樊 宇,趙 宇,程 全

基于RS-232標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)距離多機(jī)主從式通信系統(tǒng)的設(shè)計

樊 宇1,趙 宇2,程 全1

(1.周口師范學(xué)院物理與電子工程系,河南周口466001; 2.周口師范學(xué)院計算機(jī)科學(xué)系,河南周口466001)

利用RS-232串行通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離多機(jī)數(shù)據(jù)通信和控制,設(shè)計原理簡單,安全性高,與其他通信方式相比具有獨(dú)特的優(yōu)勢.對系統(tǒng)的關(guān)鍵部分進(jìn)行了詳細(xì)說明,并根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際使用情況提出了線路鋪設(shè)時應(yīng)注意的問題.

串行通信;主從式通信;MAX232

隨著計算機(jī)、通信技術(shù)的發(fā)展和成熟,數(shù)據(jù)通信已經(jīng)成為一種應(yīng)用廣泛的通信方式.它是利用通信系統(tǒng)將數(shù)字、字母以及字符等以二進(jìn)制形式在計算機(jī)之間進(jìn)行傳輸、交換和處理.數(shù)據(jù)通信可以在兩臺及兩臺以上的微機(jī)之間、微機(jī)與單片機(jī)之間以及單片機(jī)與單片機(jī)之間進(jìn)行.單片機(jī)以其高可靠性廣泛用于自動監(jiān)視、測量、控制等技術(shù)領(lǐng)域,在數(shù)據(jù)通信中主要用作從機(jī)以提高其性能價格比,而微機(jī)則用作主機(jī)安裝在條件優(yōu)越的環(huán)境中.根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際工作環(huán)境,選擇恰當(dāng)?shù)耐ㄐ沤涌诤蛥f(xié)議,合理設(shè)計通信軟件和硬件控制電路,以保證整個系統(tǒng)安全地運(yùn)行.在這類系統(tǒng)中,穩(wěn)定、可靠、方便、快捷的數(shù)據(jù)通信是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)和保障.

1 硬件電路設(shè)計

本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示,主要由PC機(jī)、AT89C51和MAX232轉(zhuǎn)換器及光纖和二極管組成.

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

PC機(jī)與單片機(jī)之間的通信一般采用串行異步通信方式.PC機(jī)是系統(tǒng)的主控機(jī),為實(shí)現(xiàn)異步通信,在PC機(jī)里設(shè)置了通用異步接收器和發(fā)送器, PC機(jī)中的UART電平為 TTL電平,而串行口的電平為RS-232電平.因此,PC機(jī)發(fā)送出去的數(shù)據(jù)要經(jīng)電平轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為 RS-232電平. AT89C51作為從機(jī),A T89C51內(nèi)部要設(shè)定為通信方式2,且設(shè)定SM2=1,通過定時器1、方式1設(shè)定通信的波特率為9 600 bps.單片機(jī)AT89C51中的電平為TTL電平,為了要經(jīng)過RS-232實(shí)現(xiàn)異步通信,也要經(jīng)過一片MAX232來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換.

MAX232芯片是MAXIX公司生產(chǎn)的,包含兩路接收器和驅(qū)動器的RS-232芯片,適用RS-232通信接口.MAX232芯片內(nèi)部有一個電源變換器,可以把輸入的+5 V電源電壓變換為RS-232輸出的正負(fù)10 V電壓.因此,采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需要單一的+5 V電源就可以了.單片機(jī)的電平為TTL電平,即邏輯電平1的電壓范圍為+3.7 V左右,邏輯電平0的電壓范圍為0.3 V左右.而RS-232的邏輯電平0的電壓范圍為+5 V～+15 V,邏輯電平1的電壓范圍為-5 V～-15 V.由此可見,RS-232標(biāo)準(zhǔn)代表的電壓范圍比實(shí)際代表的電壓范圍大,因此,RS-232標(biāo)準(zhǔn)要比 TTL標(biāo)準(zhǔn)所傳輸?shù)木嚯x遠(yuǎn).在此采用MAX232進(jìn)行RS-232與 TTL電路接口時的電平轉(zhuǎn)換.

2 硬件電路分析

標(biāo)準(zhǔn)的RS-232,理論上是不能進(jìn)行遠(yuǎn)距離和多機(jī)通信的.原因是:在上電復(fù)位時,各個從機(jī)的MAX232轉(zhuǎn)換器 T1OU T端為 RS-232標(biāo)準(zhǔn)的“1”電平,RS-232標(biāo)準(zhǔn)的“1”電平的電壓范圍為+ 5 V～+15 V,即為低電壓;若有從機(jī)響應(yīng)主機(jī)的呼叫,發(fā)出 TTL標(biāo)準(zhǔn)的“0”電平,則在此從機(jī)的MAX232轉(zhuǎn)換器T1OU T端輸出為RS-232標(biāo)準(zhǔn)的“0”電平,即為高電壓,此時其余從機(jī)的MAX232轉(zhuǎn)換器的R1OU T端輸出仍為RS-232標(biāo)準(zhǔn)的“1”電平,即為低電壓,這樣從機(jī)發(fā)送到總線上的高電壓將會被其他從機(jī)的MAX232轉(zhuǎn)換器的R1OU T端RS-232標(biāo)準(zhǔn)的“1”電平(低電壓)下拉成低電壓,易造成通信上的混亂.若在各個從機(jī)的MAX232轉(zhuǎn)換器的 T1OU T端外加上一個二極管,則在上電復(fù)位時,各個從機(jī)的MAX232轉(zhuǎn)換器的R1OU T端為RS-232標(biāo)準(zhǔn)的“1”電平,即為低電壓.若有從機(jī)響應(yīng)主機(jī)的呼叫,發(fā)出 TTL標(biāo)準(zhǔn)的“0”電平,則在此從機(jī)的 MAX232轉(zhuǎn)換器的T1OU T端輸出為RS-232標(biāo)準(zhǔn)的“0”電平,即為高電壓,由于此時二極管對其余從機(jī)的MAX232轉(zhuǎn)換器的T1OU T端來說是反向連接,這樣,此從機(jī)發(fā)送到總線上的高電壓“0”和其他從機(jī)MAX232轉(zhuǎn)換器的 T1OU T端RS-232標(biāo)準(zhǔn)“1”電平(低電壓)將互不干擾,就可以進(jìn)行多機(jī)通信了.

由于系統(tǒng)所采用的是遠(yuǎn)距離的串行通信,通信線路不易鋪設(shè),且主機(jī)向從機(jī)通信時,通信容量比較大,所以采用光纖通信.光纖通信的優(yōu)點(diǎn):傳輸頻帶寬,通信容量大;傳輸損耗小,適合長距離傳輸;體積小重量輕,可繞性、抗酸堿抗腐蝕性強(qiáng),鋪設(shè)方便,可埋于地下或架空架設(shè);輸入輸出間電隔離,不怕電磁干擾;保密性好,無漏信號和串位干擾.

3 結(jié)論

用RS-232總線實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)距離串行異步通信通信距離短,一方面是因為RS-232屬單端信號傳送,存在共地噪音和不能抑制共模干擾等問題.另一方面是因為驅(qū)動器允許有2 500 pF的電容負(fù)載,通信距離將受此電容的限制.因此,在系統(tǒng)應(yīng)用中應(yīng)注意以下情況:1)控制電路要與從機(jī)進(jìn)行光電隔離,用于切斷前后電路電器上的直接關(guān)系,消除地線阻抗和遠(yuǎn)距離電位差對單片機(jī)的影響,同時還可以避免強(qiáng)電擊造成大面積的損壞.2)排布通信總線時盡量避免與高電壓或動力電線平行,在無法避免時,應(yīng)盡量遠(yuǎn)離這些電路;盡量避免通信總線通過大功率電器或電磁場合.通信總線應(yīng)避免經(jīng)過易遭雷擊的地方.3)通信總線如有屏蔽層,各段屏蔽層應(yīng)相連,集中于一處,用一個適當(dāng)?shù)碾娙菖c地相連,不要各段相連以后與地直接相連.

[1]房小翠,王金鳳.單片機(jī)使用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2001:59-128.

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[4]樊宇,程全.基于VHDL語言的串行通信設(shè)計[J].周口師范學(xué)院學(xué)報,2009(2):57-58.

Design of long-distance digital communication based on RS-232

FAN Yu1,ZHAO Yu2,CHENG Quan1
(1.Department of Physics and Electronic Engineering,Zhoukou Normal University,Zhoukou 466000; 2.Department of Computer Science,Zhoukou Normal University,Zhoukou 466000,China)

RS-232 serial communication is an effective tool to carry out long-distance digital communication and remote control among many machines with simple principles and high reliability.Compared with other communicating ways,it has many unique advantages.The paper has illustrated the key components of the system in details.According to the actual service of the system,the pager has pointed out the matters needed to be paid attention to in the process of laying lines.

serial communication;digital communication;MAX232

TN4

A

1671-9476(2010)05-0060-02

2010-03-16

河南省高等學(xué)校青年骨干教師資助計劃項目(2009GGJS-118)

樊 宇(1975-),女,河南遂平人,講師,主要從事嵌入式應(yīng)用與開發(fā)和通信技術(shù)的研究.