零延時隔離技術(shù)的RS485總線節(jié)點設(shè)計

　　在工業(yè)控制設(shè)備之間中長距離通信的諸多方案中，RS485總線因其硬件設(shè)計簡單、控制方便、成本低等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于工廠自動化、工業(yè)控制、小區(qū)監(jiān)控、水利自動測控等領(lǐng)域。RS485總線采用平衡式發(fā)送、差分式接收的數(shù)據(jù)收發(fā)器來驅(qū)動，各節(jié)點之間的通信是以一對雙絞線作為傳輸介質(zhì)。與RS232接口相比，RS485總線的傳輸距離更長、抗干擾能力也更強。RS485總線具有以下一些特點：

　?、俳涌诓捎闷胶怛?qū)動器和差分接收器，抗共模干擾能力強，即抗噪聲干擾性好。

　　②收發(fā)器輸出A、B之間的電平為+2～+6 V，是邏輯“1”；為－6～－2 V，是邏輯“0”。信號電平比RS232降低了，不易損壞接口芯片。另有“使能”控制信號，可使收發(fā)器處于高阻狀態(tài)，切斷與傳輸線的連接。

　?、劢邮掌鞯妮斎腱`敏度為200 mV。即在當收端VA－VB》+200 mV時，輸出為邏輯“0”；VA－VB＜－200 mV時，輸出為邏輯“1”。

　?、茏罡邆鬏斔俾蕿?0 Mbps，最大傳輸距離標準值為1 200 m。

　?、菰诠?jié)點數(shù)為32個、配置120 Ω終端電阻的情況下，驅(qū)動器至少還能輸出1．5 V電壓（終端電阻的大小與所用雙絞線的參數(shù)有關(guān)）。

　?、蘧哂卸嗾军c傳輸能力，即總線上允許掛接多個收發(fā)器，可建立設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。

　　在傳統(tǒng)的RS485總線節(jié)點設(shè)計的基礎(chǔ)上，本文基于ADI公司推出的帶隔離的增強型RS485收發(fā)器AD－uM2483，采用磁耦隔離和硬件零延時技術(shù)所設(shè)計的RS485總線節(jié)點，具有良好的抗干擾性和較高的通信速率，可應(yīng)用在一些環(huán)境比較復雜的工業(yè)場合。

1 設(shè)計思想

　　RS485總線節(jié)點由單片機STC12C5410AD、帶隔離的RS485收發(fā)器ADuM2483、高速三極管等組成。其中，ADuM2483的應(yīng)用圖如圖1所示。STC12C5410AD是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘／機器周期（1T）單片機，是高速／低功耗／超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8～12倍。其內(nèi)部集成MAX810專用復位電路、4路PWM、通用全雙工異步串行口（UART），可用定時器軟件實現(xiàn)多串口；8路高速10位A／D轉(zhuǎn)換，寬電壓，不怕電源抖動，高抗靜電（ESD保護），特別適用于強干擾場合。

　　在情況比較復雜的現(xiàn)場中，各節(jié)點之間存在很高的共模電壓。雖然RS485總線采用平衡式發(fā)送、差分式接收的數(shù)據(jù)收發(fā)器來驅(qū)動，具有一定的抗共模干擾能力，但當共模電壓超過其極限接收電壓時，RS485收發(fā)器就無法工作了，嚴重時甚至會燒毀芯片和儀器設(shè)備。因此，為了適應(yīng)強干擾環(huán)境甚至更苛刻的性能要求，必須對RS485總線各節(jié)點實行電氣隔離。

　　傳統(tǒng)的RS485隔離總線節(jié)點是由光電耦合器和RS485總線收發(fā)器（如MAX485）構(gòu)成，使用光束來隔離和保護檢測電路，在高壓和低壓電氣環(huán)境之間提供一個安全接口。目前，一般使用6N137光電隔離器件，用MAX485作為RS485總線收發(fā)器。Toshiba公司的6N137工作電壓為5V，數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10 Mbps，工作溫度一般為0～70℃；隔離電壓為2 500 V（有效值），以DIP8封裝，每個芯片僅提供一個隔離通道，體積大，穩(wěn)定性差，功耗高，LED易老化。這些性能已經(jīng)限制了6N137在更高要求的環(huán)境中應(yīng)用。本文選用ADI公司的ADuM2483。它是一款帶隔離的RS485收發(fā)器和一個3通道的數(shù)字隔離器，是目前性價比很高的RS485收發(fā)器，功能上相當于1個MAX485和3個6N137光耦隔離器，可滿足RS485總線節(jié)點的要求。