工業(yè)遠(yuǎn)距離通信使用的RS232至RS485轉(zhuǎn)換器
與之形成鮮明對(duì)比的是,RS-485是一種使用差分信號(hào)傳輸?shù)钠胶饨涌?,從而讓其擁有較高的共模噪聲抗擾性。因此,延長(zhǎng)RS-232數(shù)據(jù)鏈路傳輸距離和實(shí)現(xiàn)多總線節(jié)點(diǎn)連接,要求通過接口轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為RS-485信號(hào)(參見圖1)。
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圖 1 短距、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈路到遠(yuǎn)距、多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換
圖2顯示了一個(gè)低功耗、隔離式轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的原理圖。這里,一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)的RS-232串行端口連接至左側(cè)的SUB-D9接口。
圖2 使用自動(dòng)選向控制的隔離式RS-232到RS-485轉(zhuǎn)換器。
個(gè)人計(jì)算機(jī)串行端口包含一個(gè)RS-232驅(qū)動(dòng)器和接收器芯片,芯片將其內(nèi)部5V邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換為接口處更高的±8V到±13V電平。這些高壓總線信號(hào)再通過另一個(gè)RS-232芯片轉(zhuǎn)換回標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平,以同RS-485收發(fā)器進(jìn)行通信。
在發(fā)送方向,485收發(fā)器將來自RS-232接收器輸出的邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分總線信號(hào)。在接收方向,它將差分總線信號(hào)轉(zhuǎn)換成進(jìn)入RS-232驅(qū)動(dòng)器輸入端的單端、低壓信號(hào)。
RS-485收發(fā)器包括一個(gè)電容式隔離層,其實(shí)現(xiàn)總線端與邏輯控制端之間的電流隔離,從而消除了總線節(jié)點(diǎn)之間的接地電流。
在總線端,這種轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)擁有數(shù)個(gè)確保可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑?。跳線J1和J2在總線空載期間激活故障保護(hù)偏壓網(wǎng)絡(luò)。如果這種轉(zhuǎn)換器安裝在總線端,則通過跳線J3可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)120歐姆端接電阻器。
一個(gè)瞬態(tài)抑制器通過鉗制接地電位,保護(hù)收發(fā)器免受危險(xiǎn)瞬態(tài)過電壓的損害。為了將瞬態(tài)電流分流至地電位,要求使用一個(gè)高壓電容器,以在浮動(dòng)總線接地和保護(hù)接地(PE)之間提供AC耦合。一般而言,我們使用一條短單芯導(dǎo)線(18 AWG)來實(shí)現(xiàn)到PE端或機(jī)殼接地的連接。
信號(hào)通路隔離還要求電源隔離。這里,我們通過一個(gè)低壓降電壓調(diào)節(jié)器(LDO)對(duì)總線電源(3.3V到10V)進(jìn)行調(diào)節(jié)。然后,把它用于收發(fā)器總線電源(Vcc2)和一個(gè)隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器。這種轉(zhuǎn)換器由變壓器驅(qū)動(dòng)器、隔離變壓器和一個(gè)次LDO(為邏輯端電路供電)組成。
更老一點(diǎn)的轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)有時(shí)會(huì)使用一個(gè)請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)(RTS)來將RS-485收發(fā)器從接模式切換到發(fā)送模式。但是,在一些計(jì)算機(jī)應(yīng)用中,RTS生成接口軟件運(yùn)行在Windows®下,并非實(shí)時(shí)。因此,如果Windows決定將其處理時(shí)間用于另一個(gè)應(yīng)用程序、屏幕保護(hù)程序或者殺毒軟件,則RTS可能就無法實(shí)時(shí)地將收發(fā)器切換回接收模式,因此另一個(gè)總線節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的數(shù)據(jù)便可能會(huì)丟失。
圖2所示轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)通過實(shí)現(xiàn)一種自動(dòng)選向功能消除了出現(xiàn)上述狀況的可能性。這種自動(dòng)選向檢測(cè)通過一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。觸發(fā)器的輸出由232接收器輸出觸發(fā)為高。默認(rèn)情況下,RS-485收發(fā)器處于接收模式。當(dāng)單穩(wěn)態(tài)輸出變?yōu)楦邥r(shí),它便將收發(fā)器切換到發(fā)送模式。
該單穩(wěn)態(tài)輸出的時(shí)間常量由一個(gè)R-C網(wǎng)絡(luò)定義。數(shù)據(jù)速率為9600 bps,2ms高態(tài)時(shí)間時(shí),C = 220 nF,而R = 10 kOhm;數(shù)據(jù)速率為1200 bps,20ms高態(tài)時(shí)間時(shí),R = 100 kOhm。當(dāng)高態(tài)時(shí)間結(jié)束后,單穩(wěn)態(tài)輸出再次回到低,從而將收發(fā)器切換回接收模式。盡管自動(dòng)選向功能依賴于數(shù)據(jù)速率,但其仍然是防止數(shù)據(jù)丟失的一種可靠方法。
評(píng)論