第九章串行通信補充232、485、CAN.ppt

1、,串口擴展-232、485和CAN總線,單片機具有控制能力強的優(yōu)點，但不適于作大量的數(shù)據(jù)處理、查詢等。實際應用中常將單片機作為下位機使用，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制功能。微機通常作為上位機接收下位機采集的各種數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)運算、處理等，同時向下位機發(fā)出各種指令。因此，實現(xiàn)微機與單片機間數(shù)據(jù)通信是十分重要的。,RS-232C總線標準與應用,RS-232C是使用得最早、最多的一種異步串行通信總線標準。它由美國電子工業(yè)協(xié)會 (Electronic Industries Association)于1962年公布，1969年最后一次修訂而成。其中RS是 Recommended Sandard的縮寫，232

2、是該標準的標識，C表示此標準已修改了三次。 RS-232C主要用來定義計算機系統(tǒng)的一些數(shù)據(jù)終端設備(DTE)和數(shù)據(jù)通信設備(DCE) 之間接口的電氣特性，目前已廣泛用于計算機與終端或外設之間的近端連接,適合于短距離或帶調制解調器的通信場合。,RS-232C的電氣特性。,RS-232C標準早于TTL電路的產(chǎn)生，與TTL、 MOS邏輯電平規(guī)定不同。該標準采用負邏輯：低電平表示邏輯1，電平值為3Vl5V；高電平表示邏輯0，電平值為+3V一+l5V。因此，RS-232C不能直接與TTL電路連接，使用時必須加上適當?shù)碾娖睫D換電路，否則將使TTL電路燒毀。,RS-232C引腳功能,信號分類,RS-232C

3、信號分為兩類： 一類是DTE與DCE交換的信息：TxD和RxD； 另一類是為了正確無誤地傳輸上述信息而設計的聯(lián)絡信號。,數(shù)據(jù)發(fā)送與接收線,發(fā)送數(shù)據(jù)TxD：通過TxD線，終端將串行數(shù)據(jù)由發(fā)送端(DTE)向接收端(DCE)發(fā)送。按串行數(shù)據(jù)格式，先低位后高位的順序發(fā)出。 接收數(shù)據(jù)RxD：通過RxD線，終端接收從發(fā)送端DTE (或調制解調器)輸出的數(shù)據(jù)。,聯(lián)絡信號,這類信號共有6個： 請求傳送信號RTS：用來表示DTE請求DCE發(fā)送數(shù)據(jù)，即當終端要發(fā)送數(shù)據(jù)時，該信號RTS=1。 清除發(fā)送信號CTS： 用來表示DCE準備好接收DTE發(fā)來的數(shù)據(jù)，是對請求發(fā)送信號RTS的響應信號。 數(shù)據(jù)準備就緒信號DSR：

4、 這是DCE向DTE發(fā)出的聯(lián)絡信號。DSR將指出本地DCE的工作狀態(tài)。當DSR=l時，表示DCE沒有處于測試通話狀態(tài)，這時DCE可以與遠程DCE建立通道。 數(shù)據(jù)終端就緒信號DTR： 這是DTE向DCE發(fā)送的聯(lián)絡信號。DTR=l時，表示DTE處于就緒狀態(tài)，本地DCE和遠程DCE之間建立通信通道；而DTR=0時，將迫使DCE終止通信工作。 數(shù)據(jù)載波檢測信號DCD：這是DCE向DTE發(fā)出的狀態(tài)信息。當DCD=1時，表示本地DCE接收到遠程DCE發(fā)送。 振鈴指示信號RI：這是DCE向DTE發(fā)出的狀態(tài)信息。RI=1時，表示本地DCE接收到遠程DCE的振鈴信號。,RS-232C與單片機的連接,RS-232

5、C接口與單片機聯(lián)接時需要進行電平轉換，常用的電平轉換芯片有MC1488、MC1489、MAX232，其中MAX232采用單5V電源供電，使用非常方便。 MAX232系列芯片由MAXIM公司生產(chǎn)，內含兩路接收器和驅動器。其內部的電源電壓變換器可以把輸入的+5V電源電壓變換成RS-232C輸出所需的10V電壓。采用該芯片硬件接口簡單、價格適中，所以被廣泛使用。,MAX232引腳圖,MAX232應用電路,略,RS485總線擴展,RS485標準接口是單片機系統(tǒng)種常用的一種串行總線之一。與RS232C比較，其性能有許多改進。,實際的單片機通信系統(tǒng)中，是不能真接用兩條傳輸線將串行口連接起來的，這樣做傳輸?shù)?/p>

6、距離很近，無法有效進行數(shù)據(jù)通信。 RS-485收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力，加上接收器具有高的靈敏度，能檢測低達200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。,RS485接口可連接成半雙工和全雙工兩種通信方式。常見的半雙工通信芯片有SN75176、SN75276、SN75LBC184 MAX481、MAX483、MAX485、MAX487等，全雙工通信芯片有SN75179、SN75180 、MAX488、MAX489、MAX490、MAX491等。通常采用半雙工方式組網(wǎng)應用,組網(wǎng)時通常采用終端匹配的總線型結構，采用一條總線將各個節(jié)點串接起來，表中為一些常見芯片可

7、聯(lián)接的節(jié)點數(shù)。,MAX485,MAX485的封裝有DIP、SO和uMAX三種，其中DIP封裝的管腳如圖所示。 管腳的功能如下：RO：接收器輸出端。若A比B大200mV，RO為高；反之為低電平。RE：接收器輸出使能端。RE為低時，RO有效；為高時，RO呈高阻狀態(tài)。DE：驅動器輸出使能端。若DE1，驅動器輸出A和B有效；若DE0，則它們呈高阻態(tài)。若驅動器輸出有效，器件作為線驅動器用，反之作為線接收器用。DI：驅動器輸入端。DI0，有A0，B1；當DI1，則A1，B0。GND：接地。A：同相接收器輸入和同相驅動器輸出。B：反相接收器輸入和反相驅動器輸出。VCC：電源端，一般接+5V。,MAX485典

8、型的工作電路,其中平衡電阻Rp通常取100300歐姆。,MAX485的收發(fā)功能,89C51與MAX485的接口電路,P1.7用來控制MAX485的接收或發(fā)送，其余操作同串口 。,SN75176芯片,RO：接收器輸出。AB+0.2V時，RO=“1”；AB0.2V，RO=“0” ：接收器輸出使能。 =“0”時，允許接收器輸出； =“1”時，禁止接收器輸出，RO為高阻。 DE：驅動器輸出使能。DE=“1”時，允許驅動器工作；DE=“0”時，驅動器被禁止，輸出端A、B為高阻。 DI：驅動器輸入。DI=“1”時，A輸出高電平，B輸出低電平；DI=“0”時，A輸出低電平，B輸出高電平。 GND：地。 A：

9、接收器同相輸入和驅動器同相輸出。 B：接收器反相輸入和驅動器反相輸出。 VCC：5V電源。,連接電路時各驅動器分時使用傳輸線（不發(fā)送數(shù)據(jù)的驅動器應被禁止）。網(wǎng)絡上可掛32個站。傳輸線通常采用雙絞線，可以較大程度抑制共模干擾。在傳輸線的末端接120歐姆的電阻進行阻抗匹配，消除由于不匹配在線路上產(chǎn)生的信號反射。,CAN概述,CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。最初，CAN被設計作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡。,起源,CAN總線是德國BOSCH公司為解決現(xiàn)代汽車

10、中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通訊協(xié)議,是交通運載工具電氣系統(tǒng)中應用較廣的總線?，F(xiàn)在向過程工業(yè)，機械工業(yè)，機器人，數(shù)控機床，傳感器等方面發(fā)展。 1993年11月，ISO正式頒布CAN為國際標準ISO11898。 支持CAN協(xié)議的公司有Intel、Motorola、Philips、Siemens、NEC、Honeywell等公司。,CAN總線的主要技術指標,傳輸速率： 可達到1Mbps（40米以內） 傳輸距離： 10千米（5kbps以下） 支持的介質：銅線，光纖 媒體訪問控制方式：CSMA/沖突按優(yōu)先權解決 可掛接的最大節(jié)點數(shù)：110,CAN總線的信號傳送,信號使用差分

11、電壓傳送，兩條信號線被稱為“CAN_H”和“CAN_L”，靜態(tài)時均是2.5V左右，此時狀態(tài)表示為邏輯“1”，也可以叫做“隱性”。用CAN_H比CAN_L高表示邏輯“0”，稱為“顯形”，此時，通常電壓值為：CAN_H = 3.5V 和CAN_L = 1.5V。,CAN總線的數(shù)據(jù)通信,CAN屬于總線式串行通信網(wǎng)絡 可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全網(wǎng)廣播幾種方式發(fā)送接收數(shù)據(jù) 為多主方式工作，通信方式靈活 CAN網(wǎng)絡按節(jié)點類型分成不同的優(yōu)先級 CAN采用非破壞性總線優(yōu)先級仲裁技術 每幀信息都有循環(huán)冗余校驗CRC及其它檢錯措施 CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關閉輸出功能 CAN總線以報文為單位進行數(shù)

12、據(jù)傳遞 每個標準報文起始部分有一個11位的標志符ID 數(shù)據(jù)域為0-8個字節(jié)，每個字節(jié)8位。,載波偵聽多路訪問/沖突檢測,利用CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect）訪問總線，可對總線上信號進行檢測，只有當總線處于空閑狀態(tài)時，才允許發(fā)送。利用這種方法，可以允許多個節(jié)點掛接到同一網(wǎng)絡上。當檢測到一個沖突位時，所有節(jié)點重新回到監(jiān)聽總線狀態(tài)，直到該沖突時間過后，才開始發(fā)送。在總線超載的情況下，這種技術可能會造成發(fā)送信號經(jīng)過許多延遲。為了避免發(fā)送時延，可利用CSMA/CD方式訪問總線。當總線上有兩個節(jié)點同時進行發(fā)送時，必須通

13、過“無損的逐位仲裁”方法來使有最高優(yōu)先權的的報文優(yōu)先發(fā)送。在CAN總線上發(fā)送的每一條報文都具有唯一的一個11位或29位數(shù)字的ID。CAN總線狀態(tài)取決于二進制數(shù)0而不是1，所以ID號越小，則該報文擁有越高的優(yōu)先權。因此一個為全0標志符的報文具有總線上的最高級優(yōu)先權。可用另外的方法來解釋：在消息沖突的位置，第一個節(jié)點發(fā)送0而另外的節(jié)點發(fā)送1，那么發(fā)送0的節(jié)點將取得總線的控制權，并且能夠成功的發(fā)送出它的信息。,CAN的報文格式,CAN協(xié)議定義了四種不同的幀。 1、數(shù)據(jù)幀，這個幀被用于當一個節(jié)點把信息傳送給系統(tǒng)的任何其它節(jié)點。數(shù)據(jù)幀由7個不同的位域組成，即幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域、CRC域、應答

14、域、幀結束。 2、遠程幀，此幀是基于數(shù)據(jù)幀格式，只要把RTR位設置成遠程發(fā)送請求（Remote Transmit Request），并且沒有數(shù)據(jù)場?？偩€上發(fā)送此幀后，表示請求接收與該幀ID相符的數(shù)據(jù)幀。遠程幀由6個不同的位場組成，即幀起始、仲裁域、控制域、CRC域、應答域、幀結束。 3、錯誤幀，任何單元監(jiān)測到錯誤時就發(fā)送錯誤幀。錯誤幀由兩個不同的域組成。第一個域是錯誤標志，用做為不同站提供錯誤標志的疊加；第二個域是錯誤界定符。 4、超載幀，節(jié)點需要增加時間來處理接收到的數(shù)據(jù)時便發(fā)送過載幀。超載幀包括兩個位域：超載標志和超載界定符。,CAN的數(shù)據(jù)錯誤檢測,循環(huán)冗余檢查(CRC) 在一幀報文中加入

15、冗余檢查位可保證報文正確。接收站通過CRC可判斷報文是否有錯。 幀檢查 這種方法通過位場檢查幀的格式和大小來確定報文的正確性,用于檢查格式上的錯誤。 應答錯誤 如前所述,被接收到的幀由接收站通過明確的應答來確認。如果發(fā)送站未收到應答,那么表明接收站發(fā)現(xiàn)幀中有錯誤,也就是說,ACK場已損壞或網(wǎng)絡中的報文無站接收。CAN協(xié)議也可通過位檢查的方法探測錯誤。 位填充 為保證同步,同步沿用位填充產(chǎn)生。在五個連續(xù)相等位后,發(fā)送站自動插入一個與之互補的補碼位;接收時,這個填充位被自動丟掉。例如,五個連續(xù)的低電平位后,CAN自動插入一個高電平位。CAN通過這種編碼規(guī)則檢查錯誤,如果在一幀報文中有6個相同位,C

16、AN就知道發(fā)生了錯誤。,CAN和485的比較,CAN總線連接圖,CAN總線系統(tǒng),汽車CAN,汽車電子系統(tǒng),一輛采用傳統(tǒng)布線方法（點對點方式）的高檔汽車中，其導線長度可達2000米，電氣節(jié)點達1500個，且大約每十年增長1倍 典型的控制單元有電控燃油噴射系統(tǒng)、電控傳動系統(tǒng)、防抱死制動系統(tǒng)（ABS）、防滑控制系統(tǒng)（ASR）、廢氣再循環(huán)控制、巡航系統(tǒng)和空調系統(tǒng)。,汽車總線要求,傳輸信息的安全； 信號的邏輯“1”明顯區(qū)別于邏輯“0”； 異步總線隨機地傳送數(shù)據(jù)； 根據(jù)預先確定的優(yōu)先權進行總線訪問，競爭解決后獲勝站點能夠訪問總線且繼續(xù)傳輸信息；具有根據(jù)信息內容解決總線訪問競爭的能力； 總線的功能尋址和點到點尋址能力； 節(jié)點在盡量小的時間內成功訪問總線； 最優(yōu)化的傳輸速率（波特率）； 節(jié)點的故障診斷能力； 具有一定的可擴充性。,數(shù)字信號的編碼,為了保證信息傳輸?shù)目煽啃?，對?shù)字信號正確編碼非常重要。汽車局域網(wǎng)數(shù)據(jù)信號多采用脈寬調制和不歸零制（NRZ）。 采用PWM作為編碼方案時，波特率上界為3105kb/s，用于