基于RS-232标准实现的远距离多机主从式通信系统的设计

樊 宇,赵 宇,程 全

基于RS-232标准实现的远距离多机主从式通信系统的设计

樊 宇1,赵 宇2,程 全1

(1.周口师范学院物理与电子工程系,河南周口466001; 2.周口师范学院计算机科学系,河南周口466001)

利用RS-232串行通信实现远距离多机数据通信和控制,设计原理简单,安全性高,与其他通信方式相比具有独特的优势.对系统的关键部分进行了详细说明,并根据系统的实际使用情况提出了线路铺设时应注意的问题.

串行通信;主从式通信;MAX232

随着计算机、通信技术的发展和成熟,数据通信已经成为一种应用广泛的通信方式.它是利用通信系统将数字、字母以及字符等以二进制形式在计算机之间进行传输、交换和处理.数据通信可以在两台及两台以上的微机之间、微机与单片机之间以及单片机与单片机之间进行.单片机以其高可靠性广泛用于自动监视、测量、控制等技术领域,在数据通信中主要用作从机以提高其性能价格比,而微机则用作主机安装在条件优越的环境中.根据系统的实际工作环境,选择恰当的通信接口和协议,合理设计通信软件和硬件控制电路,以保证整个系统安全地运行.在这类系统中,稳定、可靠、方便、快捷的数据通信是实现应用系统功能的基础和保障.

1 硬件电路设计

本系统结构原理如图1所示,主要由PC机、AT89C51和MAX232转换器及光纤和二极管组成.

图1 系统结构原理图

PC机与单片机之间的通信一般采用串行异步通信方式.PC机是系统的主控机,为实现异步通信,在PC机里设置了通用异步接收器和发送器, PC机中的UART电平为 TTL电平,而串行口的电平为RS-232电平.因此,PC机发送出去的数据要经电平转换器转换为 RS-232电平. AT89C51作为从机,A T89C51内部要设定为通信方式2,且设定SM2=1,通过定时器1、方式1设定通信的波特率为9 600 bps.单片机AT89C51中的电平为TTL电平,为了要经过RS-232实现异步通信,也要经过一片MAX232来进行电平转换.

MAX232芯片是MAXIX公司生产的,包含两路接收器和驱动器的RS-232芯片,适用RS-232通信接口.MAX232芯片内部有一个电源变换器,可以把输入的+5 V电源电压变换为RS-232输出的正负10 V电压.因此,采用此芯片接口的串行通信系统只需要单一的+5 V电源就可以了.单片机的电平为TTL电平,即逻辑电平1的电压范围为+3.7 V左右,逻辑电平0的电压范围为0.3 V左右.而RS-232的逻辑电平0的电压范围为+5 V～+15 V,逻辑电平1的电压范围为-5 V～-15 V.由此可见,RS-232标准代表的电压范围比实际代表的电压范围大,因此,RS-232标准要比 TTL标准所传输的距离远.在此采用MAX232进行RS-232与 TTL电路接口时的电平转换.

2 硬件电路分析

标准的RS-232,理论上是不能进行远距离和多机通信的.原因是:在上电复位时,各个从机的MAX232转换器 T1OU T端为 RS-232标准的“1”电平,RS-232标准的“1”电平的电压范围为+ 5 V～+15 V,即为低电压;若有从机响应主机的呼叫,发出 TTL标准的“0”电平,则在此从机的MAX232转换器T1OU T端输出为RS-232标准的“0”电平,即为高电压,此时其余从机的MAX232转换器的R1OU T端输出仍为RS-232标准的“1”电平,即为低电压,这样从机发送到总线上的高电压将会被其他从机的MAX232转换器的R1OU T端RS-232标准的“1”电平(低电压)下拉成低电压,易造成通信上的混乱.若在各个从机的MAX232转换器的 T1OU T端外加上一个二极管,则在上电复位时,各个从机的MAX232转换器的R1OU T端为RS-232标准的“1”电平,即为低电压.若有从机响应主机的呼叫,发出 TTL标准的“0”电平,则在此从机的 MAX232转换器的T1OU T端输出为RS-232标准的“0”电平,即为高电压,由于此时二极管对其余从机的MAX232转换器的T1OU T端来说是反向连接,这样,此从机发送到总线上的高电压“0”和其他从机MAX232转换器的 T1OU T端RS-232标准“1”电平(低电压)将互不干扰,就可以进行多机通信了.

由于系统所采用的是远距离的串行通信,通信线路不易铺设,且主机向从机通信时,通信容量比较大,所以采用光纤通信.光纤通信的优点:传输频带宽,通信容量大;传输损耗小,适合长距离传输;体积小重量轻,可绕性、抗酸碱抗腐蚀性强,铺设方便,可埋于地下或架空架设;输入输出间电隔离,不怕电磁干扰;保密性好,无漏信号和串位干扰.

3 结论

用RS-232总线实现的远距离串行异步通信通信距离短,一方面是因为RS-232属单端信号传送,存在共地噪音和不能抑制共模干扰等问题.另一方面是因为驱动器允许有2 500 pF的电容负载,通信距离将受此电容的限制.因此,在系统应用中应注意以下情况:1)控制电路要与从机进行光电隔离,用于切断前后电路电器上的直接关系,消除地线阻抗和远距离电位差对单片机的影响,同时还可以避免强电击造成大面积的损坏.2)排布通信总线时尽量避免与高电压或动力电线平行,在无法避免时,应尽量远离这些电路;尽量避免通信总线通过大功率电器或电磁场合.通信总线应避免经过易遭雷击的地方.3)通信总线如有屏蔽层,各段屏蔽层应相连,集中于一处,用一个适当的电容与地相连,不要各段相连以后与地直接相连.

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Design of long-distance digital communication based on RS-232

FAN Yu1,ZHAO Yu2,CHENG Quan1
(1.Department of Physics and Electronic Engineering,Zhoukou Normal University,Zhoukou 466000; 2.Department of Computer Science,Zhoukou Normal University,Zhoukou 466000,China)

RS-232 serial communication is an effective tool to carry out long-distance digital communication and remote control among many machines with simple principles and high reliability.Compared with other communicating ways,it has many unique advantages.The paper has illustrated the key components of the system in details.According to the actual service of the system,the pager has pointed out the matters needed to be paid attention to in the process of laying lines.

serial communication;digital communication;MAX232

TN4

A

1671-9476(2010)05-0060-02

2010-03-16

河南省高等学校青年骨干教师资助计划项目(2009GGJS-118)

樊 宇(1975-),女,河南遂平人,讲师,主要从事嵌入式应用与开发和通信技术的研究.