(整理)485典型电路.

1、转RS485芯片介绍及典型应用电路串行通信 2021-03-22 21:27:19 阅读136评论0字号：大中小一、RS485根本知识RS-485接口芯片已广泛应用于工业限制、仪器、仪表、多媒体网络、机电一体化产品等诸多领域.可用于RS-485接口的芯片种类也越来越多.如何在种类繁多的接口芯片中找到最适宜的芯片,是摆在每一个使用者面前的一个问题.RS-485接口在不同的使用场合,对芯片的要求和使用方法也有所不同.使用者在芯片的选型和电路的设计上应考虑哪些因素,由于某些芯片的固有特性,通信中有些故障甚至还需要在软件上作相应调整,如此等等.希望本文对解决RS-485接口的某些常见问题有所帮助.1

2、RS-485接口标准传输方式：差分传输介质：双绞线标准节点数：32最远通信距离：1200m 共模电压最大、最小值：+12V; -7V差分输入范围：-7V+12V接收器输入灵敏度：立00mV接收器输入阻抗：12kQ2节点数及半双工和全双工通信2.1节点数所谓节点数,即每个 RS-485接口芯片的驱动器能驱动多少个标准RS-485负载.根据规定,标准RS-485接口的输入阻抗为 ?12k0相应的标准驱动节点数为 32 o为适应更多节点的通信场合,有些芯片 的输入阻抗设计成1/2负载24kQ、1/4负载48kQ甚至1/8负载96kQ,相应的节点数可增 加到64、128和256.表1为一些常见芯片的节

3、点数.表1节点数型号32 SN75176 , SN75276 , SN75179 , SN75180 , MAX485 , MAX488 , MAX49064 SN75LBC184128 MAX487 , MAX1487256 MAX1482 , MAX1483 , MAX3080 MAX30892,2半双工和全双工RS-485接口可连接成半双工和全双工两种通信方式.半双工通信的芯片有SN75176、 SN75276、SN75LBC184、MAX485、MAX 1487、MAX3082、MAX1483 等；全双工通信的芯片有 SN75179、SN75180、 MAX488 MAX491、MAX

4、1482 等.(a)半双工通信电路(b)全双工通信电路3应用中的常见问题3.1 抗雷击和抗静电冲击RS-485接口芯片在使用、焊接或设备的运输途中都有可能受到静电的冲击而损坏.在传输线架设于 户外的使用场合,接口芯片乃至整个系统还有可能遭致雷电的袭击.选用抗静电或抗雷击的芯片可有效避 免此类损失,常见的芯片有MAX485 E、MAX487 E、MAX1487 E等.特别值得一提的是 SN75LBC184 ,它不但能抗雷电的冲击而且能承受高达8kV的静电放电冲击,是目前市场上不可多得的一款产品.3.2 限斜率驱动由于信号在传输过程中会产生电磁干扰和终端反射,使有效信号和无效信号在传输线上相互迭加

5、, 严重时会使通信无法正常进行.为解决这一问题,某些芯片的驱动器设计成限斜率方式,使输出信号边沿 不要过陡,以不致于在传输线上产生过多的高频分量,从而有效地扼制干扰的产生.如MAX487、SN75LBC184等都具有此功能.3.3 故障保护故障保护技术是近两年产生的,一些新的RS-485芯片都采用了此项技术,如 SN75276、MAX3080 MAX3089 .什么是故障保护,为什么要有故障保护,如果没有故障保护会产生什么后果？众所周知,RS-485接口采用的是一种差分传输方式,各节点之间的通信都是通过一对半双工或 两对全双工双绞线作为传输介质.根据 RS-485的标准规定,接收器的接收灵敏度

6、为i200mV ,即接收端的差分电压大于、等于 +200 mV时,接收器输出为高电平；小于、等于 -200mV时,接收器输出为低电 平；介于i200mV之间时,接收器输出为不确定状态.在总线空闲即传输线上所有节点都为接收状态以及 在传输线开路或短路故障时,假设不采取特殊举措,那么接收器可能输出高电平也可能输出低电平.一旦某个 节点的接收器产生低电平就会使串行接收器UART找不到起始位,从而引起通信异常,解决此类问题的方法有两种：1使用带故障保护的芯片,它会在总线开路、短路和空闲情况下,使接收器的输出为高电平.确 保总线空闲、短路时接收器输出高电平是由改变接收器输入门限来实现的.例如,MAX30

7、80MAX 3089输入灵敏度为-50mV/-200mV ,即差分接收器输入电压 UA B-50mV时,接收器输出逻辑高电平；如果 UA-B4200mV ,那么输出逻辑低电平.当接收器输入端总线短路或总线上所有发送器被禁止时,接收器差 分输入端为0V,从而使接收器输出高电平.同理, SN75276的灵敏度为0mV/-300mV ,因而到达故障保 护的目的.2假设使用不带故障保护的芯片,如SN75176、MAX1487等时,可在软件上作一些处理,从而避免通信异常.即在进入正常的数据通信之前,由主机预先将总线驱动为大于+200mV ,并保持一段时间,使所有节点的接收器产生高电平输出.这样,在发出有

8、效数据时,所有接收器能够正确地接收到起始位, 进而接收到完整的数据.3.4 光电隔离在某些工业限制领域,由于现场情况十分复杂,充分考虑现场的复杂环境,在电路设计中注意了以 下三个问题.二、RS485应用设计1 SN75176 485芯片DE限制端的设计由于应用系统中,主机与分机相隔较远,通信线路的总长度往往超过400米,而分机系统上电或复位又常常不在同一个时刻完成.如果在此时某个75176的DE端电位为1 ,那么它的485总线输出将会处于发送状态,也就是占用了通信总线,这样其它的分机就无法与主机进行通信.这种情况尤其表现在某个分机 出现异常情况下死机,会使整个系统通信崩溃.因此在电路设计时,应

9、保证系统上电复位时75176的DE端电位为“0由于8031在复位期间,I/O 口输出高电平,故图2电路的接法有效地解决复位期间分机 咬总线的问题.2隔离光耦电路的参数选取在应用系统中,由于要对现场情况进行实时监控及响应,通信数据的波特率往往做得较高通常都在4800波特以上.限制通信波特率提升的 瓶颈,并不是现场的导线现场施工一般使用 5类非屏蔽的双绞线, 而是在与单片机系统进行信号隔离的光耦电路上.此处采用TIL117 o电路设计中可以考虑采用高速光耦, 如6N137、6N136等芯片,也可以优化普通光耦电路参数的设计,使之能工作在最正确状态.例如：电阻R2、R3如果选取得较大,将会使光耦的发

10、光管由截止进入饱和变得较慢；如果选取得过小,退出饱和也会很慢,所以这两只电阻的数值 要精心选取,不同型号的光耦及驱动电路使得这两个电阻的数值略有差异,这一点在电路设计中要特别慎 重,不能随意,通常可以由实验来定.3 485总线输出电路局部的设计输出电路的设计要充分考虑到线路上的各种干扰及线路特性阻抗的匹配.由于工程环境比拟复杂,现场常有各种形式的干扰源,所以 485总线的传输端一定要加有保护举措.在电路设计中采用稳压管 D1、D2组 成的吸收回路,也可以选用能可抗浪涌的 TVS瞬态杂波抑制器件, 或者直接选用能抗雷击的 485芯片如 SN75LBC184 等.考虑到线路的特殊情况 如某一台分机

11、的485芯片被击穿短路,为预防总线中其它分机的通信受到影响, 在75176的485信号输出端串联了两个 20Q的电阻R10、R11.这样本机的硬件故障就不会使整个总线 的通信受到影响.在应用系统工程的现场施工中,由于通信载体是双绞线,它的特性阻抗为120Q左右,所以线路设计时,在RS-485网络传输线的始端和末端各应接1只120Q的匹配电阻如图1中R8,以减少线路上传输信号的反射.由于RS-485芯片的特性,接收器的检测灵敏度为±200mV ,即差分输入端 VA VB >+200mV ,输出逻辑1, VA-VB <- 200mV ,输出逻辑0;而A、B端电位差的绝对值小于

12、 200mV时,输出为不确定.如果 在总线上所有发送器被禁止时,接收器输出逻辑 0,这会误认为通信帧的起始引起工作不正常.解决这个 问题的方法是人为地使 A端电位高于B两端电位,这样RXD的电平在485总线不发送期间总线悬浮时 呈现唯一的高电平,8031单片机就不会被误中断而收到乱字符.通过在 485电路的A、B输出端加接上拉、下拉电阻 R7、R9 ,即可很好地解决这个问题d, h叱TILU7,加图1 RS485应用典型电路三、软件的编程485芯片的软件编程对产品的可靠性也有很大影响.由于485总线是异步半双工的通信总线,在某一个时刻,总线只可能呈现一种状态,所以这种方式一般适用于主机对分机的查询方式通信,总线上必然有一台 始终处于主机地位的设备在巡检其它的分机,所以需要制定一套合理的通信协议来协调总线的分时共用. 这里采用的是数据包通信方式.通信数据是成帧成包发送的,每包数据都有引导码、长度码、地址码、命 令码、内容、校验码等局部组成.其中引导码是用于同步每一包数据的引导头；长度码是这一包数据的总长度；命令码是主机对分机或分 机应答主机的限制命令；地址码是分机的本机地址号；内容是这一包数据里的各种信息；校验码