當(dāng)前位置:首頁(yè) > 電源 > 功率器件
[導(dǎo)讀]在進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)時(shí),微處理器要與不同的設(shè)備實(shí)現(xiàn)互連,這就需要建立統(tǒng)一的通信總線標(biāo)準(zhǔn)。通信總線可分為并行總線和串行總線,并行通信速度快、實(shí)時(shí)性好,但占用的口線

在進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)時(shí),微處理器要與不同的設(shè)備實(shí)現(xiàn)互連,這就需要建立統(tǒng)一的通信總線標(biāo)準(zhǔn)。通信總線可分為并行總線和串行總線,并行通信速度快、實(shí)時(shí)性好,但占用的口線多,不宜于小型化產(chǎn)品的開發(fā);串行通信速率雖低,但在數(shù)據(jù)通信吞吐量不是很大的微處理電路中顯得更加簡(jiǎn)易、方便、靈活。串行通信總線的種類繁多,文中就當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中最常用的RS485總線的通信可靠性做分析,希望對(duì)設(shè)計(jì)者有所幫助。

1 RS485標(biāo)準(zhǔn)

RS485是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn),由電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)制訂并發(fā)布的,它是在RS-422基礎(chǔ)上制定的標(biāo)準(zhǔn),RS一485標(biāo)準(zhǔn)采用平衡式發(fā)送,差分式接收的數(shù)據(jù)收發(fā)器來驅(qū)動(dòng)總線,具體規(guī)格要求:接收器的輸入電阻Rin≥12 kΩ;驅(qū)動(dòng)器能輸出±7 V的共模電壓;輸入端的電容≤50 pF;在節(jié)點(diǎn)數(shù)為32個(gè),配置了120 Ω的終端電阻的情況下,驅(qū)動(dòng)器至少還能輸出電壓1.5 V(終端電阻的大小與所用雙絞線的參數(shù)有關(guān));接收器的輸入靈敏度為200 mV(即(V+)一(V一)≥0.2 V,表示信號(hào)“0”;(V+)一(V一)≤一0.2 V,表示信號(hào)“l”)因?yàn)镽S一485的遠(yuǎn)距離、多節(jié)點(diǎn)(32個(gè))以及傳輸線成本低的特性,使得EIA RS-485成為工業(yè)應(yīng)用中數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x標(biāo)準(zhǔn)。

2 RS485數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?

RS485總線屬于外部總線,外部總線用于與外部設(shè)備進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)交換,是設(shè)備級(jí)的。

RS一485標(biāo)準(zhǔn)所具有的噪聲抑制能力、數(shù)據(jù)傳輸速率、電纜長(zhǎng)度及可靠性是其他標(biāo)準(zhǔn)無法比擬的。然而在實(shí)際應(yīng)用中,往往分散控制單元數(shù)量較多、分布較遠(yuǎn)、現(xiàn)場(chǎng)存在各種干擾,使得通信的可靠性不高。為了提高RS一485總線在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性,應(yīng)注意以下幾個(gè)問題。

2.1 阻抗匹配

RS一485的信號(hào)線應(yīng)考慮阻抗匹配問題,所謂阻抗匹配即信號(hào)線的負(fù)載應(yīng)與信號(hào)線的特性阻抗相等。特性阻抗與信號(hào)線的寬度、與地線層的距離以及板材的介電常數(shù)等物理因素有關(guān),是信號(hào)線的固有特性。阻抗不匹配將引起傳輸信號(hào)的反射,使數(shù)字波形產(chǎn)生振蕩,造成邏輯混亂。由于通信載體是雙絞線,它的特性阻抗為120 Ω左右,所以線路設(shè)計(jì)時(shí),在RS一485網(wǎng)絡(luò)傳輸線的始端和末端各應(yīng)接1只120 Ω的匹配電阻,如圖1所示,以減少線路上傳輸信號(hào)的反射。

2.2 失效保護(hù)

RS一485標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定接收器門限為±200 mV。這樣規(guī)定能夠提供比較高的噪聲抑制能力,但同時(shí)也帶來了一個(gè)問題:當(dāng)總線電壓在±200 mV中間時(shí)接收器輸出狀態(tài)不確定。由于UART以一個(gè)前導(dǎo)“0”觸發(fā)一次接收動(dòng)作,所以接收器的不確定狀態(tài)可能會(huì)使UART錯(cuò)誤地接收一些數(shù)據(jù),導(dǎo)致系統(tǒng)誤動(dòng)作。當(dāng)總線空閑、開路或短路時(shí)都有可能出現(xiàn)兩線電壓差低于200 mV的情況,必須采取一定措施避免接收器處于不確定狀態(tài)。傳統(tǒng)的做法是給總線加偏置,當(dāng)總線空閑或開路時(shí),利用偏置電阻將總線偏置在一個(gè)確定的狀態(tài)(差分電壓≥200 mV),但這種方法仍然不能解決總線短路時(shí)的問題。Maxim公司的MAX3080系列S485接口芯片將接收門限移到一200 mV/一50 mV,巧妙地解決了這個(gè)問題。不但省去了外部偏置電阻,而且解決了總線短路情況下的失效保護(hù)問題。

2.3 地線與接地

電子系統(tǒng)的接地是一個(gè)非常關(guān)鍵而又常常被忽視的問題,接地處理不當(dāng)經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致不能穩(wěn)定工作甚至危及系統(tǒng)安全。對(duì)于RS一485網(wǎng)絡(luò)來講也是一樣,沒有一個(gè)合理的接地系統(tǒng)可能會(huì)使系統(tǒng)的可靠性大打折扣。一個(gè)典型的錯(cuò)誤觀點(diǎn)就是認(rèn)為RS一485通信鏈路不需要信號(hào)地,而只是簡(jiǎn)單地用一對(duì)雙絞線將各個(gè)接口的“A”、“B”端連接起來。這種處理方法在某些情況下也可以工作,但給系統(tǒng)埋下了隱患,主要有以下兩方面的問題:

(1)共模干擾問題。

RS一485接口采用差分方式傳輸信號(hào),并不需要相對(duì)于某個(gè)參照點(diǎn)來檢測(cè)信號(hào),系統(tǒng)只需檢測(cè)兩線之間的電位差就可以了。但應(yīng)該注意的是,收發(fā)器只有在共模電壓不超出一定范圍(一7~+12 V)的條件下才能正常工作。當(dāng)共模電壓超出此范圍就會(huì)影響通信的可靠,直至損壞接口。如圖2所示,當(dāng)發(fā)送器A向接收器B發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),發(fā)送器A的輸出共模電壓為VOS,由于兩個(gè)系統(tǒng)具有各自獨(dú)立的接地系統(tǒng),存在著地電位差VGPD。那么,接收器輸入端的共模電壓就會(huì)達(dá)到VCM=VOS+VGPD。RS一485標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定VOS≤3 V,但VGPD可能會(huì)有很大的幅度(十幾伏甚至數(shù)十伏),并可能伴有強(qiáng)干擾信號(hào),致使接收器共模輸入VCM超出正常范圍,并在信號(hào)線上產(chǎn)生干擾電流,輕則影響正常通信,重則損壞接口。


(2)電磁輻射(EMI)問題。

驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)中的共模部分需要一個(gè)返回通路,如果沒有一個(gè)低阻的返回通道(信號(hào)地),就會(huì)以輻射的形式返回源端,整個(gè)總線就會(huì)像一個(gè)巨大的天線向外輻射電磁波。

因此,盡管是差分傳輸,對(duì)于RS一485網(wǎng)絡(luò)來講,一條低阻的信號(hào)地還是必不可少的。

2.4 瞬態(tài)保護(hù)

前面提到的接地措施只對(duì)低頻率的共模干擾有保護(hù)作用,對(duì)于頻率很高的瞬態(tài)干擾則幾乎無效。因?yàn)橐€電感的作用,對(duì)于高頻瞬態(tài)干擾來講,接地線實(shí)際等同于開路。這樣的瞬態(tài)干擾可能會(huì)有成百上千伏的電壓,但持續(xù)時(shí)間很短。在切換大功率感性負(fù)載(電機(jī)、變壓器、繼電器等)、閃電等過程中都會(huì)產(chǎn)生幅度很高的瞬態(tài)干擾,如果不加以適當(dāng)防護(hù)就會(huì)損壞接口。對(duì)于這種瞬態(tài)干擾可以采用隔離或旁路的方法加以防護(hù)。

圖3(a)所示為隔離保護(hù)方案。這種方案實(shí)際上將瞬態(tài)高壓轉(zhuǎn)移到隔離接口中的電隔離層上,由于隔離層的高絕緣電阻,不會(huì)產(chǎn)生損害性的浪涌電流,起到保護(hù)接口的作用。通常采用高頻變壓器、光耦等元件實(shí)現(xiàn)接口的電氣隔離。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是可以承受高電壓、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的瞬態(tài)干擾,實(shí)現(xiàn)起來也比較容易,缺點(diǎn)是成本較高。

圖3(b)所示為旁路保護(hù)方案。這種方案利用瞬態(tài)抑制元件(如TVS、MOV、氣體放電管等)將危害性的瞬態(tài)能量旁路到大地,優(yōu)點(diǎn)是成本較低,缺點(diǎn)是保護(hù)能力有限,只能保護(hù)一定能量以內(nèi)的瞬態(tài)干擾,持續(xù)時(shí)間不能很長(zhǎng),而且需要有一條良好的接地通道,實(shí)現(xiàn)起來比較困難。實(shí)際應(yīng)用中可以將二者結(jié)合起來靈活運(yùn)用。.隔離接口對(duì)大幅度瞬態(tài)干擾進(jìn)行隔離,而旁路元件保護(hù)隔離接口不被過高的瞬態(tài)電壓擊穿。

2.5 通信規(guī)則

由于RS一485通訊是一種半雙工通訊,發(fā)送和接收共用同一物理信道。在任意時(shí)刻只允許一臺(tái)單機(jī)處于發(fā)送狀態(tài)。因此要求應(yīng)答的單機(jī)必須在偵聽到總線上呼叫信號(hào)已經(jīng)發(fā)送完畢,并且沒有其它單機(jī)發(fā)出應(yīng)答信號(hào)的情況下,才能應(yīng)答。半雙工通訊對(duì)主機(jī)和從機(jī)的發(fā)送和接收時(shí)序有嚴(yán)格的要求。如果在時(shí)序上配合不好,就會(huì)發(fā)生總線沖突,使整個(gè)系統(tǒng)的通訊癱瘓,無法正常工作。要做到總線上的設(shè)備在時(shí)序上的嚴(yán)格配合,必須要遵從以下原則:

(1)復(fù)位時(shí),主從機(jī)都應(yīng)該處于接收狀態(tài)。

以Maxim公司的485接口芯片MAX3082為例。MAX3082芯片的發(fā)送和接收功能轉(zhuǎn)換是由芯片的RE,DE端控制的。RE=l,DE=1時(shí),MAX3082處于發(fā)送狀態(tài);RE=O,DE=O時(shí),MAX3082處于接收狀態(tài)。由于應(yīng)用系統(tǒng)中,主機(jī)與分機(jī)相隔較遠(yuǎn),通信線路的總長(zhǎng)度往往超過400 m,而分機(jī)系統(tǒng)上電或復(fù)位又常常不在同一個(gè)時(shí)刻完成。一般使用微處理器的一根口線連接RE,DE兩端。在上電復(fù)位時(shí),由于硬件電路穩(wěn)定需要一定的時(shí)間,并且微處理器各端口復(fù)位后處于高電平狀態(tài),這樣就會(huì)使總線上各個(gè)分機(jī)處于發(fā)送狀態(tài),再者上電時(shí)各電路不穩(wěn)定,可能向總線發(fā)送信息。因此,如果用一根口線作發(fā)送和接收控制信號(hào),應(yīng)該將口線反向后接入MAX3082的控制端,使上電時(shí)MAX3082處于接收狀態(tài)。

另外,在主從機(jī)軟件上也應(yīng)附加若干處理措施,例如,上電時(shí)或正式通訊之前,對(duì)串行口做幾次空操作,清除端口的非法數(shù)據(jù)和命令。

(2)總線上所連接的各單機(jī)的發(fā)送控制信號(hào)在時(shí)序上完全隔開。

為了保證發(fā)送和接收信號(hào)的完整和正確,避免總線上信號(hào)的碰撞,對(duì)總線的使用權(quán)必須進(jìn)行分配才能避免競(jìng)爭(zhēng)。連接到總線上的單機(jī),其發(fā)送控制信號(hào)在時(shí)間上要完全隔離。

總之,發(fā)送和接收控制信號(hào)應(yīng)該足夠完寬,以保證完整地接收一幀數(shù)據(jù),任意兩個(gè)單機(jī)的發(fā)送控制信號(hào)在時(shí)間上完全分開,避免總線爭(zhēng)端。

3 結(jié)束語

近年來,RS485標(biāo)準(zhǔn)在工業(yè)控制自動(dòng)化、交通控制自動(dòng)化、樓宇自控系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,而且不少現(xiàn)場(chǎng)總總線物理層也采取RS485的電氣標(biāo)準(zhǔn)。文中對(duì)當(dāng)前最流行的外部總線RS-485的可靠性問題做了探討。


本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國(guó)汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場(chǎng)的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開幕式在貴陽(yáng)舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤(rùn)率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長(zhǎng) 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營(yíng)商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱"軟通動(dòng)力")與長(zhǎng)三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉