基于ＳＤＬＣ協議的同步ＲＳ　４８５總線控制器的設計

李果萍　成　龍　柴　波

摘 要：提出一種基于SDLC協議的RS 485總線的通信控制器的設計思想。首先介紹SDLC協議、RS 485協議。接著介紹RS 485總線的工作方式及RS 485在使用過程中需要注意的問題。因其通信方式大多是半雙工通信，解決其總線數據傳輸的沖突，即通信故障，就成了提高工作可靠性的關鍵和重點。這里就如何避免RS 485通信故障做了分析。

關鍵詞：SDLC協議；RS 485；通信控制器；工作方式；通信故障

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：B 文章編號：1004－373X(2009)04－152－03

Design of Synchronous RS 485 Bus Controller Based on SDLC Protocol

LI Guoping,CHENG Long,CHAI Bo

(Micro－electronics Technology Institute,Xi′an,710075,China)

Abstract：The design thoughts of RS 485 communication controller based on SDLC,SDLC protocol and RS 485 protocol are introduced.The problems of working methods used in the process of RS 485 are needed to pay attention.Most of its means of communication is half－duplex communications,data transmission bus to resolve their conflict,that is communication failures,became key and focus ofimproving their reliability.How to avoid communication fault of RS 485 is analysed.

Keywords：SDLC protocol;RS 485;communication controller;working method;communication fault

在分布式系統中，多機相互通信是比較常見的一種方式，而通信的關鍵不僅是能夠傳輸數據,更重要的是能夠準確傳輸,并且能自動檢錯和用一定的方式來糾正，尤其在現在研發的導彈系統中，高可靠性與數據傳輸的高效性是導彈系統必備的條件。RS 485標準作為一種多點、差分數據傳輸的電氣規范，其接口大多連接成半雙工通信方式,他所具有的噪聲抑制能力、數據傳輸速率、電纜長度和可靠性,是其他標準無法比擬的，因而多次被用在現代武器裝備系統中。這里介紹的基于SDLC協議的同步RS 485總線通信控制器的實現，即是某武器裝備上的一個重要單元。

1 SDLC協議和RS 485總線協議介紹

1.1 SDLC協議簡介

同步數據鏈路控制(SDLC)是19世紀70年代IBM公司開發的傳輸協議，它取代了二進制同步(BSC)協議。SDLC等價于網絡通信中的開放系統互連(OSI)模型的第二層。這一層協議保證數據單元從一個網絡端點成功到達下一個，流到正確位置。

SDLC使用通信初級站－次級站模型。在IBM大型機網絡中，主機通常是初級站和工作站，其他設備為次級站，各個次級站有自身的地址。多個設備或次級站使用多點排列連接到一條公共線。SDLC也可用于點到點通信，它主要用在寬域網(WAN)的遠程通信。

SDLC是國際標準化組織(ISO)的標準數據鏈協議高層次數據鏈控制(HDLC)的基礎。它成為IBM的系統網絡結構(SNA)和系統應用結構(ASS)的一部分，現在仍然廣泛應用于大型機數據鏈控制中。

1.2 RS 485總線協議簡介

電子工業協會EIA于1983 年制訂并發布RS 485 標準，并經TIA通信工業協會修訂后命名為TIA/EIA－485－A，習慣地稱之為RS 485。RS 485是為彌補RS 232通信距離短、速率低等缺點而產生的。其只規定了平衡驅動器和接收器的電特性，而沒有規定接插件、傳輸電纜和應用層通信協議。因而在當時看來是一種相對經濟，具有相當高噪聲抑制，相對高的傳輸速率，傳輸距離遠和寬的通信平臺。

RS 485接口大多連接成半雙工通信方式，其主要特點有:平衡差分傳輸,多點通信; 雙絞線傳輸。理想情況下最大輸入電流為0.18~110 mA(-7~+12 V)；最大總線負載為32 個單位負載(UL);最大傳輸速率為10 Mb/s；最大電纜長度為121 912 m(4 000 ft)；差分輸入范圍為-7~+12 V。

RS 485總線在通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用RS 485 串行總線標準。RS 485采用平衡發送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發器具有高靈敏度，能檢測低至200 mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。 RS 485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發送狀態，因此，發送電路需由使能信號加以控制。RS 485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應用RS 485 可以聯網構成分布式系統，其允許最多并聯32臺驅動器和32臺接收器。

2 設計思想及原理

眾所周知，經常接觸的網絡拓撲結構有星型、環型和總線型3種結構。但是RS 485有其特殊的性能限制了該設計只能采用總線型結構，如圖1所示。

在該設計中，采用多站點通信方式，它與一般的通信方式不同，這里采用的是主從結構式，也就是說在這多點通信過程中，只設一個主站，其他都為從站。在通信過程中，從站只能與主站之間進行數據交換，而從站與從站之間要進行數據交換只能通過主站進行中轉。每一個站都有他自身的站地址，通信開始所有從站處于接收狀態，等待主站的呼叫。當主站以命令包的形式向鏈路上某一從站發出命令時，所有從站接收命令幀中的站地址信息，并與自己站地址相比較，如果相符，說明主站在呼叫自己，從而接收并解析和執行命令；之后從站應向主站發回應答信息數據后以結束本次通信，否則不予理睬，繼續等待接收。在通信結束后，從站繼續處于接收狀態，等待命令。

3 多站點實現方式

3.1 工作方式

常見的RS 485站點多為2個站點，這里給出多站點下RS 485的工作方式。RS 485多站通信方式一般分為正常模式、監聽模式和廣播模式。

RS 485多站通信過程中，主站與從站之間進行數據交換，根據通信協議規定，每一個站都有自己的站地址。主站在發送數據時幀頭是從站的站地址，在正常模式下，從站只能接受到跟自己地址相匹配的一對一數據，如果跟自己地址不匹配則只能等待，直到等到跟自己地址匹配再開始接收數據。而監聽模式則是從站地址為0XFF，不管主站的地址是什么，從站都能收到數據，這也就是所謂的監聽。相對于監聽來說廣播模式則相反，廣播模式是主站設置為0XFF，不管從站的地址是什么，從站都能收到主站發過來的數據。

通過以上3種方式，RS 485多站點通信方式的測試具有有效性與合理性。

3.2 工作流程

為了使通信協議簡單，通信可靠，在通信系統中常采用“主－從”及“命令－應答”方式。即每次通信工作均由“主站”發出命令幀，由“從站”返回響應幀。在定義通信協議時，還應明確：明確幀的最大長度和最小長度；明確幀是周期或非周期傳輸；若為周期性，明確發送方周期時間及幀間最大時間間隔。

另外，協議中還需定義通信失敗的處理方法，如：本幀通信出錯要求重試和重試的次數；重試仍然出錯，則采用重新初始化通信接口或切換通信通道；如果上述兩點措施后仍然出錯，則報告通信故障，停止。為此該系統的工作流程如圖2所示。

在測試過程中，通過更改波特率(abaud,bbaud)來測試對主從站的影響。軟件實現如下：

void initial485(){ …

*abaud=0x04;//波特率

…

*aaddr=0x43;//站地址

delay2(5);

*amodel=0x06;//FIFO 方式或者RAM方式

…

*bbaud=0x04;

…}

因為在該設計中，RS 485有2路通信，所以A，B通道都要初始化。

4 使用RS 485需注意的問題

在使用RS 485總線過程中，難免有些因素(如可靠性及通信速度)會因為外界條件的不同而受到不同的影響，設計中應該盡量避免這些因素產生不良影響。

4.1 在通信電纜中的信號反射

在通信過程中，有2種信號會導致信號反射：阻抗不連續和阻抗不匹配。阻抗不連續，信號在傳輸線末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒有，信號在這個地方就會引起反射。這種信號反射的原理與光從一種媒質進入另一種媒質要引起反射是相似的。要消除這種反射的方法，就必須在電纜的末端跨接一個與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續。由于信號在電纜上的傳輸是雙向的，因此，在通信電纜的另一端可跨接一個同樣大小的終端電阻。如圖3所示。

從理論上分析，在傳輸電纜的末端只要跨接了與電纜特性阻抗相匹配的終端電阻，就再也不會出現信號反射現象。但是，在實際應用中，由于傳輸電纜的特性阻抗與通信波特率等應用環境有關，特性阻抗不可能與終端電阻完全相等，因此或多或少地還會存在信號反射。引起信號反射的另一個原因是數據收發器與傳輸電纜之間的阻抗不匹配。這種原因引起的反射，主要表現在通信線路處在空閑方式時，整個網絡數據混亂。信號反射對數據傳輸的影響，歸根結底是因為反射信號觸發了接收器輸入端的比較器，使接收器收到了錯誤的信號，導致CRC校驗錯誤或整個數據幀錯誤。

4.2 在通信電纜中的信號衰減

第二個影響信號傳輸的因素是信號在電纜的傳輸過程中會衰減。一條傳輸電纜可以看作由分布電容、分布電感和電阻聯合組成的等效電路。電纜的分布電容C主要是由雙絞線的兩條平行導線產生。導線的電阻在這里對信號的影響很小，可以忽略不計。信號的損失主要是由于電纜的分布電容和分布電感組成的LC低通濾波器。

4.3 分布電容對RS 485總線傳輸性能的影響

電纜的分布電容主要由雙絞線中兩條平行導線產生。另外，導線與地之間也存在分布電容，雖然很小，但在分析時也不能忽視。分布電容對總線傳輸性能影響的，主要原因是總線上傳輸的信號是基波信號，信號的表達方式只有“1”和“0”。在特殊字節中，如0x01，信號“0”使得分布電容有足夠的充電時間，而信號“1”到來時，由于分布電容中的電荷來不及放電，(Vin+)-(Vin-)還大于200 mV，結果使接收誤認為是“0”，而最終導致CRC校驗錯誤，整個數據幀傳輸錯誤。

由于總線上的分布影響，導致數據傳輸錯誤，從而使整個網絡性能降低。解決這個問題有2

種方法：降低數據傳輸的波特率；使用分布電容小的電纜，提高傳輸線的質量。

5 結 語

這里主要介紹了基于SDLC協議的同步RS 485總線數據通信控制器的設計思想及使用RS 485需要注意的一些問題。RS 485總線具有實時性好，造價低，可靠性高等特點，因而現在已被普遍應用在工業及軍事方面。

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作者簡介

李果萍 女，碩士研究生。研究方向為計算機控制技術。

成 龍 男，碩士研究生。

柴 波 男，副總工程師，研究生導師。研究方向為計算機控制技術。