FTT-10A收發(fā)器及其在測控系統中的應用

關(guān)鍵詞：FTT-10A；同步；曼徹斯特編碼；拓撲結構

以單片機為主體構成的測控系統，由于其結構簡(jiǎn)單、工作穩定可靠，而在工業(yè)控制、智能測試設備等領(lǐng)域得到了廣泛應用。隨著(zhù)計算機、通信、網(wǎng)絡(luò )、控制技術(shù)及微處理器的發(fā)展，用戶(hù)還可以將微處理器嵌入到各種儀器設備中，再利用微處理器的通信端口將現場(chǎng)采集的數據上傳給上位機，由上位機對數據進(jìn)行處理并監控現場(chǎng)的各種智能儀器和設備。

一般的單片機都集成了串行通信口，這些串行通信口可以通過(guò)ＲＳ４８５總線(xiàn)或其它的總線(xiàn)方式組成總線(xiàn)型通信網(wǎng)絡(luò )，從而將多臺單片機系統連接在一起，形成分布式測控系統。這種結構具有簡(jiǎn)單靈活且易于控制等特點(diǎn)，但是要安全可靠地實(shí)現數據的傳輸，還要在智能儀器設備上配備合適的通訊接口。一般可選擇ＲＳ２３２、ＲＳ４２２、ＲＳ４８５等接口電路。有關(guān)這些接口電路的應用介紹已經(jīng)很多，而本文要介紹的是ＥＣＨＥＬＯＮ公司生產(chǎn)的雙絞線(xiàn)收發(fā)器ＦＴＴ－１０Ａ，它可以在微處理器通信端口和物理介質(zhì)間提供一個(gè)物理接口。

１?。疲裕裕保埃潦瞻l(fā)器的性能

ＦＴＴ－１０Ａ收發(fā)器主要由一個(gè)隔離變壓器和一個(gè)差分曼徹斯特編碼器組成。其引腳排列如圖１所示。它由５Ｖ電源供電。ＮＥＴ－Ａ、ＮＥＴ－Ｂ是兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )接口，此接口沒(méi)有極性要求。ＲＸＤ、ＴＸＤ分別是數據接收和發(fā)送端口，ＣＬＫ為收發(fā)器時(shí)鐘輸入端，Ｔ１、Ｔ２則用來(lái)提供鉗位和瞬時(shí)電壓保護。

收發(fā)器所帶的變壓器隔離接口可滿(mǎn)足系統的高性能、高共模隔離，同時(shí)具有隔離噪聲作用，可防止干擾信號進(jìn)入傳輸網(wǎng)絡(luò )中。它支持無(wú)極性自由拓撲結構，從而可使系統安裝不再局限于總線(xiàn)結構。也就是說(shuō)，此收發(fā)器支持星型、環(huán)型接線(xiàn)。自由拓撲結構通過(guò)最簡(jiǎn)單的接線(xiàn)方式減少了系統安裝的時(shí)間和費用，從而可使任務(wù)以最快的方式完成。由于減少了對通信線(xiàn)的拓撲、接合和節點(diǎn)位置的限制，因而使得網(wǎng)絡(luò )更易于擴展。兩個(gè)ＦＴＴ－１０Ａ收發(fā)器還可以背靠背用作數字式重復器，同時(shí)可在一個(gè)信道上增加傳輸距離或節點(diǎn)數量。

ＦＴＴ－１０Ａ的通信速率一般為７８ｋｂｐｓ?但用于自由拓撲結構時(shí)，通信距離較短（只有５００米），而采用雙端總線(xiàn)結構時(shí)卻有２７００米。它可工作在５ＭＨｚ、１０ＭＨｚ或２０ＭＨｚ頻率下，并可自動(dòng)進(jìn)行時(shí)鐘檢測。

ＦＴＴ－１０Ａ使用的編碼方式是差分曼徹斯特編碼，其編碼規律如下：

●每個(gè)碼元中間時(shí)刻均有電平變化。

●“１”表示電平在中間由高到低；“０”表示電平在中間由低到高。

這種編碼的特點(diǎn)是：每比特中間的跳變可做同步使用，數據的表現依據其開(kāi)始是否變化來(lái)決定，出現跳變時(shí)為“０”，沒(méi)有跳變時(shí)為“１”。這種編碼所提供的數據格式使得數據可在多種媒介中傳輸。圖２所示是其編碼的過(guò)程和波形。從圖中也可看出：在信號位中間總是將信號反相，這就是差分曼徹斯特編碼對信號的極性不敏感的原因，所以通信鏈路中的極性變化不會(huì )影響數據的接收。這一點(diǎn)對于遠程通信很有用。

２ ＦＴＴ－１０Ａ和ＭＣＵ組成的測控系統

因為ＦＴＴ－１０Ａ可保證可靠的數據傳輸，因此，它可廣泛地應用于控制網(wǎng)絡(luò )中。但目前主要是在基于ＮＥＵＲＯＮ芯片的控制系統中將ＦＴＴ－１０Ａ的ＴＸＤ、ＲＸＤ分別與神經(jīng)元芯片的通信端口ＣＰ１、ＣＰ０相連。根據它的特性及其自身結構的特點(diǎn)，可將其應用于一般的單片機控制系統中，以提高單片機遠程通信的可靠性。

數據一般是以數字信號的形式來(lái)傳輸的。隨著(zhù)距離的增加和信號傳輸速率的提高，特別是當高速變化的信號在長(cháng)線(xiàn)中傳輸時(shí)，由于阻抗的不匹配，而可能會(huì )出現反射現象，從而導致信號波形發(fā)生改變，或出現有害干擾脈沖而使信號傳輸的可靠性受到影響。在傳統的控制系統中，一般采用總線(xiàn)拓撲結構（如ＲＳ－４８５），并通過(guò)屏蔽的雙絞線(xiàn)將一個(gè)線(xiàn)路的接收和發(fā)送控制連在一起，按照ＲＳ－４８５規范，所有的設備必須通過(guò)總線(xiàn)相連，以限制線(xiàn)路反射和確保通信可靠，但這卻增加了整個(gè)網(wǎng)絡(luò )安裝和維護的時(shí)間和費用。而ＦＴＴ－１０Ａ收發(fā)器則恰好克服了上述缺點(diǎn)，且可降低安裝和維護費用，同時(shí)也便于靈活組網(wǎng)。

由于ＦＴＴ－１０Ａ使用的是曼徹斯特編碼方式，這種編碼方式自帶信號傳送的同步信息，因此，ＦＴＴ－１０Ａ以自同步的方式來(lái)進(jìn)行數據的傳輸。而一般的單片機（如ＭＣＳ－５１系列單片機）自帶的是異步串行通信端口，這樣，若想將ＦＴＴ－１０Ａ收發(fā)器與此類(lèi)單片機相連并實(shí)現通信，則必須加一轉換電路，也可用專(zhuān)門(mén)的芯片（如Ｉｎｔｌ８２５１）在ＭＣＵ與ＦＴＴ－１０Ａ之間進(jìn)行轉換，以保證做到同步串行通信。８２５１作為串行通信的擴展接口芯片，它具有同步和異步兩種工作方式（可通過(guò)編程來(lái)決定）。在同步方式時(shí)，每字符占５～８位，可以?xún)韧?，也可外同步。同步發(fā)送時(shí)，發(fā)送器最先發(fā)送的是同步字符（ＳＹＮ）?隨后通過(guò)單片機數據線(xiàn)將數據并行送入８２５１并經(jīng)過(guò)８２５１的發(fā)送器將數據以串行形式輸出，這時(shí)發(fā)送的數據不用附加任何成幀信號。而在同步接收時(shí)，它首先搜索同步字，并與預先存放的同步字符相比較，以確認是否達到同步。因此可根據８２５１與ＦＴＴ－１０Ａ收發(fā)器的結構特點(diǎn)，將ＦＴＴ－１０Ａ的ＲＸＤ、ＴＸＤ分別與８２５１的ＴＸＤ、ＲＸＤ相接。具體實(shí)現信號傳輸的硬件電路簡(jiǎn)圖如圖３所示，它們的時(shí)鐘均可由單片機經(jīng)過(guò)組合后獲得。

在ＲＳ－４８５所組成的測控系統中，由于ＲＳ－４８５總線(xiàn)信號是由有極性的差分信號來(lái)傳輸的，因而不能反接，這在通訊距離較遠或網(wǎng)絡(luò )上節點(diǎn)較多時(shí)會(huì )給接線(xiàn)帶來(lái)很多的麻煩，甚至會(huì )影響信號的正常傳輸。因此，設計時(shí)可利用ＦＴＴ－１０Ａ支持無(wú)極性拓撲結構這一特點(diǎn)，在單片機與ＲＳ－４８５驅動(dòng)芯片之間用ＦＴＴ－１０Ａ收發(fā)器將極性信號進(jìn)行曼徹斯特編碼，從而使調制后的信號對極性無(wú)要求，便于遠程傳輸。同時(shí)在網(wǎng)絡(luò )安裝和維護上也能夠節省大量的時(shí)間和費用。由此可見(jiàn)，利用這一方案應該是很有實(shí)用價(jià)值的。