RS485芯片介紹及典型應(yīng)用電路資料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。RS485芯片介紹及典型應(yīng)用電路-一、RS485基本知識(shí)HYPERLINK/icstock/970/RS-485.htmlRS-485接口芯片已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、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HYPERLINK/icstock/970/RS-485.htmlRS-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合適的芯片，是擺在每一個(gè)使用者面前的一個(gè)問題。HYPERLINK/icstock/970/RS-485.htmlRS-485接口在不同的使用場合，對(duì)芯片

2、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HYPERLINK/icstock/970/RS-485.htmlRS-485接口的某些常見問題有所幫助。1HYPERLINK/icstock/970/RS-485.htmlRS-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：200mV接收器輸入阻抗：12k2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)，

3、即每個(gè)HYPERLINK/icstock/970/RS-485.htmlRS-485接口芯片的驅(qū)動(dòng)器能驅(qū)動(dòng)多少個(gè)標(biāo)準(zhǔn)HYPERLINK/icstock/970/RS-485.htmlRS-485負(fù)載。根據(jù)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)HYPERLINK/icstock/970/RS-485.htmlRS-485接口的輸入阻抗為12k，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為32。為適應(yīng)更多節(jié)點(diǎn)的通信場合，有些芯片的輸入阻抗設(shè)計(jì)成1/2負(fù)載（24k）、1/4負(fù)載（48k）甚至1/8負(fù)載（96k），相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)可增加到64、128和256。表1為一些常見芯片的節(jié)點(diǎn)數(shù)。表1節(jié)點(diǎn)數(shù)型號(hào)32HYPERLINK/icstock/639/SN7

4、5176.htmlSN75176，HYPERLINK/icstock/985/SN75276.htmlSN75276，HYPERLINK/icstock/639/SN75179.htmlSN75179，HYPERLINK/icstock/639/SN75180.htmlSN75180，HYPERLINK/icstock/446/MAX485.htmlMAX485，HYPERLINK/icstock/446/MAX488.htmlMAX488，HYPERLINK/icstock/447/MAX490.htmlMAX49064HYPERLINK/icstock/639/SN75LBC184.htm

5、lSN75LBC184128HYPERLINK/icstock/446/MAX487.htmlMAX487，HYPERLINK/icstock/439/MAX1487.htmlMAX1487256HYPERLINK/icstock/439/MAX1482.htmlMAX1482，HYPERLINK/icstock/439/MAX1483.htmlMAX1483，HYPERLINK/icstock/924/MAX3080.htmlMAX3080HYPERLINK/icstock/128/MAX3089.htmlMAX30892.2半雙工和全雙工HYPERLINK/icstock/970/RS-4

6、85.htmlRS-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HYPERLINK/icstock/639/SN75176.htmlSN75176、HYPERLINK/icstock/985/SN75276.htmlSN75276、HYPERLINK/icstock/639/SN75LBC184.htmlSN75LBC184、HYPERLINK/icstock/446/MAX485.htmlMAX485、MAX1487、HYPERLINK/icstock/442/MAX3082.htmlMAX3082、HYPERLINK/icstock/439/MAX1483.htmlMA

7、X1483等；全雙工通信的芯片有HYPERLINK/icstock/639/SN75179.htmlSN75179、HYPERLINK/icstock/639/SN75180.htmlSN75180、HYPERLINK/icstock/446/MAX488.htmlMAX488HYPERLINK/icstock/447/MAX491.htmlMAX491、HYPERLINK/icstock/439/MAX1482.htmlMAX1482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HYPERLINK/icstock/970/RS-485.htmlRS-4

8、85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)于戶外的使用場合，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損失，常見的芯片有HYPERLINK/icstock/446/MAX485.htmlMAX485E、HYPERLINK/icstock/446/MAX487.htmlMAX487E、HYPERLINK/icstock/439/MAX1487.htmlMAX1487E等。特別值得一提的是HYPERLINK/icstock/639/SN75LBC184.htmlSN75LBC184，它不但能抗雷電的沖擊而且能承受高達(dá)8

9、kV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(dòng)由于信號(hào)在傳輸過程中會(huì)產(chǎn)生電磁干擾和終端反射，使有效信號(hào)和無效信號(hào)在傳輸線上相互迭加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使通信無法正常進(jìn)行。為解決這一問題，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HYPERLINK/icstock/446/MAX487.htmlMAX487、HYPERLINK/icstock/639/SN75LBC184.htmlSN75LBC184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HYPERLINK/icstock/9

10、70/RS-485.htmlRS-485芯片都采用了此項(xiàng)技術(shù)，如HYPERLINK/icstock/985/SN75276.htmlSN75276、HYPERLINK/icstock/924/MAX3080.htmlMAX3080HYPERLINK/icstock/128/MAX3089.htmlMAX3089。什么是故障保護(hù)，為什么要有故障保護(hù)，如果沒有故障保護(hù)會(huì)產(chǎn)生什么后果？眾所周知，HYPERLINK/icstock/970/RS-485.htmlRS-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)HYPERLINK/i

11、cstock/970/RS-485.htmlRS-485的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，接收器的接收靈敏度為200mV，即接收端的差分電壓大于、等于+200mV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200mV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)以及在傳輸線開路或短路故障時(shí)，若不采取特殊措施，則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，解決此類問題的方法有兩種：（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、

12、短路時(shí)接收器輸出高電平是由改變接收器輸入門限來實(shí)現(xiàn)的。例如，HYPERLINK/icstock/924/MAX3080.htmlMAX3080MAX3089輸入靈敏度為-50mV/-200mV，即差分接收器輸入電壓UAB-50mV時(shí)，接收器輸出邏輯高電平；如果UAB-200mV，則輸出邏輯低電平。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，HYPERLINK/icstock/985/SN75276.htmlSN75276的靈敏度為0mV/-300mV，因而達(dá)到故障保護(hù)的目的。（2）若使用不帶故障保護(hù)的芯片，如HYPERLINK/ics

13、tock/639/SN75176.htmlSN75176、HYPERLINK/icstock/439/MAX1487.htmlMAX1487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)控制領(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(jì)中注意了以下三個(gè)問題。二、RS485應(yīng)用設(shè)計(jì)1SN75176485芯片DE控制端的設(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

14、線路的總長度往往超過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“”，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)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

15、波特率提高的“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(jī)系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)隔離的光耦電路上。此處采用TIL117。電路設(shè)計(jì)中可以考慮采用高速光耦，如6N137、6N136等芯片，也可以優(yōu)化普通光耦電路參數(shù)的設(shè)計(jì)，使之能工作在最佳狀態(tài)。例如：電阻R2、R3如果選取得較大，將會(huì)使光耦的發(fā)光管由截止進(jìn)入飽和變得較慢；如果選取得過小，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?？梢杂蓪?shí)驗(yàn)來定。3485總線輸出電路部分的設(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

16、特性阻抗的匹配。由于工程環(huán)境比較復(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(hù)措施。在電路設(shè)計(jì)中采用穩(wěn)壓管D1、D2組成的吸收回路，也可以選用能夠抗浪涌的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)的485芯片被擊穿短路），為防止總線中其它分機(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)20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)場施工中，由于通信載體是雙絞線，它的特性阻抗為120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

17、端各應(yīng)接1只120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，接收器的檢測靈敏度為200mV，即差分輸入端VAVB+200mV，輸出邏輯1，VAVB200mV，輸出邏輯0；而A、B端電位差的絕對(duì)值小于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)問題的辦法是人為地使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)問題。圖1RS485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、長度碼、地址碼、命令碼、內(nèi)容、校驗(yàn)碼等部分組成。其中引導(dǎo)碼是用