RS-485標(biāo)準(zhǔn)在工業(yè)控制、電力通訊,、智能儀表等領(lǐng)域中使用廣泛,。但是，在工業(yè)控制等現(xiàn)場環(huán)境中,，情況復(fù)雜,，常會有電氣噪聲干擾傳輸線路；在多系統(tǒng)互聯(lián)時,，不同系統(tǒng)的地之間會存在電位差，形成接地環(huán)路,，會干擾整個系統(tǒng),，嚴(yán)重時會造成系統(tǒng)的災(zāi)難性損毀；還可能存在損壞設(shè)備或危害人員的潛在電流浪涌等高電壓或大電流,。因此,，對RS-485接口的隔離是非常有必要的。
ADM2483是一款集成了信號通道隔離和RS-485收發(fā)器的芯片,。以單芯片實(shí)現(xiàn)了對RS-485接口的隔離,，電路連接簡單，設(shè)計方便,，性能上遠(yuǎn)高于繁瑣的光耦隔離485電路設(shè)計,。在某些系統(tǒng)應(yīng)用中，由于I/O口數(shù)量有限,，因此我們希望半雙工的RS-485收發(fā)器能夠?qū)崿F(xiàn)自收發(fā)功能,，以節(jié)省用于控制RE與DE的兩路I/O端口。目前,，實(shí)現(xiàn)這一功能的主流方案是采用74HC14芯片,。下面，我們采用74HC14與ADM2483實(shí)現(xiàn)RS-485接口的信號隔離自收發(fā)設(shè)計,。
硬件電路
隔離RS-485接口電路
之前我們經(jīng)常采用的485接口隔離電路是利用三個光耦隔離收發(fā)及控制信號,，加上485收發(fā)器共需要4片IC,，且采用光耦隔離需要限流及輸出上拉電阻，必要時還會使用三極管驅(qū)動,。設(shè)計電路繁瑣,，耗費(fèi)時間長，如果沒有之前使用光耦的經(jīng)驗(yàn),，那么在選用光耦限流及輸出上拉電阻方面會耗費(fèi)很多不必要的時間,；且光耦的輸出信號上升時間較長，在與數(shù)字I/O端口相接時,，需另加施密特整形才能保證信號的波形符合標(biāo)準(zhǔn),，如在FPGA、DSP等系統(tǒng)中的應(yīng)用,。
ADM2483是內(nèi)部集成了磁隔離通道和485收發(fā)器的芯片,，內(nèi)部集成的磁隔離通道原理與光耦不同，在輸入輸出端分別有編碼解碼電路和施密特整形電路,，確保了輸出波形的質(zhì)量,。且磁隔離功耗僅為光耦的1/10，傳輸延時為ns級,，從直流到高速信號的傳輸都具有超越光耦的性能優(yōu)勢,。內(nèi)部集成的低功耗485收發(fā)器，信號傳輸速率可達(dá)500Kbps,，后端總線可支持掛載256個節(jié)點(diǎn),。具有真失效保護(hù)、電源監(jiān)控以及熱關(guān)斷功能,。
要實(shí)現(xiàn)隔離RS-485接口的電路設(shè)計只需在ADM2483的電源與地之間接一個104的去耦電容即可,。當(dāng)然，DC-DC隔離電源是必不可少的,。其電路連接如下圖：
RS-485標(biāo)準(zhǔn)在工業(yè)控制,、電力通訊、智能儀表等領(lǐng)域中使用廣泛,。但是,，在工業(yè)控制等現(xiàn)場環(huán)境中，情況復(fù)雜,，常會有電氣噪聲干擾傳輸線路,；在多系統(tǒng)互聯(lián)時，不同系統(tǒng)的地之間會存在電位差,，形成接地環(huán)路,，會干擾整個系統(tǒng)，嚴(yán)重時會造成系統(tǒng)的災(zāi)難性損毀,；還可能存在損壞設(shè)備或危害人員的潛在電流浪涌等高電壓或大電流,。因此,，對RS-485接口的隔離是非常有必要的。
ADM2483是一款集成了信號通道隔離和RS-485收發(fā)器的芯片,。以單芯片實(shí)現(xiàn)了對RS-485接口的隔離,，電路連接簡單，設(shè)計方便,，性能上遠(yuǎn)高于繁瑣的光耦隔離485電路設(shè)計,。在某些系統(tǒng)應(yīng)用中，由于I/O口數(shù)量有限,，因此我們希望半雙工的RS-485收發(fā)器能夠?qū)崿F(xiàn)自收發(fā)功能,，以節(jié)省用于控制RE與DE的兩路I/O端口。目前,，實(shí)現(xiàn)這一功能的主流方案是采用74HC14芯片,。下面，我們采用74HC14與ADM2483實(shí)現(xiàn)RS-485接口的信號隔離自收發(fā)設(shè)計,。
硬件電路
隔離RS-485接口電路
之前我們經(jīng)常采用的485接口隔離電路是利用三個光耦隔離收發(fā)及控制信號,，加上485收發(fā)器共需要4片IC，且采用光耦隔離需要限流及輸出上拉電阻,，必要時還會使用三極管驅(qū)動,。設(shè)計電路繁瑣，耗費(fèi)時間長,，如果沒有之前使用光耦的經(jīng)驗(yàn),，那么在選用光耦限流及輸出上拉電阻方面會耗費(fèi)很多不必要的時間；且光耦的輸出信號上升時間較長,，在與數(shù)字I/O端口相接時,，需另加施密特整形才能保證信號的波形符合標(biāo)準(zhǔn),，如在FPGA,、DSP等系統(tǒng)中的應(yīng)用。
ADM2483是內(nèi)部集成了磁隔離通道和485收發(fā)器的芯片,，內(nèi)部集成的磁隔離通道原理與光耦不同,，在輸入輸出端分別有編碼解碼電路和施密特整形電路，確保了輸出波形的質(zhì)量,。且磁隔離功耗僅為光耦的1/10,，傳輸延時為ns級，從直流到高速信號的傳輸都具有超越光耦的性能優(yōu)勢,。內(nèi)部集成的低功耗485收發(fā)器,，信號傳輸速率可達(dá)500Kbps，后端總線可支持掛載256個節(jié)點(diǎn),。具有真失效保護(hù),、電源監(jiān)控以及熱關(guān)斷功能,。
要實(shí)現(xiàn)隔離RS-485接口的電路設(shè)計只需在ADM2483的電源與地之間接一個104的去耦電容即可。當(dāng)然,，DC-DC隔離電源是必不可少的,。其電路連接如下圖：
信號自收發(fā)電路
信號自收發(fā)電路我們采用74HC14芯片，利用它的施密特波形翻轉(zhuǎn)性能來控制RE,、DE引腳,，以實(shí)現(xiàn)信號的自收發(fā)。其電路連接如下圖：
如圖所示,，MCU的發(fā)送信號經(jīng)過施密特觸發(fā)器反向后輸給DE和RE腳,，發(fā)送數(shù)據(jù)引腳TxD接地。
當(dāng)有高電平信號發(fā)送時,，經(jīng)反向變?yōu)榈碗娖叫盘?，DE/RE引腳輸入為低電平，使發(fā)送驅(qū)動器禁止,，總線為高阻狀態(tài),，此時由A、B總線上的上拉電阻產(chǎn)生高電平輸出,。
當(dāng)有低電平信號發(fā)送時,，經(jīng)反向變?yōu)楦唠娖叫盘枺珼E/RE引腳輸入為高電平,，使發(fā)送驅(qū)動器工作,，由于TxD引腳端接地，為低電平,，這樣就將低電平發(fā)送至總線,。
本參考設(shè)計僅為實(shí)現(xiàn)RS-485接口的自收發(fā)功能，在實(shí)際應(yīng)用中,，應(yīng)根據(jù)使用情況作出相應(yīng)的修改,。此收發(fā)電路也有不足之處，當(dāng)在連續(xù)發(fā)送高電平時,，ADM2483的DE／RE引腳處于接收狀態(tài),，所以，此時的發(fā)送端和接收端都處于接收狀態(tài),，這時的總線是空閑狀態(tài),，是允許各節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的，因此一般在主從式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中采用此方法,。
在網(wǎng)絡(luò)上也有不同的幾種實(shí)現(xiàn)RS－485收發(fā)器自收發(fā)的方案,，分別有以下幾種：
利用三極管反向原理實(shí)現(xiàn)
電路如下圖：
當(dāng)不發(fā)送數(shù)據(jù)時，TxD信號為高電平，經(jīng)V1反向后使ADM2483處于接收狀態(tài),。
當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時,，TxD為高時，經(jīng)V1反向,，使發(fā)送驅(qū)動器禁止,，總線為高阻狀態(tài)，此時由A,、B總線上的上拉電阻產(chǎn)生高電平輸出,。TxD為低時，經(jīng)V1反向,，使發(fā)送驅(qū)動器工作,，由于TxD引腳端接地，為低電平,，這樣就將低電平發(fā)送至總線,。
采用這種電路時，需要程序保證不同時進(jìn)行接收和發(fā)送的操作,。
利用555定時器,，其原理于以上電路類似，電路圖如下：
555定時器為邊沿觸發(fā),，當(dāng)TxD發(fā)送高電平時,，555定時器OUT引腳輸出低電平，當(dāng)TxD發(fā)送低電平時,，555定時器OUT引腳輸出高電平,，當(dāng)TxD轉(zhuǎn)為高電平時，OUT引腳輸出的高電平狀態(tài)會延遲一會再轉(zhuǎn)入低電平,，以確保發(fā)送數(shù)據(jù)的正確性,。
采用74HC14和RC電路實(shí)現(xiàn)，此電路是對單純使用74HC14實(shí)現(xiàn)自收發(fā)電路的改進(jìn),，增加了RC充放電電路,，減少總線處于空閑狀態(tài)的時間，電路如下圖：
當(dāng)TxD信號為高電平,，則通過電阻為電容充電,，其充電時間為T,，該時間應(yīng)設(shè)置為串口發(fā)送一個字節(jié)所需要的時間,，由R，C參數(shù)來確定,。當(dāng)電容充滿后,，則DE／RE為低電平，使ADM2483處于接收狀態(tài),。
在發(fā)送數(shù)據(jù)時,，TxD起始位產(chǎn)生第一個下降沿,，使電容經(jīng)過二極管進(jìn)行快速放電，使DE／RE很快變?yōu)楦唠娖?，ADM2483處于發(fā)送狀態(tài),。在發(fā)送過程中， 當(dāng)TxD變成高電平時,，電容通過電阻緩慢充電,，使DE／RE仍然保持在發(fā)送狀態(tài)，可有效吸收總線上的反射信號,。當(dāng)RC充電結(jié)束,，使DE／RE轉(zhuǎn)入接受狀態(tài)時， 總線上的上拉,、下拉電阻將維持TxD高電平的發(fā)送狀態(tài),，直至整個bit發(fā)送結(jié)束。
當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢以后,，TxD變?yōu)楦唠娖?，RC又開始充電，即經(jīng)T時間后,，ADM2483又轉(zhuǎn)換為接收狀態(tài),。
聲明
以上所有電路均為參考電路，為電路設(shè)計者提供思路,，在實(shí)際使用中請?jiān)俅悟?yàn)證,，以確保電路的穩(wěn)定及不會對系統(tǒng)造成破壞。對于電路損壞造成的損失,，概不負(fù)責(zé),。