低成本485中繼器的原理與設(shè)計(jì):低成本485中繼器的原理與設(shè)計(jì)
大多數(shù)做過485總線的工程師對(duì)該總線的通訊距離都感覺不盡人意，因其在截面積達(dá)1平方毫米的RVVP銅芯線上，最多只能跑1200米。要想更遠(yuǎn)的距離，若采用提高導(dǎo)線的截面積和使用RVSP雙絞屏蔽線的方法，即使將導(dǎo)線截面積加粗1倍也不能讓通訊距離提高1倍。因此，提高485通訊距離最經(jīng)濟(jì)的方法是使用485中繼器，對(duì)總線信號(hào)進(jìn)行放大和隔離。本文將介紹兩款低成本的采用不同方式完成的RS-485中繼器。
一、采用純硬件方式
電路原理如圖1所示：
圖1
收發(fā)器U1和U2的數(shù)據(jù)發(fā)送端和接收端被接成“擁抱”(甲輸入接乙輸出，乙輸入接甲輸出)模式，其收、發(fā)狀態(tài)受控于“可再觸發(fā)單穩(wěn)多諧振蕩器”U3A和U3B；U3A的觸發(fā)端(1腳)與U2的數(shù)據(jù)接收端(1腳)相連接，U3B的觸發(fā)端(9腳)與U1的數(shù)據(jù)接收端相連接，工作原理如下：
左邊的485總線1與右邊的485總線2在物理上是獨(dú)立的，空閑狀態(tài)下，這2根總線間沒有數(shù)據(jù)傳送，經(jīng)R8、C3(R10、C4)時(shí)間常數(shù)后，U3A與U3B都回到穩(wěn)定狀態(tài)(Q端為低、/Q端為高)，控制收發(fā)器U1和U2都處在接收狀態(tài)。
當(dāng)U1先收到數(shù)據(jù)時(shí)，U1的1腳跳變?yōu)榈碗娖剑|發(fā)U3B，使U3B的狀態(tài)發(fā)生改變(Q端變高、/Q端變低)，Q端(5腳)變高后，使U2進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)；/Q端(12腳)變低后，使U3A穩(wěn)定在初始狀態(tài)下，保證U1穩(wěn)定接收數(shù)據(jù)，并將接收下來(lái)的數(shù)據(jù)送往U2，由U2將數(shù)據(jù)向右邊的485發(fā)送出去。
同理，當(dāng)U2先接收到數(shù)據(jù)時(shí)，可由U1將數(shù)據(jù)向左邊的485發(fā)送出去。
值得一提的是：R8、C3時(shí)間常數(shù)應(yīng)根據(jù)不同的數(shù)據(jù)傳輸率進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使其略大于1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間即可；另外，兩個(gè)字節(jié)之間的通信時(shí)間間隔也要略大于1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間；本圖所示參數(shù)可滿足速率不大于100K下的數(shù)據(jù)傳輸。
總結(jié)：由于采用電阻電容組成延時(shí)電路，電阻或電容本身的誤差或運(yùn)行一段時(shí)間后電子器件老化產(chǎn)生的誤差及溫度的變化，都會(huì)影響延時(shí)的準(zhǔn)確性，再者這種中繼器要求兩個(gè)字節(jié)之間的通信時(shí)間間隔必須大于一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的通信時(shí)間才能確保不丟失數(shù)據(jù)，因此降低了通信速率；可應(yīng)用于通訊數(shù)據(jù)量不太大、收發(fā)器數(shù)量不太多(一般不超過24個(gè))的場(chǎng)合。
二、采用MCU控制方式
MCU控制方式利用單片機(jī)外部中斷來(lái)檢測(cè)串行通信的起始位，用定時(shí)器定時(shí)控制數(shù)據(jù)的收發(fā)周期，從而將數(shù)據(jù)按字節(jié)進(jìn)行收發(fā)，實(shí)現(xiàn)中繼功能；其工作原理與純硬件方式的基本一致，只是用單片機(jī)來(lái)定時(shí)更準(zhǔn)確，且不要求兩個(gè)字節(jié)之間的通信時(shí)間間隔一定要大于一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的通訊時(shí)間，可保證總線的高速暢通。
電路原理如圖2所示：
圖2
與純硬件方式一樣，收發(fā)器U2和U3的數(shù)據(jù)發(fā)送端和接收端也被接成“擁抱”模式，其收、發(fā)狀態(tài)受控于MCU的I/O口P34與P35，P30、P32、P33用于檢測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸方向和數(shù)據(jù)的發(fā)送起始位以及延時(shí)定時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)度。
總結(jié)：由于采用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器定時(shí)，從而完全克服了RC定時(shí)誤差大的缺點(diǎn)，特別是在程序處理定時(shí)技巧方面下大量功夫，保證了兩個(gè)字節(jié)通信之間無(wú)需時(shí)間間隔，解決了純硬件方式下通信延速度慢的缺點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)傳輸延時(shí)、通信速度快等特點(diǎn)。
附MCU方式下AT89C2051的燒寫文件，喜歡的朋友可以免費(fèi)下載。
低成本485中繼器的原理與設(shè)計(jì).doc (130.5 KB) 
zjq.rar (2.52 KB) 
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