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RS-485收發(fā)的零延時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路

2010-10-29

RS-485是一種基于差分信號傳送的串行通信鏈路層協(xié)議。它解決了RS-232協(xié)議傳輸距離太近(15m)的缺陷，是工業(yè)上廣泛采用的較長距離數(shù)據(jù)通信鏈路層協(xié)議。　　

由于它使用一對雙絞線傳送差分信號，屬半雙工通信，所以需要進(jìn)行接收和發(fā)送狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。一般的8腳TTL電平到RS-485電平轉(zhuǎn)換芯片的引腳定義如圖1所示。

其中，引腳意義如下：
RO——接收數(shù)據(jù)的 TTL電平輸出；
——低電平有效的接收允許；
DE——高電平有效的發(fā)送允許；
DI——發(fā)送數(shù)據(jù)的TTL電平輸入；
A——485差分信號的正向端；
B——485差分信號的反向端。
　　
在RS-485電路設(shè)計(jì)中，通常將和DE短接，用1根信號線來控制，這樣可以做到收發(fā)的切換。
　　
RS-485芯片通常處于接收狀態(tài)。當(dāng)要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，由程序控制/DE 變?yōu)楦唠娖?，然后UART單元發(fā)送數(shù)據(jù)，程序要等待發(fā)送完畢后，再將RS-485芯片轉(zhuǎn)換到接收狀態(tài)。發(fā)送完畢的標(biāo)志一般由UART的特定寄存器提供狀態(tài)指示，程序需要去查詢。
　　
在單片機(jī)電路中，一般用1根I/O線來控制RS-485芯片的接收和發(fā)送狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。這樣需要由軟件來控制 I/O引腳的電平，以達(dá)到控制RS-485收發(fā)轉(zhuǎn)換的目的。

這樣的控制方法造成RS-485通信存在以下問題：

在想要發(fā)送數(shù)據(jù)和真正的能發(fā)送數(shù)據(jù)之間，存在一定的轉(zhuǎn)換延時(shí)；
如果發(fā)送到接收的轉(zhuǎn)換時(shí)機(jī)不當(dāng)，則會造成數(shù)據(jù)丟失；
在接收和發(fā)送數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換期間，容易引入干擾，使UART單元收到多余的雜亂數(shù)據(jù)。

鑒于以上情況，筆者經(jīng)過探索和參照其它相關(guān)電路，設(shè)計(jì)了一種可以實(shí)現(xiàn)RS-485接收和發(fā)送零延時(shí)轉(zhuǎn)換的電路，如圖2所示。

當(dāng)不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，TTL電平的Tx信號為高電平，經(jīng)V1反向?yàn)榈碗娖剑琑S-485芯片處于接收狀態(tài)。

當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，① 若Tx為低電平，經(jīng)V1反向后，DE/為高電平，發(fā)送允許。此時(shí)由于DI 接地，所以RS-485芯片的輸出端A、B產(chǎn)生表示低電平的差分信號，低電平的Tx被送出。② 若Tx為高電平，經(jīng)V1反向后，DE/為低電平，RS-485芯片的A、B端處于高阻態(tài)。此時(shí)靠電阻R1和R2的下拉和上拉作用，使總線上產(chǎn)生正的差分信號，從而將Tx的高電平信號送出。

由以上分析看出，在使用這個(gè)電路時(shí)，只要程序能保證不同時(shí)進(jìn)行接收和發(fā)送的操作，即保證是半雙工傳送數(shù)據(jù)，程序不必用指令控制DE/進(jìn)行接收和發(fā)送的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換由硬件本身完成。

發(fā)送高電平的過程中，由于RS-485芯片處于接收狀態(tài)，此時(shí)的發(fā)送信號必須是在總線上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，才能將高電平信號送出。所以，仍需要軟件設(shè)計(jì)中做好總線仲裁。

經(jīng)過在沒有嚴(yán)重干擾的實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)，在使用0.5mm2屏蔽平行線時(shí)，此電路的傳送距離可達(dá)1200m。

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