現場總線的開關量 I/O 模塊的總體方案設計

4.6 RS485模塊

4.6.1串口基本類型介紹

(1).RS-232串行接口標準

目前RS-232是PC機與通信工業中應用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標準。RS-232采取非平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。由于其發送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約15米，最高速率為20kb/s. RS-232是為點對點(即只用一對收、發設備)通訊而設計的，其驅動器負載為3～7kΩ。所以RS-232適合本地設備之間的通信。

(2).RS-422與RS-485串行接口標準

2.1).平衡傳輸

RS-422、RS-485與RS-232不一樣，數據信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，使用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B，通常情況下，發送驅動器A、B之間的正電平在+2～+6V，是一個邏輯狀態，負電平在-2～-6V，是另一個邏輯狀態。另有一個信號地C，在RS485中還有一“使能”端，而在RS-422中這是可用可不用的。“使能”端是用于控制發送驅動器與傳輸線的切斷與連接。當“使能”端起作用時，發送驅動器處于高阻狀態，稱作“第三態”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態。

接收器也作與發送端相同的規定，收、發端通過平衡雙絞線將AA與BB對應相連，當在收端AB之間有大于+200mV的電平時，輸出正邏輯電平，小于-200mV時，輸出負邏輯電平。接收器接收平衡線上的電平范圍通常在200mV至6V之間。

2.2). RS-422電氣規定RS-422標準全稱是“平衡電壓數字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。典型的RS-422是四線接口。實際上還有一根信號地線，共5根線。其DB9連接器引腳定義。由于接收器采用高輸入阻抗和發送驅動器比RS232更強的驅動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節點，最多可接10個節點。即一個主設備(Master)，其余為從設備(Salve)，從設備之間不能通信，所以RS-422支持點對多點的雙向通信。接收器輸入阻抗為4k，故發端最大負載能力是10×4k +100Ω(終接電阻)。RS-422四線接口由于采用單獨的發送和接收通道，因此不必控制數據方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式(XON/XOFF握手)或硬件方式(一對單獨的雙絞線)實現。

RS-422的最大傳輸距離為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s.其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mb/s. RS-422需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在短距離傳輸時可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸電纜的最遠端。

3.2).RS-485電氣規定由于RS-485是從RS-422基礎上發展而來的，所以RS-485許多電氣規定與RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。RS-485可以采用二線與四線方式，二線制可實現真正的多點雙向通信，而采用四線連接時，與RS-422一樣只能實現點對多點的通信，即只能有一個主(Master)設備，其余為從設備，但它比RS-422有改進，無論四線還是二線連接方式總線上可多接到32個設備。

RS-485與RS-422的不同還在于其共模輸出電壓是不同的，RS-485是-7V至+12V之間，而RS-422在-7V至+7V之間，RS-485接收器最小輸入阻抗為12k ，而RS-422是4k，RS-485滿足所有RS-422的規范，所以RS-485的驅動器可以用在RS-422網絡中應用。

4.2).RS-485有關電氣規定。

RS-485與RS-422一樣，其最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s.平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100 kb/s速率以下，才可能使用規定最長的電纜長度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長雙絞線最大傳輸速率僅為1Mb/s

RS-485需要2個終接電阻，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻，終接電阻接在傳輸總線的兩端。

4.6.2串口電路設計

S3C2440帶有三個通道的UART，可以通過TTL到RS485的電平轉換實現RS485接口，實現RS485通信。如圖4.10所示為S3C2440和MAX485的連接電路原理圖。

MAX485是用于支持RS-485/RS-422通信的低功耗收發器，內含一個獨立的驅動器和接收器，支持半雙工收發。它完成將TTL電平轉換為RS-485電平的功能。RO和DI端分別為接收器的輸出和驅動器的輸入端，與S3C2440連接RXD和TXD即可;RE和DE端分別為接收和發送的使能端，由GPH1來控制使能端，當/RE為邏輯0時，器件處于接收狀態;當DE為邏輯1時，器件處于發送狀態，因為MAX485工作在半雙工狀態，所以只需用S3C2440的一個管腳控制這兩個引腳即可;A端和B端分別為接收和發送的差分信號端，當A引腳的電平高于B端時，代表發送的數據為1;當A引腳的電平低于B端時，代表發送的數據為0.在與S3C2440連接時接線非常簡單，只需要一個信號控制MAX485的接收和發送即可。同時將A和B端之間加匹配電阻，本電路選用120Ω的電阻。

4.7其他外圍模塊

4.7.1時鐘模塊

S3C2440需要一個12M的無源晶振作為系統外部時鐘源，和一個32.768kHz的無源晶振作為RTC時鐘源。其中12M的無源晶振經CPU內部PLL電路倍頻后作為CPU基總線的工作時鐘和片內功能模塊的工作時鐘。片內的PLL電路兼有頻率放大和信號提純的功能，因此，系統可以以較低的外部時鐘信號獲得較高的工作頻率，以降低因高速開關時鐘所造成的高頻噪聲，這是基于ARM微處理器系統常采用的一種手段。晶振電路原理圖如圖4.11所示。

4.7.2復位模塊

MAX811T是一款連接比較簡單的手動復位芯片，nMR引腳接開關，nRESET引腳接CPU的復位引腳。復位電路原理圖如圖4.1 2所示。

4.7.3 JTAG調試模塊

JTAG是在開發過程中十分常用的接口，由于S3C2440處理器內部已提供了對JTAG的支持，因此只需要按照電氣規范進行直接連接即可。該模塊用來對首次boot loader的下載，操作簡便。JTAG電路原理圖如圖4.13所示。

4.7.4網絡模塊

CS8900A是由美國CIRRUSLOGIC公司生產的以太網控制器。其性能優良，功耗低，價格低廉。傳輸速率為10 Mb/s.該接口電路中CS8900A工作在16位模式下，網卡芯片復位默認工作方式為I/O連接，寄存器的默認基址是300H.S3C2440的片選線nGCS3作為CS8900A的片選信號。由74HC14和74HC32兩種門電路組成復位電路，為新片提供復位信號。RJ45接頭選擇HR911103A，該接頭集成網絡變壓器的，可提高穩定性和可靠性，且減小體積。該模塊用來快速更新操作系統內核和文件系統.

4.7.5鍵盤模塊

鍵盤模塊由兩片74HC151組成，并接10K上拉電阻，每個按鍵集成LED燈，用來指示開關通路狀態。其原理圖如圖4.14：

A-B端驅動LED用于表示按鍵狀態，C端接地，D端為“讀”端，按鍵在自由狀態下，由于上拉作用，D為高電平，按下按鍵，1-2導通，D端為低電平，由D端高低電平的變化即可實現對按鍵操作的識別。

4.7.6 RS232轉RS485模塊

HTD-RS232/RS485的特點：先進的串口竊電技術，效率高達90%以上，只用TX、RX、GND三線;獨立的串口保護電路，具有抗靜電、抗雷擊、突波抑制功能;可帶電插拔;通信距離在115200bps可達500米，19.2Kbps可達1.2公里，在1.2 Kbps時可達2公里，在30 0bps可達3公里;內置智能模塊，自動識別RS-485信號流向，零延時自動轉發技術;通信波特率0-150Kbps自適應;內置600W/ms抗雷擊保護器和1500V抗靜電保護器;RS-485線路保護，RS-485信號無需共地，網絡成本低;工業級設計，工作溫度范圍：-45℃-85℃

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