|
1 引言 RS-485接口芯片已廣泛應用于工業(yè)控制、儀器、儀表、多媒體網(wǎng)絡、機電一體化產(chǎn)品等諸多領域。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合適的芯片，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計上應考慮哪些因素，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。 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：±200mV 接收器輸入阻抗：≥12kΩ 3 節(jié)點數(shù)及半雙工和全雙工通信 3.1 節(jié)點數(shù) 所謂節(jié)點數(shù)，即每個RS-485接口芯片的驅動器能驅動多少個標準RS-485負載。根據(jù)規(guī)定，標準RS-485接口的輸入阻抗為≥12kΩ，相應的標準驅動節(jié)點數(shù)為32。為適應更多節(jié)點的通信場合，有些芯片的輸入阻抗設計成1/2負載（≥24kΩ）、1/4負載（≥48kΩ）甚至1/8負載（≥96kΩ），相應的節(jié)點數(shù)可增加到64、128和256。表1為一些常見芯片的節(jié)點數(shù)。 
3.2 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、MAX1482等。
（a）半雙工通信電路
（b）全雙工通信電路 4 應用中的常見問題 4.1 抗雷擊和抗靜電沖擊 RS-485接口芯片在使用、焊接或設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MAX485E、MAX487E、MAX1487E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。 4.2 限斜率驅動 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，嚴重時會使通信無法正常進行。為解決這一問題，某些芯片的驅動器設計成限斜率方式，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。 4.3 故障保護 故障保護技術是近兩年產(chǎn)生的，一些新的RS-485芯片都采用了此項技術，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為±200mV，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±200mV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，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。確保總線空閑、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，MAX3080～MAX 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－B≤-200mV，則輸出邏輯低電平。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，因而達到故障保護的目的。 （2）若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，由主機預先將總線驅動為大于+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)。 4.4 光電隔離 在某些工業(yè)控制領域，由于現(xiàn)場情況十分復雜，各個節(jié)點之間存在很高的共模電壓。雖然RS-485接口采用的是差分傳輸方式，具有一定的抗共模干擾的能力，但當共模電壓超過RS-485接收器的極限接收電壓，即大于+12V或小于－7V時，接收器就再也無法正常工作了，嚴重時甚至會燒毀芯片和儀器設備。 解決此類問題的方法是通過DC-DC將系統(tǒng)電源和RS-485收發(fā)器的電源隔離；通過光耦將信號隔離，徹底消除共模電壓的影響。實現(xiàn)此方案的途徑可分為： （1）用光耦、帶隔離的DC-DC、RS-485芯片構筑電路； （2）使用二次集成芯片，如PS1480、MAX1480等。 以上主要介紹在不同場合如何選擇合適的RS-485接口芯片，和可能碰到的有關問題的解決方法，從而避免通信異常。至于其它諸如終端匹配、傳輸線的選擇和屏蔽、通信速率的選擇等等，在一些相關資料中都能找到答案，這里就不再介紹了。 |
