RS-485收发的零延时自动转换电路
2010-10-29
RS-485是一种基于差分信号传送的串行通信链路层协议。它解决了RS-232协议传输距离太近(15m)的缺陷，是工业上广泛采用的较长距离数据通信链路层协议。
由于它使用一对双绞线传送差分信号，属半双工通信，所以需要进行接收和发送状态的转换。一般的8脚TTL电平到RS-485电平转换芯片的引脚定义如图1所示。
RO——接收数据的 TTL电平输出；
——低电平有效的接收允许；
DE——高电平有效的发送允许；
DI——发送数据的TTL电平输入；
A——485差分信号的正向端；
B——485差分信号的反向端。
在RS-485电路设计中，通常将和DE短接，用1根信号线来控制，这样可以做到收发的切换。
RS-485芯片通常处于接收状态。当要发送数据时，由程序控制/DE 变为高电平，然后UART单元发送数据，程序要等待发送完毕后，再将RS-485芯片转换到接收状态。发送完毕的标志一般由UART的特定寄存器提供状态指示，程序需要去查询。
在单片机电路中，一般用1根I/O线来控制RS-485芯片的接收和发送状态的转换。这样需要由软件来控制 I/O引脚的电平，以达到控制RS-485收发转换的目的。
这样的控制方法造成RS-485通信存在以下问题：
在想要发送数据和真正的能发送数据之间，存在一定的转换延时；
如果发送到接收的转换时机不当，则会造成数据丢失；
在接收和发送数据转换期间，容易引入干扰，使UART单元收到多余的杂乱数据。
鉴于以上情况，笔者经过探索和参照其它相关电路，设计了一种可以实现RS-485接收和发送零延时转换的电路，如图2所示。
由于它使用一对双绞线传送差分信号，属半双工通信，所以需要进行接收和发送状态的转换。一般的8脚TTL电平到RS-485电平转换芯片的引脚定义如图1所示。
RO——接收数据的 TTL电平输出；
——低电平有效的接收允许；
DE——高电平有效的发送允许；
DI——发送数据的TTL电平输入；
A——485差分信号的正向端；
B——485差分信号的反向端。
在RS-485电路设计中，通常将和DE短接，用1根信号线来控制，这样可以做到收发的切换。
RS-485芯片通常处于接收状态。当要发送数据时，由程序控制/DE 变为高电平，然后UART单元发送数据，程序要等待发送完毕后，再将RS-485芯片转换到接收状态。发送完毕的标志一般由UART的特定寄存器提供状态指示，程序需要去查询。
在单片机电路中，一般用1根I/O线来控制RS-485芯片的接收和发送状态的转换。这样需要由软件来控制 I/O引脚的电平，以达到控制RS-485收发转换的目的。
这样的控制方法造成RS-485通信存在以下问题：
在想要发送数据和真正的能发送数据之间，存在一定的转换延时；
如果发送到接收的转换时机不当，则会造成数据丢失；
在接收和发送数据转换期间，容易引入干扰，使UART单元收到多余的杂乱数据。
鉴于以上情况，笔者经过探索和参照其它相关电路，设计了一种可以实现RS-485接收和发送零延时转换的电路，如图2所示。
当不发送数据时，TTL电平的Tx信号为高电平，经V1反向为低电平，RS-485芯片处于接收状态。
当发送数据时，① 若Tx为低电平，经V1反向后，DE/为高电平，发送允许。此时由于DI 接地，所以RS-485芯片的输出端A、B产生表示低电平的差分信号，低电平的Tx被送出。② 若Tx为高电平，经V1反向后，DE/为低电平，RS-485芯片的A、B端处于高阻态。此时靠电阻R1和R2的下拉和上拉作用，使总线上产生正的差分信号，从而将Tx的高电平信号送出。
由以上分析看出，在使用这个电路时，只要程序能保证不同时进行接收和发送的操作，即保证是半双工传送数据，程序不必用指令控制DE/进行接收和发送的转换。转换由硬件本身完成。
发送高电平的过程中，由于RS-485芯片处于接收状态，此时的发送信号必须是在总线上其它节点发送数据时，才能将高电平信号送出。所以，仍需要软件设计中做好总线仲裁。
经过在没有严重干扰的实验室中的实验，在使用0.5mm2屏蔽平行线时，此电路的传送距离可达1200m。
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