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單片機(jī)多機(jī)通信系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究

作者: 時(shí)間:2012-03-14 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

概 述

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/171882.htm

在當(dāng)今的儀表及工業(yè)測(cè)控設(shè)備上應(yīng)用非常廣泛。其功能強(qiáng)大、外圍接口電路簡(jiǎn)單,在構(gòu)成分布式時(shí),其優(yōu)越性更顯突出。在分布式中,分機(jī)常采用多機(jī)方式,由于RS-485(以下簡(jiǎn)稱485)接口的傳輸距離遠(yuǎn),連線少,所以被認(rèn)為是一種很好的模式。然而,在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,若使用不當(dāng),485接口會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題:首先是器件經(jīng)常損壞,有時(shí)對(duì)電源進(jìn)行幾次連續(xù)的開關(guān)機(jī)操作之后,通信電路就會(huì)失控;再有,在通信過(guò)程中,數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)常出現(xiàn)誤碼,而且誤碼率很高。在調(diào)試過(guò)程中,有兩次記錄可以證明這一點(diǎn),記錄如表1所列。

表1 調(diào)試記錄
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一、 硬件分析

首先分析通信電路失控的原因。系統(tǒng)在上電復(fù)位階段,所有485芯片都處于輸出狀態(tài),而且只有其中某一臺(tái)分機(jī)發(fā)出數(shù)據(jù)。以這臺(tái)分機(jī)輸出口的狀態(tài)為例進(jìn)行分析,如圖1所示。A、B為485接口的兩只引腳,圖1(圖1a)中的A1~An為高電平,B1~Bn為低電平;而A 為低電平,B為高電平,其中一個(gè)分支的等效電路如圖1(b)所示。由于每個(gè)出口電路的電阻取值相同,都取22Ω,則C點(diǎn)電位接近An點(diǎn)電位。分機(jī)數(shù)量越大,兩點(diǎn)電位就越接近。485芯片為差動(dòng)輸出方式,同時(shí)有拉電流和灌電流存在,電流I=U/R。由于電流I的存在,使485的差動(dòng)輸出端各有0.3V的電壓降。485芯片由輸出口造成的功率損耗為P=2IU0=2(U/R)×0.3=0.6U/R。
U=5-0.3×2=4.4V
R=22Ω
I=U/R=4.4V/22Ω=0.2A
P=0.6×0.2=0.12W=120mW

由于功耗P與485芯片的耗散功率接近,所以485芯片經(jīng)常有損壞的現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問(wèn)題,只有降低485芯片的功率損耗。由功耗P的計(jì)算公式可知,由于電壓一定,只有增大R值,才能減小功耗P。又因?yàn)樵谡顟B(tài)下,485芯片的接收端處于差動(dòng)輸入狀態(tài),這時(shí),起發(fā)送作用的485芯片的輸出端除了導(dǎo)線的分布電容,再無(wú)其它負(fù)載,而在485芯片輸出相位切換時(shí)刻,可將分布電容看作是AB線短路,則I=U/(2R)。從工程應(yīng)用的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中得出, 20mA電流環(huán),可使通信數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

由I=U/(2R)得
R=U/2I=4.4/(20×2)=0.11kΩ=110Ω

在實(shí)際應(yīng)用中,R選用100Ω電阻,經(jīng)過(guò)這樣處理之后, 485芯片再也沒(méi)有出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象。

以上分析是針對(duì)主、分機(jī)采用同一電源的對(duì)于各自獨(dú)立電源供電的通信網(wǎng)絡(luò),485輸出口的狀態(tài)最后仍然等效成如圖1(b)所示電路。

在主機(jī)通信口由輸出轉(zhuǎn)為輸入狀態(tài)時(shí),分機(jī)還沒(méi)有接管通信總線,這時(shí)通信線處于懸浮狀態(tài),極易拾取噪聲。分機(jī)與主機(jī)采用同組電源時(shí),其噪聲幅度與信號(hào)幅度接近,如圖2(a)所示;當(dāng)分機(jī)采用各自獨(dú)立電源時(shí),其噪聲幅度大于2倍信號(hào)幅度,如圖2(b)所示。

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