低成本485中继器的原理与设计
上海皇华信息科技 大多数做过485总线的工程师对该总线的通讯距离都感觉不尽人意，因其在截面积达1平方毫米的RVVP铜芯线上，最多只能跑1200米。要想更远的距离，若采用提高导线的截面积和使用RVSP双绞屏蔽线的方法，即使将导线截面积加粗1倍也不能让通讯距离提高1倍。因此，提高485通讯距离最经济的方法是使用485中继器，对总线信号进行放大和隔离。本文将介绍两款低成本的采用不同方式完成的RS-485中继器。
一、采用纯硬件方式 电路原理如图1所示： 图1 收发器U1和U2的数据发送端和接收端被接成“拥抱”(甲输入接乙输出，乙输入接甲输出)模式，其收、发状态受控于“可再触发单稳多谐振荡器”U3A和U3B；U3A的触发端(1脚)与U2的数据接收端(1脚)相连接，U3B的触发端(9脚)与U1的数据接收端相连接，工作原理如下： 左边的485总线1与右边的485总线2在物理上是独立的，空闲状态下，这2根总线间没有数据传送，经R8、C3(R10、C4)时间常数后，U3A与U3B都回到稳定状态(Q端为低、/Q端为高)，控制收发器U1和U2都处在接收状态。 当U1先收到数据时，U1的1脚跳变为低电平，触发U3B，使U3B的状态发生改变(Q端变高、/Q端变低)，Q端(5脚)变高后，使U2进入发送状态；/Q端(12脚)变低后，使U3A稳定在初始状态下，保证U1稳定接收数据，并将接收下来的数据送往U2，由U2将数据向右边的485发送出去。 同理，当U2先接收到数据时，可由U1将数据向左边的485发送出去。 值得一提的是：R8、C3时间常数应根据不同的数据传输率进行适当调整，使其略大于1个字节数据传输的时间即可；另外，两个字节之间的通信时间间隔也要略大于1个字节数据传输的时间；本图所示参数可满足速率不大于100K下的数据传输。 总结：由于采用电阻电容组成延时电路，电阻或电容本身的误差或运行一段时间后电子器件老化产生的误差及温度的变化，都会影响延时的准确性，再者这种中继器要求两个字节之间的通信时间间隔必须大于一个字节数据的通信时间才能确保不丢失数据，因此降低了通信速率；可应用于通讯数据量不太大、收发器数量不太多(一般不超过24个)的场合。
二、采用MCU控制方式 MCU控制方式利用单片机外部中断来检测串行通信的起始位，用定时器定时控制数据的收发周期，从而将数据按字节进行收发，实现中继功能；其工作原理与纯硬件方式的基本一致，只是用单片机来定时更准确，且不要求两个字节之间的通信时间间隔一定要大于一个字节数据的通讯时间，可保证总线的高速畅通。 电路原理如图2所示： 图2
与纯硬件方式一样，收发器U2和U3的数据发送端和接收端也被接成“拥抱”模式，其收、发状态受控于MCU的I/O口P34与P35，P30、P32、P33用于检测数据的传输方向和数据的发送起始位以及延时定时时间的长度。 总结：由于采用单片机内部的定时器定时，从而完全克服了RC定时误差大的缺点，特别是在程序处理定时技巧方面下大量功夫，保证了两个字节通信之间无需时间间隔，解决了纯硬件方式下通信延速度慢的缺点，具有结构简单、无传输延时、通信速度快等特点。
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发表于 2013-12-24 16:32:45
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