800系列硬件基础知识.doc

数字电路的一些门槛电压规定TTL(transistor-transistor logic gate) 晶体管晶体管 逻辑门1 1输出高电平 UOH C2.4V, 输出低电平UOL0.4V,在常温下，其典型值为；UOH 3.5V, UOL0.2V2最小输入高电平UIH 和最大输入低电平UILUIH =2.0V , UIL =0.8V74HC系列门电路 输出高电平 UOHC=5V, 输出低电平 CUOL=0V,2 最小输入高电平UIH 和最大输入低电平UILUIH =0.7V , UIL =0.V74HCT系列门电路 输出高电平 UOHC=5V, 输出低电平 CUOL=0V,2 最小输入高电平UIH 和最大输入低电平UILUIH =2.0V , UIL =0.8V由上面的电气特性可见，74HC系列门电路可以直接驱动TTL电路，而TTL电路却不能直接驱动74HC，但是74HCT门电路却可以直接由TTL电路驱动。电路中一个匹配的问题。DSP、MCU、MPU的关系微控制器MCU通俗的称呼是单片机，它与微处理器MPU是微机技术的两大分支。MPU的发展动力是人类对无止境的海量数值运算的需求，速度越来越快。MCU的发展是为了满足被控制对象的要求，向高可靠性、低功耗、低成本发展。一般MCU的引脚数在60以下，MCU以8位机为主、32位机为辅。有趋势提高MCU的运算功能。TMS320C32的特点：内部结构TMS320C32的内部存储体结构800产品通讯故障分析：800产品的通信一般为串行通信，在说通信以前，先介绍几个通信的术语和概念。串行通信的基本概念所谓“串行通信”：是指数据是一位一位顺序传送。问题：为什么要采用串行通信呢？解答：采用串行通信的主要原因是：为了降低通信线路的价格和简化通信设备，并且可以利用现有的通信线路。并行通信和串行通信在计算机领域中，有两种数据通信方式： 串行传送和并行传送。并行传送数据在多条并行1位宽的传输线上同时由源传送到目的。示意图如下：串行传送数据在单条1位宽的传输线上，一位一位地按顺序分时传送。示意图如下：并行通信与串行通信的比较： (1)从距离上看：并行通信适宜于近距离的数据传送，通常小于30米。而串行通信适宜于远距离传送，可以从几米到数千公里。(2)从速度上看：在短距离内,并行接口的数据传输速度要比串行接口的传输速度高的多。(3)从设备、费用上看：对于远距离通信而言，串行通信的费用显然比较低。在串行通信中有两种基本的通信方式：异步通信和同步通信异步通信 在异步通信中，CPU与外设之间有两项约定： (1)字符格式-字符的编码形式及规定，每个串行字符由以下四个部分组成： 1个起始位，低电平； 5-8个数据位； 1个奇偶校验位； 1-2个终止位(停止位)高电平； (2)波特率 波特率是指单位时间内传送二进制数据的位数,以位/秒位单位，它是衡量串行数据 传送速度快慢的重要标志和参数。 例如：假如数据出送速率是120位/秒，则传送的波特率为：120波特。 注意：异步通信的传送速度一般在50波特-19200波特之间我们800产品大多数采用103规约的通讯都为异步通信同步通信 在异步通信中，每个字符要用起始位和终止位作为字符开始和结束的标志，占用了一些时间，为了提高数据块的传送速度，就要设法去掉这些标志，就采用同步通信，同步通信的速度可达500千波特。但是它的硬件电路比较复杂。象800线路接口CPU与 光端机之间就是同步通信。在串行通信中，按接口标准有 RS-232、RS-422与RS-485 。RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的。RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。RS-422由RS-232发展而来，它是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到4000英尺（速率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。RS-485 是为了扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。由于EIA提出的建议标准都是以“RS”作为前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。 RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。象我们的103规约就是在这些电气特性之上定义的高层次协议。RS-232的电气特性：目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5+15V，负电平在-5-15V电平。当无数据传输时，线上为TTL，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。接收器典型的工作电平在+3+12V与-3-12V。由于发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15米，最高速率为20kb/s。RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为37k。所以RS-232适合本地设备之间的通信。平衡传输 RS-422、RS-485与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B，如图2。 图2 通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2+6V，是一个逻辑状态，负电平在-26V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地C，在RS-485中还有一“使能”端，而在RS-422中这是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作“第三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。接收器也作与发送端相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连，当在收端AB之间有大于+200mV的电平时，输出正逻辑电平，小于-200mV时，输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6V之间。参见下图。 RS-422电气规定RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性。图5是典型的RS-422四线接口。实际上还有一根信号地线，共5根线。图4是其DB9连接器引脚定义。由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。即一个主设备（Master），其余为从设备（Salve），从设备之间不能通信，所以RS-422支持一点对多的双向通信。接收器输入阻抗为4k，故发端最大负载能力是104k+100（终接电阻）。RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）实现。 图4 图5RS-422的最大传输距离为4000英尺（约1219米），最大传输速率为10Mb/s。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能达到最大传输距离。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mb/s。 RS-422需要一终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输电缆的最远端。 RS-485电气规定 由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的，所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信，参见图6。 而采用四线连接时，与RS-422一样只能实现一点对多的通信，即只能有一个主（Master）设备，其余为从设备，但它比RS-422有改进， 无论四线还是二线连接方式总线上可多接到32个设备。参见图7。我们的800的MMI接口CPU插件，在进行RS-485通信的时候，在后面端子上有上下两个串口，上面的为四线的制RS-485，下面的是为两线制的RS-485。 图六 图7RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的，RS-485是-7V至+12V之间，而RS-422在-7V至+7V之间，RS-485接收器最小输入阻抗为12k而RS-422是4k；在电气方面RS-485满足所有RS-422的规范，所以RS-485的驱动器可以用在RS-422网络中应用。 RS-485与RS-422一样，其最大传输距离约为1219米，最大传输速率为10Mb/s。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mb/s。 RS-485需要2个终接电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。在近距离传输时可不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输总线的两端。 接终接电阻进行匹配，主要是由于信号在平行线传输时，在线路末段会产生反射信号干扰整个总线网络，接上终端电阻是为了不产生反射信号，干扰整个网络这在很多网络中都是需要的，在一些50特性阻抗同轴电缆中末端匹配电阻是50，而大多数双绞线电缆特性阻抗大约在100120，故一般在RS-422网络中取100，在RS-485网络中取120相当于电缆特性阻抗的电阻，这就是我们800发变组保护面板上哪个匹配的120在调试完后一定要打上的原因，因为我们的装置相互之间通讯，近距离的时候可以，距离远的情况下就不行了，一定切记。通信方面故障的一般分析方法800 产品通讯产生故障，首先要看装置的通讯设置方面是否正确，一般103规约通信波特率为9600，偶校验，一位停止位的串行通信，而GPS对时为波特率9600，无校验，一位停止位的串行通信，再着要看是RS-232还是RS-485通讯。然后参照下表的各个接口的电气特性进行对照 规定RS232RS422R485工作方式单端差分差分节点数1收、1发1发10收1发32收最大传输电缆长度50英尺400英尺400英尺最大传输速率20Kb/S10Mb/s10Mb/s最大驱动输出电压+/-25V-0.25V+6V-7V+12V驱动器输处信号电平(负载最小值)负载+/-5V+/-15V+/-2.0V+/-1.5V驱动器输出信号电平(空载最大值)空载+/-25V+/-6V+/-6V驱动器负载阻抗()3K7K10054摆率(最大值)30V/sN/AN/A接收器输入电压范围+/-15V-10V+10V-7V+12V接收器输入门限+/-3V+/-200mV+/-200mV接收器输入电阻()3K7K4K(最小)12K驱动器共模电压-3V+3V-1V+3V接收器共模电压-7V+7V-7V+12V有效的方法是用Commtest 软件，通过计算机的串口给装置连续的发103规约或者GPS对时信号，具体什么时候发什么信号，要看你这个是通讯口是用于对时还是用于通信的，然后对着原理图，顺着信号的流程一级一级的用示波器监视信号，若那一级，没有信号问题应该就在那一级附近，对于GPS对时，因为信号是单项的，即只要有信号进去，不需要装置返回什么信号， 只需要查输入通道就可以了，对于通讯，因为信号都是双向的，不仅要查输入通道，还要查输出通道，并且对于RS-485还要查一下输入和输出的控制信号，对于RS-485在双向他二线多点通信时是半双工的，A,B线既为发送信道，又为收信信道，主要有个控制使能信号对他们进行分时操作，如果控制信号有问题，就会出现，只接受而发不出去的现象或者根本就无法接受，由于无法接受到信号，在有些软件控制方面，CPU不响应，也当然就不会发送信号，当然也就无法通信，再有就是通信部分的电源一般和内部DSP、CPLD主电路部门的电源是隔离的，是不共地的，中间通过光藕进行信号传输，因此有时如果通信两个口都通信不上的情况下要检查一下通讯的电源是否是正常的，有时电源没有，有时电源的输出不够，要怀疑电源坏，或者是那个通信部分的芯片坏了把通讯的电源给拉低了，要一个一个的查通讯部分的片子。一般通讯方面的光隔比较容易坏，其次为驱动器MAX491和MAX232 等，再之就为TLC16C554的片子容易坏。通信方面的故障实例分析下面几个图为800接口CPU的通信部分原理图，上口出现了通信故障，用计算机的串口通过U1给它发正确的报文，用示波器测量U1的2脚，有波形信号，要首先观测以下，波形的高电平是否为5V左右，如果有波形而幅度不够，要怀疑U1或者U3 的问题，若把拨轮S1打开后，波形正常，那就判断为U3 的问题，若两过U1的2脚有信号，并且正常，要量5脚看是否正常，如果5脚正常，说明输入和输出都没有问题，再量一下4脚是否有方波信号，如果没有，就要看U15的前一级即485OE是否有信号，若前面有信号，则说明U15损坏，若三个信号都正常，就要考虑U1，MAX491是坏的，如果485OE1没有信号，就要考虑是否是CPLD的问题，应为485OE1是从CPLD发出的。如果一上去，就没有输入信号，并且485OE1也为低电平，就首先考虑是MAX491是坏，如果，485OE1也为高电平，就要查U15和CPLD.800开入和开出部分故障分析：800产品的开入开出有220V,110V，还有24V的，都是实现一个电平转换的问题，一般都是经过光藕，光藕的作用就是让两个不共地电路在逻辑上相互藕合起来，入下图所示在DIN开入一个24V,则电流就通过R11经过光藕OP5到-24V流过，是光藕地副边导通，光藕未导通以前，DIN1一段连接到CPLD或者是HC245上面，CPLD和HC245的输入阻抗很大，故DIN1的电平为逻辑高电平接近VCC,光藕导通候，DIN1变为低电平，这就是光藕实现电平转换的基本原理 OP5R11R12DIN1VCCDIN1 D29-24V若R12断线或者是虚焊，将会使R12的实际阻值大于标称的设计的数值，断线时有可能趋于，这时光藕在不导通的时候R12和 DIN1后面所带的负载分压后，DIN1的电平可能低于逻辑高电平，甚至为0（R12断线的情况下），这种情况的发生，就是我们平时遇到的，不点开入，某个开入位常有的情况，因此，在开入常有发生时，要首先检查以下上拉电阻R12的阻值是否正确，是否有断线。若R11虚焊后者是断线，