经典讲解485通信自动收发原理与电路中的元器件作用

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楼主 2020-10-17 15:14:56
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RS485的特性包括:
1. RS-485的电气特性:逻辑“1”以两线间的电压差为+(2—6) V表示;逻辑“0”以两线间的电压差为-(2—6)V表示。接口信号电平比RS -232-C降低了,就不易损坏接口电路的芯片,且该电平与TTL电平兼容,可方便与TTL 电路连接。
2. RS-485的数据最高传输速率为10Mbps
3. RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合,抗共模干能力增强,即抗噪声干扰性好。
4. RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺,实际上可达 3000米,另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器,即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性,长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。因为RS485接口组成的半双工网络,一般只需二根连线,所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。 RS485接口连接器采用DB-9的9芯插头座,与智能终端RS485接口采用DB-9(孔),与键盘连接的键盘接口RS485采用DB-9(针)。

RS-485电气规定由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的,所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式,二线制可实现真正的多点双向通信。RS-485总线,在要求通信距离为几十米到上千米时,广泛采用RS-485 串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收,因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度,能检测低至200mV的电压,故传输信号能在千米以外得到恢复。 RS-485采用半双工工作方式,任何时候只能有一点处于发送状态,因此,发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便,可以省掉许多信号线。应用RS-485 可以联网构成分布式系统,其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。 RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的,RS-485是-7V至+12V之间,而RS-422在-7V至+7V之间;RS-485满足所有RS-422的规范,所以RS-485的驱动器可以用在RS-422网络中应用。RS-485与RS-422一样,其最大传输距离约为1219米,最大传输速率为10Mbps。平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100Kbps速率以下,才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mbps。

我们先看看普通的收发电路。
普通的485电路,除了“用RXD连接485芯片的RO引脚、用TXD连接485芯片的DI引脚”,还会用一个单片机的普通IO引脚连接到RE、DE引脚上。

当单片机要发送数据的时候,控制CTRL为高电平,数据通过TXD发送出去。
当单片机要接收数据的时候,控制CTRL为低电平,数据通过RXD接收回来。
然而,自动收发,就是不用单片机引脚CTRL,当数据进来的时候,数据会自动通过RXD到单片机,当需要发送数据时,自动通过TXD发送出去。也就是只需要连接单片机的RXD和TXD引脚就可以,无需用单片机引脚连接485芯片的DE RE引脚。
文章中下面一张图,就是实现自动收发的电路,实际上,自动收发的电路,还有好几种连接方法。今天,我们只研究这一种我经常用的。
很多人,都会使用这个电路,但是不知道其中的原理。
所以今天我来给大家解释一下其中的工作原理,详细到每个元器件。
电阻R1的作用:

RXD连接电阻R1到485芯片的RO,这里R1的作用是限流,保护引脚。R1的大小,可以选择330欧、470欧、560欧、1K。
电阻R2、R3和三极管Q1:

电阻R2、电阻R3和NPN三极管Q1组成一个典型的三极管开关电路。R3是限流电阻,最好选择4.7K,也可以选择10K。R2是上拉电阻,可以选择4.7K,也可以选择10K。R3为什么最好选择4.7K,我之前写过一篇文章,详细的提到过,主要是你需要了解三极管工作在放大区、截至区和饱和区的特点。NPN三极管,高电平导通,这个大家都知道。当TXD高电平,三极管导通,RE DE引脚接地,进入接收模式。当TXD低电平,三极管截止,RE DE引脚接高电平,进入发送模式。
电容C1:

C1是电源旁路电容,作用是给485芯片提供一个干净的电源,使它稳定的工作。你在设计电路板的时候,如果芯片没有特殊要求,需要把每个芯片旁边放上一个0.1微法电容。在PCB布线的时候,电容到电源引脚的距离最好在2mm以内。电阻R4和R5:

R4是下拉电阻,接到B上。R5是上拉电阻,接到A上。为什么要这样做,下面会讲,现在还不是时候,请继续往下看。
双向稳压二极管D1、D2、D3:

这里使用的双向稳压二极管型号是SMAJ6.5CA。他们的作用是把A、B引脚对地的电压以及A和B引脚之间的电压,牵制到6.5V以内,保护485芯片。
从SP3485芯片手册得到,AB的耐压值是正负15V以内。

有人很好奇,为什么会看这两个参数?因为AB这两个引脚就是Drivers output和Receivers input。请看下图:

接线端子P1:

是用来连接外面需要通信的A和B电线的。
现在,每个元器件就介绍完了,接下来说说为什么可以实现自动收发功能。
你们最大的疑问就是:DI引脚本来是接TXD的,但是电路中直接接地了,那岂不是发送的数据会一直都是0?
答案就在下方。
发送数据过程:
发送数据,用的是单片机的TXD引脚,也就是说,在TXD引脚上表现数据。
例如要发送数据0x55,写成二进制就是0x01010101,TXD引脚上就会依次的用高低电平体现1和0。
当TXD发送0时,三极管不导通,DE接高电平,进入发送模式,485芯片会把DI上的电平反应到AB引脚上输出,因为DI已经接地,所以AB引脚会传输0。你看看,当TXD发送0时,AB引脚发送0。
当TXD发送1时,三极管导通,RE接低电平,进入接收模式,485芯片的AB引脚进入高阻状态,因为R5把A拉高,R4把B拉低,所以,AB传输的是1。你看看,当TXD发送1时,AB引脚发送1。
总结,TXD发1,AB就发1;TXD发0,AB就发0。
接收数据过程:
接收数据,用的是单片机引脚RXD,也就是说,在RXD引脚上表现数据。
在接收数据的过程中,TXD引脚是一直保持高电平的,当TXD是高电平时,RE是低电平,正好调理成了接收状态,然后485芯片的RO引脚(也就是接RXD的引脚)就会反应AB传输过来的数据。
知道了这个电路的接收和发送数据的过程,那就已经完全了解了。你现在如果感觉到还是迷迷糊糊,自己做一个电路,实践一下,思路立马会变得清晰。

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