RS-485總線電平異常解決方案解析

作者：時間：2019-11-13 來源：電子產品世界

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各位工程師是否會遇到這樣的情況，測試單個RS-485設備數據無異常，但設備組網后，就出現通訊數據異常或連接失敗等情況。出錯的原因是什么？本文將從門限電平為你揭秘RS-485組網異常。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/201911/407041.htm

RS-485總線是具有結構簡單、通信距離遠、通信速度高、成本低等優(yōu)點，廣泛應用于工業(yè)通訊、電力監(jiān)控以及儀器儀表等行業(yè)。若總線上接有終端電阻，則在總線空閑狀態(tài)時，RS-485總線AB差分電壓可能處于門限電平（±200mV）之內，這時可能會導致通信出錯，那么，出錯的原因是什么？MCU接收到的數據會發(fā)生什么樣的變化？

1、數據出錯的原因

如圖 1所示為8位數據位無校驗位的UART時序圖，當使用UART進行通信時，MCU在檢測到起始位后開始接收其后的數據。

圖 1 無校驗位，8位數據位，串口時序圖

如圖 2所示為STM32串口外設檢測到起始位的條件，當檢測到下降沿（3個高電平+1個低電平）并且采樣序列1和采樣序列2均為0時，STM32檢測到一個起始位。

每個位采樣16次，采樣點的間隔時間為tbit/16，tbit為每個位的時間，例如通信波特率為115.2kbps，則tbit=1/115.2k=8.68us，則采樣點的間隔時間為8.68us/16=0.5425us。

圖 2 STM32串口外設檢測到起始位的條件

下面以RSM485PCHT的門限電平為例進行說明，當AB差分電壓處于±200mV之內時，模塊RXD引腳輸出狀態(tài)不確定。

當總線變?yōu)榭臻e時，若RXD引腳輸出低電平，則可能導致MCU接收到錯誤數據或MCU在正常數據后誤接收1個0x00。

圖 3 RSM485PCHT門限電平

2、數據發(fā)生了什么變化?

如圖 4所示，收發(fā)器1在AB差分電壓處于±200mV門限電平之內時輸出高電平，收發(fā)器2在AB差分電壓處于±200mV門限電平之內時輸出低電平，可以看出，收發(fā)器2可能導致MCU接收到錯誤的數據，并且在數據后誤接收到1個0x00數據。

圖 4 數據后多0x00

如圖 5所示，若總線上持續(xù)存在數據信號或連續(xù)發(fā)送多個字節(jié)數據，在數據之間存在的空閑狀態(tài)可能會被收發(fā)器2識別為1個起始位，從而導致數據連續(xù)錯誤。

圖 5 數據連續(xù)錯誤

3、解決方案

總線空閑時若AB差分電壓處于門限電平之內，則可能導致數據出錯，可以使用如下方法避免總線空閑時AB差分電壓處于門限電平之內。

方案一：在總線組網距離偏長時，為避免因為總線信號反射而導致通訊異常的情況，都會增加終端電阻來解決總線反射問題，但此時總線電平會被拉低，從而增大總線空閑時AB差分電壓處于門限電平之內的風險，具體入下圖6所示。面對此類應用可使用致遠電子RSM(3)485PCHT模塊，RS-485接口設計時可通過外置一個較小值的上下拉電阻調節(jié)空閑狀態(tài)時的電壓值，使電平處于門限電平外，具體的幅值變化如下圖7所示。