基于STC11F02E的RS232/RS485轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)
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隨著通信技術(shù)的普及和發(fā)展，人們對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的總體性能要求越來越高，為了便于對(duì)分布式的各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)集中控制，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。RS485總線因其硬件設(shè)計(jì)和通信協(xié)議簡(jiǎn)單、控制方便、成本低廉、傳輸距離遠(yuǎn)以及可掛接多個(gè)從設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)而成為目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。
目前大多數(shù)的分布式現(xiàn)場(chǎng)總線通信系統(tǒng)通常都使用PC機(jī)（或工控機(jī)）作為主機(jī)對(duì)各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行集中控制和數(shù)據(jù)傳輸。PC機(jī)只有標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口，而RS232總線和RS485總線的接口電平不兼容，要實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和RS485總線構(gòu)成的通信網(wǎng)絡(luò)的連接就必須進(jìn)行RS232和RS485之間的電平轉(zhuǎn)換。因此，進(jìn)行RS232/RS485轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)就顯得很有必要。
采用單片機(jī)進(jìn)行RS232/RS485轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)是比較常用的一種方法。傳統(tǒng)的基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的RS232/RS485轉(zhuǎn)換器存在著以下不足之處：
（1）采用的單片機(jī)和外圍器件個(gè)數(shù)較多，給設(shè)計(jì)帶來不便，也不利于降低成本，減小體積；
（2）設(shè)置不靈活，不能改變波特率和通信方式，或者更改參數(shù)不方便，使通用性受限。
鑒于以上不足，本文采用宏晶科技公司生產(chǎn)的增強(qiáng)型51單片機(jī)STC11F02E為核心設(shè)計(jì)了一款RS232/RS485轉(zhuǎn)換器來彌補(bǔ)這些缺陷，降低了成本，減小了體積，同時(shí)能夠方便地進(jìn)行波特率和通信方式的設(shè)置，增強(qiáng)了其通用性；而且單片機(jī)的可編程方式也方便了轉(zhuǎn)換器的功能擴(kuò)展，靈活性大大增強(qiáng)。
轉(zhuǎn)換器的總體結(jié)構(gòu)概述
轉(zhuǎn)換器主要由三部分組成，分別為：RS232電平轉(zhuǎn)TTL電平模塊、RS485電平轉(zhuǎn)TTL電平模塊和單片機(jī)主控制模塊。轉(zhuǎn)換器的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
圖1 轉(zhuǎn)換器總體結(jié)構(gòu)框圖
RS232電平轉(zhuǎn)TTL電平模塊用來實(shí)現(xiàn)RS232總線和單片機(jī)之間的連接，RS485電平轉(zhuǎn)TTL電平模塊用來實(shí)現(xiàn)RS485總線和單片機(jī)之間的連接，而單片機(jī)主控制模塊起到一個(gè)過渡連接的作用，用于協(xié)調(diào)和控制RS232總線和RS485總線之間的數(shù)據(jù)傳輸。
下面詳細(xì)闡述這3個(gè)模塊的具體硬件電路設(shè)計(jì)。
轉(zhuǎn)換器的硬件電路設(shè)計(jì)
RS232電平轉(zhuǎn)TTL電平模塊的電路設(shè)計(jì)
這里采用Maxim公司生產(chǎn)的MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片設(shè)計(jì)RS232和單片機(jī)的電平轉(zhuǎn)換接口電路。
MAX232芯片只需用5V的單電源供電，外加4個(gè)電容，就可實(shí)現(xiàn)RS232電平和TTL電平之間的轉(zhuǎn)換，可直接驅(qū)動(dòng)RS232總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用十分方便。采用該芯片可以很容易地實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和RS232總線之間的連接，其最高傳輸速率可達(dá)120kbps。
該模塊的具體電路設(shè)計(jì)圖如圖2所示。
圖2 RS232電平轉(zhuǎn)TTL電平電路
RS485電平轉(zhuǎn)TTL電平模塊的電路設(shè)計(jì)
該模塊的電路采用Maxim公司生產(chǎn)的RS485接口芯片MAX483E進(jìn)行設(shè)計(jì)。
MAX483E芯片是一款用于RS485和RS422通信的低功耗總線收發(fā)器，具有±15kV靜電放電沖擊保護(hù)和限擺率驅(qū)動(dòng)特性，減小了電磁干擾和終端電纜反射，允許高達(dá)250kbps速率的無(wú)差錯(cuò)數(shù)據(jù)傳輸。該芯片只需用5V的單電源電壓供電即可正常工作，而且在一條總線上最多可以連接32個(gè)負(fù)載。利用該芯片可以極大地簡(jiǎn)化單片機(jī)和RS485總線的接口電路設(shè)計(jì)。
該模塊的具體電路設(shè)計(jì)圖如圖3所示。
圖3 RS485電平轉(zhuǎn)TTL電平電路
單片機(jī)主控制模塊的電路設(shè)計(jì)
該模塊是轉(zhuǎn)換器的核心模塊，轉(zhuǎn)換器的主要功能就是通過該模塊來實(shí)現(xiàn)的。整個(gè)電路設(shè)計(jì)也非常簡(jiǎn)單，只需一片增強(qiáng)型的51單片機(jī)STC11F02E外加一些基本的外圍電路（包括外部晶體振蕩器電路和復(fù)位電路）即可完成設(shè)計(jì)。
STC11F02E單片機(jī)為增強(qiáng)型的8051內(nèi)核，具有2KB的片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器、2KB的EEPROM存儲(chǔ)器和256KB的片內(nèi)SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。這款單片機(jī)的UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用異步收發(fā)器）模塊的最大特點(diǎn)就是通過配置特殊功能寄存器AUXR1中的第7位UART_P1的狀態(tài)可以使UART模塊的兩個(gè)引腳（RXD、TXD）接到P3端口的P3.0、P3.1引腳，或者接到P1端口的P1.6、P1.7引腳，從而可以充當(dāng)兩個(gè)串口使用。這里主要利用該功能來設(shè)計(jì)RS232/RS485轉(zhuǎn)換器。
整個(gè)轉(zhuǎn)換器的總體硬件電路圖如圖4所示。
圖4 轉(zhuǎn)換器總體硬件電路圖
轉(zhuǎn)換器的工作原理
轉(zhuǎn)換器硬件電路的工作原理是先將PC機(jī)串口輸出的RS232總線信號(hào)電平通過電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232轉(zhuǎn)換成STC11F02E可以接收的TTL電平信號(hào)，由該單片機(jī)接收PC發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。STC11F02E接收完傳來的全部數(shù)據(jù)后將串口引腳從P3.0和P3.1切換至P1.6和P1.7引腳，再把接收到的數(shù)據(jù)通過RS485收發(fā)器MAX483E發(fā)送到RS485總線上。從機(jī)應(yīng)答后將相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳至RS485總線上，再通過RS485收發(fā)器轉(zhuǎn)成TTL電平后由單片機(jī)STC11F02E接收。STC11F02E接收完從機(jī)傳來的全部數(shù)據(jù)后將串口引腳重新切換至P3.0和P3.1引腳，再通過MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片傳送到PC機(jī)的RS232串口上去，使PC機(jī)接收從機(jī)傳來的數(shù)據(jù)。整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過程就這樣反復(fù)地進(jìn)行。
一般的RS485總線的多機(jī)通信方式是半雙工方式，也就是發(fā)送和接收不是同時(shí)進(jìn)行的，某一個(gè)終端設(shè)備在某一時(shí)刻只能是發(fā)送狀態(tài)或者是接收狀態(tài)，所以采用這種方法來設(shè)計(jì)RS232/RS485轉(zhuǎn)換器是合理的。這里的關(guān)鍵問題是如何協(xié)調(diào)好P3.0、P3.1和P1.6、P1.7這兩組串口引腳之間的切換，這可以通過單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。
評(píng)論