RS485芯片的選型與使用說明

一、RS485基本知識

RS-485接口芯片已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器、儀表、多媒體網(wǎng)絡(luò)、機電一體化產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域?？捎糜?u>RS-485接口的芯片種類也越來越多。如何在種類繁多的接口芯片中找到最合適的芯片，是擺在每一個使用者面前的一個問題。RS-485接口在不同的使用場合，對芯片的要求和使用方法也有所不同。使用者在芯片的選型和電路的設(shè)計上應(yīng)考慮哪些因素，由于某些芯片的固有特性，通信中有些故障甚至還需要在軟件上作相應(yīng)調(diào)整，如此等等。希望本文對解決RS-485接口的某些常見問題有所幫助。

1.RS—485接口標(biāo)準(zhǔn)

傳輸方式：差分

傳輸介質(zhì)：雙絞線

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點數(shù)：32

最遠(yuǎn)通信距離：1200m 共模電壓最大、最小值：+12V；-7V

差分輸入范圍：-7V～+12V

接收器輸入靈敏度：±200mV

接收器輸入阻抗：≥12kΩ

2節(jié)點數(shù)及半雙工和全雙工通信

2.1 節(jié)點數(shù)

所謂節(jié)點數(shù)，即每個485接口芯片的驅(qū)動器能驅(qū)動多少個標(biāo)準(zhǔn)485負(fù)載。根據(jù)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)485接口的輸入阻抗為≥12kΩ，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動節(jié)點數(shù)為32。為適應(yīng)更多節(jié)點的通信場合，有些芯片的輸入阻抗設(shè)計成1/2負(fù)載（≥24kΩ）、1/4負(fù)載（≥48kΩ）甚至1/8負(fù)載（≥96kΩ），相應(yīng)的節(jié)點數(shù)可增加到64、128和256。表1為一些常見芯片的節(jié)點數(shù)。

32SN75176，SN75276，SN75179，SN75180，MAX485，MAX488，MAX490

64SN75LBC184

128MAX487，MAX1487

256MAX1482，MAX1483，MAX3080～MAX3089

2.2 半雙工和全雙工

RS-485接口可連接成半雙工和全雙工兩種通信方式。半雙工通信的芯片有SN75176、SN75276、SN75LBC184、MAX485、MAX 1487、MAX3082、MAX1483等；全雙工通信的芯片有SN75179、SN75180、MAX488~MAX491、MAX1482等。

（a）半雙工通信電路

（b）全雙工通信電路

3應(yīng)用中的常見問題

3.1 抗雷擊和抗靜電沖擊

RS-485接口芯片在使用、焊接或設(shè)備的運輸途中都有可能受到靜電的沖擊而損壞。在傳輸線架設(shè)于戶外的使用場合，接口芯片乃至整個系統(tǒng)還有可能遭致雷電的襲擊。選用抗靜電或抗雷擊的芯片可有效避免此類損失，常見的芯片有MAX485E、MAX487E、MAX1487E等。特別值得一提的是SN75LBC184，它不但能抗雷電的沖擊而且能承受高達(dá)8kV的靜電放電沖擊，是目前市場上不可多得的一款產(chǎn)品。

3.2 限斜率驅(qū)動

由于信號在傳輸過程中會產(chǎn)生電磁干擾和終端反射，使有效信號和無效信號在傳輸線上相互迭加，嚴(yán)重時會使通信無法正常進(jìn)行。為解決這一問題，某些芯片的驅(qū)動器設(shè)計成限斜率方式，使輸出信號邊沿不要過陡，以不致于在傳輸線上產(chǎn)生過多的高頻分量，從而有效地扼制干擾的產(chǎn)生。如MAX487、SN75LBC184等都具有此功能。

3.3 故障保護

故障保護技術(shù)是近兩年產(chǎn)生的，一些新的RS-485芯片都采用了此項技術(shù)，如SN75276、MAX3080~MAX3089。什么是故障保護，為什么要有故障保護，如果沒有故障保護會產(chǎn)生什么后果？

眾所周知，RS-485接口采用的是一種差分傳輸方式，各節(jié)點之間的通信都是通過一對（半雙工）或兩對（全雙工）雙絞線作為傳輸介質(zhì)。根據(jù)RS-485的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，接收器的接收靈敏度為±200mV，即接收端的差分電壓大于、等于+200 mV時，接收器輸出為高電平；小于、等于-200mV時，接收器輸出為低電平；介于±200mV之間時，接收器輸出為不確定狀態(tài)。在總線空閑即傳輸線上所有節(jié)點都為接收狀態(tài)以及在傳輸線開路或短路故障時，若不采取特殊措施，則接收器可能輸出高電平也可能輸出低電平。一旦某個節(jié)點的接收器產(chǎn)生低電平就會使串行接收器（UART）找不到起始位，從而引起通信異常，解決此類問題的方法有兩種：

（1）使用帶故障保護的芯片，它會在總線開路、短路和空閑情況下，使接收器的輸出為高電平。確?？偩€空閑、短路時接收器輸出高電平是由改變接收器輸入門限來實現(xiàn)的。例如，MAX3080～MAX 3089輸入靈敏度為-50mV/-200mV，即差分接收器輸入電壓UA－B≥-50mV時，接收器輸出邏輯高電平；如果UA－B≤-200mV，則輸出邏輯低電平。當(dāng)接收器輸入端總線短路或總線上所有發(fā)送器被禁止時，接收器差分輸入端為0V，從而使接收器輸出高電平。同理，SN75276的靈敏度為0mV/-300mV，因而達(dá)到故障保護的目的。

（2）若使用不帶故障保護的芯片，如SN75176、MAX1487等時，可在軟件上作一些處理，從而避免通信異常。即在進(jìn)入正常的數(shù)據(jù)通信之前，由主機預(yù)先將總線驅(qū)動為大于+200mV，并保持一段時間，使所有節(jié)點的接收器產(chǎn)生高電平輸出。這樣，在發(fā)出有效數(shù)據(jù)時，所有接收器能夠正確地接收到起始位，進(jìn)而接收到完整的數(shù)據(jù)。

二、RS485應(yīng)用設(shè)計
1SN75176 485芯片DE控制端的設(shè)計

由于應(yīng)用系統(tǒng)中，主機與分機相隔較遠(yuǎn)，通信線路的總長度往往超過400米，而分機系
統(tǒng)上電或復(fù)位又常常不在同一個時刻完成。如果在此時某個75176的DE端電位為“１”，那
么它的485總線輸出將會處于發(fā)送狀態(tài)，也就是占用了通信總線，這樣其它的分機就無法與
主機進(jìn)行通信。這種情況尤其表現(xiàn)在某個分機出現(xiàn)異常情況下（死機），會使整個系統(tǒng)通信
崩潰。因此在電路設(shè)計時，應(yīng)保證系統(tǒng)上電復(fù)位時75176的DE端電位為“0”。由于8031在復(fù)
位期間，I/O口輸出高電平，故圖2電路的接法有效地解決復(fù)位期間分機“咬”總線的問題。

2 隔離光耦電路的參數(shù)選取

在應(yīng)用系統(tǒng)中，由于要對現(xiàn)場情況進(jìn)行實時監(jiān)控及響應(yīng)，通信數(shù)據(jù)的波特率往往做得較
高（通常都在4800波特以上）。限制通信波特率提高的“瓶頸”，并不是現(xiàn)場的導(dǎo)線（現(xiàn)場
施工一般使用5類非屏蔽的雙絞線），而是在與單片機系統(tǒng)進(jìn)行信號隔離的光耦電路上。此
處采用TIL117。電路設(shè)計中可以考慮采用高速光耦，如6N137、6N136等芯片，也可以優(yōu)化普
通光耦電路參數(shù)的設(shè)計，使之能工作在最佳狀態(tài)。例如：電阻R2、R3如果選取得較大，將會
使光耦的發(fā)光管由截止進(jìn)入飽和變得較慢；如果選取得過小，退出飽和也會很慢，所以這兩
只電阻的數(shù)值要精心選取，不同型號的光耦及驅(qū)動電路使得這兩個電阻的數(shù)值略有差異，這
一點在電路設(shè)計中要特別慎重，不能隨意，通?？梢杂蓪嶒瀬矶?。

3 485總線輸出電路部分的設(shè)計

輸出電路的設(shè)計要充分考慮到線路上的各種干擾及線路特性阻抗的匹配。由于工程環(huán)境
比較復(fù)雜，現(xiàn)場常有各種形式的干擾源，所以485總線的傳輸端一定要加有保護措施。在電
路設(shè)計中采用穩(wěn)壓管D1、D2組成的吸收回路，也可以選用能夠抗浪涌的TVS瞬態(tài)雜波抑制器
件，或者直接選用能抗雷擊的485芯片（如SN75LBC184等）。

考慮到線路的特殊情況（如某一臺分機的485芯片被擊穿短路），為防止總線中其它分
機的通信受到影響，在75176的485信號輸出端串聯(lián)了兩個20Ω的電阻R10、R11。這樣本機的
硬件故障就不會使整個總線的通信受到影響。

在應(yīng)用系統(tǒng)工程的現(xiàn)場施工中，由于通信載體是雙絞線，它的特性阻抗為120Ω左右，
所以線路設(shè)計時，在RS-485網(wǎng)絡(luò)傳輸線的始端和末端各應(yīng)接1只120Ω的匹配電阻（如圖1中
R8），以減少線路上傳輸信號的反射。

由于RS-485芯片的特性，接收器的檢測靈敏度為± 200mV，即差分輸入端VA－VB ≥
+200mV，輸出邏輯1，VA－VB ≤－200mV，輸出邏輯0；而A、B端電位差的絕對值小于200mV
時，輸出為不確定。如果在總線上所有發(fā)送器被禁止時，接收器輸出邏輯0，這會誤認(rèn)為通
信幀的起始引起工作不正常。解決這個問題的辦法是人為地使A端電位高于B兩端電位，這樣
RXD的電平在485總線不發(fā)送期間（總線懸浮時）呈現(xiàn)唯一的高電平，8031單片機就不會被誤
中斷而收到亂字符。通過在485電路的A、B輸出端加接上拉、下拉電阻R7、R9，即可很好地
解決這個問題。

審核編輯：符乾江