RS485通信和Modbus协议.docx

RS485通信和Modbus协议.docx

《RS485通信和Modbus协议.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《RS485通信和Modbus协议.docx（31页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

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