(整理)485典型電路.

1、轉(zhuǎn)RS485芯片介紹及典型應(yīng)用電路串行通信 2021-03-22 21:27:19 閱讀136評論0字號：大中小一、RS485根本知識RS-485接口芯片已廣泛應(yīng)用于工業(yè)限制、儀器、儀表、多媒體網(wǎng)絡(luò)、機電一體化產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域.可用于RS-485接口的芯片種類也越來越多.如何在種類繁多的接口芯片中找到最適宜的芯片,是擺在每一個使用者面前的一個問題.RS-485接口在不同的使用場合,對芯片的要求和使用方法也有所不同.使用者在芯片的選型和電路的設(shè)計上應(yīng)考慮哪些因素,由于某些芯片的固有特性,通信中有些故障甚至還需要在軟件上作相應(yīng)調(diào)整,如此等等.希望本文對解決RS-485接口的某些常見問題有所幫助.1

2、RS-485接口標準傳輸方式：差分傳輸介質(zhì)：雙絞線標準節(jié)點數(shù)：32最遠通信距離：1200m 共模電壓最大、最小值：+12V; -7V差分輸入范圍：-7V+12V接收器輸入靈敏度：立00mV接收器輸入阻抗：12kQ2節(jié)點數(shù)及半雙工和全雙工通信2.1節(jié)點數(shù)所謂節(jié)點數(shù),即每個 RS-485接口芯片的驅(qū)動器能驅(qū)動多少個標準RS-485負載.根據(jù)規(guī)定,標準RS-485接口的輸入阻抗為 ?12k0相應(yīng)的標準驅(qū)動節(jié)點數(shù)為 32 o為適應(yīng)更多節(jié)點的通信場合,有些芯片 的輸入阻抗設(shè)計成1/2負載24kQ、1/4負載48kQ甚至1/8負載96kQ,相應(yīng)的節(jié)點數(shù)可增 加到64、128和256.表1為一些常見芯片的節(jié)

3、點數(shù).表1節(jié)點數(shù)型號32 SN75176 , SN75276 , SN75179 , SN75180 , MAX485 , MAX488 , MAX49064 SN75LBC184128 MAX487 , MAX1487256 MAX1482 , MAX1483 , MAX3080 MAX30892,2半雙工和全雙工RS-485接口可連接成半雙工和全雙工兩種通信方式.半雙工通信的芯片有SN75176、 SN75276、SN75LBC184、MAX485、MAX 1487、MAX3082、MAX1483 等；全雙工通信的芯片有 SN75179、SN75180、 MAX488 MAX491、MAX

4、1482 等.(a)半雙工通信電路(b)全雙工通信電路3應(yīng)用中的常見問題3.1 抗雷擊和抗靜電沖擊RS-485接口芯片在使用、焊接或設(shè)備的運輸途中都有可能受到靜電的沖擊而損壞.在傳輸線架設(shè)于 戶外的使用場合,接口芯片乃至整個系統(tǒng)還有可能遭致雷電的襲擊.選用抗靜電或抗雷擊的芯片可有效避 免此類損失,常見的芯片有MAX485 E、MAX487 E、MAX1487 E等.特別值得一提的是 SN75LBC184 ,它不但能抗雷電的沖擊而且能承受高達8kV的靜電放電沖擊,是目前市場上不可多得的一款產(chǎn)品.3.2 限斜率驅(qū)動由于信號在傳輸過程中會產(chǎn)生電磁干擾和終端反射,使有效信號和無效信號在傳輸線上相互迭加

5、, 嚴重時會使通信無法正常進行.為解決這一問題,某些芯片的驅(qū)動器設(shè)計成限斜率方式,使輸出信號邊沿 不要過陡,以不致于在傳輸線上產(chǎn)生過多的高頻分量,從而有效地扼制干擾的產(chǎn)生.如MAX487、SN75LBC184等都具有此功能.3.3 故障保護故障保護技術(shù)是近兩年產(chǎn)生的,一些新的RS-485芯片都采用了此項技術(shù),如 SN75276、MAX3080 MAX3089 .什么是故障保護,為什么要有故障保護,如果沒有故障保護會產(chǎn)生什么后果？眾所周知,RS-485接口采用的是一種差分傳輸方式,各節(jié)點之間的通信都是通過一對半雙工或 兩對全雙工雙絞線作為傳輸介質(zhì).根據(jù) RS-485的標準規(guī)定,接收器的接收靈敏度

6、為i200mV ,即接收端的差分電壓大于、等于 +200 mV時,接收器輸出為高電平；小于、等于 -200mV時,接收器輸出為低電 平；介于i200mV之間時,接收器輸出為不確定狀態(tài).在總線空閑即傳輸線上所有節(jié)點都為接收狀態(tài)以及 在傳輸線開路或短路故障時,假設(shè)不采取特殊舉措,那么接收器可能輸出高電平也可能輸出低電平.一旦某個 節(jié)點的接收器產(chǎn)生低電平就會使串行接收器UART找不到起始位,從而引起通信異常,解決此類問題的方法有兩種：1使用帶故障保護的芯片,它會在總線開路、短路和空閑情況下,使接收器的輸出為高電平.確 ?？偩€空閑、短路時接收器輸出高電平是由改變接收器輸入門限來實現(xiàn)的.例如,MAX30

7、80MAX 3089輸入靈敏度為-50mV/-200mV ,即差分接收器輸入電壓 UA B-50mV時,接收器輸出邏輯高電平；如果 UA-B4200mV ,那么輸出邏輯低電平.當接收器輸入端總線短路或總線上所有發(fā)送器被禁止時,接收器差 分輸入端為0V,從而使接收器輸出高電平.同理, SN75276的靈敏度為0mV/-300mV ,因而到達故障保 護的目的.2假設(shè)使用不帶故障保護的芯片,如SN75176、MAX1487等時,可在軟件上作一些處理,從而避免通信異常.即在進入正常的數(shù)據(jù)通信之前,由主機預(yù)先將總線驅(qū)動為大于+200mV ,并保持一段時間,使所有節(jié)點的接收器產(chǎn)生高電平輸出.這樣,在發(fā)出有

8、效數(shù)據(jù)時,所有接收器能夠正確地接收到起始位, 進而接收到完整的數(shù)據(jù).3.4 光電隔離在某些工業(yè)限制領(lǐng)域,由于現(xiàn)場情況十分復(fù)雜,充分考慮現(xiàn)場的復(fù)雜環(huán)境,在電路設(shè)計中注意了以 下三個問題.二、RS485應(yīng)用設(shè)計1 SN75176 485芯片DE限制端的設(shè)計由于應(yīng)用系統(tǒng)中,主機與分機相隔較遠,通信線路的總長度往往超過400米,而分機系統(tǒng)上電或復(fù)位又常常不在同一個時刻完成.如果在此時某個75176的DE端電位為1 ,那么它的485總線輸出將會處于發(fā)送狀態(tài),也就是占用了通信總線,這樣其它的分機就無法與主機進行通信.這種情況尤其表現(xiàn)在某個分機 出現(xiàn)異常情況下死機,會使整個系統(tǒng)通信崩潰.因此在電路設(shè)計時,應(yīng)

9、保證系統(tǒng)上電復(fù)位時75176的DE端電位為“0由于8031在復(fù)位期間,I/O 口輸出高電平,故圖2電路的接法有效地解決復(fù)位期間分機 咬總線的問題.2隔離光耦電路的參數(shù)選取在應(yīng)用系統(tǒng)中,由于要對現(xiàn)場情況進行實時監(jiān)控及響應(yīng),通信數(shù)據(jù)的波特率往往做得較高通常都在4800波特以上.限制通信波特率提升的 瓶頸,并不是現(xiàn)場的導(dǎo)線現(xiàn)場施工一般使用 5類非屏蔽的雙絞線, 而是在與單片機系統(tǒng)進行信號隔離的光耦電路上.此處采用TIL117 o電路設(shè)計中可以考慮采用高速光耦, 如6N137、6N136等芯片,也可以優(yōu)化普通光耦電路參數(shù)的設(shè)計,使之能工作在最正確狀態(tài).例如：電阻R2、R3如果選取得較大,將會使光耦的發(fā)

10、光管由截止進入飽和變得較慢；如果選取得過小,退出飽和也會很慢,所以這兩只電阻的數(shù)值 要精心選取,不同型號的光耦及驅(qū)動電路使得這兩個電阻的數(shù)值略有差異,這一點在電路設(shè)計中要特別慎 重,不能隨意,通?？梢杂蓪嶒瀬矶?3 485總線輸出電路局部的設(shè)計輸出電路的設(shè)計要充分考慮到線路上的各種干擾及線路特性阻抗的匹配.由于工程環(huán)境比擬復(fù)雜,現(xiàn)場常有各種形式的干擾源,所以 485總線的傳輸端一定要加有保護舉措.在電路設(shè)計中采用穩(wěn)壓管 D1、D2組 成的吸收回路,也可以選用能可抗浪涌的 TVS瞬態(tài)雜波抑制器件, 或者直接選用能抗雷擊的 485芯片如 SN75LBC184 等.考慮到線路的特殊情況 如某一臺分機

11、的485芯片被擊穿短路,為預(yù)防總線中其它分機的通信受到影響, 在75176的485信號輸出端串聯(lián)了兩個 20Q的電阻R10、R11.這樣本機的硬件故障就不會使整個總線 的通信受到影響.在應(yīng)用系統(tǒng)工程的現(xiàn)場施工中,由于通信載體是雙絞線,它的特性阻抗為120Q左右,所以線路設(shè)計時,在RS-485網(wǎng)絡(luò)傳輸線的始端和末端各應(yīng)接1只120Q的匹配電阻如圖1中R8,以減少線路上傳輸信號的反射.由于RS-485芯片的特性,接收器的檢測靈敏度為±200mV ,即差分輸入端 VA VB >+200mV ,輸出邏輯1, VA-VB <- 200mV ,輸出邏輯0;而A、B端電位差的絕對值小于

12、 200mV時,輸出為不確定.如果 在總線上所有發(fā)送器被禁止時,接收器輸出邏輯 0,這會誤認為通信幀的起始引起工作不正常.解決這個 問題的方法是人為地使 A端電位高于B兩端電位,這樣RXD的電平在485總線不發(fā)送期間總線懸浮時 呈現(xiàn)唯一的高電平,8031單片機就不會被誤中斷而收到亂字符.通過在 485電路的A、B輸出端加接上拉、下拉電阻 R7、R9 ,即可很好地解決這個問題d, h叱TILU7,加圖1 RS485應(yīng)用典型電路三、軟件的編程485芯片的軟件編程對產(chǎn)品的可靠性也有很大影響.由于485總線是異步半雙工的通信總線,在某一個時刻,總線只可能呈現(xiàn)一種狀態(tài),所以這種方式一般適用于主機對分機的查詢方式通信,總線上必然有一臺 始終處于主機地位的設(shè)備在巡檢其它的分機,所以需要制定一套合理的通信協(xié)議來協(xié)調(diào)總線的分時共用. 這里采用的是數(shù)據(jù)包通信方式.通信數(shù)據(jù)是成幀成包發(fā)送的,每包數(shù)據(jù)都有引導(dǎo)碼、長度碼、地址碼、命 令碼、內(nèi)容、校驗碼等局部組成.其中引導(dǎo)碼是用于同步每一包數(shù)據(jù)的引導(dǎo)頭；長度碼是這一包數(shù)據(jù)的總長度；命令碼是主機對分機或分 機應(yīng)答主機的限制命令；地址碼是分機的本機地址號；內(nèi)容是這一包數(shù)據(jù)里的各種信息；校驗碼