關(guān)于RS-485總線電平異常解決方案解析

不知道大家是否會(huì)遇到這樣的情況，測試單個(gè)RS-485設(shè)備數(shù)據(jù)無異常，但設(shè)備組網(wǎng)后，就出現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)異?；蜻B接失敗等情況。出錯(cuò)的原因是什么？

RS-485總線是具有結(jié)構(gòu)簡單、通信距離遠(yuǎn)、通信速度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)通訊、電力監(jiān)控以及儀器儀表等行業(yè)。若總線上接有終端電阻，則在總線空閑狀態(tài)時(shí)，RS-485總線AB差分電壓可能處于門限電平（±200mV）之內(nèi)，這時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致通信出錯(cuò)，那么，出錯(cuò)的原因是什么？MCU接收到的數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)生什么樣的變化？

數(shù)據(jù)出錯(cuò)的原因

如圖1所示為8位數(shù)據(jù)位無校驗(yàn)位的UART時(shí)序圖，當(dāng)使用UART進(jìn)行通信時(shí)，MCU在檢測到起始位后開始接收其后的數(shù)據(jù)。

圖1無校驗(yàn)位，8位數(shù)據(jù)位，串口時(shí)序圖

如圖2所示為STM32串口外設(shè)檢測到起始位的條件，當(dāng)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(shè)檢測到起始位的條件

下面以RSM485PCHT的門限電平為例進(jìn)行說明，當(dāng)AB差分電壓處于±200mV之內(nèi)時(shí)，模塊RXD引腳輸出狀態(tài)不確定。

當(dāng)總線變?yōu)榭臻e時(shí)，若RXD引腳輸出低電平，則可能導(dǎo)致MCU接收到錯(cuò)誤數(shù)據(jù)或MCU在正常數(shù)據(jù)后誤接收1個(gè)0x00。

圖3RSM485PCHT門限電平

數(shù)據(jù)發(fā)生了什么變化?

如圖4所示，收發(fā)器1在AB差分電壓處于±200mV門限電平之內(nèi)時(shí)輸出高電平，收發(fā)器2在AB差分電壓處于±200mV門限電平之內(nèi)時(shí)輸出低電平，可以看出，收發(fā)器2可能導(dǎo)致MCU接收到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，并且在數(shù)據(jù)后誤接收到1個(gè)0x00數(shù)據(jù)。

圖4數(shù)據(jù)后多0x00

如圖5所示，若總線上持續(xù)存在數(shù)據(jù)信號(hào)或連續(xù)發(fā)送多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)之間存在的空閑狀態(tài)可能會(huì)被收發(fā)器2識(shí)別為1個(gè)起始位，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)連續(xù)錯(cuò)誤。

圖5 數(shù)據(jù)連續(xù)錯(cuò)誤

解決方案

總線空閑時(shí)若AB差分電壓處于門限電平之內(nèi)，則可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)出錯(cuò)，可以使用如下方法避免總線空閑時(shí)AB差分電壓處于門限電平之內(nèi)。

方案一：組網(wǎng)距離不長，總線信號(hào)無反射問題或反射較小，此時(shí)可不增加終端電阻以提升總線幅值電平，具體的幅值變化如下圖6所示。

圖6終端電阻對總線電平影響

方案二：組網(wǎng)距離偏長，總線信號(hào)當(dāng)前已存在反射需增加終端電阻解決反射問題，面對此類應(yīng)用可使用致遠(yuǎn)電子RSM(3)485PCHT模塊，RS-485接口設(shè)計(jì)時(shí)可通過外置一個(gè)較小值的上下拉電阻調(diào)節(jié)空閑狀態(tài)時(shí)的電壓值，使電平處于門限電平外，具體的幅值變化如下圖7所示。

圖7RSM(3)485PCHT實(shí)物及應(yīng)用連接圖

方案三：組網(wǎng)距離偏長，總線信號(hào)當(dāng)前已存在反射需增加終端電阻解決反射問題，面對此類應(yīng)用同樣可使用致遠(yuǎn)電子RSM(3)485ECHT模塊，RSM(3)485ECHT具備極高的總線兼容性門限電平為-40mV~-20mV，具體如下圖8所示，在總線電平被終端電阻拉低時(shí)（最壞情況總線高電平幅值為0V）仍可識(shí)別總線電平，保證通訊的穩(wěn)定性。

圖8RSM(3)485ECHT實(shí)物圖及門限電平參數(shù)