adm2483应用笔记

adm2483应用笔记 ADM2483自收发电路的参考 收发, 电路, 设计 RS-485在工业控制、电力通讯、智能仪等领域中使用广泛。但是，在工业控制等现场环境中，情况复杂，常会有电气噪声干扰传输线路;在多系统互联时，不同系统的地之间会存在电位差，形成接地环路，会干扰整个系统，严重时会造成系统的灾难性损毁;还可能存在损坏设备或危害人员的潜在电流浪涌等高电压或大电流。因此，对RS-485接口的 隔离是非常有必要的。 ADM2483是一款集成了信号通道隔离和RS-485收发器的芯片。以单芯片实现了对RS-485接口的隔离，电路连接简单，设计方便，性能上远高于繁琐的光耦隔离485电路设计。在某些系统应用中，由于I/O口数量有限，因此我们希望半双工的RS-485收发器能够实现自收发功能，以节省用于控制RE与DE的两路I/O端口。目前，实现这一功能的主流是采用74HC14芯片。下面，我们采用74HC14与ADM2483实现RS-485接口的信号隔离 自收发设计。 硬件电路 隔离RS-485接口电路 之前我们经常采用的485接口隔离电路是利用三个光耦隔离收发及控制信号，加上485收发器共需要4片IC，且采用光耦隔离需要限流及输出上拉电阻，必要时还会使用三极管驱动。设计电路繁琐，耗费时间长，如果没有之前使用光耦的经验，那么在选用光耦限流及输出上拉电阻方面会耗费很多不必要的时间;且光耦的输出信号上升时间较长，在与数字I/O端口相接时，需另加施密特整形才能保证信号的波形符合标准，如在FPGA、 DSP等系统中的应用。 ADM2483是内部集成了磁隔离通道和485收发器的芯片，内部集成的磁隔离通道原理与光耦不同，在输入输出端分别有编码解码电路和施密特整形电路，确保了输出波形的质量。且磁隔离功耗仅为光耦的1/10，传输延时为ns级，从直流到高速信号的传输都具有超越光耦的性能优势。内部集成的低功耗485收发器，信号传输速率可达500Kbps，后端总 线可支持挂载256个节点。具有真失效保护、电源监控以及热关断功能。 要实现隔离RS-485接口的电路设计只需在ADM2483的电源与地之间接一个104的 去耦电容即可。当然，DC-DC隔离电源是必不可少的。其电路连接如下图: 信号自收发电路 信号自收发电路我们采用74HC14芯片，利用它的施密特波形翻转性能来控制RE、DE引脚， 以实现信号的自收发。其电路连接如下图: 如图所示，MCU的发送信号经过施密特触发器反向后输给DE和RE脚，发送数据引 脚TxD接地。 当有高电平信号发送时，经反向变为低电平信号，DE/RE引脚输入为低电平，使发 送驱动器禁止，总线为高阻状态，此时由A、B总线上的上拉电阻产生高电平输出。 当有低电平信号发送时，经反向变为高电平信号，DE/RE引脚输入为高电平，使发 送驱动器工作，由于TxD引脚端接地，为低电平，这样就将低电平发送至总线。 本参考设计仅为实现RS-485接口的自收发功能，在实际应用中，应根据使用情况作出相应的修改。此收发电路也有不足之处，当在连续发送高电平时，ADM2483的DE,RE引脚处于接收状态，所以，此时的发送端和接收端都处于接收状态，这时的总线是空闲状 态，是允许各节点发送数据的，因此一般在主从式的网络结构中采用此方法。 在网络上也有不同的几种实现RS,485收发器自收发的方案，分别有以下几种: 利用三极管反向原理实现 电路如下图: 当不发送数据时，TxD信号为高电平，经V1反向后使ADM2483处于接收状态。 当发送数据时，TxD为高时，经V1反向，使发送驱动器禁止，总线为高阻状态，此时由A、B总线上的上拉电阻产生高电平输出。TxD为低时，经V1反向，使发送驱动器工 作，由于TxD引脚端接地，为低电平，这样就将低电平发送至总线。 采用这种电路时，需要程序保证不同时进行接收和发送的操作。 利用555定时器，其原理于以上电路类似，电路图如下: 555定时器为边沿触发，当TxD发送高电平时，555定时器OUT引脚输出低电平，当TxD发送低电平时，555定时器OUT引脚输出高电平，当TxD转为高电平时，OUT引脚输出的高电 平状态会延迟一会再转入低电平，以确保发送数据的正确性。 采用74HC14和RC电路实现，此电路是对单纯使用74HC14实现自收发电路的改进， 增加了RC充放电电路，减少总线处于空闲状态的时间，电路如下图: 当TxD信号为高电平，则通过电阻为电容充电，其充电时间为T，该时间应设置为串口发送一个字节所需要的时间，由R，C参数来确定。当电容充满后，则DE,RE为低电 平，使ADM2483处于接收状态。 在发送数据时，TxD起始位产生第一个下降沿，使电容经过二极管进行快速放电，使DE,RE很快变为高电平，ADM2483处于发送状态。在发送过程中， 当TxD变成高电平时，电容通过电阻缓慢充电，使DE,RE仍然保持在发送状态，可有效吸收总线上的反射信号。当RC充电结束，使DE,RE转入接受状态时， 总线上的上拉、下拉电阻将维持TxD高电平 的发送状态，直至整个bit发送结束。 当数据发送完毕以后，TxD变为高电平，RC又开始充电，即经T时间后，ADM2483 又转换为接收状态。 声明 以上所有电路均为参考电路，为电路设计者提供思路，在实际使用中请再次验证，以 确保电路的稳定及不会对系统造成破坏。对于电路损坏造成的损失，概不负责。 基于ADM2483的RS485总线竞争解决方案 技术分类: 工业电子 | 2008-07-28 作者:jerrymiao: EDN China EDN博客精华文章 作者:jerrymiao 引言: 在工业控制及测量领域较为常用的网络之一就是物理层采用RS-485通信接口所组成的工控设备网络。这种通信接口可以十分方便地将许多设备组成一个控制网络。从目前解决单片机之间中长距离通信的诸多方案分析来看，RS-485总线通信模式由于具有结构简单、价格低廉、通信距离和数据传输速率适当等特点而被广泛应用于仪器仪表、智能化传感器集散控制、楼宇控制、监控报警、工业控制、煤矿安全等领域。但RS485总线存在自适应、自保护功能脆弱等缺点，如不注意一些细节的处理，常出现通信失败甚至系统瘫痪等故障，因此对RS-485进行隔离保护,提高其可靠性至关重要。 一、RS485总线系统 在实际应用中，RS485半双工异步通信总线是被各研究机构广泛应用的数据通信总路线，它往往应用在集中控制枢纽和分散控制单元之间。系统如图1所示 在实际应用中，分散控制单元往往数量较多，分布较远，现场存在各种干扰，可靠性不高。再加上软硬件设计不完善，使得如何在工业应用中保证RS485的可靠性成为各研发人员的一块心病。 在设计485通信系统时如果按照常规的电路设计，会存在以下几点问题: 1、通信数据收发可靠性问题。 2、在多节点通信系统中，如果一个节点发生故障(死机)，往往会使得整个通信系统的框架崩溃，而且给故障排查带来困难。 3、由于现场总线上的各种高压信号干扰，在长距离的传输中必须采取隔离措施，隔离器的性能也真接影响RS485的通信质量。 二、硬件电路设计 本方案以89s51以主芯片，接口用的RS485芯片是ADI的ADM2483。ADM2483是ADI推出的一款带隔离的RS485接口芯片，隔离用的是ADI的专利icoupler磁耦隔离技术，硬件电路图2 点击看原图 考虑现场总线的环境复杂，在设计硬件电路时考虑以下几点: 1、RS485接口芯片DE端控制 RS485系统一般会有很多设备挂在总线上，因为单片机上电复位的不确定性，就有可能会引起在同一时间内有两个以上的设备处于发送状态，引起“咬总线”的情况发生。 ADM2483专门设置了一个电源监控脚PV，当PV脚的输入电平为低电平时，芯片停止工作。当PV脚输入电平为高时，ADM2483正常工作。89s51的复位电平为高，与PV的有效电平刚好相同，所以我们在中间放了一个反相器，这样当89s51高电平复位时，PV脚处于低电平状态，则ADM2483不工作，当89s51工作时，PV处于高电平状态,则ADM2483正常工作。这就有效的解决了RS485总线的总线竞争问题。 2、RS485总线后端电路 在图中D1、D2、D3为信号限幅二极管，其稳压值应符合RS485总线标准，我们使用的是P6KE6.8CA，使总线上信号保证在-7----+12v之间，进一步提高抗过压能力。为防止总线上某一RS485芯片被击穿短路影响整个RS485系统的其它设备的正常通信，我们在ADM2483的信号输出端串联了两个20Ω电阻，这样本机的硬件故障就不会影响到整个系统的通信性况。在应用系统的工程的现场施工中，由于通信载体是双绞线，它的阻抗是120Ω左右，所以我们RS485的始端与末段各加一个120Ω左右的匹配电阻，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l，VA-VB?-200mV，输出逻辑0;而当A、B端电位差的绝对值小于200mv时，输出不确定。如果在总线上所有发送器被禁止，则接收器输出逻辑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，89C5l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、下拉电阻R1、R2，可以很好地解决这个问题。 3、软件编程问题 在设计RS-485通信软件时，尤其要注意对485控制端 DE的软件编程。为了保证数据收发可靠，在485总线状态切换时需要加适当延时，再进行数据的收发。具体做法是在数据发送状态下，先将控制端DE置1;延时1ms左右后，再发送有效的数据。一个数据包发送结束后再延时lms，然后将控制端DE清0。控制端DE经过这样处理后，会使总线在状态切换时有一个稳定的工作过程. 三、小结 RS485被广泛应用在各种通信系统中,由于在实际工程中的各种信号干扰(雷击、过压) ,隔离就显得越来越重要,本方案中应用的ADM2483不仅是一款高性能的增强型RS485芯片,还率先集成了磁耦隔离在内部,更加提高了RS485通信系统的可靠性.已在电力电子、工业控制等各种RS485领域中得到了大量应用.在应用本方案时请注意单片机的复位电平与PV有效电平的关系.保证在单片机复位期间ADM2483不工作或处于接收状态。