................12第四章硬件调试与分析.............................................164.1实验调试仪器..............................................164.2各个子系统模块调试........................................164.2.1握手信号发送模块调试..................................164.2.2接收数据与拒绝接收数据模块调试........................174.2.3发送数据与接收数据模块调试............................17第五章总结与体会................................................19参考文献..........................................................20附录一：总原理图..................................................20附录二：源程序代码................................................215前言在以单片机为基础的数据采集和实时控制系统中，通过计算机中的RS-232接口进行计算机与单片机之间的命令和数据传送，就可以对生产现场进行监测和控制。由于计算机上的RS-232所传送的距离不超过30m，所以在远距离数据传送和控制时，可以利用MAX485的接口转换芯片将RS-232协议转换成RS-485协议进行远距离传送。RS-232是一个最初用于调制解调器、打印机及其它PC外设的通讯标准，提供单端20kbps的波特率，后来速率提高至1Mbps。RS-232的其它技术指标包括：标称±5V发送电平、±3V接收电平(间隔/符号)、2V共模抑制、2200pF最大电缆负载电容、300最大驱动器输出电阻、3k最小接收器(负载)阻抗、100英尺(典型值)最大电缆长度。RS-232只用于点对点通信系统，不能用于多点通信系统，所有RS-232系统都必须遵从这些限制。RS-485是双向、半双工通信协议，允许多个驱动器和接收器挂接在总线上，其中每个驱动器都能够脱离总线。接收器输入灵敏度为±200mV，这就意味着若要识别符号或间隔状态，接收端电压必须高于+200mV或低于-200mV。最小接收器输入阻抗为12k,驱动器输出电压为±1.5V(最小值)、±5V(最大值)。驱动器能够驱动32个单位负载，即允许总线上并联32个12k的接收器。RS-485接收器可随意组合，连接至同一总线，但要保证这些电路的实际并联阻抗不高于32个单位负载(375)。采用典型的24AWG双绞线时，驱动器负载阻抗的最大值为54，即32个单位负载并联2个120终端匹配电阻。RS-485已经成为POS、工业以及电信应用中的最佳选择。较宽的共模范围可实现长电缆、嘈杂环境(如工厂车间)下的数据传输。更高的接收器输入阻抗还允许总线上挂接更多器件。6第一章系统总体方案系统总体框图设计系统框图系统框图如下：图2-1系统原理框图在本系统中，通信主机是核心部分，主要完成对数据的处理、操作和运算；数据输入模块主要完成数据的输入，所有人机交换的数据都从该模块中输入；数据显示模块完成了通信双方数据的显示；通信模块即完成数据的接收与发送，实现数据远距离传输。数据从数据输入模块输入，经通信主机处理后发送给通信从机，通信从机接收到数据后显示在相应的模块上。数据输入数据显示通信主机通信模块7第二章系统具体设计及硬件设计2.1主机控制模块2.1.1系统主芯片选择系统主芯片是本系统的核心芯片，由于系统要求芯片能灵活处理所传输的数据，且性能稳定，价格低廉，因此需选择一个合适的芯片。STC89C52是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，器件采用高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的它为许多嵌入式控制通信系统提供了高性价比的解决方案。STC89C52具有如下特点：8kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器和2个全双工串行通信口，而且价格低廉，市场运用很普遍，因此采用它作为系统的主芯片即可进行灵活的控制。2.1.2复位和时钟电路复位时钟电路如下图:图2-3复位时钟电路主芯片的RST复位引脚是高电平有效的。高电平有效的持续时间应为24个振荡周期以上。若时钟频率为12MHz，则复位信号至少应持续2us以上才可以复位单片机。只要该引脚保持高电平，芯片便循环复位。当RST端由高变低后，程8序指针由ROM的0000H开始执行程序。它的复位操作不影响内部RAM的内容。当Vcc加电后，RAM的内容是随机的。此外主芯片的复位方式有上电复位和手工复位两种。只要Vcc上升时间不超过1ms，通过在Vcc和RST引脚之间加一个10uF的电容和一个1KΩ，由延时常数Т=R*C=1KΩ*10uF=1ms可知，当系统上电后即可完成复位。时钟电路是给通信主机提供正常工作时序所必不可缺的部分，主机只有在统一的时序下才能进行正常的工作。主芯片内部由一个反相放大器构成振荡器，可以由它产生时钟。时钟可以由两种方式产生，即内部方式和外部方式。图2-3给出的是外部方式。Fosc可在1.2~12MHz之间选择，为方便计算，选取晶振频率fosc=12MHz，可以得到机器周期为：T=1/fosc=1us。电容对频率有微调作用，因此小电容取值为20pF。2.2通信模块2.2.1通信芯片的选择MAX485接口芯片是Maxim公司的一种RS－485芯片。RS－485是美国电气工业联合会(EIA)制定的利用平衡双绞线作传输线的多点通讯标准。它采用差分信号进行传输；最大传输距离可以达到1.2km；最大可连接32个驱动器和收发器；接收器最小灵敏度可达±200mV；最大传输速率可达2.5Mb/s。由此可见，RS－485协议正是针对远距离、高灵敏度、多点通讯制定的标准。MAX485芯片采用单一电源+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。RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD相连即可/RE和DE端分别为接收和发送的使能端，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需要一个信号控制MAX485的接收和发送即可。因此本模块采用MAX485芯片即可满足远距离通信的性能指标。RS485通信协议：典型的串行通讯标准是RS232和RS485，它们定义了电压阻抗等，但不对软件对协议给予定义，区别于RS232,RS485的特性包括：91．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RS—232—C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。2.RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。3.RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。4.RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达3000米(理论上的数据，在实际操作中，极限距离仅达1200米左右），另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。而RS-485接口在总