零延時隔離技術的RS485總線節點設計

　　在工業控制設備之間中長距離通信的諸多方案中，RS485總線因其硬件設計簡單、控制方便、成本低等優點，廣泛應用于工廠自動化、工業控制、小區監控、水利自動測控等領域。RS485總線采用平衡式發送、差分式接收的數據收發器來驅動，各節點之間的通信是以一對雙絞線作為傳輸介質。與RS232接口相比，RS485總線的傳輸距離更長、抗干擾能力也更強。RS485總線具有以下一些特點：

　　①接口采用平衡驅動器和差分接收器，抗共模干擾能力強，即抗噪聲干擾性好。

　　②收發器輸出A、B之間的電平為+2～+6 V，是邏輯“1”；為－6～－2 V，是邏輯“0”。信號電平比RS232降低了，不易損壞接口芯片。另有“使能”控制信號，可使收發器處于高阻狀態，切斷與傳輸線的連接。

　　③接收器的輸入靈敏度為200 mV。即在當收端VA－VB》+200 mV時，輸出為邏輯“0”；VA－VB＜－200 mV時，輸出為邏輯“1”。

　　④最高傳輸速率為10 Mbps，最大傳輸距離標準值為1 200 m。

　　⑤在節點數為32個、配置120 Ω終端電阻的情況下，驅動器至少還能輸出1．5 V電壓（終端電阻的大小與所用雙絞線的參數有關）。

　　⑥具有多站點傳輸能力，即總線上允許掛接多個收發器，可建立設備網絡。

　　在傳統的RS485總線節點設計的基礎上，本文基于ADI公司推出的帶隔離的增強型RS485收發器AD－uM2483，采用磁耦隔離和硬件零延時技術所設計的RS485總線節點，具有良好的抗干擾性和較高的通信速率，可應用在一些環境比較復雜的工業場合。

1 設計思想

　　RS485總線節點由單片機STC12C5410AD、帶隔離的RS485收發器ADuM2483、高速三極管等組成。其中，ADuM2483的應用圖如圖1所示。STC12C5410AD是宏晶科技生產的單時鐘／機器周期（1T）單片機，是高速／低功耗／超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8～12倍。其內部集成MAX810專用復位電路、4路PWM、通用全雙工異步串行口（UART），可用定時器軟件實現多串口；8路高速10位A／D轉換，寬電壓，不怕電源抖動，高抗靜電（ESD保護），特別適用于強干擾場合。

　　在情況比較復雜的現場中，各節點之間存在很高的共模電壓。雖然RS485總線采用平衡式發送、差分式接收的數據收發器來驅動，具有一定的抗共模干擾能力，但當共模電壓超過其極限接收電壓時，RS485收發器就無法工作了，嚴重時甚至會燒毀芯片和儀器設備。因此，為了適應強干擾環境甚至更苛刻的性能要求，必須對RS485總線各節點實行電氣隔離。

　　傳統的RS485隔離總線節點是由光電耦合器和RS485總線收發器（如MAX485）構成，使用光束來隔離和保護檢測電路，在高壓和低壓電氣環境之間提供一個安全接口。目前，一般使用6N137光電隔離器件，用MAX485作為RS485總線收發器。Toshiba公司的6N137工作電壓為5V，數據最高傳輸速率為10 Mbps，工作溫度一般為0～70℃；隔離電壓為2 500 V（有效值），以DIP8封裝，每個芯片僅提供一個隔離通道，體積大，穩定性差，功耗高，LED易老化。這些性能已經限制了6N137在更高要求的環境中應用。本文選用ADI公司的ADuM2483。它是一款帶隔離的RS485收發器和一個3通道的數字隔離器，是目前性價比很高的RS485收發器，功能上相當于1個MAX485和3個6N137光耦隔離器，可滿足RS485總線節點的要求。