一種微功耗的RS485中繼器的設(shè)計(jì)方案

引 言：

　　在通信距離為幾十米到上千米時(shí)，RS485收發(fā)器被廣泛使用。RS485收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力，加上接收器具有高的靈敏度，能檢測低達(dá)200mV的電壓，故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。

　　使用RS485總線，一對(duì)雙絞線就能實(shí)現(xiàn)多站聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)成分布式系統(tǒng)。它的設(shè)備簡單、價(jià)格低廉、能進(jìn)行長距離通信，故在工程項(xiàng)目中得到了廣泛應(yīng)用。但是如果工程需要更長的通信距離，超出RS485接口能夠提供的可靠傳送數(shù)據(jù)范圍時(shí)，單一的RS485通信控制芯片對(duì)就無法完成了。這時(shí)，必須在傳輸線路中增加中繼器。

　　筆者在長期實(shí)踐的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種微功耗的RS485中繼器，經(jīng)實(shí)地測試，通信距離可達(dá)原來的1.8倍。

　　1 中繼器原理

　　中繼器原理圖如圖1所示。其中，U1和U2是中繼器的收發(fā)芯片對(duì)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收發(fā)或發(fā)收，采用SIPex公司的3V低功耗芯片SP3485，單片待機(jī)時(shí)電流為10 μA，其他邏輯電路均采用HC型，待機(jī)電流2 μA，大大降低了系統(tǒng)功耗。

　　圖1原理圖

　　低待機(jī)電流和真失效保護(hù)是該應(yīng)用的兩個(gè)關(guān)鍵特性。RS485是一種半雙工通信標(biāo)準(zhǔn)，必須控制好總線的收發(fā)狀態(tài)。當(dāng)RS485輸入開路，或者已經(jīng)終端匹配且沒有驅(qū)動(dòng)的情況下，U1和U2將使其接收端輸出(RO)為高電平。在差分輸入端A1和B1處，如果有輸入的字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)，則在U1的RO端將產(chǎn)生一個(gè)電壓躍變，由觸發(fā)器74HC74及與非門74HC00組成的狀態(tài)機(jī)在RO的下降沿鎖定為ON狀態(tài)。狀態(tài)機(jī)將U2的驅(qū)動(dòng)器使能引腳(DE)拉為高電平，使輸入數(shù)據(jù)字節(jié)從U2以RS485電平轉(zhuǎn)發(fā)出去。

　　狀態(tài)機(jī)一直監(jiān)視RO引腳的電壓躍變。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)傳輸完成時(shí)(當(dāng)在一個(gè)內(nèi)定的時(shí)間間隔內(nèi)沒有下降沿加在狀態(tài)機(jī)上時(shí)，即表示字節(jié)傳輸完畢)，狀態(tài)機(jī)自動(dòng)復(fù)位，并等待任何一側(cè)接口上的下一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)。

　　一幀數(shù)據(jù)到達(dá)U1后，被轉(zhuǎn)發(fā)至U2的A2端口和B2端口輸出。在最后一次跳變700μs后U2釋放其輸出。其他的時(shí)間延遲可以通過調(diào)整圖1中的R1/C1和R2/C2得到。

　　同樣，如果一幀數(shù)據(jù)到達(dá)U2后，將被轉(zhuǎn)發(fā)至U1的A1端口和B1端口輸出。這樣就實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的雙向傳輸，并且由于中繼的原因，理論上通信距離會(huì)增至原來的2倍。