單片機RS－485多機通訊的實現(xiàn)

1　簡介
　　RS－485串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)以差分平衡方式傳輸信號，具有很強的抗共模干擾的能力，允許一對雙絞線上一個發(fā)送器驅(qū)動多個負(fù)載設(shè)備。工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)中一般都采用該總線標(biāo)準(zhǔn)進行數(shù)據(jù)傳輸，而且一般采用RS－485串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)都使用8044芯片作為通信控制器或各分機的CPU。8044芯片內(nèi)部集成了SDLC，HDLC等通信協(xié)議，并且集成了相應(yīng)的硬件電路，通過硬件電路和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的配合，使系統(tǒng)的通訊準(zhǔn)確、可靠、快速。8044在市場上日漸稀少，雖然有8344可替代，但幾百元的價位與普通單片機幾元至幾十元的價位相差甚遠(yuǎn)，用戶在開發(fā)一般的單片機應(yīng)用系統(tǒng)時，都希望能用簡單的電路和簡單的通信協(xié)議完成數(shù)據(jù)交換。譬如：利用單片機本身所提供的簡單串行接口，加上總線驅(qū)動器如SN75176等組合成簡單的RS－485通訊網(wǎng)絡(luò)。本文所述的方法已成功地應(yīng)用于工程項目，一臺主機與60臺從機通訊，通訊波特率達(dá)64KBPS。
2　總線驅(qū)動器芯片SN75176
　　常用的RS－485總線驅(qū)動芯片有SN75174，SN75175，SN75176。SN75176芯片有一個發(fā)送器和一個接收器，非常適合作為RS－485總線驅(qū)動芯片。
　　SN75176及其邏輯如圖1所示。

圖1　SN75176芯片及其邏輯關(guān)系

3　RS－485方式構(gòu)成的多機通信原理
　　在由單片機構(gòu)成的多機串行通信系統(tǒng)中，一般采用主從式結(jié)構(gòu)：從機不主動發(fā)送命令或數(shù)據(jù)，一切都由主機控制。并且在一個多機通信系統(tǒng)中，只有一臺單機作為主機，各臺從機之間不能相互通訊，即使有信息交換也必須通過主機轉(zhuǎn)發(fā)。采用RS－485構(gòu)成的多機通訊原理框圖，如圖2所示。

圖2　采用RS－485構(gòu)成的多機通訊原理框圖

　　在總線末端接一個匹配電阻，吸收總線上的反射信號，保證正常傳輸信號干凈、無毛刺。匹配電阻的取值應(yīng)該與總線的特性阻抗相當(dāng)。
　　當(dāng)總線上沒有信號傳輸時，總線處于懸浮狀態(tài)，容易受干擾信號的影響。將總線上差分信號的正端A+和+5電源間接一個10K的電阻；正端A+和負(fù)端B-間接一個10K的電阻；負(fù)端B-和地間接一個10K的電阻，形成一個電阻網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)總線上沒有信號傳輸時，正端A+的電平大約為3.2V，負(fù)端B-的電平大約為1.6V，即使有干擾信號，卻很難產(chǎn)生串行通信的起始信號0，從而增加了總線抗干擾的能力。
4　通信規(guī)則
　　由于RS－485通訊是一種半雙工通訊，發(fā)送和接收共用同一物理信道。在任意時刻只允許一臺單機處于發(fā)送狀態(tài)。因此要求應(yīng)答的單機必須在偵聽到總線上呼叫信號已經(jīng)發(fā)送完畢，并且沒有其它單機發(fā)出應(yīng)答信號的情況下，才能應(yīng)答。半雙工通訊對主機和從機的發(fā)送和接收時序有嚴(yán)格的要求。如果在時序上配合不好，就會發(fā)生總線沖突，使整個系統(tǒng)的通訊癱瘓，無法正常工作。要做到總線上的設(shè)備在時序上的嚴(yán)格配合，必須要遵從以下幾項原則：
　　1) 復(fù)位時，主從機都應(yīng)該處于接收狀態(tài)。
　　SN75176芯片的發(fā)送和接收功能轉(zhuǎn)換是由芯片的 RE* ，DE端控制的。RE*=1，DE=1時，SN75176發(fā)送狀態(tài)；RE*=0，DE=0時，SN75176處于接收狀態(tài)。一般使用單片機的一根口線連接RE*，DE端。在上電復(fù)位時，由于硬件電路穩(wěn)定需要一定的時間，并且單片機各端口復(fù)位后處于高電平狀態(tài)，這樣就會使總線上各個分機處于發(fā)送狀態(tài)，加上上電時各電路的不穩(wěn)定，可能向總線發(fā)送信息。因此，如果用一根口線作發(fā)送和接收控制信號，應(yīng)該將口線反向后接入SN75176的控制端，使上電時SN75176處于接收狀態(tài)。