單片機遠(yuǎn)距離串行通信電路

單片機的應(yīng)用越來越普遍。有些單片機設(shè)置了串行通信口，使其應(yīng)用范圍更加擴大。如51系列單片機的串行口是一個全雙工通信接口，能同時進行發(fā)送和接收，且可通過對串行控制寄存器SCON的設(shè)置，選擇多種串行通信模式，包括多機通信。實際應(yīng)用系統(tǒng)中往往要涉及遠(yuǎn)距離多機串行通信。

按一般介紹，多機通信的主機與從機連接如圖1-9所示，通過軟件編程實現(xiàn)由主機查詢、從機響應(yīng)的通信方式，但這種通信方式只限于主機與從機近距離（幾米）范圍內(nèi)。這是因為串行口TxD發(fā)出的TTL電平信號無論在驅(qū)動能力還是在抗干擾能力方面都不足以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離串行數(shù)據(jù)傳送，所以要實現(xiàn)單片機串行口的遠(yuǎn)距離通信（幾十米到幾千米），必須另辟蹊徑。

遠(yuǎn)距離串行通信電路

1．單片機遠(yuǎn)距離串行通信電路

為實現(xiàn)單片機的遠(yuǎn)距離串行通信，在串行口TxD和RxD信號前端分別加入一差分驅(qū)動器MC3487和一差分接收器MC3486，變電平收發(fā)為差分收發(fā)。加入差分驅(qū)動和差分接收電路后的多機串行通信連接如圖1- 10所示。空方框代表加入的差分驅(qū)動、接收電路。由圖可知，加入差分驅(qū)動、接收器后，主機與從機的連線只剩下D+和D_兩根數(shù)據(jù)線，主機與從機無需共地連接，徹底消除了遠(yuǎn)距離因地電位不等造成的影響，且簡化了拉線。但值得注意的是，兩根傳輸線要用雙絞線，以更好地消除電磁干擾。接入驅(qū)動、接收電路后不影響原通信程序設(shè)計。

電路與單片機有TxD，RxD，GND三個連接信號，輸出有D+和D_兩個數(shù)據(jù)信號。電路中用到一個74LS04非門、一個MC3487差分驅(qū)動器和一個MC3486差分接收器；電容C1和C2分別為傳輸線D+和D_的濾波電容，用于濾除系統(tǒng)高頻干擾；Ri為D+信號的電平提升電阻。MC3487和MC3486是配對的優(yōu)良差分驅(qū)動、接收芯片，電氣性能符合串行通信的RS - 422 A標(biāo)準(zhǔn)。市場上可以購買到，且價格不高（國產(chǎn)型號分別為DS3487和DS3486）。

MC3487的引腳如圖1- 12所示，真值表如表1-6所列。它是一個有三態(tài)輸出的四RS -422 A傳輸線驅(qū)動器，腳1是第一個驅(qū)動器的輸入端；腳2、腳3是第一個驅(qū)動器的同相、反相輸出，輸出受腳4控制。當(dāng)腳4為低電平時，輸出腳2、腳3呈高阻態(tài)。MC3486的引腳如它是一個有三態(tài)輸出的四差分線路接收器，腳l、腳2為第一個差分接收器的反相、同相輸入端；腳3為輸出端，輸出受腳4電平控制。當(dāng)腳4接高電平時，允許輸出。

現(xiàn)在來分析一下圖1 - 11差分驅(qū)動接收電路的工作過程。以串行口發(fā)送數(shù)據(jù)為例，當(dāng)TxD送出低電平時，經(jīng)74LS04反相后變高電平加到MC3487的控制端腳4。輸入端腳1固定接地，為低電平。由表1-6可知，此時輸出腳2為低電平，腳3為高電平，腳2和腳3信號分別經(jīng)傳輸線D+和D_送到遠(yuǎn)端差分驅(qū)動器、接收器。此時遠(yuǎn)端接收MC3486的腳2（對應(yīng)D+）收到為低電平，腳1(對應(yīng)D_)收到為高電平，即運放器同相輸入端為低電平，反相輸入端為高電平。所以輸出腳3為低電平，也即遠(yuǎn)端單片機RxD收到的信號與發(fā)端單片機TxD發(fā)出的低電平一致。當(dāng)TxD發(fā)送高電平時，經(jīng)反相加在控制腳4為低電平。此時輸出端腳2和腳3都呈高阻態(tài)，相當(dāng)于懸空。這時遠(yuǎn)端接收因D+接有電平上拉電阻，故D+為高電平，而D_為低電平，也即遠(yuǎn)端接收MC3486的輸入端腳2為高電平，腳1為低電平，輸出腳3為高電平。由上面分析可知，遠(yuǎn)端RxD收到的信號電平完全是發(fā)送端TxD的電平，即對單片機收／發(fā)端串行通信口的電平狀態(tài)不改變。因MC3487具有較強的線路驅(qū)動能力，加上MC3486的差分電平接收，大大延長了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x，消除了共地系統(tǒng)的地勢電位影響。

2．計算機遠(yuǎn)距離串行通信電路

有時多機通信系統(tǒng)中一端是計算機或兩端都是計算機，如圖1 - 14所示。通常計算機本身都帶有RS - 232C串行通信口。RS - 232C串行口是電子工業(yè)協(xié)會(EIA)的一種標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)通信口，在電氣性能上采用負(fù)邏輯定義。邏輯1電平為-5～-15 V，邏輯O電平為+5～+15 V。但RS一232C的通信距離也不允許太遠(yuǎn)，一般要求在15 m內(nèi)。為延長計算機通信距離，可像前面介紹的方法一樣，在RS - 232C前加入一個232C/422A轉(zhuǎn)換器，把232C電平傳輸變成差分驅(qū)動、接收。232C/422A轉(zhuǎn)換器的電路如圖1-15所示。由圖可見，電路只是比前面詳細(xì)介紹過的圖1- 11電路多加一片MC1489和一片MC1488。MC1489是RS - 232C串行通信接收器，圖1-15中它把計算機串行TxD發(fā)出的232C電平轉(zhuǎn)換成TTL電平，供MC3487驅(qū)動傳輸；MC1488是RS - 232C串行通信發(fā)送器，圖1-15中它把MC3486接收的電平轉(zhuǎn)換成232C電平，送到計算機串行接收端RxD。這樣接入232C/422A轉(zhuǎn)換器后，計算機間變成差分線路傳輸，只需D+和DL兩根雙絞線，達(dá)到延長通信距離，消除共地地電勢影響的目的。

　　實際應(yīng)用系統(tǒng)
　　
　　單片機、計算機的遠(yuǎn)距離串行通信已應(yīng)用在重慶市交通局的多區(qū)制、多信道集群無線通信系統(tǒng)中。我們將重慶市交通局組建的集群無線通信網(wǎng)分為四個區(qū)，覆蓋全市9區(qū)、12縣。每個區(qū)的總臺控制中心如圖1 - 16所示?？偱_控制中心采用STD工業(yè)控制微機為上位機，通過一塊用單片機8031做成的串行通信板與各信道從機進行串行數(shù)據(jù)通信。系統(tǒng)中每個工作信道由一塊用單片機8751做成的控制板對電臺進行控制和管理，同時控制板通過單片機串行口與上位主機通信板實現(xiàn)串行通信，把數(shù)據(jù)送向上位STD微機進行處理，并接受上位機的命令控制。串行通信板與各信道控制板的通信就是一個典型的單片機多機通信系統(tǒng)，因各信道電臺架設(shè)在山上，與STD工業(yè)控制微機所處的控制室相距較遠(yuǎn)(最遠(yuǎn)2～3 km)，采用了上面介紹的遠(yuǎn)距離串行通信方法，通信速率取2 400 b/s，軟件設(shè)計加入CRC - 16檢驗，自開通以來，通信網(wǎng)運行可靠，串行通信數(shù)據(jù)誤碼率極低。

以上所介紹的單片機、計算機遠(yuǎn)距離串行通信方法不失為一種簡便、可行的方法。利用現(xiàn)成的集成芯片，采用最經(jīng)濟的雙線傳輸，解決了遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)交換的問題。它具有抗電磁干擾能力強，速率高，誤碼率低，徹底擺脫了公共地電勢電平影響等優(yōu)點；其缺點是數(shù)據(jù)傳輸只能以半雙工方式進行，即不能同時收／發(fā)，當(dāng)距離更遠(yuǎn)（萬米以上）時，恐怕就只能改用其他傳輸方法了，如加調(diào)制解調(diào)器，利用現(xiàn)行電話線進行傳輸?shù)确椒ā?/p>