RS485通信和Modbus协议

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1、在工业控制、电力通讯、智能仪表等领域，通常情况下是采用串 口通信的方式进展数据交换。最初采用的方式是RS232接口，由于工业现场比拟复杂，各种电气设备会在环境中产生比拟多的电磁干 扰，会导致信号传输错误。除此之外，RS232接口只能实现点对点通信，不具备联网功能，最大传输距离也只能到达几十米，不能满足 远距离通信要求。而RS485那么解决了这些问题，数据信号采用差 分传输方式，可以有效的解决共模干扰问题，最大距离可以到1200米，并且允许多个收发设备接到同一条总线上。随着工业应用通信越来越多，1979年施耐德电气制定了一个用于工业现场的总线协议 Modbus协议，现在工业中使用RS485通信场

2、合很多都采用 Modbus协议，本节课我们要讲解一下 RS485通信和Modbus协 议。单单使用一块KST-51开发板是不能够进展 RS485实验的，应 很多同学的要求，把这节课作为扩展课程讲一下，如果要做本课相关 实验，需要自行购置USB转485通信模块。18.1 RS485 通信实际上在RS485之前RS232就已经诞生，但是 RS232有几处 缺乏的地方：1、接口的信号电平值较高，至U达十几 V，容易损坏接口电路的 芯片，而且和TTL电平不兼容，因此和单片机电路接起来的话必须加 转换电路。2、 传输速率有局限，不可以过高，一般到几十Kb/s就到极限 了。3、接口使用信号线和GND与其他

3、设备形成共地模式的通信， 这种共地模式传输容易产生干扰，并且抗干扰性能也比拟弱。4、传输距离有限，最多只能通信几十米。 5、通信的时候只能两点之间进展通信，不能够实现多机联网通 信。针对RS232接口的缺乏，就不断出现了一些新的接口标准， RS485就是其中之一，他具备以下的特点：1、我们在讲A/D的时候，讲过差分信号输入的概念，同时也介绍了差分输入的好处，最大的优势是可以抑制共模干扰。 尤其工业现 场的环境比拟复杂，干扰比拟多，所以通信如果采用的是差分方式， 就可以有效的抑制共模干扰。而 RS485就是一种差分通信方式，它 的通信线路是两根，通常用A和B或者D+和D-来表示。逻辑“ T 以两

4、线之间的电压差为+(0.26)V 表示，逻辑“ 0以两线间的电压 差为-(0.26)V 来表示，是一种典型的差分通信。 2、RS485通信速度快，最大传输速度可以到达 10Mb/s以上。3、RS485部的物理构造，采用的是平衡驱动器和差分接收器的 组合，抗干扰能力也大大增加。4、传输距离最远可以到达1200米左右，但是他的传输速率和 传输距离是成反比的，只有在100Kb/s以下的传输速度，才能到达 最大的通信距离，如果需要传输更远距离可以使用中继。|5、 可以在总线上进展联网实现多机通信，总线上允许挂多个收 发器，从现有的RS485芯片来看，有可以挂32、64、128、256等 不同个设备的驱

5、动器。RS485的接口非常简单，和 RS232所使用的MAX232是类似 的，只需要一个RS485转换器，就可以直接和我们单片机的 UART 串行接口连接起来，并且完全使用的是和 UART 一致的异步串行通 信协议。但是由于RS485是差分通信，因此接收数据和发送数据是 不能同时进展的，也就是说它是一种半双工通信。那我们如何判断什 么时候发送，什么时候接收呢？ IRS485类的芯片很多，这节课我们以MAX485为例讲解RS485 通信，如图18-1所示。485-AMAX485 是美信（Maxim）推出的一款常用 RS485转换器。其中 5脚和8脚是电源引脚，6脚和7脚就是485通信中的A和B两

6、个 引脚，而1脚和4脚分别接到我们单片机的RXD和TXD引脚上， 直接使用单片机UART进展数据接收和发送。而2脚和3脚就是方 向引脚了，其中2脚是低电平使能接收器，3脚是咼电平使能输出驱 动器。我们把这两个引脚连到一起，平时不发送数据的时候，保持这 两个引脚是低电平，让 MAX485处于接收状态，当需要发送数据的 时候，把这个引脚拉高，发送数据，发送完毕后再拉低这个引脚就可 以了。为了提高RS485的抗干扰性能，需要在靠近 MAX485的A 和B引脚之间并接一个电阻，这个电阻阻值从100欧到1K都可以。在这里我们还要介绍一下如何使用 KST-51单片机开发板进展外 围扩展实验。我们的开发板只

7、能把根本的功能给同学们做出来提供实 验练习，但是同学们学习的脚步不应该停留在这个实验板上。如果想进展更多的实验，就可以通过单片机开发板的扩展接口进展扩展实 验。大家可以看到蓝绿色的单片机座周围有 32个插针，这32个插针就是把单片机的32个10引脚全部都引出来了。在原理图上表达 出来的就是我们的J4、J5、J6、J7这4个器件，如图18-2所示。P1XIPl.f了Pi.iP1J4El,TCb6BU?J410ll12JED13W14ECK15SPA16号CL话RS-Tb押c:id20P1.0-T2巩)Oi ADDP；.lPl.2Ml AD2PLjH j. ADjJL4PD.4-AIMPl.fM

8、i ADSPO.f.WCP!/W AD-Pj.C rxdP2.7/AI5P3.1P2 f JLHPkZUKTtP2 J A13P3.j IKT1M.4-T0P2 3 AllP3.5 TlP-.l X10Pll A? ASPSENEARSTA1EvccXTALi(TOXTjLLZ图18-2单片机扩展接口.B l36DB 3XDB 4J-CJ22J.V2&ke-x225心ytH23KayChitlKeyQsS31JCeyChit斗j1 SOS!聊 ILJ：这32个I0 口不是所有的I0 口都可以用来对外扩展，其中既作 为数据输出，又可以作为数据输入的引脚是不可以用的，比方P3.2、P3.4、P3.

9、6引脚，这三个引脚是不可用的。比方 P3.2这个引脚，如 果我们用来扩展，发送的信号如果和 DS18B20的时序吻合，会导致 DS18B20拉低引脚，影响通信。除这3个I0 口以外的其他29个I0 口，都可以使用杜邦线接上插针，扩展出来使用。当然了，如果把当 前的I0 口应用于扩展功能了，板子上的相应的功能就实现不了了， 也就是说需要扩展功能和板载功能二选一。在进展RS485实验中，我们通信用的引脚必须是 P3.0和P3.1， 此外还有一个方向控制引脚，我们使用杜邦线将其连接到P1.7上去。 RS485的另外一端，大家可以使用一个USB转485模块，用双绞线 把开发板和模块上的A和B分别对应连

10、起来，USB那头插入电脑， 然后就可以进展通信了。学习了第13章的实用串口通信的方法和程序后，做这种串口通 信的方法就很简单了，根本是一致的。我们使用实用串口通信的思路， 做了一个简单的程序，通过串口调试助手下发任意个字符，单片机接 收到后在末尾添加“回车+换行符后再送回，在调试助手上重新显 示出来，先把程序贴出来。程序中需要注意的一点是：因为平常都是将 485设置为接收状 态，只有在发送数据的时候才将 485改为发送状态，所以在 UartWrite()函数开头将485方向引脚拉高，函数退出前再拉低。但 是这里有一个细节，就是单片机的发送和接收中断产生的时刻都是在 停顿位的一半上，也就是说每当

11、停顿位传送了一半的时候，RI或TI就已经置位并且马上进入中断如果中断使能的话函数了，接收的 时候自然不会存在问题，但发送的时候就不一样了：当紧接这向SBUF 写入一个字节数据时，UART硬件会在完成上一个停顿位的发送后， 再开场新字节的发送，但如果此时不是继续发送下一个字节，而是已经发送完毕了，要停顿发送并将 485方向引脚拉低以使485重新处 于接收状态时就有问题了，因为这时候最后的这个停顿位实际只发送 了一半，还没有完全完成，所以就有了UartWrite()函数DelayX10us(5)这个操作，这是人为的增加了延时 50us，这50us 的时间正好让剩下的一半停顿位完成，那么这个时间自然

12、就是由通信 波特率决定的了，为波特率周期的一半。/*RS485.C文件程序源代码*/#in clude #in clude vintrin s.hsbit RS485_DIR = P1A7;/RS485方向选择引脚bit flagO nceTxd = 0;/单次发送完成标志，即发送完一个字节bit cmdArrived = 0;/命令到达标志，即接收到上位机下发的命令un sig ned chartRxd = 0;un sig ned char pdatabufRxd40; /串口接收缓冲区void ConfigUART(unsigned int baud)/ 串口配置函数，baud 为波特率

13、RS485_DIR = 0; /RS485设置为接收方向SCON = 0x50;/配置串口为模式 1TMOD &= 0x0F; II清零T1的控制位TMOD |= 0x20; II 配置 T1 为模式 2TH1 = 256 - (11059200/12/32) / baud;II 计算 T1 重载值TL1 = TH1; II初值等于重载值ET1 = 0;II制止T1中断ES = 1; II使能串口中断TR1 = 1;II 启动 T1un sig ned char UartRead( un sig ned char *buf, un sig ned char len) II串口数据读取函数，数据

14、接收指针 buf，读取数据长度len，返回值为实际读取到的数据长度un sig ned char i;if (le ntRxd) /读取长度大于接收到的数据长度时，len =tRxd; II读取长度设置为实际接收到的数据长度for (i=0; ile n; i+) II拷贝接收到的数据*buf = bufRxd i;buf+;tRxd = 0;/清零接收计数器return len;/返回实际读取长度void DelayX10us(unsigned char t)/ 软件延时函数，延时时间(t*1O)usdo _n op_();_n op_();_n op_();_n op_();_n op_();_n op_();_n op_();_n op_(); while (-t);即串口发void UartWrite(u nsig ned char *buf, un sig ned char len) /串口数据写入函数，送函数，待发送数据指针buf，数据长度lenRS485_DIR = 1;/RS485 设置为发送while (len-)/ 发送数据flagO