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凯发k8国际|首页:基于磁耦隔离和硬件零延时技术的RS485总线节点设计



小序

在工业节制设备之间中长间隔通信的诸多规划中,RS485总线因其硬件设计简单、节制方便、资源低等优点,广泛利用于工厂自动化、工业节制、小区监控、水利自动测控等领域。RS485总线采纳平衡式发送、差分式接管的数据收发器来驱动,各节点之间的通信因此一对双绞线作为传输介质。与RS232接口比拟,RS485总线的传输间隔更长、抗滋扰能力也更强。RS485总线具有以下一些特征:

①接口采纳平衡驱动器和差分接管器,抗共模滋扰能力强,即抗噪声滋扰性好。

②收发器输出A、B之间的电平为+2~+6 V,是逻辑“1”;为-6~-2 V,是逻辑“0”。旌旗灯号电平比RS232低落了,不易毁坏接口芯片。另有“使能”节制旌旗灯号,可使收发器处凯发k8国际|首页于高阻状态,堵截与传输线的连接。

③接管器的输入灵敏度为200 mV。即在当收端VA-VB》+200 mV时,输出为逻辑“0”;VA-VB<-200 mV时,输出为逻辑“1”。

④最高传输速度为10 Mbps,最大年夜传输间隔标准值为1 200 m。

⑤在节点数为32个、设置设置设备摆设摆设120 终端电阻的环境下,驱动器至少还能输出1.5 V电压(终端电阻的大年夜小与所用双绞线的参数有关)。

⑥具有多站点传输能力,即总线上容许挂接多个收发器,可建立设备收集。

在传统的RS485总线节点设计的根基上,本文基于ADI公司推出的带隔离的增强型RS485收发器AD-uM2483,采纳磁耦隔离和硬件零延时技巧所设计的RS485总线节点,具有优越的抗滋扰性和较高的通信速度,可利用在一些情况对照繁杂的工业场合。

1 设计思惟

RS485总线节点由单片机STC12C5410AD、带隔离的RS485收发器ADuM2483、高速三极管等组成。此中,ADuM2483的利用图如图1所示。STC12C5410AD是宏晶科技临盆的单时钟/机械周期(1T)单片机,是高速/低功耗/超强抗滋扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速率快8~12倍。其内部集成MAX810专用复位电路、4路PWM、通用全双工异步串行口(UART),可用准时器软件实现多串口;8路高速10位A/D转换,宽电压,不怕电源哆嗦,高抗静电(ESD保护),分外适用于强滋扰场合。

在环境对照繁杂的现场中,各节点之间存在很高的共模电压。虽然RS485总线采纳平衡式发送、差分式接管的数据收发器来驱动,具有必然的抗共模滋扰能力,但当共模电压跨越其极限接管电压时,RS485收发器就无法事情了,严重时以致会烧毁芯片和仪器设备。是以,为了适应强滋扰情况以致更苛刻的机能要求,必须对RS485总线各节点推行电气隔离。

传统的RS485隔离总线节点是由光电耦合器和RS485总线收发器(如MAX485)构成,应用光束来隔离和保护检测电路,在高压和低压电气情况之间供给一个安然接口。今朝,一样平常应用6N137光电隔离器件,用MAX485作为RS485总线收发器。Toshiba公司的6N137事情电压为5V,数据最高传输速度为10 Mbps,事情温度一样平常为0~70℃;隔离电压为2 500 V(有效值),以DIP8封装,每个芯片仅供给一个隔离通道,体积大年夜,稳定性差,功耗高,LED易老化。这些机能已经限定了6N137在更高要求的情况中利用。本文选用ADI公司的ADuM2483。它是一款带隔离的RS485收发器和一个3通道的数字隔离器,是今朝性价比很高的RS485收发器,功能上相称于1个MAX485和3个6N137光耦隔离器,可满意RS485总线节点的要求。

2 ADuM2483简介

ADuM2483采纳的iCoupler技巧是基于芯片尺寸的变压器,而不是基于光电耦合器所采纳的LED与光电二极管的组合。这种技巧因为取消了光电耦合器中的光电转换历程,并且采纳iCoupler变压器专利技巧集成变压器驱动和接管电路,从而实现了光电隔离器无法相比的机能上风。因为应用晶片级制造工艺直接在芯片上制造iCoupler变压器,以是iCoupler通道比光电耦合器更为有效地实现通道之间的集成,也更轻易地实现其他半导体功能。

iCoupler数字隔离器无需驱动LED的外部电路,功耗仅为光电耦合器的1/10~1/50。这种新的基于电磁的隔离措施,在抗高温影响方面远优于光电耦合器。iCoupler数字隔离器在125℃高温情况下机能和靠得住性并不下降,是以可以采纳低资源、小体积的SOIC封装。别的,iCoupler数字隔离器的隔离通道具有比光电耦合器更高的数据传输速度、时序精度和瞬态共模抑制能力,是以异常得当于各类工业上的利用(包括数据通道、数据转换接口,以及其他多通道隔离利用)。

ADuM2483包括1个3通道隔离器、1个带三态输出的差分驱动器和1个带三态输入的差分接管器。其1/8单位负载的接管器输入阻抗允许多达256个收发器接入总线,最高传输速凯发k8国际|首页度可达500 kbps;逻辑端兼容3 V/5 V事情电源,总线端5 V供电。

ADuM2483采纳限摆率驱动器,较低摆率低落了不恰当的终端匹配和接头孕育发生的误码。其接管输入具有真正的掉效保护功能,当接管器输入为开路短路、或余暇时,真正的掉效保护可使接管器的输出逻辑变高。在上电历程中或接入一个已上电的底板时,其热插拔回路可打消因为对使能和差分接管器输入真个扰动而导致的差错数据。ADuM2483的驱动用具有短路电流限定,并可以经由过程热关断保护电路将驱动器输出置为高阻状态,防止过度的功率损耗。芯片封装采纳易于应用的SOW16封装,工业级温度范围内无需任何分立元件就可实现RS485功能。其主要特征如下:

◆传输速度高,最高可达500 kbps;

◆带载能力强,总线上最多可以挂接256个节点;

◆具有2 kV的ESD保护功能和热关断保护功能;

◆工业级温度范围为-40~+85℃;

◆瞬态高共模抑制能力,真正防故障装配的接管输入端;

◆低功耗,最大年夜2.5 mA的事情电流;

◆体积更小,集成度高,大年夜凯发k8国际|首页大年夜减小了印制电路板的面积。

3 RS485总线节点设计

ADuM2483所隔离的两端有各自的电源和参考地。此中,逻辑端电压为2.7~5.5 V,可以实现低电压供电,从而进一步低落系统功耗;总线端5 V供电,本文设计的接口电路的逻辑端电压采纳5 V供电。电源和参考地之间需接入0.1F龟容,以滤除高频滋扰。必要留意的是:图中,GND1与GND2是2个不合的参考地,否则将达不到隔离的效果。

ADuM2483独具的PV(Power-Valid)电源监控功能,可根据供电电源的稳定环境而开断芯片事情。为了避免GND1迟钝上电/掉落电 (》100 s/V)引起的A、B输出哆嗦环境,ADuM2483设计了PV引脚。当电平低于2.0 V时,此引脚为低,芯片不事情;高于2.3 V时,此引脚为高,芯片正常事情。D1与D2用来防止总线上的瞬变滋扰。RS485总线接口电路如图2所示。

采纳金升阳公司的B0505S隔离模块实现收发器两端电源与地完全隔离。其隔离电路如图3所示。

4 RS485总线零延时收发的实现

在RS485总线节点电路设计中,一样平常要将收发器的接管容许(RE)和发送容许(DE)两个引脚短接,由一根旌旗灯号线来节制收发的切换。在节制电路中,一样平常用单片机I/O引脚来节制RS485收发器的收发转换,这样就必要由软件来节制单片机I/O引脚的电平,以达到节制RS485收发转换的目的。RS485 收发器平日处于接管状态,当要发送数据时,由法度榜样节制RE/DE变为高电平,串行通信单元发送数据;等待发送完毕后,法度榜样再将RS485收发器转换到接管状态。发送完毕的标志一样平常由串行通信的特定寄存器供给状态唆使,再由法度榜样去查询。这样造成RS485通信存在以下问题:

◆在想要发送数据和真正能发送数据之间,存凯发k8国际|首页在必然的延时;

◆假如发送到接管的转换机会欠妥,则会造成数据损掉;

◆在接管和发送数据转换时代,轻易引入滋扰,收到多余的紊乱数据。

在设计RS485总线接口电路时充分斟酌到了总线的延时问题,利用一个高速的NPN三极管节制实现RS485总线的零延时收发,如图2所示。

不发送数据时,逻辑端TXD旌旗灯号为高电平。此时Q1导通,使RE/DE旌旗灯号线上为低电平,ADuM2483接管容许。发送数据时,若TXD为低电平,Q1 关断,从而使RE/DE旌旗灯号线上为高电平,发送容许,ADuM2483的输出端A、B上孕育发生表示低电平的差分旌旗灯号。当TXD为高电日常平凡,Q1导通,使 RE/DE旌旗灯号线上为低电平,ADuM2483的A、B端处于高阻态。此时靠电阻R1和R2的上拉和下拉感化,使总线上孕育发生正的差分旌旗灯号,从而将TXD的高电平旌旗灯号送出。

由以上阐发看出,在应用这个电路时,只要法度榜样能包管不应时进行接管和发送的操作,即包管是半双工传送数据,则不必用软件节制RE/DE进行接管和发送的转换,可由硬件本身完成,从而前进了RS485凯发k8国际|首页总线接管、发送数据的高速度和高靠得住性。

结语

本节点的设计采纳新型集成隔离电路的RS485总线收发器ADuM2483,低落了系统的功耗,简化了设计的布局,增强了系统的稳定性。采纳硬件的零延时技巧前进了节点的收发效率,前进了系统机能。经测试,效果优越,抗滋扰能力强,分外得当工业节制场合的利用。

责任编辑;zl

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