文章目录

前言
一、硬件设计
- 1.开发板串口硬件电路
- 2.RS485电气性能
- 3.RS485通信协议
- 4.RS485电路设计
二、软件设计
- 1.RS485总线数据收发实验（串口4）
- - 1.1.工程需要用到的c文件
  - 1.2.头文件引用和路径设置
  - 1.3.编写代码
  - 1.4.硬件连接
总结

前言

今天介绍下STC8A8K64S4A12系列MCU串行口原理，掌握RS485总线通信的硬件原理，了解RS485总线通信的软件协议。

一、硬件设计

1.开发板串口硬件电路

STC8A8K64S4A12开发板上设计了RS485电路（RS485接口芯片选择的是MAX485），具体电路及实物接口如下。

图1：开发板RS485电路

RS485电路占用的单片机的引脚如下表：

表1：串口电路引脚分配

☆注：独立GPIO表示开发板没有其他的电路使用这个GPIO。

2.RS485电气性能

RS485接口是一个物理接口，将多个RS485接口通过一定方式连接起来，可形成RS485总线。将多个RS485接口连接起来的方式有多种，一般不支持星型、树型或环型网络。下图是总线型连接的RS485系统通信框图，也是被最广泛应用的一种连接方式。

图2： RS485系统通信框图

☆注：RS485系统通信时有几点注意事项：
1）连接电脑（主机）和RS485总线的可以不选择USB转RS485模块，如果电脑有RS232接口，也可选择RS232转RS485模块。
2）RS485总线如果需要加终端电阻，最好的效果是总线的首尾两端各加一个。

RS485总线是一种常规的通信总线，他不能做总线的自动仲裁，也就是不能同时发送数据以避免总线竞争，所以整个系统的通信效率必然较低，数据冗余量较大，对于速度要求高的应用场所不适应用RS485总线。同时由于RS485总线上通常只有一台主机，所以这种总线方式是典型的集中——分散型控制系统。

概括一下，RS485接口或者说RS485总线具有以下电气性能：

传输方式：主从式，半双工。
传输速率：可配置（最高传输速率为10Mbps）。
最大挂接节点数：一般最大支持32个节点（如果使用特制的RS485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点）。
最大传输距离（不加中继）：受传输速率、通信电缆是否双绞、通信电缆芯线截面积等因素影响，一般在100Kbps的传输速率下，才可以达到最大的通信距离约为1219米。

3.RS485通信协议

RS485接口本身只是硬件接口，硬件通信接口建立后，在进行数据传输的设备之间需要约定一个数据协议，以使接收端能够解析收到的数据，这便是“协议”的概念。

通信协议按照有无统一的标准来划分，可分成两种：

标准通信协议。此有统一标准的协议格式，如“ModBus”协议，标准的协议内容全面，包含的内容很多，但不易理解。
自定义通信协议或者说私有通信协议。用户可根据自已的需求，灵活定义一种协议，简单实用，这便是“自定义协议”。

☆注：“ModBus”协议也有ASCII模式和RTU模式两种，这两种又有很大差别，用户需根据自已实际需求来选择最合适自己的协议。

4.RS485电路设计

RS485电路总体上可以分为隔离型与非隔离型。隔离型比非隔离型在抗干扰、系统稳定性等方面都有更出色的表现，但有一些场合也可以用非隔离型。

非隔离型的电路非常简单，只需一个RS485芯片直接与MCU的串行通信口和一个GPIO控制口连接就可以。（开发板使用的就是最简单的非隔离型电路）

在某些工业控制领域，由于现场情况十分复杂，各个节点之间存在很高的共模电压。虽然RS485接口采用的是差分传输方式，具有一定的抗共模干扰的能力，但当共模电压超过RS485接收器的极限接收电压，即大于+12V或小于－7V时，接收器就再也无法正常工作了，严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备。

解决此类问题的方法是通过DC-DC将系统电源和RS485收发器的电源隔离；通过隔离器件将信号隔离，彻底消除共模电压的影响。

实现隔离型RS485电路设计的方案可分为：

传统方式：用高速光耦、带隔离的DC-DC、RS485芯片构筑电路。
使用二次集成芯片，如ADM2483、ADM257E等。

☆注：隔离型RS485具体电路不在此介绍，还是那句话，根据自己的需求和成本来定方案。

二、软件设计

RS485通信本质还是异步串行通信，这和UART通信一样，不同之处是，RS485接收和发送需要专用使能引脚控制，软件设计时需要注意。（软件控制MAX485芯片RE引脚切换为接收或发送模式时，注意软件适当延时，以满足硬件切换的时间需求。）

1.RS485总线数据收发实验（串口4）

1.1.工程需要用到的c文件

本例需要用到的c文件如下表所示，工程需要添加下表中的c文件。

表2：实验需要用到的c文件

1.2.头文件引用和路径设置

■ 需要引用的头文件

#include "delay.h"
#include "uart.h"

■ 需要包含的头文件路径

本例需要包含的头文件路径如下表：

表3：头文件包含路径

MDK中点击魔术棒，打开工程配置窗口，按照下图所示添加头文件包含路径。

图3：添加头文件包含路径

1.3.编写代码

首先，在uart.c文件中编写串口4的初始化函数Uart4_Init，代码如下。

程序清单：串口4初始化函数

/*************************************************************************** * 描  述 : 串口4初始化函数 * 入  参 : 无 * 返回值 : 无
备注：波特率9600bps   晶振11.0592MHz **************************************************************************/
void Uart4_Init(void)
{     P_SW2|=S4_S;        //选择P5.2、P5.3为串口4使用   S4CON |= 0x10;      //启动串行接收器     S4CON &= 0x30;      //8位数据,可变波特率，串口4选择定时器2为波特率发生器  AUXR |= 0x04;         //定时器2时钟为Fosc,即1T  T2L = 0xE0;         //设定定时初值  T2H = 0xFE;         //设定定时初值  AUXR |= 0x10;         //启动定时器2  IE2 |= 0x10;      // 串口4中断打开
}

然后，编写串口4发送数据函数，把要发送的字节存放于数据缓存寄存器中，直到数据发送完成，代码如下。

程序清单：数据发送函数函数

/*************************************************************************** * 描  述 : 串口4发送数据函数 * 入  参 : uint8 数据 * 返回值 : 无 **************************************************************************/
void SendDataByUart4(uint8 dat)
{  S4BUF = dat;                 //写数据到UART数据寄存器  while(!(S4CON&S4TI));        //在停止位没有发送时，S4TI为0即一直等待  S4CON&=~S4TI;                //清除S4CON寄存器对应S4TI位（该位必须软件清零）
}

之后，编写串口4的中断服务函数，将接收的数据存放到用户自定义变量uart4temp中，代码如下。

程序清单：中断服务函数

/*************************************************************************** * 描  述 : 串口4中断服务函数 * 入  参 : 无 * 返回值 : 无 **************************************************************************/
void Uart4() interrupt 18 using 1
{  IE2 &= 0xEF;                           //串口4中断关闭  Flag=TRUE;                       //接收到数据,接收标识符有效  if (S4CON & S4RI)                //串行接收到停止位的中间时刻时，该位置1  {  S4CON &= ~S4RI;              //清除S4CON寄存器对应S4RI位（该位必须软件清零）  uart4temp = S4BUF;           //把串口4缓存SBUF寄存器数据存放到数组temp1中  }  if (S4CON & S4TI)               //在停止位开始发送时，该位置1  {  S4CON &= ~S4TI;                    //清除S4CON寄存器对应S4TI位（该位必须软件清零）  }  IE2 |= 0x10;                    //串口4中断打开
}

最后，用户定义一个自定义函数UART4_Tx485_Puts，该函数将接收的数据原样返回去并加上回车符，注意RS485发送完后要将RE引脚控制为接收模式，切换引脚发送还是接收时有软件延时。主函数main在主循环中调用该函数。具体代码如下。

代码清单：用户函数UART4_Tx485_Puts

/************************************************************************************** * 描  述 : RS485接收到数据后发送出去 * 入  参 : 无 * 返回值 : 无 **************************************************************************************/
void USART4_Tx485_Puts(void)
{  if(Flag)      //有新数据通过串口被接收到  {  rs485_dr=1;                            //控制485发送   delay_ms(1);                           //延时1ms，不可省去  IE2 &= 0xEF;                                 //串口4中断关闭  SendDataByUart4(uart4temp);            //发送字符   SendDataByUart4(0x0D);                 //发送换行符  SendDataByUart4(0x0A);                 //发送换行符                        IE2 |= 0x10;                           //串口4中断打开  delay_ms(1);                           //延时1ms，不可省去       rs485_dr=0;                            //控制485接收          Flag=FALSE;                            //清除接收标识符  }
}

代码清单：主函数

int main()
{  P5M1 &= 0xFB;   P5M0 &= 0xFB;                     //设置P5.2为准双向口  P5M1 &= 0xF7;   P5M0 |= 0x08;                     //设置P5.3为推挽输出  rs485_dr=0;           //控制485接收  Uart4_Init();         //串口4初始化  EA = 1;               //总中断打开  while(1)  {  USART4_Tx485_Puts();   //RS485接收到1个字符后返回该字符   }
}

1.4.硬件连接

本实验需要用到USB转RS485转换器，以实现开发板通过RS485接口与PC通信，实验连接图如下。

图4：RS485通信实验连接图

总结

以上就是今天要讲的内容，希望对你有帮助！

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