实操任务
B级任务（80%）
要求：
使用两块STC板分别下载上一节所提供的.hex文件，搭建485双机通信电路，在linux中编程实现打分程序代码。
步骤：
-
阅读程序系统流程框图，明确双机通信的功能需求。
-
熟悉上一节中模拟MODBUS协议的数据包结构，相关功能码及附加数据定义
| 功能码 | 读下位机功能码 | 0X03 |
| -------------- | -------------- | ---- |
| 检测功能码 | 0X08 | |
| 地址错误功能码 | 0X10 | |
| 复位功能码 | 0X01 | |
| 附加数据 | 错误码 | 0X6F |
| 包头 | 0X5A | |
| 广播地址 | 0X00 | |
| 自定义内容 | 0X13 | |
协议中的检验字节，本打分系统采用累加和编码。
3. 回顾485总线数据收发实验，搭建双机通信电路。参考上一节内容确保STC从机编号和评分设定完成后，按下KEY2、KEY3按键标志，第1位和第8位LED灯被点亮。
4. PC端串口设置如下：
串口波特率：9600 数据位：8位 校验位：无 停止位：1
5. 所编写的PC端程序应参考上一节中的通信协议完成一次完整的评分过程：
- - 需要包含串口的设置
- 主节点发起从机检测过程：发送指定从机编号正常检测数据包，判断回应查询数据包是否符合上一节中的通信协议。
- 主机获取从机评分过程：发送指定从机评分相关数据包，判断回应查询数据包是否符合上一节中的通信协议。
- 主机发起结束评分的过程，若复位成功，STC从机上第1位和第8位LED灯会熄灭。
- 展示串口相关信息，展示检测到的从机编号和从机的评分等。
代码设计
#include <cstdio>
#include <iostream>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include "serial.h"
#include <setjmp.h>
using namespace std;
typedef unsigned char uchar;
/* 基于RS485总线的评分系统-主机程序-双机评分 */
string format(const vector<uchar> &data); //数据处理为字符串
int check(serial &pipe, int addr); //设备检测
int get_score(serial &pipe, int addr); //获取分数
void reset(serial &pipe); //从机复位
int main() {
serial pipe("/dev/ttyUSB0", B9600);
int addr, check_ret, score;
while(1){
cout<<"输入说明：\n输入合法从机地址查询分数\n输入-2将从机复位\n输入-1退出程序\n如果程序无法正确运行，不能接收从机回应，请重启重试\n请输入指令：";
cin>>addr;
if(addr == -1) break;
if(addr == -2) {
reset(pipe);
continue;
}
check_ret = check(pipe, addr);
if(check_ret == 1){
cout<<"设备检测正常"<<endl;
sleep(1);
if(!(score = get_score(pipe, addr)))
cout<<"获取分数失败"<<endl;
else
cout<<"分数："<<score<<endl;
}
else if(check_ret == 0){
cout<<"地址错误，请输入地址重试"<<endl;
continue;
}
else{
cout<<"数据传输错误,请重启从机"<<endl;
}
//reset(pipe);
cout<<"从机已复位，输入-1退出"<<endl;
}
return 0;
}
/*****************************************************
将数据处理为字符串
******************************************************/
string format(const vector<uchar> &data) {
std::string str(2 * data.size() + 1, '\x00');
for (int i = 0; i < data.size(); i++) {
sprintf(&str[i * 2], "%02X", data[i]);
}
return str;
}
/*****************************************************
从机地址检测：
参数：serial串口，从机地址
主机发送进行数据检测：5a + 从机地址 + 检测功能码08 + 13 + 校验码
返回值：1(地址正确)；0(地址错误)；-1(数据错误)
******************************************************/
int check(serial &pipe,int addr){
int check_code = 117 + addr, ret; //校验码为累加和
vector<uchar> code = {0x5a, 0x08, 0x13};
vector<uchar> rec;
code.insert(code.begin()+1, (uchar)addr); //插入从机地址
code.push_back((uchar)check_code); //插入校验码
//cout << format(code) << endl;
/* 写入并接收回应数据包 */
pipe.myWrite(code);
sleep(1);
rec = pipe.myRead(5);
if(format(rec) == format(code)) //检验接收数据包是否与发送相同，相同则从机地址正确
ret = 1;
else{
if(rec[3] == 0x6f) ret = 0;
else ret = -1;
}
return ret;
}
/*****************************************************
获取从机分数：
参数：serial串口，从机地址
主机发送进行分数获取：5a + 00 + 读取功能码03 + 从机地址 + 校验码
返回值：分数(数据正确)；-1(从机未准备好)；-2(数据错误)
******************************************************/
int get_score(serial &pipe, int addr){
int check_code = 93 + addr, ret; //校验码为累加和
vector<uchar> code = {0x5a, 0x00, 0x03};
vector<uchar> rec;
code.insert(code.begin()+3, (uchar)addr); //插入从机地址
code.push_back((uchar)check_code); //插入校验码
//cout << format(data) << endl;
/* 写入并接收回应数据包 */
pipe.myWrite(code);
sleep(1);
rec = pipe.myRead(5);
if(rec[3] == 0x6f) ret = -1; //检验是否错误
else {
ret = (int)rec[3]; //转为数字
if(ret < 0 || ret > 100) ret =-2; //检测数字是否合法
}
return ret;
}
/*****************************************************
从机复位：
参数：serial串口，从机分数值
主机发送进行从机复位：5a + 广播地址00 + 复位功能码01 + 00 +校验字节
******************************************************/
void reset(serial &pipe){
vector<uchar> code = {0x5a, 0x00, 0x01,0x00,0x5b};
//cout <<"reset:"<< format(code) << endl;
/* 发送数据包 */
for(int i=0;i<600;i++) {
pipe.myWrite(code);
}
return;
}
```
```c
//serial.h
#ifndef SERIAL_H
#define SERIAL_H
#include <cstring>
#include <vector>
#include <sys/termios.h>
class serial {
private:
int board = -1, epfd = -1;
public:
serial(const char *board_path, speed_t baud_rate);
~serial();
std::vector<unsigned char> myRead(size_t n) const;
void myWrite(const std::vector<unsigned char> &data) const;
};
#endif //SERIAL_H
```
```c
//serial.c
#include "serial.h"
#include <cerrno>
#include <cstdio>
#include <iostream>
#include <sys/epoll.h>
#include <sys/fcntl.h>
#include <sys/termios.h>
#include <sys/unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#define err_check(code) if ((code) < 0) { \
printf("Error: %s\n", strerror(errno)); \
_exit(1); \
}
serial::serial(const char *board_path, speed_t baud_rate) {
err_check(board = open(board_path, O_RDWR | O_NOCTTY ))
termios attrs {};
tcgetattr(board, &attrs);
// 设置波特率
err_check(cfsetispeed(&attrs, baud_rate))
err_check(cfsetospeed(&attrs, baud_rate))
attrs.c_iflag &= ~( BRKINT | ICRNL | INPCK | ISTRIP | IXON | IXOFF );
attrs.c_oflag &= ~( OPOST | ONLCR | OCRNL );
attrs.c_lflag &= ~( ECHO | ICANON | IEXTEN | ISIG );
attrs.c_cflag &= ~( CSIZE | PARENB );
attrs.c_cflag |= CS8;
attrs.c_cc[VMIN] = 1;
attrs.c_cc[VTIME] = 0;
// 设置终端参数，所有改动立即生效
err_check(tcsetattr(board, TCSANOW, &attrs))
// 重新打开设备文件以应用新的终端参数
close(board);
err_check(board = open(board_path, O_RDWR | O_NOCTTY))
// 创建一个新的 epoll 实例，并返回一个用于控制的文件描述符
err_check(epfd = epoll_create(1))
epoll_event event {
.events = EPOLLIN | EPOLLET, // 当对端变为可读时触发事件
.data = {
.fd = board
}
};
// 将这个事件添加到 epoll 的监听列表中
err_check(epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, board, &event))
}
serial::~serial() {
(~board) && close(board);
(~epfd) && close(epfd);
}
std::vector<unsigned char> serial::myRead(size_t n) const {
size_t count = 0;
std::vector<unsigned char> buffer(n);
while (count < n)
{
epoll_event event {};
// 等待串口对端发来数据
epoll_wait(epfd, &event, 1, 5000); // 指定超时值，避免无限期阻塞等待
// 读取数据，然后根据读取到的数据数量决定是否需要继续读取
count += ::read(board, &buffer[count], n);
}
//tcflush(board,TCIOFLUSH);
return buffer;
}
void serial::myWrite(const std::vector<unsigned char> &data) const {
size_t count = 0;
//tcflush(board,TCOFLUSH);
while (count < data.size()) {
// 向串口写入数据
count += ::write(board, &data[count], data.size() - count);
}
}
程序设计目标：通过本案例加深理解RS485通信方式，实现上位机的主控制器与所有的下位机进行通信。
程序运行效果说明：通过RS232/RS485转换器将多个带有485模块的下位机控制程序的单片机挂载在总线上。用一块单片机做为上位机，下载上位机接点软件中的hex文件，另外的单片机作为下位机，下载下位机程序。下位机单片机上电后，数码管前两位显示从机编号，后三位显示评分结果。首先按下导航按键的中心按钮进入设置模式，被选中设定的数码管小数点被点亮；然后通过控制导航按键的左右方向实现数码管的位选，上下方向实现数码管上数值的加减，再按一次中心按钮退出设置模式。接着按下KEY2、KEY3按键标志从机编号和评分设定完成，第1位和第8位LED灯被点亮；最后通过控制上位机的主控制器的从机检测和多机评分按钮，获取单片机设定的从机编号和评分，从而实现上位机与下位机的通信。
测试方法
1.通过杜邦线将51单片机与RS232/RS485转换器连接，再通过USB转RS232/RS485串口通讯线与PC机连接，下载hex文件，并给单片机上电；
2.如果直接用某一台单片机做主机，该单片机需要下载上位机程序中的接点软件而不是下位机软件；
3.下位机下载后的初始现象为：最左边两个数码管显示00表示从机编号，最右边3个数码管显示000表示评分；
4.按下导航按键中心按钮进入设置模式，将从机编号和评分设置完成后再按一次中心键退出设置模式，再按下KEY1,KEY2，标志设置完成；
5.通过控制上位机进行从机检测获取下位机编号，并获取其评分，数据显示上位机的主控制器上，最后结束评分，单片机LED灯熄灭。
实验体会
RS232接口在总线上只允许连接1个收发器， 即单站能力。而RS485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS485接口方便地建立起设备网络。RS485属于半双工通信，数据可以在一个信号载体的两个方向上传输，但是不能同时进行传输。电平转换采用差分电路方式，A、B两线的电压差大于0.2认为是逻辑“1”，小于-0.2认为是逻辑“0”，只有通信双方一方处于发送，一方处于接收时，通信才能正常进行。RS485广泛运用在工业自动化控制、视频监控、门禁对讲以及楼宇报警等各个领域。
本实验让我们对于RS485和RS232有了更多的了解，明白了它们是怎样工作的。