還不會(huì )用RS 485實(shí)現串口通信就太out了，教你輕松替代RS 232

ARM（Advanced RISC Machines）是對一類(lèi)微處理器的通稱(chēng)。ARM是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，它設計了大量高性能、廉價(jià)、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。ARM微處理器是一種高性能、低功耗的32位微處理器，該處理器廣泛應用于嵌入式系統中。ARM 9代表了ARM公司主流的處理器，已經(jīng)在手持電話(huà)、機頂盒、數碼相機、GPS、個(gè)人數字助理以及因特網(wǎng)設備等方面有了廣泛的應用。在此，以ST公司生產(chǎn)的ARM 9系列中典型的STR912FW44X6芯片作為硬件開(kāi)發(fā)平臺的MCU，完成了基于A(yíng)RM的太陽(yáng)能發(fā)電系統中數據采集與傳輸系統的硬件設計，并提出了一種利用RS 485串口代替RS 232串121來(lái)進(jìn)行通信的新方法。

l 硬件總體設計框架
硬件總體設計框架如圖1所示。

圖1 硬件總體設計框架

2 硬件介紹
現以STR912FW44X6芯片作為硬件開(kāi)發(fā)平臺的MCU，STR912FW44X6外擴張了點(diǎn)陣LCD顯示屏、輸入按鍵、UART接口、IrDA、CAN、USB、ETM接口、音頻放大器/話(huà)筒放大器和以太網(wǎng)接口。其中，本文使用的有UART接口和以太網(wǎng)接口。UART接口分為一個(gè)RS 232串口和兩個(gè)RS 485串口。RS 232串口用來(lái)與GSM模塊的RS 232串口相連，以實(shí)現GPRS的無(wú)線(xiàn)傳輸；兩個(gè)RS 485串口，一個(gè)用來(lái)作MODBUS通信接口，另一個(gè)用來(lái)接電度表計，以采集統計并顯示太陽(yáng)能發(fā)電系統的發(fā)電量。以太網(wǎng)通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)連接到網(wǎng)絡(luò )，以實(shí)現數據的無(wú)線(xiàn)傳輸。

3 硬件電路設計和功能實(shí)現
3.1 RS 232串口的電路設計和功能實(shí)現
RS 232是一種串行數據接口標準，是目前最常用的串行接口標準，用于計算機與計算機之間、計算機與外設之間的數據傳輸。RS 232串行接口總線(xiàn)適用于設備之間通信距離不大于15 m，傳輸速率最大為20 KB/s.

RS 232串口是通過(guò)ST公司生產(chǎn)的ST3232EAR來(lái)實(shí)現的。ST3232EAR是一種把電腦的串行口RS 232信號電平（-lO V，+10 V）轉換為單片機所用到的TTL信號電平（O V，+3.3 V）的芯片。它的內部結構由三部分組成：第一部分是電荷泵電路，由1～6腳和4只電容構成。其功能是產(chǎn)生+12 V和-12 V兩個(gè)電源，為RS 232串口提供電平的需要。第二部分是數據轉換通道，由7～14腳構成2個(gè)數據通道。其中，13腳（RlIN）、12腳（R1OUT）、11腳（TlIN）、14腳（T1OUT）為第一數據通道；8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數據通道。TTL/CMOS數據從TlIN，T2IN輸入轉換成RS 232數據，從T1OUT，T20UT送到電腦DP9插頭；DP9插頭的RS 232數據從RlIN，R2IN輸入轉換成TTL/CMOS數據后，從R1OUT，R2OUT輸出。第三部分是供電，由15腳GND、16腳VCC（+5 V）構成。

通過(guò)將MCU中GPIO的RXD和TXD分別與ST3232的12腳（R1OUT）和11腳（T1IN）相連，使14腳（T10UT）和13腳（R1IN）輸出RS 232電平，然后連接GSM模塊RS 232串口和MCU板上的RS 232串口，可以通過(guò)向RS 232接口寫(xiě)AT指令來(lái)達到控制GSM模塊功能的目的，以通過(guò)GPRS實(shí)現數據的傳輸。

3.2 RS 485串口的電路設計和功能實(shí)現
RS 485是用來(lái)采集太陽(yáng)能發(fā)電系統數據的，這里之所以采用RS 485而不采用RS 232，是因為RS 485比RS 232具有很多優(yōu)勢。RS 232采取不平衡傳輸方式，即單端通信，其收發(fā)端的數據信號都是相對于地信號的。所以它的共模抑制能力差，再加上雙絞線(xiàn)的分布電容，其傳輸距離最大約為15 m，最高速率為20 KB/s，且其只能支持點(diǎn)對點(diǎn)通信。而RS 485采用平衡發(fā)送和差分接受方式實(shí)現通信，由于傳輸線(xiàn)通常使用雙絞線(xiàn)，有時(shí)差分傳輸，所以有極強的抗共模干擾能力，總線(xiàn)收發(fā)器的靈敏度很高，可以檢測到低至200 mV的電壓，故其傳輸信號在千米以上是可以恢復的。RS 485的最大通信距離約為1 219 m，最大傳輸速率為10 MB/s，它采用雙半工工作方式，可支持多點(diǎn)數據通信，其總線(xiàn)一般最大支持32個(gè)節點(diǎn)。

RS 485接口芯片采用的是ADM3485.ADM3485采用單一電源+3.3 V工作，半雙工通信方式，可完成將TTL電平轉換為RS 485電平的功能。ADM34185芯片的結構和引腳都非常簡(jiǎn)單，內部含有一個(gè)驅動(dòng)器和一個(gè)接收器，RO和DI端分別為接收器的輸出端和驅動(dòng)器的輸入端，與單片機連接時(shí)只需分別與單片機的RXD和TXD相連即可。RE和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當RE為邏輯0時(shí)，器件處于接收狀態(tài)；當DE為邏輯1時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因為ADM3485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可。A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號端，當A引腳的電平高于B時(shí)，代表發(fā)送的數據為1；當A的電平低于B端時(shí)。代表發(fā)送的數據為O.在與單片機連接時(shí)接線(xiàn)非常簡(jiǎn)單，只需要一個(gè)信號控制ADM3485的接收和發(fā)送即可。同時(shí)將A和B端之間加匹配電阻，一般可選100Ω的電阻。該設計有兩個(gè)RS 485，其中一個(gè)用來(lái)作MODBUS通信接口，另一個(gè)用來(lái)接電度表，以采集統計并顯示太陽(yáng)能發(fā)電系統的發(fā)電量。

3.3 以太網(wǎng)的電路設計和功能實(shí)現
以太網(wǎng)網(wǎng)口采用的是0880-1X1T-01，以太網(wǎng)物理層接口芯片采用的是ST公司的STElOOP快速以太網(wǎng)物理層芯片。STEl00P以太網(wǎng)接口芯片提供了一組媒體獨立接口（MII）。媒體獨立指的是在不對MAC硬件重新設計或替換的情況下，任何類(lèi)型的PHY設備都可以正常工作。MII接口是快速以太網(wǎng)MAC層與PHY層之間的標準接口，是IEEE 802.3定義的以太網(wǎng)行業(yè)的標準。它包括一個(gè)數據接口，以及一個(gè)MAC和PHY之間的管理接口。數據接口包括分別用于發(fā)送器和接收器的兩條獨立信道。每條信道都有自己的數據、時(shí)鐘和控制信號。MII數據接口總共需要16個(gè)信號。管理接口是個(gè)雙信號接口：一個(gè)是時(shí)鐘信號，另一個(gè)是數據信號。

通過(guò)管理接口，上層監視和控制PHY.基于以太網(wǎng)的TCP/IP通信，使ARM可以通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，并可以實(shí)時(shí)地與計算機進(jìn)行通信，用來(lái)傳輸太陽(yáng)能發(fā)電系統的實(shí)時(shí)數據。

提出一種利用RS 485串口代替RS 232串口進(jìn)行通信的新方法。這種方法解決了RS 232串口在傳輸距離和節點(diǎn)數量的限制，大大提高了數據傳輸的能力。