基于STC11F02E的RS232/RS485轉換器設計
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轉換器的程序設計和通信協(xié)議設計
轉換器的程序設計流程
轉換器的整個程序的總體流程圖如圖5所示，主要包括程序初始化模塊、主程序模塊和串行口中斷服務模塊這三個部分。
圖5 轉換器程序流程圖
程序初始化模塊主要完成一些寄存器的初始化工作，包括看門狗設置、設定主機數(shù)據(jù)接收結束標志位MDE和從機數(shù)據(jù)接收結束標志位SDE、初始化串行口的連接引腳、初始化串行口設置寄存器和通信波特率、開啟串口中斷和總中斷。主程序模塊主要任務是完成串行口連接引腳之間的有序切換以及數(shù)據(jù)的發(fā)送。串行口中斷服務模塊的功能是完成數(shù)據(jù)的接收并置位標志位MDE和SDE。
由于每次通信結束之后單片機的UART模塊的引腳總是和主機相連的，所以每次通信都必須是由主機發(fā)起的，從機總是處于接收狀態(tài)，只有主機尋址到從機時，從機才可向主機發(fā)送數(shù)據(jù)。
RS485總線通信協(xié)議設計
為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，必須?guī)定好RS485總線主從式通信的通信協(xié)議。
該轉換器采用的通信協(xié)議在傳送每個字節(jié)數(shù)據(jù)時共發(fā)送的數(shù)據(jù)位有10位和11位兩種，具體采用哪種通信方式可以人為進行設置。通信數(shù)據(jù)以信息幀的格式發(fā)送信息，每一信息幀由多個字節(jié)數(shù)據(jù)構成，包含地址域、功能域、數(shù)據(jù)域和CRC校驗域這4個部分，如表1所示。其中地址域用于選擇要進行通信的從機地址；功能域用于指示要執(zhí)行的具體操作；數(shù)據(jù)域包含所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；CRC校驗域用于存放產生的CRC差錯校驗碼，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。
通信協(xié)議中規(guī)定的通信波特率有2400 bps 、4800 bps 、9600 bps 、19200 bps、38400bps和115200bps六種波特率，默認波特率為9600bps，可以根據(jù)實際需要通過軟件設定。通信方式和波特率對應的設置參數(shù)存于單片機自帶的EEPROM存儲器中。
通信協(xié)議中定義的功能碼及其功能如表2所示。將來如果需要擴展功能的話，還可以通過在應用程序中增加相應的功能碼來增加系統(tǒng)對應的功能，使得系統(tǒng)功能擴展更加靈活。
表1 信息幀標準結構
表2 功能
轉換器的試驗結果
為了方便轉換器的調試，這里采用10位的通信方式，即1位起始位、8位數(shù)據(jù)位和1位停止位。其中上位機為PC機，通信接口為RS232接口；下位機是以C8051F020單片機為核心設計的水泵綜合參數(shù)測試平臺的主控電路板，通信接口為RS485接口。調試軟件使用串口調試助手。上位機和下位機的連接就是采用上面已經設計好的RS232/RS485轉換器。這里設置從機地址為01H，采用前面設置的功能碼進行調試。具體的調試結果如圖6所示。
圖6中第1行豎線左邊的數(shù)據(jù)是PC機發(fā)送03H功能碼讀取從機外部數(shù)據(jù)存儲器2345H地址單元開始的16個單元中的數(shù)據(jù)時從機返回的數(shù)據(jù)。主機發(fā)送的數(shù)據(jù)幀（16進制數(shù)）為：
01 03 23 45 10 db 12
圖6中第1行豎線左邊部分第1字節(jié)代表從機地址，第2字節(jié)代表從機返回的功能碼，第3字節(jié)為從機發(fā)給主機的數(shù)據(jù)個數(shù)，后面的16個字節(jié)為所讀取的單元的數(shù)據(jù)，最后2個字節(jié)為CRC16校驗碼。重復發(fā)送相同功能碼時可以看到返回的數(shù)據(jù)是一樣的，說明通信正常。
圖6中第2行豎線右邊的數(shù)據(jù)是PC機發(fā)送10H功能碼對從機外部數(shù)據(jù)存儲器2345H地址單元開始的16個單元寫入數(shù)據(jù)時從機返回的數(shù)據(jù)。主機發(fā)送的數(shù)據(jù)幀（16進制數(shù)）為：
01 10 23 45 10 00 11 22 33 44 55 66 77 88 99 aa bb cc dd ee ff a7 21
圖6中第2行豎線右邊部分第1字節(jié)代表從機地址，第2字節(jié)代表從機返回的功能碼，第3和第4字節(jié)分別為外部數(shù)據(jù)存儲器地址的高字節(jié)和低字節(jié)，第5字節(jié)代表寫入的數(shù)據(jù)個數(shù)，最后2個字節(jié)為CRC16校驗碼。重復發(fā)送相同功能碼時可以看到返回的數(shù)據(jù)是一樣的，說明此時通信也正常。在發(fā)送10H功能碼之后再發(fā)送03H功能碼進行檢查，可以看出從機返回的外部數(shù)據(jù)存儲器2345H地址單元開始的16個單元中的數(shù)據(jù)和剛才寫入的數(shù)據(jù)是相同的，由此可知對應功能碼的操作正確，而且通信也正常。
圖6 采用串口調試助手對設計的轉換器進行調試的結果
從上面的試驗可以看出該轉換器可以實現(xiàn)PC機和RS485總線的正常通信，說明所設計的轉換器符合預期的要求。
結論
本文利用單片機STC11F02E的串口引腳可以在P3.0、P3.1引腳和P1.6、P1.7引腳之間隨意切換的特性，設計了一個簡單實用的RS232/RS485轉換器。該轉換器結構非常簡單，只用到了三片常用集成芯片外加少量外圍器件便可完成總體設計，極大地減小了體積和成本，而且轉換器的電源還可以通過PC機的USB接口提供的5V電源來供電，可以省去另外配置電源的麻煩。
該轉換器已成功應用在所設計的水泵綜合參數(shù)測試平臺上，實際試驗結果表明該轉換器運行穩(wěn)定可靠，可應用于由PC機作為主機的RS485總線的主從式半雙工通信系統(tǒng)當中。
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