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1、RS-485通讯中继器的设计李忠民，王子旭（湖北大学电子信息工程系，武汉 430062）摘 要：本文介绍了用一片DS80C520单片机和两片RS-485接口芯片SN74LBC184设计RS-485通讯中继器的原理和方法，给出了硬件电原理图和软件流程图，设计简单，可靠性高，性价比高，传输速率比较高。关键词：RS-485；中继器；DS80C520 中图分类号：TP336 文献标识码：B 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
2、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 工作原理图1 中继器硬件电原理图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8
3、051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。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SN75L
4、BC184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120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#、DE）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
5、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。YN中断将串口0
6、收到的9位数据送到串口1的发送缓冲区中使P1.5输出高电平串口1转发9位数据到总线返回TI1=1?TI1和P1.5清0，串口1处于接收状态，并设置其中断优先级高于串口0图3 串口0接收中断子程序流程图3 软件设计开始初始化两个串口均处于接收状态等待图2 主程序流程图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
7、断之前，先对P3.3和P1.5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“
8、1”时，程序就进入串口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”，整个数据转发过程结束。在退出中断之前，还应当让串口1处于接收状态（TI1=0，P1.5=0），并将串口1的接收中断优先级高于串口0。串口1接收串口0发送的
9、中断子程序和上述过程完全类似，只要将相应的端口换过来就可以了。在退出中断之前，一定要让两个串口都处于接收状态，并且让串口0的接收中断优先级高于串口1。两个中断优先级轮换的目的是为了避免优先级低的中断总得不到响应。在进中断时也可将P3.6置“1”，退出中断时清“0”，让LED3在单片机工作时一直处于闪烁发光状态。4 结束语 为了进一步提高抗干扰能力，中继器采用单独+5V电源供电，并在每片芯片的电源引脚上加0.1uF的电容到地，总线采用双绞线。本中继器在某仓库管理系统（1个主站，16个从站，波特率为9600bps，最远通讯距离为4km）中使用，性能稳定，性价比高，可广泛应用于远距离多机通讯系统。参
10、考文献：1美HSM/320&/520 Technical Reference. .2美 SN65LBC184, SN75LBC184 DIFFERENTIAL TRANSCEIVER WITH TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSION. Copyright(C)2002, Texas Instruments IncorporatedDesign of RS-485 RepeaterLi Zhongmin，Wang Zixu(Hubei University, Wuhan 430062)Abstract: In this paper, the principle and des
11、ign of RS-485 repeater, composed of one micro-controller DS80C520 and two SN74LBC184 RS-485 tranceivers mainly, are discussed in details. The circuit diagram and program flow chart are provided. The repeater has the characters of high reliability ,high speed and simplicity.Key words: RS-485；Repeater
12、；DS80C520 作者简介：李忠民男，生于1975年12月，湖北省武汉市人，湖北大学电子信息工程系硕士生，主要从事微机控制技术、数字信号处理技术方向的研究。E_mail: showly001，电话：02788663393。王子旭，男，生于1949年，湖北省武汉市人，副教授，长期从事数字信号处理、电路系统集成方向的教学与研究工作。Brief introduction of the author：Zhongmin Li, male, born in December 1975, the Han nationality, masters degrees candidate of Hubei University with a major in system analysis and integration, main research field: mcu control, DSP and so on. E_mail: showly001Zixu Wang, male, born in 1949, the Han nationality, Voice Professor at Hubei University, main research field: DSP, circuit system integration and so on.
