RS-485總線(xiàn)電平異常解決方案解析

各位工程師是否會(huì )遇到這樣的情況，測試單個(gè)RS-485設備數據無(wú)異常，但設備組網(wǎng)后，就出現通訊數據異?；蜻B接失敗等情況。出錯的原因是什么？本文將從門(mén)限電平為你揭秘RS-485組網(wǎng)異常。

RS-485總線(xiàn)是具有結構簡(jiǎn)單、通信距離遠、通信速度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應用于工業(yè)通訊、電力監控以及儀器儀表等行業(yè)。若總線(xiàn)上接有終端電阻，則在總線(xiàn)空閑狀態(tài)時(shí)，RS-485總線(xiàn)AB差分電壓可能處于門(mén)限電平（±200mV）之內，這時(shí)可能會(huì )導致通信出錯，那么，出錯的原因是什么？MCU接收到的數據會(huì )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(wú)校驗位的UART時(shí)序圖，當使用UART進(jìn)行通信時(shí)，MCU在檢測到起始位后開(kāi)始接收其后的數據。

圖 1  無(wú)校驗位，8位數據位，串口時(shí)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(gè)高電平+1個(gè)低電平）并且采樣序列1和采樣序列2均為0時(shí)，STM32檢測到一個(gè)起始位。

每個(gè)位采樣16次，采樣點(diǎn)的間隔時(shí)間為tbit/16，tbit為每個(gè)位的時(shí)間，例如通信波特率為115.2kbps，則tbit=1/115.2k=8.68us，則采樣點(diǎn)的間隔時(shí)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(mén)限電平為例進(jìn)行說(shuō)明，當AB差分電壓處于±200mV之內時(shí)，模塊RXD引腳輸出狀態(tài)不確定。

當總線(xiàn)變?yōu)榭臻e時(shí)，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(gè)0x00。

圖 3  RSM485PCHT門(mén)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A(yíng)B差分電壓處于±200mV門(mén)限電平之內時(shí)輸出高電平，收發(fā)器2在A(yíng)B差分電壓處于±200mV門(mén)限電平之內時(shí)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(gè)0x00數據。

圖 4  數據后多0x00

如圖 5所示，若總線(xiàn)上持續存在數據信號或連續發(fā)送多個(gè)字節數據，在數據之間存在的空閑狀態(tài)可能會(huì )被收發(fā)器2識別為1個(gè)起始位，從而導致數據連續錯誤。

圖 5  數據連續錯誤

3、 解決方案

總線(xiàn)空閑時(shí)若AB差分電壓處于門(mén)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(xiàn)空閑時(shí)AB差分電壓處于門(mén)限電平之內。

方案一：在總線(xiàn)組網(wǎng)距離偏長(cháng)時(shí)，為避免因為總線(xiàn)信號反射而導致通訊異常的情況，都會(huì )增加終端電阻來(lái)解決總線(xiàn)反射問(wèn)題，但此時(shí)總線(xiàn)電平會(huì )被拉低，從而增大總線(xiàn)空閑時(shí)AB差分電壓處于門(mén)限電平之內的風(fēng)險，具體入下圖6所示。面對此類(lèi)應用可使用致遠電子RSM(3)485PCHT模塊，RS-485接口設計時(shí)可通過(guò)外置一個(gè)較小值的上下拉電阻調節空閑狀態(tài)時(shí)的電壓值，使電平處于門(mén)限電平外，具體的幅值變化如下圖7所示。

圖6  終端電阻對總線(xiàn)電平影響

圖7  RSM(3)485PCHT實(shí)物及應用連接圖

方案二：組網(wǎng)中增加終端電阻后，同樣可使用致遠電子RSM(3)485ECHT模塊，RSM(3)485ECHT具備極高的總線(xiàn)兼容性門(mén)限電平為-40mV~-20mV，具體如下圖8所示，在總線(xiàn)電平被終端電阻拉低時(shí)（最壞情況總線(xiàn)高電平幅值為0V）仍可識別總線(xiàn)電平，保證通訊的穩定性。

圖8  RSM(3)485ECHT實(shí)物圖及門(mén)限電平參數