实验五 485实验

基于EIA-485总线的多机数据通信实验
一、实验目的
1.理解RS485串口通讯原理
2.掌握RS485串口通讯硬件连接
3.掌握基本的主从式通讯网络的搭建
4.理解协议的概念
5.掌握简单的协议的收发原理
6.学会在ARM开发板上编写程序实现简单协议的收发
二、实验设备
硬件：RS485通信模块、EasyArm2200开发套件、实验连接跳线
软件：ADS1.2集成开发环境
三、实验原理
1.RS485原理
RS485采用平衡发送和差分接收，具有抑制共模干扰的能力，加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。

RS485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+（2—6） V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（2—6）V表示。

接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。

RS485采用半双工工作方式，一般只需二根连线，所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输，数据最高传输速率为10Mbps。

任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。

RS485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。

应用RS485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。

EasyArm2200开发套件上自带有RS232串口，所以需要使用扩展模块。

选用MAX485芯片，其引脚图如下：
图1：MAX485接口引脚图
其中各个引脚的功能如下：
图2 EIA-485接口模块引脚说明
其典型的组网连接图如下：
图3 典型组网连接示意图
其中电阻为120欧姆，并且将RE与DE相连，是为了更好的控制串口的收发，当ARM 的GPIO输出高电平时，处于发送状态，此时接收被禁止；反之亦然。

2.通讯协议
所谓通信协议是指通信双方的一种约定。

约定包括对数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定，通信双方必须共同遵守。

因此，也叫做通信控制规程，或称传输控制规程，它属于ISO的 OSI七层参考模型中的数据链路层。

在ARM开发平台上，我们采用如下通讯字节格式：
起始位0 8位数据位停止位1
数据传送方向由低位到高位，包括1位起始位，8位数据位，1位停止位，总共10位。

拟采用最简单的帧格式：
在软件编写时通过判断起始位与结束符，接收帧信息。

检验起始位（地址位），判断此帧是否是发给本机的；检验结束符，判断此帧是否发送完毕；最后决定是否接收。

四、实验要求
1.独立完成“RS485串口通讯自发自收实验”，程序已经写好，主要了解硬件电路的搭接，软件编程实现rs485通讯的思想过程以及UART的基本操作方法。

2.自己动手，完成主从式通讯协议设计及编程实现，包括硬件电路的搭接和软件编写，理解通讯协议的涵义。

五、实验内容与步骤
1.RS485串口通讯自发自收实验
了解串口通讯原理，基本收发实现和UART的基本操作方法。

（1）硬件连接
RS485通信模块上所有短接块短接。

①发送部分（UART0）
跳线连接：P0.0（在调理板上）接DI1（RS485通信模块），P0.1（在调理板上）接R01（RS485通信模块），P0.11（在ARM开发板LPC2292芯片的上方或JP3的CTS1）接控制引脚DE1（RS485通信模块），RS485通信模块上的Vcc接＋5V电源，GND接地。

②接收部分（UART1）
跳线连接：P0.8（在ARM开发板上JP3的TXD1）接DI2（RS485通信模块），P0.9（在ARM开发板上JP3的RXD1）接R02（RS485通信模块），P0.10（在ARM开发板上LPC2292芯片的上方或JP3的RTS1）接控制引脚DE2（RS485通信模块），RS485通信模块上Vcc接＋5V 电源，GND接地。

（可以参考图：3 ，原理相同）
（2）软件部分
直接运行“rs485自发自收实验”文件夹里的程序，可以看到数码管上显示“AA”（程序里编写发送的就是“AA”，也可以自己改变发送的内容，具体可参看程序里的注释）。

采用IRQ中断接收方式（参考LPC2292资料里的向量中断控制器部分）。

UART的基本操作方法（参考LPC2292资料里的UART部分）：
●设置I/O连接到UART
●设置串口波特率（DLM，DLL）
●设置串口工作模式（LCR，FCR）
●发送或接收数据（THR，RBR）
●检查串口状态字或等待串口中断（LSR）
程序流程图如下：
2. 主从式通讯协议设计及编程实现
要求两个同学联机，设计通讯协议，编程实现收发。

接收到的一帧信息会在数码管上显示。

①硬件连接
两台主机均使用UART1连接，RS485通信模块上均使用第一块485，具体连接与“rs485自发自收实验”雷同。

两台主机连接方式相同。

RS485通信模块上短接块短接，JP1除外。

跳线连接：P0.8（在ARM 开发板上JP3的TXD1）接DI1（RS485通信模块），P0.9（在ARM 开发板上JP3的RXD1）接R01（RS485通信模块），P0.10（在ARM 开发板上LPC2292芯片的上方或JP3的RTS1）接控制引脚DE1（RS485通信模块），RS485通信模块上Vcc 接＋5V 电源，GND 接地。

双绞线连接：A1接另一端的A1，B1亦如此。

②协议设计 协议格式要求：
协议的内容自定，但是必须包含起始位与结束符，为了配合数码管显示，协议长度为4个字节（32位），其中起始位与结束符各一个字节。

因为我们设置ARM 的UART 的接收与发送数据字符格式为8位，所以以一个字节为单位。

③编程实现
本次实验提供两个模版，即“rs485发送程序模版”与“rs485接收程序模版”。

同学
们可以在模版的相应位置添加代码。

硬件连接好后，两部实验设备，一个作为主机，发送帧信息；另一个作为从机，接收帧信息。

主机：“rs485发送程序模版”中的“tral_buf[4]”数组中写入自己设计的帧信息，进行相关的管脚代码编写后（在模版里需要添加代码的地方均有具体的提示，注意带有’$$$’标志的地方），将程序写入板子，主机的工作就已完成。

从机：“rs485接收程序模版”中相应的中断接收部分添加代码（在模版里需要添加代码的地方均有具体的提示，注意带有’$$$’标志的地方）。

其中，主程序流程参考“RS485串口通讯自发自收实验”，也是根据判断标志位送数码管显示。

而IRQ中断接收部分参照以下流程图：
六、思考题
1.简述RS232接口和RS485接口电路区别
2.EIA-232、422、485接口参数比较
3.EIA-485 半双工连接、全双工连接示意图
4.EIA-485与EIA-232接口转换电路
5.EIA-485网络拓扑结构，一个网段最多连接多少个负载？如何实现多点通信？
6.什么是主从通信？
7.简述通用串行协议要点。