RS485通信和Modbus协议.docx
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RS485通信和Modbus协议
在工业控制、电力通讯、智能仪表等领域,通常情况下是采纳串口通信的方式进行数据交换。
最初采纳的方式是RS232接口,由于工业现场比较复杂,各种电气设备会在环境中产生比较多的电磁干扰,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达到几十米,不能满足远距离通信要求。
而RS485则解决了这些问题,数据信号采纳差分传输方式,能够有效的解决共模干扰问题,最大距离能够到1200米,同时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通信场合特别多都采纳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开发板是不能够进行RS485实验的,应特别多同学的要求,把这节课作为扩展课程讲一下,假如要做本课相关实验,需要自行购买USB转485通信模块。
18、1 RS485通信
实际上在RS485之前RS232就差不多诞生,然而RS232有几处不足的地方:
1、接口的信号电平值较高,达到十几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,不能够过高,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,同时抗干扰性能也比较弱。
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行通信,不能够实现多机联网通信。
针对RS232接口的不足,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,最大的优势是能够抑制共模干扰。
尤其工业现场的环境比较复杂,干扰比较多,因此通信假如采纳的是差分方式,就能够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“1”以两线之间的电压差为+(0、2~6)V表示,逻辑“0”以两线间的电压差为-(0、2~6)V来表示,是一种典型的差分通信。
2、RS485通信速度快,最大传输速度能够达到10Mb/s以上。
3、RS485内部的物理结构,采纳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、传输距离最远能够达到1200米左右,然而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,才能达到最大的通信距离,假如需要传输更远距离能够使用中继。
5、能够在总线上进行联网实现多机通信,总线上允许挂多个收发器,从现有的RS485芯片来看,有能够挂32、64、128、256等不同个设备的驱动器。
RS485的接口特别简单,和RS232所使用的MAX232是类似的,只需要一个RS485转换器,就能够直截了当和我们单片机的UART串行接口连接起来,同时完全使用的是和UART一致的异步串行通信协议、然而由于RS485是差分通信,因此接收数据和发送数据是不能同时进行的,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?
RS485类的芯片特别多,这节课我们以MAX485为例讲解RS485通信,如图18—1所示。
图18-1MAX485硬件接口
MAX485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,直截了当使用单片机UART进行数据接收和发送、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脚是高电平使能输出驱动器。
我们把这两个引脚连到一起,平常不发送数据的时候,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能够了、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都能够。
在这个地方我们还要介绍一下如何使用KST—51单片机开发板进行外围扩展实验。
我们的开发板只能把基本的功能给同学们做出来提供实验练习,然而同学们学习的脚步不应该停留在这个实验板上。
假如想进行更多的实验,就能够通过单片机开发板的扩展接口进行扩展实验、大伙儿能够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IO引脚全部都引出来了。
在原理图上体现出来的就是我们的J4、J5、J6、J7这4个器件,如图18-2所示。
图18-2 单片机扩展接口
这32个IO口不是所有的IO口都能够用来对外扩展,其中既作为数据输出,又能够作为数据输入的引脚是不能够用的,比如P3、2、P3、4、P3。
6引脚,这三个引脚是不可用的。
比如P3、2这个引脚,假如我们用来扩展,发送的信号假如和DS18B20的时序吻合,会导致DS18B20拉低引脚,影响通信。
除这3个IO口以外的其他29个IO口,都能够使用杜邦线接上插针,扩展出来使用、当然了,假如把当前的IO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、
在进行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,大伙儿能够使用一个USB转485模块,用双绞线把开发板和模块上的A和B分别对应连起来,USB那头插入电脑,然后就能够进行通信了。
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特别简单了,基本是一致的。
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,因此在UartWrite()函数开头将485方向引脚拉高,函数退出前再拉低。
然而这个地方有一个细节,就是单片机的发送和接收中断产生的时刻都是在停止位的一半上,也就是说每当停止位传送了一半的时候,RI或TI就差不多置位同时马上进入中断(假如中断使能的话)函数了,接收的时候自然可不能存在问题,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止位的发送后,再开始新字节的发送,但假如此时不是接着发送下一个字节,而是差不多发送完毕了,要停止发送并将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止位实际只发送了一半,还没有完全完成,因此就有了UartWrite()函数内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止位完成,那么这个时间自然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*************************/
#include〈reg52、h>
#include<intrins、h〉
sbit RS485_DIR =P1^7; //RS485方向选择引脚
bit flagOnceTxd = 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
unsigned charcntRxd=0;
unsignedcharpdatabufRxd[40]; //串口接收缓冲区
void ConfigUART(unsignedintbaud) //串口配置函数,baud为波特率
{
RS485_DIR =0;//RS485设置为接收方向
SCON= 0x50; //配置串口为模式1
TMOD &= 0x0F; //清零T1的控制位
TMOD |=0x20; //配置T1为模式2
TH1=256- (11059200/12/32) / baud; //计算T1重载值
TL1=TH1; //初值等于重载值
ET1=0; //禁止T1中断
ES =1; //使能串口中断
TR1=1; //启动T1
}
unsigned char UartRead(unsignedchar *buf, unsigned char len)//串口数据读取函数,数据接收指针buf,读取数据长度len,返回值为实际读取到的数据长度
{
unsignedchar i;
if(len〉cntRxd) //读取长度大于接收到的数据长度时,
{
len=cntRxd; //读取长度设置为实际接收到的数据长度
}
for(i=0; i {
*buf=bufRxd[ i];
buf++;
}
cntRxd=0; //清零接收计数器
return len; //返回实际读取长度
}
voidDelayX10us(unsignedchart) //软件延时函数,延时时间(t*10)us
{
do{
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
}while(——t);
}
voidUartWrite(unsignedchar*buf,unsignedcharlen)//串口数据写入函数,即串口发送函数,待发送数据指针buf,数据长度len
{
RS485_DIR=1; //RS485设置为发送
while(len—-) //发送数据
{
flagOnceTxd=0;
SBUF=*buf;
buf++;
while(!
flagOnceTxd);
}
DelayX10us(5); //等待最后的停止位完成,延时时间由波特率决定
RS485_DIR =0; //RS485设置为接收
}
voidUartDriver()//串口驱动函数,检测接收到的命令并执行相应动作
{
unsignedchar len;
unsignedchar buf[30];
if (cmdArrived)//有命令到达时,读取处理该命令
{
cmdArrived=0;
len=UartRead(buf,sizeof(buf)-2);//将接收到的命令读取到缓冲区中
buf[len++]='\r’; //在接收到的数据帧后添加换车换行符后发回
buf[len++]='\n’;
UartWrite(buf,len);
}
}
voidUartRxMonito