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1、基于RS485的简单现场总线通信系统设计指导书1. 课程设计目的1）进一步融合大学期间所学的理论知识和实践技能；2）提高学生问题分析能力和实际操作能力；3）通过完成一个较完整的简单课题，使学生对实际的系统设计与实现有一个初步的认识。2. 技术指标A, 单发单收，在发送状态，能够连续发送从0到99的数字；B, 单发单收，在接收状态，能够接收数据，并在数码管上正确地显示出来；C， 单发多收，在 AB 完成的基础上，接上多个接收设备，能够正确发送和接收；D，设定一个为主站，其余为从站，每次数据传输都由主站发起，即主站请求从站1发送数据， 主站接收到，并显示在数码管上，主站再请求从站2发数据，从站2要
2、能发送数据，并且主 站要能收到并显示出来。每个站点要在软件中设定站址。3. 系统设计方案3.1 整体方案设计基于RS-485的现场总线通信系统克服了 RS232通信距离短的缺陷，已广泛应用于工业控制、仪器、 仪表、多媒体网络、机电一体化产品等诸多领域。为了更好地理解使用RS485总线的方法，我们先简单回顾一下RS232的原理和操作方法。在串行通 讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯oRS-232-C接口（又 称EIA RS-232-C是目前最常用的一种串行通讯接口。（“RS-232-C中的“-C只不过表示RS-232的版本， 所以与“RS-232简称是一
3、样的）它是在1970年由美国电子工业协会（EIA联合贝尔系统、调制解调器厂 家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是数据终端设备（DTE）和数据通讯 设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准。规定采用一个25个脚的DB-25连接器，对连接器 的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。后来IBM的PC机将RS-232简化成了 DB-9连接器，从而成为事实标准。而工业控制的RS-232 口一般只使用RXD （收）、TXD （发）、GND （地） 三条线。注意DB-9连接器有公头母头之分，一般PC机配有公头。下图是一个C51单片机小系统的原理 图（和实验
4、中心的小系统不一样，这里只是起到示意作用）vccXTAL2 XTAL1CRYSTAlXTAL21830171615141312TXD1129RSTRXD 10C910uF16V2827262524TT227T占一C2R24K730pF0pFPSENRSTXTAL2xtal1ALE EAP3.7/RDP0.7/AD7P3.6/WRP0.6/AD6P3 5/T1P0 5/AD5P3 4/T0-P0 4/AD4P3 3/INT-P0 3/AD3P3 2/INT0P0 2/AD2P3 1/TXDP0 1/AD1P3 0/RXDP0 0/AD0P2 7/A15Pl 0P2 6/A14Pl 1P2 5/A
5、13P1 2P2 4/A12P1 3P2 3/A11P1 4P2 2/A10P1 5P2.1/A9CC C/ A P1.6ci rU19RST19 XTAL1T3-31-35363738T9-P1_02pi i34P1 3567R34K7C12104VCCC10104c+cT1INVR1OUTc-T1OUTC2+R1INT2IN C2-R2OUTV+DT2OUTN6146GGNDRI INDTR OUT cts inTXD OUTRTS OUTRXD IN DSR IN CD INU2MAX202CPE7 g109514 TXDLINE13 RXDLINETT TXD12 RXD一一 C131
6、04JX49T8T 6 TTXDLINERXDLINEDB9/MTHIS CONNECTOR IS A MALE ONE.TitleSizeANumberRevisionA1-Mar-2009SheetOfDate:File:D:workshopprotelElecCtlCourseDSgnsmgle2.daibiwn By :AT89C521单片机中集成有串口收发模块，有两个信号线引出，分别是TXD和RXD，是5空的TTL电平，这两个信号要通过MAX202CPE （或其他的类似的芯片）转换成RS232的电平。RS232其实规定了协议规程，电气规程和物理接头等的标准，从OSI参考模型来看，属于
7、物理层协议规程，而RS485协议其实只是规定了电气规程，所以我们可以把RS485看作是RS232的补充规定。在嵌 入式单片机中，一般都集成有串口收发的功能，都提供基本的TTL电平的RXD和TXD引脚，不过这个 引脚的信号不能直接连到DB9插头的相关的脚上，而要使用TTL电平到RS232电平转换芯片，使标准TTL 电平转为大概一12V至12V的电平，芯片可以使用MAX202CPE。由单片机加MAX202CPE,组成的系统 就可以和一般的PC机进行通信了，不过这个距离不可以太远，一般几米。在一些实际的工业控制系统中, 这种方案就不行了，这时可以使用符合RS485标准的芯片把TTL电平的RXD和TX
8、D信号转换为差分的 信号，以提高传输距离。具体来说，RS-485接口标准指标:传输方式：差分传输介质：双绞线标准节点数：32最远通信距离：1200m共模电压最大、最小值：+12V； -7V差分输入范围：-7V +12V接收器输入灵敏度： 200mV接收器输入阻抗：12kQF面简述RS-485的电气特性操作原理。在发送端：发送逻辑1时，以两线间的电压差+ （2至6） V表示;逻辑0以两线间的电压差为-（2至6） V表示。接收端：A比B高200mV以上即认为是逻辑1,A比B低200mV 以上即认为是逻辑0。RS-485的数据最高传输速率为10Mbps但是由于RS-485常常要与PC机的RS-232
9、口 通信，所以实际上一般最高115.2Kbps,又由于太高的速率会使RS-485传输距离减小，所以往往为9600bps 左右或以下。 RS-485 接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，所以抗噪声干扰性好。 RS-485 接口 的最大传输距离标准值为1200米（9600bps时），实际上可达3000米。RS-485接口在总线上允许连接多 达128个收发器（和所采用的具体芯片有关），即RS-485具有多机通信能力,用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优 点就使其成为首选的串行接口。因为RS485接口组成的
10、半双工网络，一般只需二根信号线，所以RS485接口 均采用屏蔽双绞线传输。RS-485的国际标准并没有规定RS485的接口连接器标准、所以采用接线端子或者 DB-9、DB-25 等连接器都可以。对于本课题设计，我们打算采用现有的符合RS485标准的芯片来进行设计。一般来讲，使用了 RS485 的芯片后，MAX202CPE就可以不使用了。但是考虑到实验室具有的51单片机最小系统的TXD和RXD信 号不容易引出，只是提供了通过类似MAX202CPE的芯片转换之后的RS232电平信号（TXDLINE和 RXDLINE），所以在面包板上使用MAX202CPE在把信号再变为TTL的电平，然后再接RS48
11、5的芯片， 在本课题设计中使用符合RS485标准的MAX485E芯片。在面包板上，搭建如下电路，以实现RS232电平到TTL电平的转换，TXDLINE和RXDLINE接小系 统板上相应的 RS232 插头的收发端；DC.WO1J3C+ CT1INR1OUTC-T1OUTC2+R1INT2IN.C2-R2OUTV+DT2OUTV NV G11TXD12RXD14TXDLINE13RXDLINE1097TitleSizeA4NumberRevision而图中的TXD和RXD要接MAX485E的DI、RO端。于是总的系统方框图如下:TitleSizeNumberRevisionA4Date:l-Ma
12、r-2009Sheet ofA12BREAD BOARD51 SYSTEMTXDLINERXDLINEMAX202CPEI/O1234系统总体上可分为控制模块、通信接口模块、显示模块、输入模块。具体来说，控制部分由 51 单片 机的最小系统来担当，此最小系统具有基本的程序存储器、数据存储器、数个IO 口等。程序的写入由专 用的烧写器或直接通过串口来完成。单片机的开发软件使用KEIL的开发工具Keil51。编程语言使用C语 言，使学生能专注于问题的解决，而不是工具本身。显示模块由四个 7 段码 LED 构成，可以使用驱动芯 片，也可以直接使用单片机的 IO 口来驱动。两个发光二极管用来显示收发的
13、状态，当有数据收到或发送 时，相应的发光二极管要随着闪烁。通信接口模块使用半双工的 RS485 芯片来构成，此模块通过 MAX202CPE和单片机的串行口连接，实现远距离传输。输入模块，采用査询方式或中断方式实现对拨码 开关的响应，拨码开关用来切换收发状态。3.2单元电路设计3.2.1 控制部分电路设计控制部电路分即一个单片机最小系统板，如果需要，可以为单片机提供外部晶振电路和复位电路。213.2.2 显示部分电路设计显示部分由发光二极管显示和数码管显示，对于发光二极管显示，为了获得较好的显示效果和保护发TitleSizeA4NumberRevisionD：wOkshoppotelElecCt
14、lCouseDSgnsingle2.d3bawn By :34光二极管，故将发光二极管的正极统一接1k 的上拉电阻，负极接到单片机I/O管脚的P0或者P2 口。 对于数码管显示部分，四个片选信号可以直接接到单片机的 I/O 端口，对单片机 I/O 进行读写就可以 控制数码管的显示。需要测试，四位数码管为共阴极还是共阳极。为了方便，可以将I/O端口输出的十进 制BCD码进行译码，选用BCD译码芯片741S248,将译码芯片的输出作为数码管的的数据输入。DRYdpdpp封dps3.2.3 输入部分电路设计拨码开关的一端接到单片机的IO 口，另一端接地，本设计中将对应I/O端口接了 1k上拉电阻，为了 减轻拨动所带来的影响，在相应两端并上一个电容。3.2.4 电源转换电路由于实验中提供的电源是9V电压，故需要一个电源
