基于485总线的PC机与多片单片机的通信教材

武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）说明书论文题目PC机与多台单片机之间的串行通信学号6402010113学生姓名李鹏专业班级06电子科技1班指导教师陈裕国____（副教授）___________总评成绩2010年5月29日武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）I目录摘要…………………………………………………………………………………ⅡAbstract……………………………………………………………………………Ⅲ第一章绪论………………………………………………………………………1第二章课题实施方案……………………………………………………………2第三章硬件电路设计……………………………………………………………53.180C51单片机结构及其串行通信原理………………………………………53.2串行接口及其差分转换电路…………………………………………………173.3ProtelDXP2004原理图设计………………………………………………20第四章软件电路设计…………………………………………………………294.1系统的通信协议……………………………………………………………294.2C51编程实现PC机与单片机之间的串行通信…………………………294.3Windows集成开发环境uVision2………………………………………33总结………………………………………………………………………………39致谢………………………………………………………………………………41参考文献………………………………………………………………………42武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）II摘要本文详细介绍了基于RS-485总线的PC机与多台单片机间的串行通信原理、实现方法和相应的通信硬件、软件设计。该设计是由PC机与单片机组成的主从控制系统，其中PC机做为上位机对下位单片机是实现控制和监视功能。它包括通信和控制两个功能模块。单片机作为下位机在整个系统中属于从属地位，主要用来接收上位机的命令。由于此通信的PC接口是RS232的9针接口，且下位机数目有限（32台）。所以本设计采用了RS485总线以及RS232转RS485的协议芯片以满足长距离多机通信，本文讨论了总线接口转换、主从式通信协议设计方法，给出了采用中断式处理的通信过程流程图，并叙述了设计过程中必备的绘图软件ProtelDXP的应用，以及编辑源代码软件keiluVision2的应用，实现了PC机对多个单片机组成采集终端的通信与管理。关键词：PC机单片机RS-485通信武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）IIIAbstractThecommunication、realizedmethodandcorrespondingdesignofhardwareandsoftwarebetweenPCandmultipleMCUsbasedonRS-485isdescribedindetaiinthearticle.ThisdesigninstroducesapincipalandsubordinatecontrolsystemwhichiscomposedofPCandsinglechip.Dividedfromitsfunction,itincludestwoparts:communicationandcontrol,inwhichPCisusedasmaster,andMCUsisusedasslavesoastoreceivethesingleorderfromthemaster.Thebusinterfaceconversionandthedesignofmaster-slavecommunicationprotocolisintroducedandTheprogramflowchartofcommunicationwithinterruptprocessisalsogiven.Intheprocessofdesign,theuseofunnecessarypaintersoftwareandcodeeditorsoftwareisdepictedsothatrealizethecommunicationandadministrationbetweenPCandmultipleMCUswhichcomposedcollectionterminal.Keywords:PCMCUsRS-485communication武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）1第一章绪论单片机由于其具有控制功能强、设计灵活和性能价格比高的特点。因此在工业控制领域得到了广泛的应用，在工业控制领域，计算机的数量有一台变为多台，多台计算机组成了多机系统，计算机分布关系可以分为紧密耦合和松散耦合，主从控制系统是一种松散式的多机系统，计算机之间由通信协议来联系。此时往往需要组成上位机对下位机的通讯系统，由一台上位机去控制多台下位机。主从控制就是一台功能较强的主机和32台左右的从机组成的多机系统。上位机一般是PC机，下位机一般是单片机系统，执行单片机与PC机串行通信的问题。本课题计算机的通信由上位机（主机）控制。主机向各个从机发送命令或者接受从机反馈的信息，主机有权修改从机的参数，接受从机的数据，还可以查看从机的状态,可以说主机是主从控制的大脑。在本设计中主机用来监视或查看从机的状态，并向从机发送命令，在系统中起着主导地位。我们通过查看主机界面的状态即可响应的控制发送与接收。从机在系统中处于从属地位，是命令的执行者。从机之间不能直接联系，它们之间必须有主机这个桥梁联系。在设计中我们选用了PC机作为我们的主机，从机为单片机（我们本着可得，性价比采用此选择）。但在选择中出现了通讯接口的问题，我们是串型通讯，在PC机和单片机之间，我们需要电平转换，而且考虑到工业运用问题我们需要考虑总的选用，在常用的RS232和RS485中，不能使用双端信号，因此要求使用较高的输出电压，而且其传输距离仅为15米。RS485通信接口的信号传输是用两根线之间的电压表示逻辑1和0的因为发送端两根传送线,而且接受接收端也是两根传送线.这样RS485接受和发送仅需要2根线就完成了传输.由于传输线采用了差动信道,所以它的干扰抑制性好,又由于它的阻抗低无接地问题.传输距离可高达1200m,传输速度可达1Mbps比较上面的数据，考虑工业要求，我们采用了RS485方式。武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）2第二章课题实施方案2.1系统硬件设计PC机的串行接口为RS-232或USB总线，现阶段应用更多的是将RS-232接口转换成RS-485接口，然后采用RS-485进行长距离、高速的串行异步通信。单片机采用RS-485进行串行通信，只需要将TTL电平的串行接口通过芯片转换为RS-485串行接口，这种转换比较简单，本系统采用的是MAX485芯片。利用PC现有的RS-232接口，系统中采用专用的RS-232/485标准转换芯片MAX3162E来实现。此转换芯片一边与RS-232标准9针接口相连，另一边与RS-485总线相连，原理图如图2-1所示。PC机（db9）RS-485RS-485RS-485RxdTxd8051RxdTxd8051RxdTxd8051图2-1系统结构图在多媒体网络广播系统中，利用PC机与单片机够成的多机通信系统，采用主从式结构：主从控制多个从机，作为从机的单片机不主动发送命令或数据，一切都由主PC机控制；并且在一个多级系统中，只有一台主机，各台从机之间不能RS-232/RS-485标准转换芯片武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）3相互通信，即使有信息交换也必须通过主从转发。采用RS-485构成的多机通信系统原理框图、在总线末端接一个匹配电阻，吸收总线上的反射信号，使得正常传输信号无毛刺。匹配电阻的取值应该与总线的特性阻抗相当。在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。将总线上的差分信号的正端A+和负端B-之间接一网络。当总线上没有传输时，正端A+的电平大约为3.2V，负端B-的电平大约为1.6V，即使有干扰信号，也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。在该系统中，由于采用MAX487差分平衡收发器芯片，半双工传输方式，因此驱动器可接的下位机根据需要最多可扩展至128个。2.2系统软件设计（一）通信协议设计为保证通信进行，首先做到单片机的串行口与主控机串行口的设置保持一致，即数据格式一致、通信波特率相同。如果是多点通信，每个从机要分配一个地址码。系统中协议有三种帧格式：呼叫帧、应答帧和数据帧。呼叫帧由主机发出。应答帧只能由从机发出。当从机收到呼叫帧后，把本机地址和当前状态回发给主机。设置开机自检、自诊断程序，机器不能带病工作；如果需要，还可以设置在工作空闲时或定时自检程序。PC机与单片机构成的多机通信系统采用主从结构。数据通信总是有主机发起。主机处于发送状态“说”时从机总是处于“听”状态。若主机发送的地址信息与本地从机相符，则接受该数据，否则，继续“听”总线上的数据。若从机需要发送数据，则必须等到主机轮询本地从机时，才可以提出请求。这种网络模式下从机不会“侦听”其他从机对主机的响应，这样就不会对其他从机产生错误的响应。主从式多机通信协议中，通信速率设为19.2kbps。系统上电或复位后，使所有从机的SM2位置1处于只接收地址帧监听状态。主机向从机发送一帧地址信息，从机接收到地址帧后，将其与本地地址比较，判断是否一致。若与本地地址相符，则清除SM2，同时发送应答帧，进入通信状态；其他与本地地址不相符的从机则保持SM2位不变，继续监听。主从机均以中断方式进行通信，程序流程如图2-2所示：武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）4否图2-2通信流程图（二）多机发送是的分时说、听多机传送时，通信协议要合理地协调总线的分时公用，通信波特率的计算要有冗余。采用RS-485总线连接的多个站点，由于485总线是异步半双工的通信总线，在某一个时刻，总线只可能呈现一种状态，即任一时刻只有一个站点在“说”，则数据将在通信总线里碰撞，结果是处于接受状态的站点不能收到正确的数据。在RS-485总线通信网络中，必须控制好每个站点的“听”、“说”状态，即收、发状态，对总线的使用权必须进行分配，以使各个从机的发送控制信号在时间上完全隔离，保证能及时、正确地传输数据。要做到总线上设备在时序上的严格配合，必须要遵从一下几点：1.复位时，主从机都应该处于接受状态。2.控制端RE、DE的信号有效脉冲宽应该大于发送或接收一帧信号的宽度。3.总线上所连接的各从机的发送控制信号在时序上完全隔开。通信方式一般是主节点循环轮询各个从节点。各个从节点都有自己的网络通信识别号，即本机地址。当朱节点的轮询信息中包含自己的网络通信识别号，此从节点对此帧进行应答，其他节点则忽略此帧，不做处理。开始系统初始化发从机地址接收从机的应答帧响应正确？允许串行中断返回武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）5第三章硬件电路设计3.180C51单片机结构3.1.1MCS-51单片机内部结构在MCS-51系列里，所有产品都是以8051为核心电路发展起来的，它们都具有8051的基本结构和软件特征。从制造工艺来看，MCS-51系列中的器件基本上可分为HMOS和CMOS两类。CMOS器件的特点是电流小和功耗低（掉电方式下消耗10uA电流），但对电平要求高（高电平大于4.5V，低电平小于0.45V），HMOS对电平要求低（高电平大于2.0V，低电平小于0.8V），但是功耗大。8051单片机内部包含了作为微型计算机所必须的基本功能部件，各功能部件相互独立而融为一体，集成在同一块芯片上。8051内部结构如图3-1所示：图3-1单片机内部结构图一CPU结构（一）算术逻辑部件ALU8051的ALU是一个性能极强的运算器，能进行加、减、乘、除四则运算，也可进行与、或、非等逻辑运算，还可以实现数据传送、移位、判断和程序转移等功能。（二）