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现场总线的开关量 I/O 模块的总体方案设计

作者:时间:2013-05-27来源:网络收藏


本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/159343.htm

4.6 RS485

4.6.1串口基本类型介绍

(1).RS-232串行接口标准

目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232采取非平衡传输方式,即所谓单端通讯。由于其发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右,所以其共模抑制能力差,再加上双绞线上的分布电容,其传送距离最大为约15米,最高速率为20kb/s. RS-232是为点对点(即只用一对收、发设备)通讯而设计的,其驱动器负载为3~7kΩ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。

(2).RS-422与RS-485串行接口标准

2.1).平衡传输

RS-422、RS-485与RS-232不一样,数据信号采用差分传输方式,也称作平衡传输,使用一对双绞线,将其中一线定义为A,另一线定义为B,通常情况下,发送驱动器A、B之间的正电平在+2~+6V,是一个逻辑状态,负电平在-2~-6V,是另一个逻辑状态。另有一个信号地C,在RS485中还有一“使能”端,而在RS-422中这是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时,发送驱动器处于高阻状态,称作“第三态”,即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。

接收器也作与发送端相同的规定,收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连,当在收端AB之间有大于+200mV的电平时,输出正逻辑电平,小于-200mV时,输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6V之间。

2.2). RS-422电气规定RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”,它定义了接口电路的特性。典型的RS-422是四线接口。实际上还有一根信号地线,共5根线。其DB9连接器引脚定义。由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力,故允许在相同传输线上连接多个接收节点,最多可接10个节点。即一个主设备(Master),其余为从设备(Salve),从设备之间不能通信,所以RS-422支持点对多点的双向通信。接收器输入阻抗为4k,故发端最大负载能力是10×4k +100Ω(终接电阻)。RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道,因此不必控制数据方向,各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式(XON/XOFF握手)或硬件方式(一对单独的双绞线)实现。

RS-422的最大传输距离为1219米,最大传输速率为10Mb/s.其平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100kb/s速率以下,才可能达到最大传输距离。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mb/s. RS-422需要一终接电阻,要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在短距离传输时可不需终接电阻,即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输电缆的最远端。

3.2).RS-485电气规定由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的,所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式,二线制可实现真正的多点双向通信,而采用四线连接时,与RS-422一样只能实现点对多点的通信,即只能有一个主(Master)设备,其余为从设备,但它比RS-422有改进,无论四线还是二线连接方式上可多接到32个设备。

RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的,RS-485是-7V至+12V之间,而RS-422在-7V至+7V之间,RS-485接收器最小输入阻抗为12k ,而RS-422是4k,RS-485满足所有RS-422的规范,所以RS-485的驱动器可以用在RS-422网络中应用。

4.2).RS-485有关电气规定。

RS-485与RS-422一样,其最大传输距离约为1219米,最大传输速率为10Mb/s.平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100 kb/s速率以下,才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mb/s

RS-485需要2个终接电阻,其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻,即一般在300米以下不需终接电阻,终接电阻接在传输的两端。

4.6.2串口电路设计

S3C2440带有三个通道的UART,可以通过TTL到RS485的电平转换实现RS485接口,实现RS485通信。如图4.10所示为S3C2440和MAX485的连接电路原理图。

MAX485是用于支持RS-485/RS-422通信的低功耗收发器,内含一个独立的驱动器和接收器,支持半双工收发。它完成将TTL电平转换为RS-485电平的功能。RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端,与S3C2440连接RXD和TXD即可;RE和DE端分别为接收和发送的使能端,由GPH1来控制使能端,当/RE为逻辑0时,器件处于接收状态;当DE为逻辑1时,器件处于发送状态,因为MAX485工作在半双工状态,所以只需用S3C2440的一个管脚控制这两个引脚即可;A端和B端分别为接收和发送的差分信号端,当A引脚的电平高于B端时,代表发送的数据为1;当A引脚的电平低于B端时,代表发送的数据为0.在与S3C2440连接时接线非常简单,只需要一个信号控制MAX485的接收和发送即可。同时将A和B端之间加匹配电阻,本电路选用120Ω的电阻。

4.7其他外围

4.7.1时钟

S3C2440需要一个12M的无源晶振作为系统外部时钟源,和一个32.768kHz的无源晶振作为RTC时钟源。其中12M的无源晶振经CPU内部PLL电路倍频后作为CPU基的工作时钟和片内功能模块的工作时钟。片内的PLL电路兼有频率放大和信号提纯的功能,因此,系统可以以较低的外部时钟信号获得较高的工作频率,以降低因高速时钟所造成的高频噪声,这是基于ARM微处理器系统常采用的一种手段。晶振电路原理图如图4.11所示。

晶振电路原理图

4.7.2复位模块

MAX811T是一款连接比较简单的手动复位芯片,nMR引脚接,nRESET引脚接CPU的复位引脚。复位电路原理图如图4.1 2所示。

复位电路原理图

4.7.3 JTAG调试模块

JTAG是在开发过程中十分常用的接口,由于S3C2440处理器内部已提供了对JTAG的支持,因此只需要按照电气规范进行直接连接即可。该模块用来对首次boot loader的下载,操作简便。JTAG电路原理图如图4.13所示。

4.7.4网络模块

CS8900A是由美国CIRRUSLOGIC公司生产的以太网控制器。其性能优良,功耗低,价格低廉。传输速率为10 Mb/s.该接口电路中CS8900A工作在16位模式下,网卡芯片复位默认工作方式为连接,寄存器的默认基址是300H.S3C2440的片选线nGCS3作为CS8900A的片选信号。由74HC14和74HC32两种门电路组成复位电路,为新片提供复位信号。RJ45接头选择HR911103A,该接头集成网络变压器的,可提高稳定性和可靠性,且减小体积。该模块用来快速更新操作系统内核和文件系统.

4.7.5键盘模块

键盘模块由两片74HC151组成,并接10K上拉电阻,每个按键集成LED灯,用来指示通路状态。其原理图如图4.14:

键盘模块原理图

A-B端驱动LED用于表示按键状态,C端接地,D端为“读”端,按键在自由状态下,由于上拉作用,D为高电平,按下按键,1-2导通,D端为低电平,由D端高低电平的变化即可实现对按键操作的识别。

4.7.6 RS232转RS485模块

HTD-RS232/RS485的特点:先进的串口窃电技术,效率高达90%以上,只用TX、RX、GND三线;独立的串口保护电路,具有抗静电、抗雷击、突波抑制功能;可带电插拔;通信距离在115200bps可达500米,19.2Kbps可达1.2公里,在1.2 Kbps时可达2公里,在30 0bps可达3公里;内置智能模块,自动识别RS-485信号流向,零延时自动转发技术;通信波特率0-150Kbps自适应;内置600W/ms抗雷击保护器和1500V抗静电保护器;RS-485线路保护,RS-485信号无需共地,网络成本低;工业级设计,工作温度范围:-45℃-85℃

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