基于RS 485單片機多機串行通信的電子開(kāi)關(guān)設計

摘要：針對大中型傳送帶傳送過(guò)程中位置跑偏的檢測，設計了基于RS 485單片機多機串行通信的電子開(kāi)關(guān)。介紹了該電子開(kāi)關(guān)的總體方案及硬件電路設計，該電子開(kāi)關(guān)采用RS 485通信，不僅抗干擾能力好，并能夠實(shí)現長(cháng)距離通信且可以避免多個(gè)從機同時(shí)與主機通信時(shí)產(chǎn)生數據沖突的問(wèn)題。實(shí)驗表明，該電子開(kāi)關(guān)結構簡(jiǎn)單、性能穩定，可應用于工業(yè)控制、檢測等領(lǐng)域中。
關(guān)鍵詞：RS 485；單片機；串行通信；電子開(kāi)關(guān)

0 引言
目前多機串行通信是通信控制領(lǐng)域的主流通信方式，數據通信、計算機網(wǎng)絡(luò )、分布式工業(yè)控制系統及其測控領(lǐng)域中，經(jīng)常采用串行通信來(lái)達到信息交換的目的。多機串行通信控制網(wǎng)絡(luò )是物理層采用RS 485通信接口所組成的多機串行通信工控設備網(wǎng)絡(luò )，RS 485既是物理層的協(xié)議標準，也是串行通信接口的電氣標準。這種通信接口可以十分方便地將許多設備組成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò )。RS 485通信方式有很多優(yōu)點(diǎn)，首先它的通信距離比較遠，通?？梢宰龅綌蛋倜咨踔燎滓陨?，而且還可以實(shí)現多點(diǎn)通信方式，從而可以建立一個(gè)小范圍內的局域網(wǎng)，因而更有實(shí)用價(jià)值。RS 485采用差模信號傳輸方式，與地電平關(guān)系不大，因而它抗干擾的能力比較好，即便在信號電壓比較小的情況下也能獲得穩定的傳輸。

1 總體方案及硬件設計
該電子開(kāi)關(guān)系統的設計要求主機能夠與從機之間進(jìn)行地址確認并相互通信，從機能夠準確檢測到被測信號，主機能夠接收從機傳來(lái)的數據信號，并通過(guò)液晶顯示器和發(fā)光二極管顯示，同時(shí)采用RS 485總線(xiàn)主從機可以實(shí)現長(cháng)距離通信。主從機采用的主要核心芯片均為單片機，考慮單片機性能及實(shí)際運行環(huán)境的需要，選用AT89S51單片機，串行通信網(wǎng)絡(luò )結構如圖1所示。

(1)主機使用主要器件：AT89S51 MAX4851602LCD LED RESISTORS CAP CRYSTAL；
(2)從機使用主要器件：AT89S51 MAX485 RESISTORS CAP CRYSTAL
主機主要功能：
(1)與從機之間進(jìn)行地址確認。
(2)查詢(xún)從機是否有信號(從機檢測被測量時(shí)產(chǎn)生的相應的數據信號)發(fā)送到主機。
(3)通過(guò)液晶顯示發(fā)送信號的從機地址，同時(shí)可以通過(guò)發(fā)光二極管顯示信號的級別(這里兩個(gè)發(fā)光二極管分別代表兩個(gè)行程開(kāi)關(guān)的亮滅)。
從機主要功能：
(1)與主機之間進(jìn)行地址確認。
(2)檢測被測量，并將被測信號數據發(fā)送給主機。
主機主要有兩大功能模塊：液晶顯示模塊用來(lái)顯示從機地址編號，所使用的器件為1602LCD，RS 485串行通信模塊用來(lái)實(shí)現與從機之間的遠距離串行通信，使用MAX485芯片來(lái)實(shí)現。
從機的主要功能模塊為RS 485串行通信模塊用來(lái)完成與主機之間數據的發(fā)送和接收。

2 設計實(shí)現原理
主從機均采用的是AT89S51單片機，它是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含4 KB的可反復擦寫(xiě)1 000次的FLASH只讀程序存儲器。單片機的XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。本電子開(kāi)關(guān)設計外接12MHz晶振。
主從機均使用單片機2個(gè)全雙工串行通信口外接MAX485芯片來(lái)完成與從機之間的串行通信，由串行口控制寄存器SCON設置串行口的工作方式、監視串行口工作狀態(tài)、發(fā)送與接收的狀態(tài)控制等。P3．0／RXD為串行通信接收端，P3．1／TXD為串行通信發(fā)送端。
主機端口P0．0～P0．7作為液晶顯示器的數據線(xiàn)，P0口上拉10 kΩ電阻與1602液晶的D0～D7數據端相連，P3．7與使能端E相連，P3．6與讀／寫(xiě)信號線(xiàn)RW相連，P3．5與寄存器選擇端RS相連。P1．0和P1．1引腳接兩個(gè)發(fā)光二極管，用來(lái)顯示從機發(fā)送信號的級別。
從機P1．0和P1．1引腳分別接到一級行程開(kāi)關(guān)和二級行程開(kāi)關(guān)，用來(lái)檢測兩個(gè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，最終由從機P1．0和P1．1這兩個(gè)引腳將行程開(kāi)關(guān)的狀態(tài)發(fā)送到主機，主機讀取狀態(tài)值并且顯示。
主機通過(guò)輪詢(xún)的方式，當主機查詢(xún)n號從機時(shí)，與n號從機進(jìn)行地址確認，并判斷n號從機是否有信號產(chǎn)生，如果沒(méi)有，主機將查詢(xún)n-1號從機，如果有信號產(chǎn)生，主機接收到信號并存儲該從機的主機編號，分別通過(guò)發(fā)光二極管和液晶顯示出來(lái)，如果n-1號從機繼續有信號產(chǎn)生，主機繼續接收，直到接收完畢，主機將查詢(xún)n-2號從機，如此往復。從機的個(gè)數可以在主機程序中對從機個(gè)數n值進(jìn)行設定。
2．1 多機串行通信及通信協(xié)議
電子開(kāi)關(guān)的設計核心主要通過(guò)單片機的多機串行通信來(lái)實(shí)現。
2．1．1 發(fā)送器和接收器
AT89S51串行口主要由發(fā)送器、接收器和串行控制寄存器組成。發(fā)送器主要由發(fā)送緩沖寄存器SBUF和發(fā)送控制器組成。接收器主要由接收緩沖寄存器SBUF，接收移位寄存器和接收控制器組成。
2．1．2 串行口控制寄存器
串行口控制寄存器SCON用于設置串行口的工作方式、監視串行口工作狀態(tài)、發(fā)送與接收的狀態(tài)控制等。它是一個(gè)既可字節尋址又可位尋址的特殊功能寄存器?？刂萍拇嫫鱏CON的格式如下：

電子開(kāi)關(guān)中單片機串行口控制寄存器SCON各位設置如下：
主機SCON設置：1 0 0 1 1 0 0 0 =#98H
從機SCON設置：1 0 1 1 0 0 0 0 =#0B0H
2．1．3 工作方式的選擇
本電子開(kāi)關(guān)單片機串行通信工作方式選擇為工作方式2，在方式2下，串行口工作在11位異步通信方式。一幀信息包含一個(gè)起始位“0”，八個(gè)數據位，一個(gè)可編程第九數據位和一個(gè)停止位“1”。其中可編程位是SCON中的TB8位，在八個(gè)數據位之后，可作奇偶校驗位或地址／數據幀的標志位使用，由使用者確定。
波特率的選擇：方式2的波特率是固定的。
若PCON中SMOD=0，速率=fosc／32
若PCON中SMOD=1，速率=fosc／64
該設計中：波特率為9 600 b／s。
2．1．4 實(shí)現原理及流程
多機通信主要靠主、從機之間正確地設置與判斷多機通信控制位SM2和發(fā)送或接收的第9數據位(D8)。
電子開(kāi)關(guān)多機串行通信的實(shí)現流程：
(1)主從機均初始化工作方式2，主機置SM2=0，允許中斷，從機置SM2=1，REN=1。
(2)主機置REN=1，TB8=1，將地址信息發(fā)送給從機，并等待是否發(fā)送完畢，從機等待主機發(fā)送地址。
(3)從機接收到地址與本機地址核對，核對正確，置SM2=0，向主機發(fā)送應答地址并等待發(fā)送完畢，主機接收之后進(jìn)行地址確認，并置TB8=0。
(4)從機地址發(fā)送完畢后，接著(zhù)發(fā)送信號數據并等待發(fā)送完畢。
(5)主機接收到數據將從機編號發(fā)送到液晶顯示，將信號數據發(fā)到發(fā)光二極管顯示信號級別。