单片机RS-485与PC通信实验指导书

实验目的

（1）理解RS-485接口的基本结构。

（2）了解单片机串行通信C语言程序的设计和调试方法。

（3）掌握RS-485接口的使用方法和使用技术。

实验仪器

单片机开发板、稳压电源、计算机。

实验原理

1.MAX485简介

MAX485是一个有8个引脚（见实验图17-1）的芯片，它是一个标准的RS-485收发器，只能进行半双工的通信，内含一个输出驱动器和一个信号接收器。MAX485具有低功耗设计，静态电流仅为300μA。MAX485具有三态输出特性，在使用MAX485时，总线最多可以同时连接32个MAX485芯片。通信波特率可以达到2.5 M。

实验图17-1　MAX485管脚图

MAX485的引脚定义如下。

RO（引脚1）：接收信号的输出引脚。可以把来自A和B引脚的总线信号，输出给单片机。此引脚为CMOS电平，可以直接连接到单片机。

RE（引脚2）：接收信号的控制引脚。当这个引脚为低电平时，RO引脚有效，MAX485通过RO将来自总线的信号输出到单片机；当这个引脚为高电平时，RO引脚处于高阻状态。

DE（引脚3）：输出信号的控制引脚。当这个引脚为低电平时，输出驱动器无效；当这个引脚为高电平时，输出驱动器有效，来自DI引脚的输出信号通过A和B引脚被加载到总线上。此引脚为CMOS电平，可以直接连接到单片机。

DI（引脚4）：输出驱动器的输入引脚。此引脚为CMOS电平，可以直接连接到单片机。当DE是高电平时，这个引脚的信号通过A和B引脚被加载给总线。

GND（引脚5）：电源地线。

A（引脚6）：连接到RS-485总线的A端。

B（引脚7）：连接到RS-485总线的B端。

Vcc（引脚8）：电源线引脚。电源电压为4.25 V～5.75 V。

2.RS-232-C接口与RS-485接口的特点

由于RS-232-C接口标准出现较早，不足之处主要包括以下四点。

（1）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为RS-232-C接口与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。

（2）传输速率较低，在异步传输时，波特率为20 Kb/s。

（3）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。

（4）传输距离有限，最大传输距离标准值为50 ft（英尺），实际上最多也是50 m左右。(www.xing528.com)

针对RS-232-C的不足，于是就不断出现了一些新的接口标准，RS-485就是其中之一，它具有以下特点。

（1）RS-485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。

（2）RS-485接口的数据最高传输速率为10 Mb/s。

（3）RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。

（4）RS-485接口的最大传输距离标准值为4000 ft，实际上可达3000 m，另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。而RS-485接口在总线上允许连接多达128个收发器，即具有多站能力，这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。

（5）因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等优点就使其成为首选的串行接口。因为RS-485接口组成的半双工网络，一般只需两根连线，所以RS-485接口均采用屏蔽双绞线传输。RS-485接口连接器采用DB-9的9芯插头座，与智能终端连接时RS-485接口采用DB-9（孔），与键盘连接时RS-485接口采用DB-9（针）。

3.RS-485串行接口标准

1）平衡传输

RS-485与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式，也称为作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B。

通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平为+2 V～+6 V，是一个逻辑状态，负电平在-2 V～6 V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地C，在RS-485中还有一“使能”端，而在RS-422中这是可用可不用的。“使能”端用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称为“第三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。

接收器也作与发送端相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连。当在收端AB之间有大于+200 mV的电平时，输出正逻辑电平；电平小于-200 mV时，输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200 mV至6 V之间。

2）RS-485电气规定

由于RS-485是从RS-422的基础上发展而来的，所以RS-485的许多电气规定与RS-422相仿。如：都采用平衡传输方式，都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。

采用四线连接时，与RS-422一样只能实现点对多的通信，即只能有一个主（Master）设备，其余为从设备，但它比RS-422有改进，无论四线还是二线连接方式总线上连接的设备可多达32个。

RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的，RS-485的共模输出电压在-7 V至+12 V之间，而RS-422的在-7 V至+7 V之间，RS-485接收器的最小输入阻抗为12 kΩ，而RS-422的为4 kΩ；RS-485的驱动器可以在RS-422的网络中应用。

RS-485与RS-422一样，其最大传输距离约为1219 m，最大传输速率为10 Mb/s。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100 Kb/s速率以下，才可能使用规定的最长电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般长度为100 m的双绞线最大传输速率仅为1 Mb/s。

RS-485需要2个终接电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。传输距离在300 m以下时可不需要终接电阻。终接电阻接在传输总线的两端。

实验源程序

实验仿真电路（实验图17-2）

实验图17-2　单片机利用RS-485与PC通信实验仿真图

思考题

1.RS-485应用中最多可以连接多少个设备？

2.RS-485在通信中的纯负载加装位置在哪里？具体阻值为多少？