RS485应用电路图
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2015-06-06
12:47:52
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RS485 应用电路图
由于实际应用系统中，往往分散控制单元数量较多，分布较远，现场存在各种干扰，所 以通信的可靠性不高，再加上软硬件设
计的不完善，使得实际工程应用中如何保障 RS-485 总 线的通信的可靠性成为各研发机构的一块心病。
在使用 RS-485 总线时,如果简单地按常规方式设计电路，在实际工程中可能有以下两个问 题出现。一是通信数据收发的可靠
性问题；二是在多机通信方式下，一个节点的故障（如死 机），往往会使得整个系统的通信框架崩溃，而且给故障的排查带来
困难。
针对上述问题，我们对 485 总线的软硬件采取了具体的改进措施
2 硬件电路的设计
现以 8031 单片机自带的异步通信口，外接 75176 芯片转换成 485 总线为例。其中为了实现 总线与单片机系统的隔离，在
8031 的异步通信口与 75176 之间采用光耦隔离。电路原理图如 图 2 所示。
图 2 改进后的 485 通信口原理图
充分考虑现场的复杂环境，在电路设计中注意了以下三个问题。
2.1 SN75176 485 芯片 DE 控制端的设计
由于应用系统中，主机与分机相隔较远，通信线路的总长度往往超过 400 米，而分机系 统上电或复位又常常不在同一个时刻
完成。如果在此时某个 75176 的 DE 端电位为“１”，那 么它的 485 总线输出将会处于发送状态，也就是占用了通信总线，这
样其它的分机就无法与 主机进行通信。这种情况尤其表现在某个分机出现异常情况下（死机），会使整个系统通信 崩溃。因
此在电路设计时，应保证系统上电复位时 75176 的 DE 端电位为“0”。由于 8031 在复 位期间，I/O 口输出高电平，故图 2 电
路的接法有效地解决复位期间分机“咬”总线的问题。
2.2 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（通常都在 4800 波特以上）。限制
通信波特率提高的“瓶颈”，并不是现场的导线（现场 施工一般使用 5 类非屏蔽的双绞线），而是在与单片机系统进行信号隔离
的光耦电路上。此 处采用 TIL117。电路设计中可以考虑采用高速光耦，如 6N137、6N136 等芯片，也可以优化普 通光耦电
路参数的设计，使之能工作在最佳状态。例如：电阻 R2、R3 如果选取得较大，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，不同型号的光耦及驱动电路使得这两个电阻的数值
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。
2.3 485 总线输出电路部分的设计
输出电路的设计要充分考虑到线路上的各种干扰及线路特性阻抗的匹配。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。在电 路设计中采用稳压管 D1、D2 组成的吸收回路，也可以选用能够抗浪涌的
TVS 瞬态杂波抑制器 件，或者直接选用能抗雷击的 485 芯片（如 SN75LBC184 等）。 考虑到线路的特殊情况（如某一台分
机的 485 芯片被击穿短路），为防止总线中其它分 机的通信受到影响，在 75176 的 485 信号输出端串联了两个 20Ω 的电阻
R10、R11。这样本机的 硬件故障就不会使整个总线的通信受到影响。
在应用系统工程的现场施工中，由于通信载体是双绞线，它的特性阻抗为 120Ω 左右， 所以线路设计时，在 RS-485 网络传输
线的始端和末端各应接 1 只 120Ω 的匹配电阻（如图 2 中 R8），以减少线路上传输信号的反射。 由于 RS-485 芯片的特性，
接收器的检测灵敏度为± 200mV，即差分输入端 VA－VB ≥ +200mV，输出逻辑 1，VA－VB ≤－200mV，输出逻辑 0；
而 A、B 端电位差的绝对值小于 200mV 时，输出为不确定。如果在总线上所有发送器被禁止时，接收器输出逻辑 0，这会误
认为通 信帧的起始引起工作不正常。解决这个问题的办法是人为地使 A 端电位高于 B 两端电位，这样 RXD 的电平在 485 总
线不发送期间（总线悬浮时）呈现唯一的高电平，8031 单片机就不会被误 中断而收到乱字符。通过在 485 电路的 A、B 输出
端加接上拉、下拉电阻 R7、R9，即可很好地 解决这个问题。
3 软件的编程
485 芯片的软件编程对产品的可靠性也有很大影响。由于 485 总线是异步半双工的通信总 线，在某一个时刻，总线只可能呈
现一种状态，所以这种方式一般适用于主机对分机的查询 方式通信，总线上必然有一台始终处于主机地位的设备在巡检其它的
分机，所以需要制定一 套合理的通信协议来协调总线的分时共用。这里采用的是数据包通信方式。通信数据是成帧 成包发送
的，每包数据都有引导码、长度码、地址码、命令码、内容、校验码等部分组成。其中引导码是用于同步每一包数据的引导头；
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