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隨著(zhù)信息技術(shù)的飛速發(fā)展和科技進(jìn)步，在許多現代化集中管理的控制系統中，需要對現場(chǎng)數據進(jìn)行統計、分析、打印、報警等，同時(shí)又要對現場(chǎng)設備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，完成各種操作。單片機作為控制系統中必不可少的部分，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應用。 由于單片機具有體積小、價(jià)格低廉、適應性強的特點(diǎn)，一般在工業(yè)控制系統中，各種數據的采集和執行機構的控制都是由單片機來(lái)完成。而單片機的計算能力有限，難以進(jìn)行復雜的數據處理。在功能比較復雜的自動(dòng)控制系統中，通常以工控機為上位機，單片機為下位機，由單片機完成數據的采集及對設備的控制，而由上位機完成各種復雜的數據處理及對單片機的控制。在分布式控制系統中大多采用單片機作為下位機來(lái)進(jìn)行數據采集和現場(chǎng)控制，在這些應用中，單片機只是直接面對被控對象底層，而對采集到的數據進(jìn)行進(jìn)一步的分析和處理工作，則是由功能強大的PC機來(lái)完成的。 因此，PC機和單片機之間就有著(zhù)大量的數據交換。在絕大多數PC機的標準配置中，都有一個(gè)到多個(gè)RS 232串口，因為RS 232串口擔負著(zhù)PC機和單片機之間大量的數據交換的重任。單片機89C52用于自動(dòng)控制及數據傳輸，并通過(guò)RS 232接口向上位機進(jìn)行數據通信。 1 RS 232串口通信 1．1 RS 232C標準 RS 232C標準(協(xié)議)的全稱(chēng)是EIA-RS-232C標準，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美國電子工業(yè)協(xié)會(huì )，RS(ecommeded standard)代表推薦標準，232是標識號，C代表RS 232的最新一次修改。在這之前，有RS 232B，RS 232A，它規定連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過(guò)程。 1．2 RS 232的接口引腳定義 由于RS 232C并未定義連接器的物理特性，因此，出現了DB-25，DB-15和DB-9各種類(lèi)型的連接器，其引腳定義也各不相同。常用的連接器接口圖如圖1所示，DB9的引腳功能見(jiàn)表1。 圖1 DB9的引腳圖 RS 232C標準接口有25條線(xiàn)，分別為4條數據線(xiàn)、11條控制線(xiàn)、3條定時(shí)線(xiàn)、7條備用和未定義線(xiàn)，常用的只有9根，它們是： (1)狀態(tài)線(xiàn) 數據準備就緒(Data Set Ready，DSR)：有效時(shí)(ON)狀態(tài)，表明數據通信設備可以使用。 數據終端就緒(Data Terminal Ready，DTR)：有效時(shí)(ON)狀態(tài)，表明數據終端設備可以使用。 這兩個(gè)信號有時(shí)連到電源上，上電就立即有效。 這兩個(gè)設備狀態(tài)信號有效，只表示設備本身可用，并不說(shuō)明通信鏈路可以開(kāi)始進(jìn)行通信了，能否開(kāi)始進(jìn)行通信由下面的控制信號決定。 (2)聯(lián)絡(luò )線(xiàn) 請求發(fā)送(Request to Send，RTS)：DTE準備向DCE發(fā)送數據，DTE使該信號有效(ON狀態(tài))，通知DCE要發(fā)送數據給DCE了。 允許發(fā)送(Clear to Send，CTS)：對RTS的響應信號。當DCE已準備好接收DTE傳來(lái)的數據時(shí)，使該信號有效，通知DTE開(kāi)始發(fā)送數據。 RTS/CTS請求應答聯(lián)絡(luò )信號是用于半雙工MODEM系統中發(fā)送方式和接收方式之間的切換。在全雙工系統中，因配置雙向通道，故不需要RTS/CTS聯(lián)絡(luò )信號，使其變高。 (3)數據線(xiàn) 發(fā)送數據(Transmitted Data，TXD)：DTE發(fā)送數據到DCE。 接收數據(Received Data，RXD)：DCE發(fā)送數據到DTE。 (4)地線(xiàn) 有兩根線(xiàn)SG，PG：信號地和保護地信號線(xiàn)。 (5)其余 載波檢測(Carrier Detection，CD)：用來(lái)表示DCE已接通通信鏈路，告知DTE準備接收數據。 振鈴指示(Ringlng，RI)：當DCE收到交換臺送來(lái)的振鈴呼叫信號時(shí)，使該信號有效(ON狀態(tài))，通知DTE，已被呼叫。 通常的應用系統中，往往是在CPU和I/O設備之間傳送信息，兩者都是DTE，上位機和單片機89C52之間的通信，雙方都能發(fā)送和接收，他們的連接只需要使用三根線(xiàn)即可，即RXD，TXD和GND，這種連接方式，即兩個(gè)串口連接時(shí)，接收數據針腳與發(fā)送數據針腳相連，彼此交叉，信號地對應接地即可。連接方式如圖2所示。 圖2 上位機和單片機之間串口連接圖 1．3 波特率的概念 串行通信中，每秒傳送的數據位稱(chēng)為波特率。如數據傳送的波持率為1200波特，采用N．8．1幀格式(10位)，則每秒傳送字節為120個(gè)，而字節中每一位傳送時(shí)間即為波特率的倒數：T=1/1 200=0．833 ms。同樣，如數據傳送的波特率為1 9 200波特，則字節中每一位傳送時(shí)間T=1/19 200=0．052 ms。根據數據傳送的波特率即字節中每一位的傳送時(shí)間，便可用普通I/O口來(lái)模擬實(shí)現串行通信的時(shí)序。 1．4 RS 232C的電氣特性 (1)邏輯電平 在TXD和RXD上： 邏輯1(MARK)：-3～-15 V； 邏輯0(SPACE)：+3～+15 V。 在RTS，CTS，DSR，DTR和DCD等控制線(xiàn)上： 信號有效(接通，ON狀態(tài)，正電壓)：+3～+15 V； 信號無(wú)效(斷開(kāi)，OFF狀態(tài)，負電壓)：-3～-15 V。 由以上定義可以看出，信號無(wú)效的電平低于-3 V，也就是當傳輸電平的絕對值大于3 V時(shí)，電路可以有效地檢查出來(lái)，介于-3～+3 V之間的電壓無(wú)意義，低于-1 5 V或高于+15 V的電壓也認為無(wú)意義，因此，實(shí)際工作時(shí)，應保證電平的絕對值在3～15 V之間。當計算機和TTL電平的設備通信時(shí)，如上位機和單片機通信時(shí)，需要使用RS 232/TTL電平轉換器件，常用的有MAX232。 1．5 RS 232與單片機之間的接口電路MAX232 由于RS 232信號的電平和單片機串口信號的電平不一致，必須進(jìn)行二者之間的電平轉換。MAX232由單一的+5 V電源供電，只需配5個(gè)高精度10μF/50 V的鉭電容即可完成電平轉換，轉換后的串行信號TXD，RXD直接與上位機的串口連接。MAX232芯片的內部結構基本可分三個(gè)部分： 第一部分是電荷泵電路。由1，2，3，4，5，6腳和4只電容構成。功能是產(chǎn)生+12 V和-1 2 V兩個(gè)電源，提供給RS 232串口電平的需要。 第二部分是數據轉換通道。由7，8，9，10，11，12，13，14腳構成兩個(gè)數據通道。其中13腳(R1in)、12腳(R1out)、11腳(T1in)、14腳(T1out)為第一數據通道。8腳(R2in)、9腳(R2out)、10腳(T2in)、7腳(T2out)為第二數據通道。TTL/COMS數據從T1in，T2in輸入轉換成RS 232數據從T1out，T2out送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS 232數據從R1in，R2in輸入轉換成TTL/COMS數據后從R1out，R2out輸出。 第三部分是供電。1 5腳GND、16腳VCC(+5 V)。 圖3 RS 232與MAX232的連接圖 1．6 RS 232的不足之處 (1)傳輸距離有限，實(shí)際最大傳輸距離只有50 m。 (2)傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，速率最大為19 200 b。 (3)接口使用一根信號線(xiàn)和一根信號返回線(xiàn)而構成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。 1．7 消除干擾噪聲的主要方法 針對以上所述RS 232易產(chǎn)生共模干擾的問(wèn)題，常用的解決方法主要是采用光隔離器，光隔離器穿過(guò)一個(gè)隔離的屏障來(lái)傳輸信號。一個(gè)光隔離器由一個(gè)光敏電阻耦合的發(fā)光二極管構成。流過(guò)發(fā)光二極管的電流使得它以可見(jiàn)光或者紅外線(xiàn)的方式釋放能量。這些能量將這個(gè)光敏電阻打開(kāi)，導致在這個(gè)電阻的發(fā)射極和集電極之間的低阻抗。這個(gè)發(fā)光二極管的基極可以留著(zhù)沒(méi)有連接。從基極到發(fā)射極加入一個(gè)電阻可以導致更快的開(kāi)關(guān)速度，但是輸出電流更低。 2 結語(yǔ) RS 232串口通信是PC機和單片機之間信息傳遞的樞紐，一切數據和指令的傳輸必須由RS 232串口來(lái)完成。針對RS 232存在的不足之處加以改進(jìn)之后，RS 232使得PC機和單片機之間能高效地通信，采用電平轉換芯片MAX232實(shí)現TTL邏輯電平和RS 232電平之間的相互轉換，轉換之后的串行信號TXD，RXD直接與PC機的串口連接，如此連接，既可體現出單片機的靈活控制功能，又可發(fā)揮出PC機強大的計算和顯示功能，有利于對現場(chǎng)信號的實(shí)時(shí)采集、處理和監控，確保了良好的人機界面的交互性。 |
