RS-485通讯中继器的设计

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1、RS-485通讯中继器的设计1引言RS-485是一种平衡传送的串行接口标准，比最早的采用非平衡方式传送的RS-232串行接口标准在电气指标上有了大幅度的提高。由于RS-485总线通讯距离远，抗干扰能力强，结构简单，可靠性高，广泛应用于多机远距离通信系统中。其最大传输距离在数据传输速率为100kbps时为120m，传输速率为10kbps时为1.2km，传输速率降为300bps时可超过4km。最大传输距离的增加是牺牲数据传输速率为代价的。如果即要保证传输速度，而传输距离又超过RS-485的可靠通讯距离时，必须加中继器延长其通讯距离。中继器的设计方案很多，本文采用DALLAS公司具有双串行通读口

2、的单片机DS80C520来实现。该方法硬件电路特别简单，软件设计方便，大大提高了中继器的可靠性。2工作原理DS80C520完全兼容8051的指令，外接晶振频率最高可达33MHz，在相同的晶振频率下其指令平均执行速度是8051的2.5倍，而且具有电源失效自动复位和内置看门狗电路，低功耗设计，可靠性高。管脚的排列和8051完全相同，通过管脚复用，DS80C520具有13个中断源（其中有6个外部中断）、3个定时器和两个全双工的串行端口，大大扩展了系统的资源[1]。利用它的两个串行端口和两片SN75LBC184相连，可以很方便地设计一个高传输速率、高可靠性的RS-485中继器，其硬件电路如图1所示

3、。SN75LBC184是具有瞬变高压抑制功能的RS-485接口芯片，能抗雷击，防静电放电，避免因交流电故障引起的非正常高压脉冲冲击。最高传输速率可达250kbps。在传输速率为9600b/s，传输距离在1km以内，用SN75LBC184作为接口芯片的RS-485总线上理论上可以挂64个网络节点[2]。实际使用时，因线缆长度、线径、网络分布、传输速率不同，实际节点数均达不到理论值，可达到70%左右。位于总线两端的差分端口A与B之间跨接120Ω匹配电阻，以减少由于不匹配而引起的反射、吸收噪声，有效地抑制了噪声干扰。单片机DS80C520通过控制收发器SN75LBC184的收发使能端（RE#、D

4、E）作收发控制：当收使能端RE#为“0”时，收发器准备从A、B端（和总线相连）接收来自总线的数据，并通过R端传给MCU；当发使能端DE为“1”时，收发器准备把从D端读入的数据通过A、B端发送到总线上。图中两片SN75LBC184的收发使能端（RE#、DE）各自相连，分别由单片机的P3.3口和P1.5口控制，工作在半双工方式下。LED1和LED2用来指示TXD0和TXD1上是否有数据发送。LED3用来指示单片机的工作状态是否正常。中继器的工作原理为：两片SN75LBC184的收发使能端一开始给低电平，准备接收数据。当其中一个收发器收到数据时，比如U2，U2通过R端将数据经单片机的RXD0脚送

5、入串行接口0的接收缓冲区SBUF0。单片机将SBUF0中的数据转到串行接口1的发送缓冲区SBUF1，然后让U3的发送使能端（DE）有效，从而把U2一侧的总线上的数据完整地转送到U3一侧的总线上，实现了中继器的功能。反之亦然。 3软件设计由于采用了具有两个串行口的单片机，中继器的软件设计也得到了简化。主要由三部分组成：一个主程序和两个中断子程序，结构非常清晰。在主程序中，主要是设置串口的波特率（这里设置为9600bps）和看门狗复位时间，打开两个串口的中断，然后进入等待循环状态，等待串口接收中断的产生（RI0或RI1为“1”），其流程图如图2所示。在打开两个串口的中断之前，先对P3.3和P1

6、.5清“0”，让两片SN75LBC184处于接收状态，并让串口工作在方式3。在“等待”的过程中如果不断给P3.6脚输出高、低变化的电平，则LED3就会不停地闪烁，从而可以断定单片机在正常工作。因为串口工作在方式3，11位异步通信方式（1个起始位，8个数据位，1个附加的第9位和1个停止位），8位数据装入接收缓冲区，第9位放在对应的RB8(0/1)中，其他两位忽略，发送时收发器会自动加上。第9位数据通常用作数据的奇偶校验位，或在多机通信中作为地址/数据的特征位。当单片机收到第11位数据时，接收中断标志位RI(0/1)会自动置“1”。以串口0接收串口1发送为例：当RI0为“1”时，程序就进入串口

7、0接收中断子程序，其流程图如图3所示。进入中断子程序后，首先保护现场，并关掉所有的中断，将RI0清“0”（RI(0/1)不能自动清“0”，只能软件清“0”）。然后将串口0接收缓冲区SBUF0中的8位数据装入串口1的发送缓冲区SBUF1，并将第9位数据从RB8_0转移到RB8_1中，如有必要也可以先做奇偶校验。此时，使P1.5输出高电平，启动U3发送数据到总线。当数据发送完毕时，串口1会自动将发送完毕状态位TI1置“1”，