RS485串行通訊需注意

在進(jìn)行嵌入式系統開(kāi)發(fā)時(shí)，微處理器要與不同的設備實(shí)現互連，這就需要建立統一的通信總線(xiàn)標準。通信總線(xiàn)可分為并行總線(xiàn)和串行總線(xiàn)，并行通信速度快、實(shí)時(shí)性好，但占用的口線(xiàn)多，不宜于小型化產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)；串行通信速率雖低，但在數據通信吞吐量不是很大的微處理電路中顯得更加簡(jiǎn)易、方便、靈活。串行通信總線(xiàn)的種類(lèi)繁多，文中就當前嵌入式系統開(kāi)發(fā)中最常用的RS485總線(xiàn)的通信可靠性做分析，希望對設計者有所幫助。

1 RS485標準

RS485是串行數據接口標準，由電子工業(yè)協(xié)會(huì )(EIA)制訂并發(fā)布的，它是在RS-422基礎上制定的標準，RS一485標準采用平衡式發(fā)送，差分式接收的數據收發(fā)器來(lái)驅動(dòng)總線(xiàn)，具體規格要求：接收器的輸入電阻Rin≥12 kΩ；驅動(dòng)器能輸出±7 V的共模電壓；輸入端的電容≤50 pF；在節點(diǎn)數為32個(gè)，配置了120 Ω的終端電阻的情況下，驅動(dòng)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(xiàn)的參數有關(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”)因為RS一485的遠距離、多節點(diǎn)(32個(gè))以及傳輸線(xiàn)成本低的特性，使得EIA RS-485成為工業(yè)應用中數據傳輸的首選標準。

2 RS485數據傳輸的可靠性

RS485總線(xiàn)屬于外部總線(xiàn)，外部總線(xiàn)用于與外部設備進(jìn)行信息和數據交換，是設備級的。

RS一485標準所具有的噪聲抑制能力、數據傳輸速率、電纜長(cháng)度及可靠性是其他標準無(wú)法比擬的。然而在實(shí)際應用中，往往分散控制單元數量較多、分布較遠、現場(chǎng)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(xiàn)在實(shí)際應用中的可靠性，應注意以下幾個(gè)問(wèn)題。

2．1 阻抗匹配

RS一485的信號線(xiàn)應考慮阻抗匹配問(wèn)題，所謂阻抗匹配即信號線(xiàn)的負載應與信號線(xiàn)的特性阻抗相等。特性阻抗與信號線(xiàn)的寬度、與地線(xiàn)層的距離以及板材的介電常數等物理因素有關(guān)，是信號線(xiàn)的固有特性。阻抗不匹配將引起傳輸信號的反射，使數字波形產(chǎn)生振蕩，造成邏輯混亂。由于通信載體是雙絞線(xiàn)，它的特性阻抗為120 Ω左右，所以線(xiàn)路設計時(shí)，在RS一485網(wǎng)絡(luò )傳輸線(xiàn)的始端和末端各應接1只120 Ω的匹配電阻，如圖1所示，以減少線(xiàn)路上傳輸信號的反射。

本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201612/330810.htm2．2 失效保護

RS一485標準規定接收器門(mén)限為±200 mV。這樣規定能夠提供比較高的噪聲抑制能力，但同時(shí)也帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題：當總線(xiàn)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“0”觸發(fā)一次接收動(dòng)作，所以接收器的不確定狀態(tài)可能會(huì )使UART錯誤地接收一些數據，導致系統誤動(dòng)作。當總線(xiàn)空閑、開(kāi)路或短路時(shí)都有可能出現兩線(xiàn)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)。傳統的做法是給總線(xiàn)加偏置，當總線(xiàn)空閑或開(kāi)路時(shí)，利用偏置電阻將總線(xiàn)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(xiàn)短路時(shí)的問(wèn)題。Maxim公司的MAX3080系列S485接口芯片將接收門(mén)限移到一200 mV／一50 mV，巧妙地解決了這個(gè)問(wèn)題。不但省去了外部偏置電阻，而且解決了總線(xiàn)短路情況下的失效保護問(wèn)題。

2．3 地線(xiàn)與接地

電子系統的接地是一個(gè)非常關(guān)鍵而又常常被忽視的問(wèn)題，接地處理不當經(jīng)常會(huì )導致不能穩定工作甚至危及系統安全。對于RS一485網(wǎng)絡(luò )來(lái)講也是一樣，沒(méi)有一個(gè)合理的接地系統可能會(huì )使系統的可靠性大打折扣。一個(gè)典型的錯誤觀(guān)點(diǎn)就是認為RS一485通信鏈路不需要信號地，而只是簡(jiǎn)單地用一對雙絞線(xiàn)將各個(gè)接口的“A”、“B”端連接起來(lái)。這種處理方法在某些情況下也可以工作，但給系統埋下了隱患，主要有以下兩方面的問(wèn)題：

(1)共模干擾問(wèn)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(lái)檢測信號，系統只需檢測兩線(xiàn)之間的電位差就可以了。但應該注意的是，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。當共模電壓超出此范圍就會(huì )影響通信的可靠，直至損壞接口。如圖2所示，當發(fā)送器A向接收器B發(fā)送數據時(shí)，發(fā)送器A的輸出共模電壓為VOS，由于兩個(gè)系統具有各自獨立的接地系統，存在著(zhù)地電位差VGPD。那么，接收器輸入端的共模電壓就會(huì )達到VCM=VOS+VGPD。RS一485標準規定VOS≤3 V，但VGPD可能會(huì )有很大的幅度(十幾伏甚至數十伏)，并可能伴有強干擾信號，致使接收器共模輸入VCM超出正常范圍，并在信號線(xiàn)上產(chǎn)生干擾電流，輕則影響正常通信，重則損壞接口。