多机通信系统的通信总线综述【文献综述】.doc

1、 毕业论文 文献综述 电气工程及自动化 多机通信系统的通信总线综述 摘要 ：本文对比较分析了几种有代表性的通信总线的优缺点。对多机通信协议做了一个较为简洁的介绍。 关键词 ： RS485；通信接口；串行通信 1.引言 随着计算机技术的发展，单片机的应用领域也越来越广泛，在工业控制、数据采集以及仪器仪表自动化等许多领域都起着十分重要的作用。但在实际应用中，在要求响应速度快、实用性强、控制量多的应用场合，单个单片机就往往难以胜任，这时使用多个单片机结合 PC 机组成分布式系统是一个比较好的解决方案。这样，单片机的数据通信技术就变 得十分的重要。 2.现场总线及接口简介 所谓现场总线，按照国际电工委

2、员会 IEC/SC65C 的定义，是指安装在制造或过程区域的现场装置之间，以及现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、双向串行、多节点的通信总线，以现场总线为基础而发展起来的全数字控制系统称作现场控制系统。它具有以下一些优势： (1)数字化，（ 2）分布式，（ 3）开放性，（ 4）双向串行传输，（ 5）互操作性，（ 6）节省布线空间，（ 7）智能自诊断性。微机的系统总线是主机与外部设备之间进行数据交换的重要通道。采用系统总线连接外设是一种采用的接口方法，即 所谓总线接口技术 1。 接口系统为多机通信系统中任何两台仪器的数据交换提供可能，并且能够协调高速仪器设备与低速仪器设备的数据传输。接

3、口系统主要由三大基本模块组成：接口系统功能模块、编码模块和数据收发模块。接口功能是通用接口系统研究的核心 2。 3.串行通信总线 （一） RS232 总线 RS-232C 是一种串行通信总线标志，是数据终端设备（ DTE）和数据通讯设备（ DCE）之间的接口标准， 1969 年由美国电子工业协会（ EIA）从 CCITT 远程通信标准中导出的一个标准。不同厂家所生产的设备，只要他们都具有 RS-232C 标准接口，则不需要任何转换电路，就可以相互插接起来 3。 RS-232C 接口在推出的几十年来虽然得到了极为广泛的应用，但随着通信要求的不断提高，RS-232C 标准在很多方面已经不能满足实际

4、通信应用的需要。其最为主要的缺点表现在以下几个方面： 1）数据通信速率低 RS-232C 规定的最高传输速率 20kbit/s 虽然可以满足一般的异步通信需要，但并不能满足同步传输的要求。 2）通信距离短 使用 RS-232C 接口的通信线路在 15m 左右可以达到正常通信要求，但无法满足更长的通信距离，即使使用极好的线路器件 和优良的信号条件，也无法使用电缆长度超过 60m。 3）抗干扰能力差 通信两端的电平转换电路均为单端电路，无法抑制共模干扰，各信号间也易受到串干扰 4。 （二） RS422总线 RS422 属于一种平衡通信接口，采用全双工通信模式，传输速率高达 10Mb/s，传输距离长

5、 2000m，并允许在一条平衡总线上连接最多 10 个接收器 5。 RS422 采用平衡输出的发送器，差分输入的接收器。 由于 RS422 线路是完全平衡的，它比 RS423 有更高的可靠性，传送更快更远。一般情况下， RS422线路不使用公共地线，这使得通信双 方由于地电位不同为对通信线路产生的干扰减至最小。双方地电位不同产生的信号成为共模干扰会被差分接收器滤掉。但是必须注意，由于接收器所允许的共模干扰范围的有限的。如果超过了也会使信号传送错误，或导致芯片损坏 3。 （三） RS485总线 RS485 总线通讯方式以其简洁灵活、硬件接口简单、软件易实现、性价比较高、传输距离较远、误码率较低、

6、抗干扰能力强等优点在工业控制系统中特别是中小型数据采集和控制系统得到了广泛的应用 6。 通常，一般测控系统采用普通的双绞线就能满足要求。在某些特定应用场合 ,则要求采用带屏蔽层 的同轴电缆。由于受信号失真及噪声等因素影响，数字信号所允许的最大电缆长度与信号传输的波特率成反比 ,RS485 的理论最大传输距离为 1200m，但受到实际应用环境的限制， 实际往往达不到此理论值。一般情况下， RS485 最多可以挂 32 个底层模块，且在传输过程中，还可以利用中继器放大信号，这样， RS-485 的最大理论传输距离可以达到 9.6km，可以挂 256 个底层模块 7。 RS485 能很好的应用在远距

7、离传输小模块数据上， RS485 标记是极其灵活的。当一个网络需要做一些远距离传输数据时， RS485 接口是最多被选择 的。 网络节点可以是个人计算机、单片机或者是任何有可能的异步通信设备。相比较以太网和其他网络接口， RS485 的硬件和协议要求更为简单实用。 RS485 标准可以更为灵活的根据电缆长度、数据速率、节点数和电压去选择驱动、接收器和其他元件 8。 4.通信协议 （一） RS232/RS485端口转换 多分布式数据采集和控制系统中，为克服单片机的功能不足都引入了 PC 机，并采用 “ PC 一单片机”主从结构模式，即以 PC 机为主机、分布在现场的各个单片机系统为从机的系统结构

8、模式。一般的 PC 机串行接口为标准 RS232 口，实际 应用中常采用 RS485 收发器。鉴于此，系统设计时首先要考虑的问题是通信，而做到有效、可靠的实现 RS232 与 RS485 之间的转换是实现系统通信的前提 9。 RS-485 网络为两线制半双工工作，而 RS-232 多采用三线制、全双工工作。因此，在物理层数据传输中，应根据各自不同的传输特点做相应的通信协议转换。根据是否由 PC 机直接控制 RS485 的发送 /接受方向与否，可设计出两种不同的协议转换器：直接方向控制式的通信协议转换器和透明式通信协议转换器 10。 （二）多机通信协议 在 RS485 的通信上收发都是共享相同的

9、 线路 RS485 总线，在通信开始前必须先指定某一个设备或计算机有控制权，其他节点各有一个 ID 码，主控者可以指定哪一个节点动作及送回数据，其余被动者只能依照有控制权者的指示来送出数据，而且绝对不允许私自送出数据。这些种种的限制是要保持线路数据的通畅，如果没有这些严谨的规定时，大家都把数据往在线丢，除了会造成大多数数据碰撞在一起外，接收端也无法取得正确的数据 11。 一般通信协议都有通用标准，协议较为完善，但较复杂。为简单了解单片机多机通信程序的基本原理，这里仅规定以下几条最基本的协议。 1）系统中从机容量为 255 台，地址分别是 00H0FEH。 2）地址 0FFH 是对所有从机都起作

10、用的控制命令，命令各机恢复 SM2=1（ SM 为多机通信控制位）的状态。 3）制定主机发送控制命令的代码，代码按 00H， 01H， 02H，顺序设置，其他均为非法代码。 4）数据块长度为 16bytes。 5）从机状态字表明从机的工作状态 12。 5.结论 从过去的 RS232 的广泛应用到现在 RS485 的大力推广，从过去的低速、短距离、低抗干扰性到现在的高速、长距离和强抗干扰的传输可以看到多机通信对我们生活和生产带来了不可磨灭的贡献。同时，为了 更好的利用这些技术，我们伟大的科研人员又在坚持不懈的研究开发新的技术和理论来完善现有的成果。 参考文献 1 任波，乔莉，李环编著 .现场总线

11、技术及应用 M.北京：航空工业出版社 2008,7. 2 刘凤新，黄玉金，潘小莉编著 .计算机辅助测试技术导论 M.北京：电子工业出版社， 2004,2. 3 耿恒山主编 .微机原理与接口 M.北京：中国水利水电出版社， 2005,5 4 求是科技编著 .单片机通信技术与工程实践 M.北京：人民邮电出版社 ,2005,1. 5 TIA/EIA Electrical Characteristics Of Balanced Voltage Digital Interface CircuitsZ.TIA/EIA RS 422-BI TIA/EIA 1994,8-9. 6 段永霞，徐玓，周建渡 .基于

12、 RS485 多机通信网络系统的实现 J.中国科技纵横， 2010,20,98（ 3） :61-62. 7 王 文 华 ， 王志 新 . 基于 RS-485 总线 的 能 量源 计 量 系统 设 计研 究 J. 自动 化 仪表 ,2008,2,29(2):41-48. 8 Jan Axelson.Designing RS-485 Circuits.J.Circuit Cella,1999,6,107:20-24. 9 崔魏 .对 RS232/RS485 转换器设计的一种改进 J.长江大学学报（自科版）， 2006,3,3（ 1）： 69-70. 10 刘建昌，周玮，王明顺 .计算机控制网络 M.北京：清华大学出版社 ,2006,10. 11 林伸茂 .8051 单片机彻底研究实习篇 M.北京：人民邮电出版社， 2004,5. 12 欧位明等 .单片机原理与应用系统设计 M.北京：电子工业出版社， 2009,7.