RS485串行通訊需注意

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(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)動總線，具體規(guī)格要求：接收器的輸入電阻Rin≥12 kΩ；驅(qū)動器能輸出±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“0”；(V+)一(V一)≤一0．2 V，表示信號“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?br />
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的信號線應(yīng)考慮阻抗匹配問題，所謂阻抗匹配即信號線的負(fù)載應(yīng)與信號線的特性阻抗相等。特性阻抗與信號線的寬度、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)，是信號線的固有特性。阻抗不匹配將引起傳輸信號的反射，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的反射。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/201612/330810.htm2．2 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)一次接收動作，所以接收器的不確定狀態(tài)可能會使UART錯(cuò)誤地接收一些數(shù)據(jù)，導(dǎo)致系統(tǒng)誤動作。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)常會導(dǎo)致不能穩(wěn)定工作甚至危及系統(tǒng)安全。對于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地，而只是簡單地用一對雙絞線將各個(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，并不需要相對于某個(gè)參照點(diǎn)來檢測信號，系統(tǒng)只需檢測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達(dá)到VCM=VOS+VGPD。RS一485標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定VOS≤3 V，但VGPD可能會有很大的幅度(十幾伏甚至數(shù)十伏)，并可能伴有強(qiáng)干擾信號，致使接收器共模輸入VCM超出正常范圍，并在信號線上產(chǎn)生干擾電流，輕則影響正常通信，重則損壞接口。