第3章 通讯电路模块.docxVIP

PAGE 176 通讯电路模块 RS485通讯电路 电路名称 RS485通讯电路。 电路概述 该电路主要应用在电能表上，提供数据通讯接口，用于数据交互和生产校表等。该电路引用标准有以下几个： RS-485 串行总线标准； DL/T 645-2007《多功能电能表通信规约》。 工作参数及指标 参比温度23℃±2℃，RS485芯片型号：ECH485EESA。 工作参数及指标 项目 参数 工作电压 4.75V to 5.25V 动态电流 7.6mA （整体电路） 静态电流 1.2mA （整体电路） 工作温度 -40℃～+85℃ 传输方式 差分 传输介质 双绞线 传输速率 300bps to 9600 bps 差分输入范围 -7V～+12V 接收器输入灵敏度 ±200mV 静电防护等级 ±15kV 空气放电 ±8kV 接触放电 绝缘等级 4kV 交流电压 6kV 脉冲电压 电路图 原理图 RS485通讯电路原理图 PCB参考布局图 RS485通讯电路PCB布局图 电路图的工作原理描述 ECH485EESA是一款半双工通信的高速收发器，其包含一路驱动器和一路接收器。具有失效保护电路，当接收器输入开路或短路时，确保接收器输出逻辑高电平。如果挂接在终端匹配总线上的所有发送器都禁用（高阻），接收器将输出逻辑高电平。具有低摆率驱动器，能够减小EMI和由于不恰当的终端匹配电缆所引起的反射，并实现高达500kbps的无差错数据传输。总线上可以挂接多达128个收发器。 ECH485EESA芯片管脚及内部结构图 ECH485EESA芯片各管脚功能 功能表 发送、接收功能表 上面原理图3-1中所示RS485电路， RS485芯片驱动器输入端口DI直接接地，RE端口与DE端口相连接通过RT4下拉到地。上电时，该电路处于接收状态，根据A、B总线间的压差来控制接收器输出端口RO输出的逻辑电平状态（VA－VB ≥+200mV，输出逻辑1；VA－VB ≤－200mV，输出逻辑0）。发送时，单片机TX485口输出逻辑“0”，光耦UT4导通，RE与DE端口电平由低变为高，DI=“0”，输出A=0，B=1，A-B为负压差；单片机TX485口输出逻辑“1”，光耦UT4不动作，RE与DE端口电平仍为低电平，A、B输出为高阻，A、B电平靠自身上下拉电阻维持，A=1，B=0，A-B为正压差。 隔离光耦电路的参数选取 在应用系统中，由于要对现场情况进行实时监控及响应，通信数据的波特率往往做得较高，限制通信波特率提高的“瓶颈”，并不是现场的导线，而是在与单片机系统进行信号隔离的光耦电路上。目前高速光耦与普通光耦相比价差还是比较大，出于成本考虑，一般选用普通光耦，为了保证通信的可靠性，需优化普通光耦电路参数的设计，使之能工作在最佳状态。 光耦前级LED上的串联电阻RT1、RT3限制了流过LED的电流，如果选取得过大，将会使光耦的发光管由截止进入饱和变得较慢；如果选取得过小，退出饱和也会很慢，所以这两只电阻的数值要精心选取；光耦后级光电三极管的偏置电阻RT2、RT4会影响隔离的逻辑输出电压电平。不同型号的光耦及驱动电路使得这四个电阻的数值略有差异，这一点在电路设计中要特别慎重，不能随意，通常可以由实验来定。A、B总线上偏置电阻的选择（以32节点为例） 32个节点120个匹配电阻的RS485网络 对于有32节点，两端有120Ω匹配的RS485网络（如图3-4所示）其偏置电阻的计算方法和步骤如下： 计算节点总负载 每个节点的负载阻抗为12kΩ，32个节点的并行阻抗为：375Ω。 计算总线负载 上述并行阻抗再并入终端匹配电阻（120Ω），两个120Ω并联为60Ω，则总线负载为52Ω。 计算最小偏置电流 为了满足最小置电压200mV，所需的最小偏置电流为：200/52=3.9mA。 计算偏置电阻总和 在5V的电压下，提供最小偏置电流所需的最大串联电阻为：5/3.9=1293Ω， 减去已经加在线上的120Ω，就是上拉和下拉阻抗的和：1293-52=1241Ω。 计算上拉和下拉电阻 其中：最大上拉电阻=最大下拉电阻=1241/2=720Ω，即上图中的R1和R2均为720Ω。 如果采用单一偏置，则在总线的某一处添加上拉和下拉电阻即可，各720Ω；如果采用分散设置，则需要在32个收发器上各添加一个720*32的上拉和一个同样阻值的下拉。 在实际设计过程中因要考虑现场实际的接线情况的差异性，一只或多只带载的情况都有可能存在，综合考虑，A、B总线上的上、下拉电阻选用10k（ECH485EESA）。电阻具体选值要根据不同芯片试验来确定。 485的过压防雷保护 由于工程环境比较复杂，现场常有各种形式的干扰源，所以485总线的传输端一定要加有保护措施，防止受外界静