提高rs485匯流排通訊速度的一種設計
引言工業現場經常要採集多點資料，模擬訊號或開關訊號，一般用到rs485匯流排，使用一主帶多從的通訊方式，該種方式接線方便只需要兩根遮蔽電纜線，通訊距離遠最大可支援1500m，加深圳市天地華傑公司的中繼器（td-109）還可延長通訊距離，採用差分訊號方式抗電磁干擾好。但該方式通訊速度不能太快，一般採用主從召喚的方式採集各子單元的資料，即主單元依次召喚各子單元(見圖1)，召喚到哪個單元哪個單元上傳資料，匯流排的使用權完全由主單元分配，各子單元不能擅自占領匯流排。如果系統的單元多，主單元迴圈採集一周的時間就很長，子單元資訊變化時不能及時傳送給主單元，導致系統對突變事件的反應處理速度慢。本文通過匯流排狀態檢測、從機主動上發的方式解決。
圖1 常規rs485匯流排主從方式介面圖
硬體設計
整個系統由主單元和多個子單元組成(圖2)，主單元包括：arm7微控制器、程式儲存器、資料儲存器、與子單元通訊rs485、與主單元通訊rs485、系統電源和通訊隔離電源；子單元包括：msp430微控制器、與子單元通訊rs485、系統電源和通訊隔離電源。
圖2 系統框圖
主單元arm微控制器是主單元的核心，採用三星32位arm7tdmi核心晶元s3c44b0，該晶元最高處理速度可達76mhz，匯流排開放，可外擴程式儲存器flash和資料儲存器sdram，該系統外擴了sst公司生產的39vf1601和現代生產的hy57v641620hg，2個uart序列介面，使用adi的隔離rs485晶元adm2483進行介面電平轉換，匯流排狀態檢測使用74hc125三態門晶元。
子單元子單元的微控制器使用ti的msp430f133微控制器，該微控制器處理速度可達8mhz，8k位元組片內flash儲存，256k位元組片內sram。
電源電路
電源電路採用開關電源供電，開關電源輸入電壓範圍比較寬，輸出直流電壓5v，通過sp1117-3.3和sp1117-2.5晶元輸出3.3v電源。rs485需要的隔離5v電源通過dc-dc模組得到。
匯流排檢測電路
匯流排狀態檢測使用74hc125三態門晶元和微控制器的兩個i/o(圖3)，當系統都不使用匯流排時，每個單元的74hc125都輸出高阻狀態，此時匯流排為低電平，當有單元要使用匯流排時，他首先檢測匯流排狀態，如果匯流排為低電平，該單元迅速把74hc125改為輸出狀態，此時匯流排變為高電平，該單元占領匯流排，往匯流排上傳送資料，傳送資料完成再把74hc125改為高阻狀態。如果檢測到匯流排是高電平，等待檢測，直到匯流排變低後再占領匯流排。
圖3 匯流排檢測電路
隔離485電路
使用adi的adm2483晶元進行介面電平轉換(圖4)，該晶元屬於隔離485，雙電源供電輸入輸出隔離。
圖4 隔離485電路
軟體設計
主機程式部分需要實現各從機上傳資料的接收、處理和上傳。主機接收子單元資訊通過乙個rs485串列埠實現，資料格式為16進製制，資料位8位，1 個起始位，1個結束位，無寄偶校驗位，波特率9600bps。採用序列口中斷的方式接收，主機程式初始化完成後等待各從機傳送資訊，當主機接收到第乙個位元組後，判斷該位元組是否為裝置號，如果不是裝置號，接收個數清零，如果是裝置號繼續接收第二個位元組；判定第二個位元組是否為正確的功能碼，如果功能碼錯誤，接收個數清零重新接收，功能碼正確；接收第三個位元組，該位元組為從單元傳送資訊的位元組個數x，計算從單元傳送總位元組個數為m=x+3+2,3個開頭位元組和2個 crc校驗碼，主機接收到m個位元組後，首先判斷crc校驗碼是否正確，錯誤捨棄所有資訊，正確則把從單元的資訊儲存到資料區，該次接收結束，主機繼續等待接收。
資訊的上傳通過乙個rs232串列埠實現。當主機接收到從機資訊後，進行資料的處理，發現從單元資訊發生變化，主機準備把從機資訊傳送到上位機，首先重新初始化傳送緩衝區，然後通過中斷的方式依次傳送資訊到上位機，傳送資訊包括裝置號、功能碼、傳送位元組個數、資訊位元組和crc校驗碼。
主機單元接收資料流程圖標於圖5。
圖5 程式流程圖
結語徐龍輝所設計的系統實現了開關訊號的多點監測，乙個主機單元，32個從機單元，每個從機單元監測32個開關，該系統共可監測1024個開關，使用 9600bps的波特率。採用主從召換的方式，開關訊號監測的反應時間一般要用20-30s，使用該種匯流排檢測的方式，開關訊號的反應速度最慢也不超過 1s，快時只有幾百ms，大大提高反應時間，並且由於不用時時召喚，匯流排資料流少，提高了匯流排的穩定性。
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