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引 言 在通信距離為幾十米到上千米時，RS485收發器被廣泛使用。RS485收發器采用平衡發送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力，加上接收器具有高的靈敏度，能檢測低達200 mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。 使用RS485總線，一對雙絞線就能實現多站聯網，構成分布式系統。它的設備簡單、價格低廉、能進行長距離通信，故在工程項目中得到了廣泛應用。但是如果工程需要更長的通信距離，超出RS485接口能夠提供的可靠傳送數據范圍時，單一的RS485通信控制芯片對就無法完成了。這時，必須在傳輸線路中增加中繼器。 筆者在長期實踐的基礎上，設計了一種微功耗的RS485中繼器，經實地測試，通信距離可達原來的1.8倍。 1 中繼器原理 中繼器原理圖如圖1所示。其中，U1和U2是中繼器的收發芯片對，負責數據的收發或發收，采用Sipex公司的3 V低功耗芯片SP3485，單片待機時電流為10 μA，其他邏輯電路均采用HC型，待機電流2 μA，大大降低了系統功耗。 
圖1 原理圖 低待機電流和真失效保護是該應用的兩個關鍵特性。RS485是一種半雙工通信標準，必須控制好總線的收發狀態。當RS485輸入開路，或者已經終端匹配且沒有驅動的情況下，U1和U2將使其接收端輸出（RO）為高電平。在差分輸入端A1和B1處，如果有輸入的字節數據時，則在U1的RO端將產生一個電壓躍變，由觸發器74HC74及與非門74HC00組成的狀態機在RO的下降沿鎖定為ON狀態。狀態機將U2的驅動器使能引腳（DE）拉為高電平，使輸入數據字節從U2以RS485電平轉發出去。 狀態機一直監視RO引腳的電壓躍變。當一個數據字節傳輸完成時（當在一個內定的時間間隔內沒有下降沿加在狀態機上時，即表示字節傳輸完畢），狀態機自動復位，并等待任何一側接口上的下一個數據字節。 一幀數據到達U1后，被轉發至U2的A2端口和B2端口輸出。在最后一次跳變700 μs后U2釋放其輸出。其他的時間延遲可以通過調整圖1中的R1/C1和R2/C2得到。 同樣，如果一幀數據到達U2后，將被轉發至U1的A1端口和B1端口輸出。這樣就實現了數據的雙向傳輸，并且由于中繼的原因，理論上通信距離會增至原來的2倍。 2 測試結果 使用泰克示波器TDS2012觀察接收和發送端的波形，并加以存儲分析，如圖2所示。 其中，垂直刻度為1 V/格，水平刻度為400 μs/格；上部波形表示一幀數據到來，中間和下部波形分別表示被轉發至B2和A2。由圖2可見，波形的上升沿和下降沿都很陡，說明數據電平比較規范，失真度很小。并且由于采用了狀態機結構，能夠自動識別數據傳輸方向，比采用軟件控制方向更加方便、可靠，達到了設計要求。 另外，在系統允許的情況下，波特率應盡可能低，因為過高的波特率將致使傳輸距離受限。由于傳輸線的歐姆阻抗、集膚效應等損耗引起信號畸變，從而通信距離受到限制。從實驗結果總結看，有中繼器的數據傳輸波特率不宜超過14400。增加中繼器后通信距離為原來的1.8倍。 功耗方面，在沒有數據傳輸的待機狀態，用微安表測得整機功耗電流約為22 μA（供電電壓3 V）。
圖2 波形圖 結語 在對RS485總線理論深入分析的基礎上，結合實際應用，設計了一種完全由硬件組成的RS485中繼器。經過實地測試，收到了良好的效果；同時采用了3 V的低功耗芯片，使它非常適宜工作在電池供電的場合。這對于單片機及其他系統的長距離通信有一定的參考價值。 |
