3種硬件切換485電路詳解

485接口具有很好的抗噪音抗干擾、長距離傳輸和多站能力特性，使其為工控行業(yè)首選串行接口。485規(guī)定的電氣特性為2線，半雙工多點(diǎn)通信。它的電氣特性是有線纜兩端的電壓差來決定的。由于半雙工模式，通訊時需要切換收發(fā)狀態(tài)，485電路大多分為如下幾種：

傳統(tǒng)RS485電路(帶收發(fā)控制腳非隔離RS-485電路) ：

傳統(tǒng)的485應(yīng)用電路如下圖所示，TTL電平端采用3線控制，常見的控制方式為：

從接收狀態(tài)向發(fā)送狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，先禁止MCU內(nèi)部UART的接收使能，再打開485的發(fā)送器使能，然后允許MCU內(nèi)部UART的發(fā)送使能，開始發(fā)送數(shù)據(jù);

從發(fā)送狀態(tài)向接收狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，先禁止MCU內(nèi)部UART的發(fā)送使能，再關(guān)閉485的發(fā)送使能，如果485的接收使能被禁止，則緊跟著打開485的接收使能，再延時一段時間后，才打開MCU內(nèi)部UART的接收使能。

2.自收發(fā)切換電路非隔離RS-485電路 ：

從上面的分析可以知道，帶收發(fā)控制腳的485產(chǎn)品在編程上操作是很復(fù)雜的，為了操作方便，用戶常常將電路改為自動收發(fā)電路，如圖 2為常見的采用分立元件搭建非隔離自動收發(fā)RS485電路。自動收發(fā)RS485的優(yōu)點(diǎn)在于控制簡單，收發(fā)控制腳不需要軟件干預(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，往往不能跑很高的波特率。

3.收發(fā)切換隔離RS485電路：

帶有隔離電路的485是最穩(wěn)定的設(shè)計(jì)，需要選擇隔離485芯片以及隔離電源，此方案成本相對于前兩種方案會高很多。

本文介紹485硬件切換電路，硬件切換電路節(jié)省了單片機(jī)成本及軟件編程時間，功能上面和軟件切換邏輯及所實(shí)現(xiàn)的功能一致，如下圖：

485芯片采用8pinMAX485芯片，電路使用NPN三極管開切換收發(fā)?？刂圃硎牵篗CU的UART的TX,RX引腳需要上拉電阻(TX和RX在沒有收據(jù)時均是高電平)，防止剛上電TX和RX引腳電平不穩(wěn)定引起收到擾亂數(shù)據(jù)。A上拉電阻B下拉電阻，終端并聯(lián)120歐姆電阻，D10、D11、D12為三個防雷防浪涌的TVS管。

接收 ：默認(rèn)沒有數(shù)據(jù)時，UART_TX為高電平，三極管導(dǎo)通，MAX485芯片RE低電平使能，RO收數(shù)據(jù)有效，此時從485AB口收到什么數(shù)據(jù)就會通過RO通道傳到MCU，完成了接收數(shù)據(jù)。

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，按理說RO使能，此時由于還處在發(fā)送數(shù)據(jù)中，這種狀態(tài)下MAX485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。

PS:此時有人肯定也會有疑惑，發(fā)送數(shù)據(jù)‘1’，三極管導(dǎo)通RE低電平有效應(yīng)該是接收使能，為什么芯片會是高阻狀態(tài)?因?yàn)閁ART發(fā)送收據(jù)會有一定的格式，TX和RX數(shù)據(jù)線均已“位”為最小單位進(jìn)行傳輸?shù)?。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(yàn)位、奇校驗(yàn)還是偶校驗(yàn)、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)。

審核編輯：湯梓紅