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(píng)論0字號(hào)：大中小一、RS485根本知識(shí)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(jī)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(lèi)也越來(lái)越多.如何在種類(lèi)繁多的接口芯片中找到最適宜的芯片,是擺在每一個(gè)使用者面前的一個(gè)問(wèn)題.RS-485接口在不同的使用場(chǎng)合,對(duì)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(jì)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(duì)解決RS-485接口的某些常見(jiàn)問(wèn)題有所幫助.1

2、RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)傳輸方式：差分傳輸介質(zhì)：雙絞線標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)數(shù)：32最遠(yuǎn)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(diǎn)數(shù)及半雙工和全雙工通信2.1節(jié)點(diǎn)數(shù)所謂節(jié)點(diǎn)數(shù),即每個(gè) RS-485接口芯片的驅(qū)動(dòng)器能驅(qū)動(dòng)多少個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS-485負(fù)載.根據(jù)規(guī)定,標(biāo)準(zhǔn)RS-485接口的輸入阻抗為 ?12k0相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為 32 o為適應(yīng)更多節(jié)點(diǎn)的通信場(chǎng)合,有些芯片 的輸入阻抗設(shè)計(jì)成1/2負(fù)載24kQ、1/4負(fù)載48kQ甚至1/8負(fù)載96kQ,相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)可增 加到64、128和256.表1為一些常見(jiàn)芯片的節(jié)

3、點(diǎn)數(shù).表1節(jié)點(diǎn)數(shù)型號(hào)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(jiàn)問(wèn)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(yùn)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(hù)外的使用場(chǎng)合,接口芯片乃至整個(gè)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(lèi)損失,常見(jiàn)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(dá)8kV的靜電放電沖擊,是目前市場(chǎng)上不可多得的一款產(chǎn)品.3.2 限斜率驅(qū)動(dòng)由于信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電磁干擾和終端反射,使有效信號(hào)和無(wú)效信號(hào)在傳輸線上相互迭加

5、, 嚴(yán)重時(shí)會(huì)使通信無(wú)法正常進(jìn)行.為解決這一問(wèn)題,某些芯片的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)成限斜率方式,使輸出信號(hào)邊沿 不要過(guò)陡,以不致于在傳輸線上產(chǎn)生過(guò)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(hù)故障保護(hù)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(xiàng)技術(shù),如 SN75276、MAX3080 MAX3089 .什么是故障保護(hù),為什么要有故障保護(hù),如果沒(méi)有故障保護(hù)會(huì)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(diǎn)之間的通信都是通過(guò)一對(duì)半雙工或 兩對(duì)全雙工雙絞線作為傳輸介質(zhì).根據(jù) RS-485的標(biāo)準(zhǔn)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(shí),接收器輸出為高電平；小于、等于 -200mV時(shí),接收器輸出為低電 平；介于i200mV之間時(shí),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(diǎn)都為接收狀態(tài)以及 在傳輸線開(kāi)路或短路故障時(shí),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(gè) 節(jié)點(diǎn)的接收器產(chǎn)生低電平就會(huì)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(lèi)問(wèn)題的方法有兩種：1使用帶故障保護(hù)的芯片,它會(huì)在總線開(kāi)路、短路和空閑情況下,使接收器的輸出為高電平.確 保總線空閑、短路時(shí)接收器輸出高電平是由改變接收器輸入門(mén)限來(lái)實(shí)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(shí),接收器輸出邏輯高電平；如果 UA-B4200mV ,那么輸出邏輯低電平.當(dāng)接收器輸入端總線短路或總線上所有發(fā)送器被禁止時(shí),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(dá)故障保 護(hù)的目的.2假設(shè)使用不帶故障保護(hù)的芯片,如SN75176、MAX1487等時(shí),可在軟件上作一些處理,從而避免通信異常.即在進(jìn)入正常的數(shù)據(jù)通信之前,由主機(jī)預(yù)先將總線驅(qū)動(dòng)為大于+200mV ,并保持一段時(shí)間,使所有節(jié)點(diǎn)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(shí),所有接收器能夠正確地接收到起始位, 進(jìn)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(chǎng)情況十分復(fù)雜,充分考慮現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜環(huán)境,在電路設(shè)計(jì)中注意了以 下三個(gè)問(wèn)題.二、RS485應(yīng)用設(shè)計(jì)1 SN75176 485芯片DE限制端的設(shè)計(jì)由于應(yīng)用系統(tǒng)中,主機(jī)與分機(jī)相隔較遠(yuǎn),通信線路的總長(zhǎng)度往往超過(guò)400米,而分機(jī)系統(tǒng)上電或復(fù)位又常常不在同一個(gè)時(shí)刻完成.如果在此時(shí)某個(gè)75176的DE端電位為1 ,那么它的485總線輸出將會(huì)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(jī)就無(wú)法與主機(jī)進(jìn)行通信.這種情況尤其表現(xiàn)在某個(gè)分機(jī) 出現(xiàn)異常情況下死機(jī),會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)通信崩潰.因此在電路設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)

9、保證系統(tǒng)上電復(fù)位時(shí)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(jī) 咬總線的問(wèn)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)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(chǎng)的導(dǎo)線現(xiàn)場(chǎng)施工一般使用 5類(lèi)非屏蔽的雙絞線, 而是在與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)隔離的光耦電路上.此處采用TIL117 o電路設(shè)計(jì)中可以考慮采用高速光耦, 如6N137、6N136等芯片,也可以?xún)?yōu)化普通光耦電路參數(shù)的設(shè)計(jì),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(huì)使光耦的發(fā)

10、光管由截止進(jìn)入飽和變得較慢；如果選取得過(guò)小,退出飽和也會(huì)很慢,所以這兩只電阻的數(shù)值 要精心選取,不同型號(hào)的光耦及驅(qū)動(dòng)電路使得這兩個(gè)電阻的數(shù)值略有差異,這一點(diǎn)在電路設(shè)計(jì)中要特別慎 重,不能隨意,通常可以由實(shí)驗(yàn)來(lái)定.3 485總線輸出電路局部的設(shè)計(jì)輸出電路的設(shè)計(jì)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(chǎng)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(hù)舉措.在電路設(shè)計(jì)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(tái)分機(jī)

11、的485芯片被擊穿短路,為預(yù)防總線中其它分機(jī)的通信受到影響, 在75176的485信號(hào)輸出端串聯(lián)了兩個(gè) 20Q的電阻R10、R11.這樣本機(jī)的硬件故障就不會(huì)使整個(gè)總線 的通信受到影響.在應(yīng)用系統(tǒng)工程的現(xiàn)場(chǎng)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(jì)時(shí),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(hào)的反射.由于RS-485芯片的特性,接收器的檢測(cè)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(duì)值小于

12、 200mV時(shí),輸出為不確定.如果 在總線上所有發(fā)送器被禁止時(shí),接收器輸出邏輯 0,這會(huì)誤認(rèn)為通信幀的起始引起工作不正常.解決這個(gè) 問(wèn)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(shí) 呈現(xiàn)唯一的高電平,8031單片機(jī)就不會(huì)被誤中斷而收到亂字符.通過(guò)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(gè)問(wèn)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(duì)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(gè)時(shí)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(jī)對(duì)分機(jī)的查詢(xún)方式通信,總線上必然有一臺(tái) 始終處于主機(jī)地位的設(shè)備在巡檢其它的分機(jī),所以需要制定一套合理的通信協(xié)議來(lái)協(xié)調(diào)總線的分時(shí)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(zhǎng)度碼、地址碼、命 令碼、內(nèi)容、校驗(yàn)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(zhǎng)度碼是這一包數(shù)據(jù)的總長(zhǎng)度；命令碼是主機(jī)對(duì)分機(jī)或分 機(jī)應(yīng)答主機(jī)的限制命令；地址碼是分機(jī)的本機(jī)地址號(hào)；內(nèi)容是這一包數(shù)據(jù)里的各種信息；校驗(yàn)碼