实用四线制全双工RS-485中继器

出处:电子技术网 发布于:2013-09-18 09:26:40

  摘要:在应用RS485组网过程中,想要保证较高传输速率,又有较远的传输距离,采用中继器是一个便捷的方法。图1所示中继器电路是四线制全双工RS-485中继器电路,整机功耗极低。

  1.引言

  理论上RS-485的传输距离为4000英尺(约1219米),传输速率为10Mb/s.但其平衡双绞线的传输距离与传输速率成反比,只有在100kb/s速率以下,才可能达到传输距离。要获得速率传输只能在很短的传输距离下连接。一般100米长的双绞线上所能获得的传输速率仅为1Mb/s.想要保证较高传输速率,又有较远的传输距离,采用中继器是一个便捷的方法。中继器可以将较长的传输线分隔成两段,从而减低传输线的欧姆阻抗、线间电容、集肤效应等引起的信号畸变,从而保证在较高传输速率下,增加传输距离。

  RS-485有两线制和四线制两种接线方式,采用二线方式,二线制可实现真正的多点双向通信。而采用四线连接时,只能实现点对多的全双工通信,即只能有一个主(Master)设备,其余为从设备。无论四线还是二线连接方式,总线上均可挂接多达128个设备。

  以下介绍一种笔者在长期实践的基础上,设计的实用四线制全双工RS-485中继器。

  2.四线制中继器原理

  中继器原理图如图1所示。其中,U1和U2是中继器的收发芯片对,负责对RS-485串行数据进行中继转发,采用Maxim公司的3.3V低功耗全双工RS-485收发器芯片MAX3491,单片待机时电流为1mA,U3、U4均采用HC型逻辑电路,待机电流更小,大大降低了整机功耗。

  

  由于MAX3491芯片已内置网络失效保护电路,所以只需要在传输线上简单匹配120欧姆的终端电阻即可。

  U3与U4按图1连接,组成两个一模一样的数据脉冲监测电路,分别监测TXD和RXD总线上是否有数据脉冲,当检测到有数据脉冲时,就会使能对应的驱动器,让数据脉冲以RS-485电平转发出去。

  发送总线TXD和接收总线RXD上都没数据时,图1的Ro及To处均为高电平,Re和Te处则为低电平,对应的驱动器都关闭,为低功耗待机状态。当J1的3、4脚,即接收总线RXD上有数据时,经U2的接收器解调后由2脚输出,送到U1的驱动器的输入端5脚。同时Ro端的下降沿使得电容C1放电为低电平,经U3B后解除触发器U4A的置零状态,同时Ro端的下降沿经U3A后,使触发器U4A的置位,Re变为高电平,使能U1的驱动器将5脚输入的数据以RS-485电平转发出去。当一个数据字节传输完成时,即当在一个内定的时间间隔内Ro没有下降沿发生,经R1对C1充电到位,会令触发器U4A进入置零状态,Re变低电平令驱动器关闭,并等待下一个数据字节来临。改变R1的数值可以调整时间间隔的长短,按图1的数值时间间隔约为700μs.

  同样的,发送总线TXD上有数据时,经以上的同样流程,数据亦会经由U1、U2转发出去。这样就实现了数据的双向中继传输。

  由于RS-485标准只对接口的电气特性做出规定,没有硬性指定接插件端子分配,应用中可以按实际灵活调整设计。图1中J1、J2端子是按照Nport5150标准的接口定义来分配的。

  Nport5150的接口定义如图2所示,它支持232、422、485三种连接方式。本设计引用其中的四线制RS-485定义。

  

  3.结语

  如图1所示四线制RS485中继器,除接插件J1-J3以及电解电容用直插元件外,其余全部用贴片元件,整个电路板设计可以压缩为火柴盒大小。实体电路经过实地测试,性能满足设计要求,收到了良好的效果;采用了低功耗芯片,整机功耗很低,同时小体积的设计使它容易融合进各种工业组网应用的布线环境。(作者:陈伟忠)

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