RS485自助收發(fā)控制原理

概述

RS485抗噪音抗干擾能力強、傳輸距離遠(yuǎn)、支持多點通信，是工控行業(yè)首選串行接口。485規(guī)定的電氣特性為2線，半雙工多點通信。采用兩線差分信號傳輸數(shù)據(jù)，具有抗共模干擾的能力。它使用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B。通常情況下，RS-485的信號在傳送出去之前會先分解成正負(fù)對稱的兩條線路（即我們常說的A、B信號線），當(dāng)?shù)竭_(dá)接收端后，再將信號相減還原成原來的信號。發(fā)送驅(qū)動器A、B之間的正電平在+2～+6V，是一個邏輯狀態(tài)；負(fù)電平在-2～-6V，是另一個邏輯狀態(tài)；另有一個信號地C，在RS-485中還有一“使能”端?！笆鼓堋倍耸怯糜诳刂瓢l(fā)送驅(qū)動器與傳輸線的切斷與連接。當(dāng)“使能”端起作用時，發(fā)送驅(qū)動器處于高阻狀態(tài)，稱作“第三態(tài)”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態(tài)。接收器也與發(fā)送端相對的電平邏輯規(guī)定，收、發(fā)端通過平衡雙絞線將AA與BB對應(yīng)相連，當(dāng)在接收端AB之間（DT）＝（D+）-（D-）有大于+200mV的電平時，輸出正邏輯電平，小于-200mV時，輸出負(fù)邏輯電平。接收器接收平衡線上的電平范圍通常在200mV至6V之間。由于是半雙工模式，因此通訊時需要切換收發(fā)狀態(tài)。帶收發(fā)控制腳的485在編程時需要切換控制端電平，增加了程序的復(fù)雜度。為了編程方便，常常將電路改為自動收發(fā)電路。這種采用分立元件搭建非隔離自動收發(fā)RS485電路的優(yōu)點在于控制簡單，收發(fā)控制腳不需要程序干預(yù)。

雖然采用分立元件搭建的非隔離RS485自動收發(fā)電路解決了帶收發(fā)控制腳非隔離RS485電路編程上操作復(fù)雜的問題，但受三極管切換速度、收發(fā)器內(nèi)部接口阻抗等影響，分立元件搭建的自動收發(fā)切換電路降低了系統(tǒng)穩(wěn)定運行的最大波特率。

主要性能指標(biāo)

實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動收發(fā)，且在115200波特率條件下能正常通信。

電路功能實現(xiàn)

控制基本原理：

485芯片采用DS75176，電路使用NMOS管2N7002K作為開關(guān)切換收發(fā)。電阻R1、電阻R2和NMOS管Q1組成一個典型的三極管開關(guān)電路。R1是限流電阻，最好選擇4.7K，也可以選擇10K。R2是上拉電阻，可以選擇4.7K，也可以選擇10K。A接上拉電阻R28，B接下拉電阻R23，AB上各串聯(lián)一個51Ω的阻抗匹配電阻，TVS1、TVS2為兩個防雷防浪涌的TVS管，并在輸出端串接30V、0.05A的保險絲進(jìn)行保護。

數(shù)據(jù)接收：當(dāng)沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時，UART_TX默認(rèn)為高電平，NMOS管導(dǎo)通，DS75176芯片RE低電平使能，RO接收數(shù)據(jù)使能，此時從485AB口收到什么數(shù)據(jù)就會通過RO通道傳到MCU，完成數(shù)據(jù)接收過程。

發(fā)送：當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時，UART_TX會有一個下拉的電平，表示開始發(fā)送數(shù)據(jù)，此時三極管截止，DE為高電平，發(fā)送使能。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)‘0’時，由于DI口連接地，此時數(shù)據(jù)‘0’就會傳輸?shù)紸B口A-B《0，傳輸‘0’，完成了低電平的傳輸。當(dāng)發(fā)送‘1’時，此時三極管導(dǎo)通，RE、DE均為低電平，按理說此時是接收使能，但此時由于還處在發(fā)送數(shù)據(jù)中，由下表可知DS75176處于高阻態(tài)，此時的狀態(tài)通過A上拉B下拉電阻決定，此時A-B》0傳輸‘1’，完成高電平的傳輸。

因為UART發(fā)送收據(jù)會有一定的格式，數(shù)據(jù)均以“位”為最小單位進(jìn)行傳輸。在收發(fā)數(shù)據(jù)之前，UART之間要約定好數(shù)據(jù)的傳輸速率（即每位所占據(jù)的時間，其倒數(shù)為波特率）、數(shù)據(jù)的傳輸格式（有多少數(shù)據(jù)位、是否有校驗位、奇校驗還是偶校驗、是否有停止位）。平時數(shù)據(jù)線處于“空閑狀態(tài)”（1狀態(tài)）。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時，TX由‘1’變?yōu)椤?’維持1位的時間，這樣收方檢測開始位后，再等待1.5位時間就開始一位一位的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。意思是說，已經(jīng)確定好發(fā)送狀態(tài)，電路發(fā)送‘1’此時RE有效，接收有效但有由于它處于發(fā)送階段，此時芯片會處于高阻狀態(tài)。

以上便是RS485總線自動收發(fā)的基本原理。