摘要 給出一種RS422/485網(wǎng)絡(luò)中,，模塊可以接收任意極性直流供電和總線信號的設(shè)計方法。該方法允許將2根信號線或直流電源線在傳輸途中任意極性續(xù)接,，容忍了布線施工中的反接差錯,，使工程施工大為方便。

　　1 問題提出

　　現(xiàn)在的很多測控系統(tǒng)是使用RS422或RS485總線互連的,。RS422/485總線信號是由4（2）根有極性的差分信號來傳輸?shù)?，不能將其反接。?dāng)網(wǎng)絡(luò)傳輸距離長或節(jié)點多時,，在線路上的分續(xù)線盒也會很多,，很容易將信號線在傳輸途中接反，從而造成信號無法正常傳輸,。雖然可以查出故障點,，但在分線盒很多時，也是一件很費時的事情,。為了布線方便,，分續(xù)線盒的數(shù)量往往大于總線上的模塊數(shù)。對于室內(nèi)系統(tǒng),，網(wǎng)絡(luò)線路一般外加PVC線槽甚至暗埋于墻體內(nèi);對于室外系統(tǒng),，線路一般架空或地下走線，造成對線路反接問題的查找和修正很困難,。另一方面,，為了施工方便，也應(yīng)允許在途中隨意接線,，不分極性,。為此,，需要各模塊既能接收圖1（b）所示的正相信號，也能接收圖1（c）所示的極性可能反相的RS422,、RS485信號,。

　　圖1 傳輸線反接錯誤所引起的接收端信號波形改變

　　對于那些采取未經(jīng)任何編碼調(diào)制的基帶信號來傳輸數(shù)據(jù)的RS422/485系統(tǒng),，圖1中由于接線錯誤將造成收信方無法正確接收數(shù)據(jù);但如對信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)制后,，即使途中出現(xiàn)接線錯誤，收方仍然能正確接收到數(shù)據(jù),，即在布線施工中可以無極性布線,。

　　下面分別給出使用未調(diào)制信號和調(diào)制信號傳輸數(shù)據(jù)2種情況下的無極性接線設(shè)計方法。先討論使用未編碼調(diào)制信號的情況,。

　　2 RS422信號線的無極性接線設(shè)計

　　RS422總線使用收發(fā)分開的信號線傳輸,，各為2根信號線。為了使RS422接收器能夠接收總線上傳來的2種極性的信號,，見圖1（b）和圖1（c）,，首先要檢測到接線的錯誤，其次才是更正接線錯誤,。這里希望通過網(wǎng)絡(luò)模塊電路來修正接線錯誤,，而不是通過更正錯誤的傳輸線連接。

　?。?） 人工修正方法

　　對于MCU的UART來說,，無信號傳送時，TX引腳為“1”電平,，因此,，RS422驅(qū)動器的A端會為高電平，B端為低電平,，此時,，在接收模塊的A端也應(yīng)為固定高電平。圖2電路中,，在一個接收端和GND之間連接一個LED,，從而可以據(jù)此判斷該端是和發(fā)送端A相連，還是和發(fā)送端B相連,，然后通過4位撥碼開關(guān)SW來人工調(diào)整模塊總線和接收模塊中RS422驅(qū)動器接收輸入的連接,。

　　圖2 RS422總線傳輸中的無極性接收電路

　　人工修正方法需要發(fā)送模塊在軟件上進(jìn)行配合。在調(diào)整時,，發(fā)送方不能發(fā)送數(shù)據(jù),，也就是總線上的差動電壓為固定的。這種方法,，雖然有些麻煩,，但在一些情況下,，比起檢查和修正線路來還是要簡便一些。

　?。?） 自動修正方法

　　如果在總線輸入端子和RS422驅(qū)動器之間用電磁繼電器（或模擬開關(guān)）代替拔碼開關(guān)SW,，就可以通過軟件來自動控制總線A、B端的切換,。檢查是否存在錯誤接線也可通過軟件進(jìn)行,，只要發(fā)送端發(fā)送一個和收方約定的固定內(nèi)容數(shù)據(jù)，如果收方不能正確收到,，則表明接線錯誤,，就控制繼電器切換總線連接;否則，不切換,。必須注意的是,，使用模擬開關(guān)時，應(yīng)注意對線路阻抗和傳輸速度的影響,。

　　3 RS485信號線的無極性接線設(shè)計

　　RS485總線中的發(fā)送和接收信號共用一對線,，使用的驅(qū)動器可分為兩類：一類是像SN75176之類的驅(qū)動器，在驅(qū)動器內(nèi)部已經(jīng)將Rx和Tx信號接到一起;另一類是使用RS422方式的驅(qū)動器,，如發(fā)送和接收使用2個芯片,，如SN75177（接收驅(qū)動器）加SN75178（發(fā)送驅(qū)動器），或者收發(fā)驅(qū)動器集成在1個芯片上,，如SNLBC75179,、MAX488、MAX490等,，這種情況下,，在線路板上將收發(fā)的同相端短接。對于后者（使用收發(fā)引腳獨立的驅(qū)動器）,，無極性設(shè)計的方法仍然類同于RS422方式;對于前者,，由于收發(fā)信號的同相端在驅(qū)動器內(nèi)部已經(jīng)短路，無法在接收驅(qū)動器增加電路,，不能達(dá)到無極性信號傳輸?shù)哪康摹?/p>

　　可見,，在RS485網(wǎng)絡(luò)中，模塊必須使用獨立收發(fā)引腳的驅(qū)動器時,，才能增加無極性設(shè)計電路,。

　　4 使用限制

　　以上方法只適合于點對多點的主從式RS422/485網(wǎng)絡(luò)。對于RS422網(wǎng)絡(luò)來說,，在主模塊中的接收驅(qū)動器不能加修正電路,，而應(yīng)調(diào)整到發(fā)送模塊的發(fā)送端。因為在從模塊發(fā)送而主模塊接收的情況下,，可能部分模塊和主模塊之間的連接正確,，部分模塊和主模塊之間的連接錯誤,。對于RS485網(wǎng)絡(luò)來說，只要在從模塊的驅(qū)動器接收端增加調(diào)整電路就可以了,。

　　對于各模塊平等通信的RS422/485網(wǎng)絡(luò)來說,，一個模塊可能和其它模塊之間的接線既有正確，又有錯誤,，因此通過此方法來修正,。

　　5 采取調(diào)制信號傳輸消除信號極性

　　使用以上2種（手動設(shè)置或軟件自動配置）使模塊可以接收任意極性信號的方法雖然可行，但仍然有一些麻煩：手動設(shè)置仍然會帶來施工的不便,，而自動配置會增加軟件設(shè)計的復(fù)雜度,，降低了可靠性,。此外,，以上方法也只適用于點對多點的主從通信網(wǎng)絡(luò)，對于節(jié)點對等網(wǎng)絡(luò)不能使用,。

　　另外一種消除信號極性的方法就是在對信號編碼調(diào)制后傳送,，使調(diào)制后的信號是無極性要求的。在數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域,，最常用的無極性信號調(diào)制方法是使用差分曼徹斯特編碼,，其波形如圖3所示。

　　差分曼徹斯特編碼信號的編碼原則是：

　　◇ 在信號位中間總是將信號反相;

　　◇ 在信號位開始時不改變信號極性,，表示邏輯“1”;

　　◇ 在信號位開始時改變信號極性,，表示邏輯“0”。

　　由此可見,，經(jīng)差分曼徹斯特編碼的信號,，見圖3（b），經(jīng)過由于接線錯誤變成反相的波形后,，見圖3（c）,，仍然符合此定義，從而可以解調(diào)出原始數(shù)據(jù)信號,。

　　圖3 差分曼徹斯特編碼信號及其反相

　　為了在RS422/485網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)差分曼徹斯特編碼,，需要在UART和RS422/485芯片之間增加編碼電路。差分曼徹斯特編碼屬于自同步編碼,，因此需要時鐘,。對于工作于異步方式的UART來說，可以使用GAL器件完成編碼和解碼,，但用于控制UART異步傳輸?shù)牟ㄌ芈蕰r鐘和編碼電路時鐘必須使用同一時鐘源,。以下給出圖4所示的實現(xiàn)框圖，具體實現(xiàn)電路這里不再詳細(xì)敘述,。也可以使用專用芯片完成編碼和解碼,，比如采用Echelon公司的FTT-10A收發(fā)器,。該收發(fā)器對信號進(jìn)行差分曼徹斯特編碼調(diào)制后傳輸（同時包含一個隔離變壓器）。

　　圖4 使用差分曼徹斯特編碼產(chǎn)生無極性信號

　　6 直流供電的無極性接線設(shè)計

　　在RS422/485網(wǎng)絡(luò)中,，常采用集中+5 V,、+12 V或+24 V直流對所有模塊進(jìn)行供電，如線路較長,，一般使用+24 V電源,，較短時使用+5 V或+12 V電源。同信號線一樣,，電源線也同樣存在反接問題,，基于同樣目的和原因，模塊也應(yīng)能使用正相和反相接線2種情況的輸入電源,。和信號不同,，2根電源線雖然可能反接，線間的電位差始終是一個極性,，要么為正,，要么為負(fù)，因此,，可以在模塊電源輸入處增加一個整流電橋,，在電橋的輸出端就始終能得到正極性的+24 V或+12 V、+5 V電壓供自己使用了,，如圖5所示,。

　　圖5 集中直流供電網(wǎng)絡(luò)的無極性電源接收電路

　　參考文獻(xiàn)

　　1 Data Encoding. http://www.cpe.ku.ac.th

　　2 陽憲惠主編。 現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用,。 北京：清華大學(xué)出版社,，1999