RS485芯片介绍及典型应用电路来源网络RS485基本知识

1、RS485 芯片介绍及典型应用电路来源：网络一、 RS485 基本知识RS-485 接口芯片已广泛应用于工业控制、仪器、仪表、多媒体网络、机电一体化产品等诸多领域。 可用于 RS-485 接口的芯片种类也越来越多。如何在种类繁多的接口芯片中找到最合适的芯片，是摆在每一个使用者面前的一个问题。RS-485 接口在不同的使用场合，对芯片的要求和使用方法也有所不同。使用者在芯片的选型和电路的设计上应考虑哪些因素， 由于某些芯片的固有特性， 通信中有些故障甚至还需要在软件上作相应调整， 如此等等。希望本文对解决 RS-485 接口的某些常见问题有所帮助。1 RS-485 接口标准传输方式：差分传输介质

2、：双绞线标准节点数： 32最远通信距离： 1200m 共模电压最大、最小值：+12V ；-7V差分输入范围： -7V +12V接收器输入灵敏度： ±200mV接收器输入阻抗： 12k2 节点数及半双工和全双工通信2.1 节点数所谓节点数，即每个 RS-485 接口芯片的驱动器能驱动多少个标准RS-485 负载。根据规定，标准 RS-485 接口的输入阻抗为 12k，相应的标准驱动节点数为32。为适应更多节点的通信场合，有些芯片的输入阻抗设计成1/2 负载（ 24k）、1/4 负载（ 48k ）甚至 1/8 负载（ 96k ），相应的节点数可增加到64 、128和 256 。表 1 为

3、一些常见芯片的节点数。表 1节点数型 号32 SN75176 ，SN75276 ，SN75179 ，SN75180 ，MAX485 ，MAX488 ，MAX49064 SN75LBC184128 MAX487 ， MAX1487256 MAX1482 ，MAX1483 ，MAX3080 MAX3089 2.2 半双工和全双工RS-485 接口可连接成半双工和全双工两种通信方式。半双工通信的芯片有SN75176 、SN75276 、SN75LBC184 、MAX485 、 MAX 1487 、MAX3082 、MAX1483 等；全双工通信的芯片有SN75179 、SN75180 、MAX488

4、 MAX491 、MAX1482 等。（ a）半双工通信电路（ b）全双工通信电路3 应用中的常见问题3.1 抗雷击和抗静电冲击RS-485 接口芯片在使用、焊接或设备的运输途中都有可能受到静电的冲击而损坏。在传输线架设于户外的使用场合， 接口芯片乃至整个系统还有可能遭致雷电的袭击。选用抗静电或抗雷击的芯片可有效避免此类损失，常见的芯片有MAX485 E 、MAX487 E、 MAX1487 E 等。特别值得一提的是SN75LBC184 ，它不但能抗雷电的冲击而且能承受高达 8kV 的静电放电冲击，是目前市场上不可多得的一款产品。3.2 限斜率驱动由于信号在传输过程中会产生电磁干扰和终端反射，

5、 使有效信号和无效信号在传输线上相互迭加， 严重时会使通信无法正常进行。 为解决这一问题， 某些芯片的驱动器设计成限斜率方式， 使输出信号边沿不要过陡， 以不致于在传输线上产生过多的高频分量，从而有效地扼制干扰的产生。如 MAX487 、 SN75LBC184 等都具有此功能。3.3 故障保护故障保护技术是近两年产生的，一些新的RS-485 芯片都采用了此项技术，如SN75276 、MAX3080 MAX3089 。什么是故障保护，为什么要有故障保护，如果没有故障保护会产生什么后果？众所周知， RS-485 接口采用的是一种差分传输方式，各节点之间的通信都是通过一对（半双工）或两对（全双工）双

6、绞线作为传输介质。根据 RS-485 的标准规定，接收器的接收灵敏度为 ±200mV，即接收端的差分电压大于、 等于 +200 mV时，接收器输出为高电平；小于、等于-200mV 时，接收器输出为低电平；介于± 200mV之间时，接收器输出为不确定状态。 在总线空闲即传输线上所有节点都为接收状态以及在传输线开路或短路故障时， 若不采取特殊措施， 则接收器可能输出高电平也可能输出低电平。 一旦某个节点的接收器产生低电平就会使串行接收器（UART ）找不到起始位 ，从而引起通信异常， 解决此类问题的方法有两种：（ 1）使用带故障保护的芯片，它会在总线开路、短路和空闲情况下，使接

7、收器的输出为高电平。 确保总线空闲、短路时接收器输出高电平是由改变接收器输入门限来实现的。 例如， MAX3080 MAX 3089 输入灵敏度为 -50mV/-200mV ，即差分接收器输入电压 UA B-50mV 时，接收器输出逻辑高电平；如果 UA 被禁止时，接收器差分输入端为 0V，从而使接收器输出高电平。 同理，SN75276的灵敏度为 0mV/-300mV ，因而达到故障保护的目的。（ 2）若使用不带故障保护的芯片，如 SN75176 、MAX1487 等时，可在软件上作一些处理， 从而避免通信异常。 即在进入正常的数据通信之前， 由主机预先将总线驱动为大于 +200mV ，并保持

8、一段时间，使所有节点的接收器产生高电平输出。这样，在发出有效数据时，所有接收器能够正确地接收到起始位，进而接收到完整的数据。3.4 光电隔离在某些工业控制领域， 由于现场情况十分复杂， 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。二、 RS485 应用设计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 “ ”，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

9、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 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

10、 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。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瞬态杂波抑制器

11、件，或者直接选用能抗雷击的组成的吸收回路，也可以选用能够抗浪涌的485 芯片（如 SN75LBC184 等）。TVS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20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 120 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电阻（如图 1 中R8），以减少线路上传输信号的反射。1 只120的匹配由于 RS-485 芯片的特性，接收器的检测

12、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。图 1 RS485 应用典型电路三、软件的编程485 芯片的软件

13、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； 长度码是这一包数据的总长度； 命令码是主机对分机（或分机应答主机）的控制命令；地址码是分机的本机地址号； “内容 ”是这一包数据里的各种信息； 校验码是这一

14、包数据的校验标志，可以采用奇偶校验、 和校验等不同的方式。在 485 芯片的通信中，尤其要注意对 485 控制端 DE 的软件编程。为了可靠的工作，在 485总线状态切换时需要做适当延时， 再进行数据的收发。 具体的做法是在数据发送状态下，先将控制端置 “1，”延时 1ms 左右的时间，再发送有效的数据，一包数据发送结束后再延时1ms 后，将控制端置 “ 0。”这样的处理会使总线在状态切换时，有一个稳定的工作过程。三种常用电路如下：1、基本的 RS485 电路上图是最基本的RS485 电路 ,R/D为低电平时，发送禁止，接收有效，R/D 为高电平时，则发送有效，接收截止。上拉电阻 R7 和下拉

15、电阻 R8，用于保证无连接的SP485R 芯片处于空闲状态， 提供网络失效保护， 提高RS485节点与网络的可靠性，R7，R8这，三R9个电阻，需要根据实际应用改变大小，特别是使用120 欧或更小的终端电阻时，就不R9需要了，此时 R7，R8 使用 680 欧电阻。正常情况下，一般 R7=R8=4.7K，R9 不要。图中钳位于 6.8V 的管 V4 ， V5 ， V6 ，都是为了保护RS485 总线的，避免受外界干扰，也可以选择集成的总线保护原件。另外图中的L1， L2，C1， C2 为可选安装原件，用于提高电路的EMI 性能.2、带隔离的 RS485 电路根本原理与基本电路的原理相似。使用D

16、C-DC器件可以产生1 组与微处理器电路完全隔离的电源输出， 用于向RS485收发器提供+5V电源。电路中的光耦器件速率会影响RS485 电路的通信速率。上图中选用了NEC 的光耦 PS2501 ，受其影响，该电路的通讯速率控制在19200bps下。3、自动切换电路上图中，TX,RX引脚均需要上拉电阻，这一点特别重要。接收：默认没有数据时，TX为高电平，三极管导通，RE 为低电平使能，RO收数据有效，MAX485为接收态。发送：发送数据时，会先TX有一个下拉的电平（起始位- 由高向低），表示开始发送数据，此时三极管截止，为高电平DE发送使能。当发送数据“0”时，由于DI接口相当于接地，此时数据“0”就会AB传输到扣，A-B<0，则传输“0”，完成低电平传输，当发送“1”时，此时三极管导通，按理说RO 会使能，此时由于还处于发送数据中，这种状态下 MAX485处于高阻太，此时的状态通过A 上来，B 下拉电阻决定，此时 A-B>0传输“1”，完成高电平的传输。注意：这里面有个疑惑，发送数据“1”RE，三低