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RS-485總線電平異常解決方案解析

2019-11-13 16:31 來源:致遠電子 編輯:電源網

摘要:各位工程師是否會遇到這樣的情況,測試單個RS-485設備數據無異常,但設備組網后,就出現通訊數據異常或連接失敗等情況。出錯的原因是什么?本文將從門限電平為你揭秘RS-485組網異常。

RS-485總線是具有結構簡單、通信距離遠、通信速度高、成本低等優點,廣泛應用于工業通訊、電力監控以及儀器儀表等行業。若總線上接有終端電阻,則在總線空閑狀態時,RS-485總線AB差分電壓可能處于門限電平(±200mV)之內,這時可能會導致通信出錯,那么,出錯的原因是什么?MCU接收到的數據會發生什么樣的變化?

1、數據出錯的原因

如圖 1所示為8位數據位無校驗位的UART時序圖,當使用UART進行通信時,MCU在檢測到起始位后開始接收其后的數據。

RS-485總線電平異常解決方案解析

圖 1  無校驗位,8位數據位,串口時序圖

如圖 2所示為STM32串口外設檢測到起始位的條件,當檢測到下降沿(3個高電平+1個低電平)并且采樣序列1和采樣序列2均為0時,STM32檢測到一個起始位。

每個位采樣16次,采樣點的間隔時間為tbit/16,tbit為每個位的時間,例如通信波特率為115.2kbps,則tbit=1/115.2k=8.68us,則采樣點的間隔時間為8.68us/16=0.5425us。

RS-485總線電平異常解決方案解析

圖 2  STM32串口外設檢測到起始位的條件

下面以RSM485PCHT的門限電平為例進行說明,當AB差分電壓處于±200mV之內時,模塊RXD引腳輸出狀態不確定。

當總線變為空閑時,若RXD引腳輸出低電平,則可能導致MCU接收到錯誤數據或MCU在正常數據后誤接收1個0x00。

RS-485總線電平異常解決方案解析

圖 3  RSM485PCHT門限電平

2、數據發生了什么變化?

如圖 4所示,收發器1在AB差分電壓處于±200mV門限電平之內時輸出高電平,收發器2在AB差分電壓處于±200mV門限電平之內時輸出低電平,可以看出,收發器2可能導致MCU接收到錯誤的數據,并且在數據后誤接收到1個0x00數據。

RS-485總線電平異常解決方案解析

圖 4  數據后多0x00

如圖 5所示,若總線上持續存在數據信號或連續發送多個字節數據,在數據之間存在的空閑狀態可能會被收發器2識別為1個起始位,從而導致數據連續錯誤。

RS-485總線電平異常解決方案解析

圖 5  數據連續錯誤

3、解決方案

總線空閑時若AB差分電壓處于門限電平之內,則可能導致數據出錯,可以使用如下方法避免總線空閑時AB差分電壓處于門限電平之內。

方案一:在總線組網距離偏長時,為避免因為總線信號反射而導致通訊異常的情況,都會增加終端電阻來解決總線反射問題,但此時總線電平會被拉低,從而增大總線空閑時AB差分電壓處于門限電平之內的風險,具體入下圖6所示。面對此類應用可使用致遠電子RSM(3)485PCHT模塊,RS-485接口設計時可通過外置一個較小值的上下拉電阻調節空閑狀態時的電壓值,使電平處于門限電平外,具體的幅值變化如下圖7所示

RS-485總線電平異常解決方案解析

圖6  終端電阻對總線電平影響

RS-485總線電平異常解決方案解析

圖7  RSM(3)485PCHT實物及應用連接圖

方案二:組網中增加終端電阻后,同樣可使用致遠電子RSM(3)485ECHT模塊,RSM(3)485ECHT具備極高的總線兼容性門限電平為-40mV~-20mV,具體如下圖8所示,在總線電平被終端電阻拉低時(最壞情況總線高電平幅值為0V)仍可識別總線電平,保證通訊的穩定性

RS-485總線電平異常解決方案解析

圖8  RSM(3)485ECHT實物圖及門限電平參數

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