PC機與MSP430之間多機通信的設計

吳雄英,謝興紅,閆 萍

（成都理工大學信息科學與技術學院，成都,610000）

0 引言

多機通信主要應用在工業控制和智能檢測中：通過一個上位機控制多個下位機，通過下位機對被控設備進行控制和狀態檢測，同時返回數據給上位機。RS232總線只能實現一對一的通信，RS485總線可掛接32臺設備，能夠進行多機通信。多機通信的基本結構如圖1所示。

圖1 多機通信基本結構Fig.1 The basic structure of the Multiprocessor Communication

1 RS232/RS485轉換電路

PC機具有較強的數據分析處理能力，良好的人機界面及大容量數據存儲空間，可充當上位機，用來監控下位機的運行狀況。但是，通常PC機上只有RS232串口，要使用RS485來進行實現多機通信，必須配置RS485實現與RS232之間的轉換。單片機與PC機間的RS485通信總體硬件接口電路框圖如圖2所示。

圖2 RS232/RS485轉換電路框圖Fig.2 The converter circuit diagram of RS232 to RS485

2 MSP430與RS485接口電路設計

下位機通常由單片機來充當。MSP430單片機具有豐富的外圍模塊，如MSP430F149就包含：7組I／O端口，精密模擬比較器，硬件乘法器，2組頻率可達8MHZ的時鐘模塊，2個可以實現異步、同步及多址訪問的USART。在實際的應用中，USART接口具有極大的通用性，當寄存器UxCTL的SYNC位為0時，USART工作在異步模式下。在異步模式下，USART通過URXD、UTXD這兩個引腳和外部系統連接。其與MAX485的接口電路如圖3所示。

圖3中，RS485采用平衡發送和差分接收方式來實現通信：在發送端TXD將串行口的TTL電平信號轉換成差分信號A、B兩路輸出，經傳輸后在接收端將差分信號還原成TTL 電平信號。

輸出電路的設計要充分考慮到線路上的各種干擾及線路特性阻抗的匹配。由于工程環境比較復雜，現場常有各種形式的干擾源，所以485總線的傳輸端一定要加有保護措施。在電路設計中采用穩壓管D1、D2組成的吸收回路，也可以選用能夠抗浪涌的TVS瞬態雜波抑制器件。

考慮到線路的特殊情況（如某一臺下位機的485芯片被擊穿短路），為防止總線中其它分機的通信受到影響，在485信號輸出端串聯了兩個20Ω的電阻R10、R11。這樣本機的硬件故障就不會使整個總線的通信受到影響

在應用系統工程的現場施工中，由于通信載體是雙絞線，它的特性阻抗為120Ω左右，所以線路設計時，在RS-485網絡傳輸線的始端和末端各應接1只120Ω的匹配電阻（如圖1中R8），以減少線路上傳輸信號的反射。

由于RS-485芯片的特性，接收器的檢測靈敏度為±200mV，即差分輸入端VA－VB ≥+200mV，輸出邏輯1；VA－VB≤－200mV，輸出邏輯0；而A、B端電位差的絕對值小于200mV時，輸出為不確定。如果在總線上所有發送器被禁止時，接收器輸出邏輯0，這會誤認為通信幀的起始引起工作不正常。解決這個問題的辦法是人為地使A端電位高于B兩端電位，這樣RXD的電平在485總線不發送期間（總線懸浮時）呈現唯一的高電平，單片機就不會被誤中斷而收到亂字符。通過在485電路的A、B輸出端加接上拉、下拉電阻R7、R9，即可很好地解決這個問題。

3 軟件設計

MSP430單片機的UART模塊具有比普通51單片機更完善的特性，如：可選擇奇偶校驗方式、波特率小數部分可編程、提供差錯控制及錯誤狀態位、串口中斷喚醒CPU等。將這些特點應用于串口通信中可以增強通信的可靠性，比如：UART硬件模塊可以被設置為若奇偶校驗出錯則不接收當前數據，通過設定波特率調制值可使波特率更準確，通過休眠模式的應用可提高CPU工 作的效率并降低系統的功耗。

對于多機通信，MSP430單片機內置了空閑模式和地址模式兩種通信模式，為提供可靠高效的多機通信提供了保證。兩種模式主要在如何確定地址幀方面存在差別：(1)空閑模式：兩個數據塊之間的傳輸空閑時間大于或等于10bits，也即用傳輸線上大于或等于10 bits空閑之后的第一個數據表示地址。(2)地址模式：通過字節幀中的地址位(1或0)指示該幀是地址幀還是數據幀。由于空閑模式要求兩個數據塊之問一定要有大于或等于10 bits的時間問隔，所以在連續傳輸的場合，傳輸速率會比地址模式慢。本設計中采用地址模式。軟件流程如圖4所示。

圖4 軟件流程圖Fig.4 The Software flow-chart

圖3 MSP430與RS485的接口電路Fig.3 The interface circuit between MSP430 and RS485

4 結束語

在多機通信系統中利用RS485總線實現遠程數據傳輸功能，系統易于實現，可靠性高，抗干擾能力強，能比較容易地實現多機通信的功能。在一些工控系統中具有較好的應用推廣價值。

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