無極性RS422/RS485網絡的接線設計

1、問題提出

現(xiàn)在的很多測控系統(tǒng)是使用RS422或RS485總線互連的。RS422/485總線信號是由4(2)根有極性的差分信號來傳輸的，不能將其反接。當網絡傳輸距離長或節(jié)點多時，在線路上的分續(xù)線盒也會很多，很容易將信號線在傳輸途中接反，從而造成信號無法正常傳輸。雖然可以查出故障點，但在分線盒很多時，也是一件很費時的事情。為了布線方便，分續(xù)線盒的數量往往大于總線上的模塊數。對于室內系統(tǒng)，網絡線路一般外加PVC線槽甚至暗埋于墻體內；對于室外系統(tǒng)，線路一般架空或地下走線，造成對線路反接問題的查找和修正很困難。另一方面，為了施工方便，也應允許在途中隨意接線，不分極性。為此，需要各模塊既能接收圖1（b）所示的正相信號，也能接收圖1（c）所示的極性可能反相的RS422、RS485信號。

圖1 傳輸線反接錯誤所引起的接收端信號波形改變

對于那些采取未經任何編碼調制的基帶信號來傳輸數據的RS422/485系統(tǒng)，圖1中由于接線錯誤將造成收信方無法正確接收數據；但如對信號進行適當的調制后，即使途中出現(xiàn)接線錯誤，收方仍然能正確接收到數據，即在布線施工中可以無極性布線。

下面分別給出使用未調制信號和調制信號傳輸數據2種情況下的無極性接線設計方法。先討論使用未編碼調制信號的情況。

2 、RS422信號線的無極性接線設計

RS422總線使用收發(fā)分開的信號線傳輸，各為2根信號線。為了使RS422接收器能夠接收總線上傳來的2種極性的信號，見圖1（b）和圖1（c），首先要檢測到接線的錯誤，其次才是更正接線錯誤。這里希望通過網絡模塊電路來修正接線錯誤，而不是通過更正錯誤的傳輸線連接。

（1） 人工修正方法

對于MCU的UART來說，無信號傳送時，TX引腳為1電平，因此，RS422驅動器的A端會為高電平，B端為低電平，此時，在接收模塊的A端也應為固定高電平。圖2電路中，在一個接收端和GND之間連接一個LED，從而可以據此判斷該端是和發(fā)送端A相連，還是和發(fā)送端B相連，然后通過4位撥碼開關SW來人工調整模塊總線和接收模塊中RS422驅動器接收輸入的連接。

圖2 RS422總線傳輸中的無極性接收電路

人工修正方法需要發(fā)送模塊在軟件上進行配合。在調整時，發(fā)送方不能發(fā)送數據，也就是總線上的差動電壓為固定的。這種方法，雖然有些麻煩，但在一些情況下，比起檢查和修正線路來還是要簡便一些。

（2） 自動修正方法

如果在總線輸入端子和RS422驅動器之間用電磁繼電器（或模擬開關）代替拔碼開關SW，就可以通過軟件來自動控制總線A、B端的切換。檢查是否存在錯誤接線也可通過軟件進行，只要發(fā)送端發(fā)送一個和收方約定的固定內容數據，如果收方不能正確收到，則表明接線錯誤，就控制繼電器切換總線連接；否則，不切換。必須注意的是，使用模擬開關時，應注意對線路阻抗和傳輸速度的影響。

3、RS485信號線的無極性接線設計

RS485總線中的發(fā)送和接收信號共用一對線，使用的驅動器可分為兩類：一類是像SN75176之類的驅動器，在驅動器內部已經將Rx和Tx信號接到一起；另一類是使用RS422方式的驅動器，如發(fā)送和接收使用2個芯片，如SN75177（接收驅動器）加SN75178（發(fā)送驅動器），或者收發(fā)驅動器集成在1個芯片上，如SNLBC75179、MAX488、MAX490等，這種情況下，在線路板上將收發(fā)的同相端短接。對于后者（使用收發(fā)引腳獨立的驅動器），無極性設計的方法仍然類同于RS422方式；對于前者，由于收發(fā)信號的同相端在驅動器內部已經短路，無法在接收驅動器增加電路，不能達到無極性信號傳輸的目的。

可見，在RS485網絡中，模塊必須使用獨立收發(fā)引腳的驅動器時，才能增加無極性設計電路。