【導讀】各位工程師是否會遇到這樣的情況,測試單個RS-485設備數(shù)據(jù)無異常,但設備組網(wǎng)后,就出現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)異?;蜻B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(wǎng)異常。
RS-485總線是具有結(jié)構簡單、通信距離遠、通信速度高、成本低等優(yōu)點,廣泛應用于工業(yè)通訊、電力監(jiān)控以及儀器儀表等行業(yè)。若總線上接有終端電阻,則在總線空閑狀態(tài)時,RS-485總線AB差分電壓可能處于門限電平(±200mV)之內(nèi),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(shù)據(jù)會發(fā)生什么樣的變化?
數(shù)據(jù)出錯的原因
如圖1所示為8位數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。
圖1 無校驗位,8位數(shù)據(jù)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。
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(nèi)時,模塊RXD引腳輸出狀態(tài)不確定。
當總線變?yōu)榭臻e時,若RXD引腳輸出低電平,則可能導致MCU接收到錯誤數(shù)據(jù)或MCU在正常數(shù)據(jù)后誤接收1個0x00。
圖3 RSM485PCHT門限電平
數(shù)據(jù)發(fā)生了什么變化?
如圖4所示,收發(fā)器1在AB差分電壓處于±200mV門限電平之內(nèi)時輸出高電平,收發(fā)器2在AB差分電壓處于±200mV門限電平之內(nèi)時輸出低電平,可以看出,收發(fā)器2可能導致MCU接收到錯誤的數(shù)據(jù),并且在數(shù)據(jù)后誤接收到1個0x00數(shù)據(jù)。
圖4 數(shù)據(jù)后多0x00
如圖5所示,若總線上持續(xù)存在數(shù)據(jù)信號或連續(xù)發(fā)送多個字節(jié)數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)之間存在的空閑狀態(tài)可能會被收發(fā)器2識別為1個起始位,從而導致數(shù)據(jù)連續(xù)錯誤。
圖5 數(shù)據(jù)連續(xù)錯誤
解決方案
總線空閑時若AB差分電壓處于門限電平之內(nèi),則可能導致數(shù)據(jù)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(nèi)。
方案一:組網(wǎng)距離不長,總線信號無反射問題或反射較小,此時可不增加終端電阻以提升總線幅值電平,具體的幅值變化如下圖6所示。
圖6 終端電阻對總線電平影響
方案二:組網(wǎng)距離偏長,總線信號當前已存在反射需增加終端電阻解決反射問題,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(diào)節(jié)空閑狀態(tài)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。
圖7 RSM(3)485PCHT實物及應用連接圖
方案三:組網(wǎng)距離偏長,總線信號當前已存在反射需增加終端電阻解決反射問題,面對此類應用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(wěn)定性。
圖8 RSM(3)485ECHT實物圖及門限電平參數(shù)
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