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深度剖析RS-485组网问题及总线测试

ZLG致远电子 2018-05-25 09:08 次阅读

RS-485总线优点众所皆知,并且为保证通信的稳定性,都会使用隔离RS-485模块进行信号隔离。但在RS-485实际组网时,或多或少会遇到不能通信、通信出错、RS-485收发器损坏等情况,其中究竟为何?本文将深度剖析RS-485组网问题。

一、应用问题

当出现通信错误或者不能通信时首先判断应用是否符合表1中的应用情况。

表1 RS-485总线应用情况

表1中三种应用情况分别属于终端电阻、上下拉电阻、控制脚以及逻辑输入侧电平的问题,下面对其进行详细分析。

1、终端电阻问题

若RS-485总线上接有终端电阻,且所用RS-485收发器门限电平是±200mV,则可能出现表2中所述的异常现象。

表2 终端电阻导致的异常现象

图1 RS232/485双向转换器

终端电阻导致异常的原因:RS-485收发器接收门限电平为±200mV,即AB之间差分电压大于+200mV,输出高电平;AB之间差分电压小于-200mV,输出低电平;AB之间电压在±200mV之间时,输出状态不确定,即有可能输出高电平(此时表现为通信正常),有可能输出低电平(此时表现为通信异常),因此若总线空闲状态时AB差分电压处于门限电平之内,则会出现一定概率的异常问题。

表2现象1分析:单板可以正常通信,组网后由于RS-485总线上接有终端电阻,导致空闲状态时总线差分电压处于门限电平之内,出现通信异常。当出现上述情况时,首先需确认总线上是否存在终端电阻。 

表2现象2分析:单板测试时,单板或与之通信的设备接有终端电阻,此时AB之间差分电压处于门限电平之内时,有一定概率出现通信异常。

表2现象3分析:此现象同样是由于终端电阻导致的,由于RS-232/485双向转换器(如图1)内部AB引脚一般会设置小阻值的上下拉电阻(例如560Ω),若用RS-232/485双向转换器通信,由于RS-485总线空闲状态时的电压是由上下拉电阻与终端电阻分压得到,此时空闲状态的AB差分电压会大于200mV,使RS-485收发器输出一个确定的高电平,不会引起通信错误,如图3为两个RSM485PCHT进行通信,AB之间加60Ω并且增加RS-232/485双向转换器的测试波形,空闲状态的电压为520mV,不会引起错误。图2为两个RSM485PCHT进行通信,AB之间加60Ω测试的波形,可以看出空闲状态AB差分电压为40mV,处于门限电平范围之内,有可能出现通信错误。

图2 AB间加两个120Ω电阻,并增加RS-232/485双向转换器

图3 AB间只加两个120Ω电阻

解决方法主要有三种,具体如表3:

表3 终端电阻问题解决方法

2、上下拉电阻问题

上下拉电阻并联值过小可能引起的现象如表4所示。

表4 上下拉电阻导致的异常现象

上述问题是所加上下拉电阻值较小导致的问题,超过了芯片可以驱动的负载能力。RSM485PCHT在AB之间加两个120Ω电阻后,所加上下拉电阻值与输出差分电压低电平的关系如表 5所示,当上下拉电阻并联值小于51Ω时,虽然芯片可以正常输出,但是输出信号已大于-200mV,此时可能出现通信错误或完全不能通信。上下拉电阻过小会导致RS-485收发器在功耗过大,发热严重,有可能导致收发器过热保护或者损坏,因此为了保证通信的可靠性,上下拉电阻阻值不宜过小,一般上拉或下拉电阻的并联值应大于375Ω。

表5 不同上下拉电阻值驱动电压

3、控制脚以及逻辑输入侧的问题

由于收发切换需要一定的延时,因此应在发送或者接收数据前增加一段延时(例如RSM485PCHT,需要增加至少25μs)来保证RS-485收发器已经处于发送或者接收状态。

MCU电平应与RS-485收发器输入逻辑电平匹配,即MCU为5V逻辑电平,应使用供电为5V的RSM系列隔离模块。

二、波形测试方法

由于RS-485总线应用非常广泛,应用问题不仅仅只是上面几种,当排除上面的问题后,可以通过测试总线波形的方法来找到通信异常的位置,判断异常原因。

1、检查RS-485收发器发送功能

在通信异常时,测量RS-485总线AB差分电压与模块TXD、RXD引脚之间波形的对应关系可以判断异常位置。使用图4所示的测试方法得到如图5所示波形,TXD为高电平时,A-B为高电平,TXD为低电平时,A-B为低电平,并且模块输出电平正常,可以判断出模块发送功能正常。

图4 测试发送功能是否正常

图5 发送功能测试正常波形

2、检查RS-485收发器接收功能

使用图6所示的测试方法得到如图7所示波形,A-B为高电平时,RXD为高电平,A-B为低电平时,RXD为低电平,并且模块RXD输出电平正常,可以判断模块接收功能正常。

图6 测试接收功能是否正常

图7 接收功能测试正常波形

3、检查RS-485收发器控制引脚与TXD、RXD逻辑关系

使用如图8所示的方法分别测试TXD、RXD与CON逻辑关系,得到图9和图10所示波形,对于RSM485PCHT,发送或接收信号前,CON引脚应至少提前25μs置为低电平或高电平,并且数据发送或接收完成后再切换收发状态。

图8 TXD与CON测试

图9 发送数据CON波形

图10 接收数据CON波形

三、收发器损坏

1、模块AB引脚超过共模电压范围导致的损坏

RS-485收发器AB引脚的共模电压范围一般要求在-7V~+12V范围内,当超过此范围内时会造成芯片损坏。由于工业现场大地经常会流过瞬时大电流,若收发器RGND引脚连接不当,则AB引脚的共模电压会超过其可承受的共模电压范围,导致模块损坏。下面以RSM485PCHT为例进行分析。

图11 RGND多点接大地示意图(错误连接)

当U1发送高电平时,以RSM485PCHT为例:

由于两个模块都直接连接至机壳或者大地,当机壳或大地中通过较大电流时,在U1和U2的RGND引脚之间产生了VEARTH电压差,当U1向U2发送数据时,U2的A引脚的电压为:

由于VA1发送时为5V,当VEARTH超过7V时就有可能导致损坏,因此在实际应用中,节点之间的RGND可以通过屏蔽双绞线的屏蔽层进行连接,屏蔽层通过阻容单点连接至大地,如图12所示。

图12 RGND推荐连接

2、高等级的静电和浪涌造成模块损坏

在应用环境中有较高等级的静电和浪涌时,如果只是单纯使用RS-485收发器芯片或者模块,可能会导致模块损坏,此时就需要增加外围保护电路来保护收发器。但保护电路需要可靠地接地才能将静电和浪涌能量泄放。下面以进行共模浪涌测试为例,如图13所示,若保护电路未连接至大地,则浪涌能量(红色部分)通过隔离模块进行释放,较高的浪涌等级容易导致模块损坏;当保护电路接大地时,如图14所示,浪涌能量首先通过GDT泄放到大地,然后通过TVS电容泄放,剩余很少的能量才会通过模块释放,可以起到保护的作用。

图13 保护电路未接大地

图14 保护电路接大地

原文标题:如何快速解决RS-485组网通讯异常?

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示波器快速维修与CPU及总线相关的故障

DDCCI功率测试软件应用程序免费下载

本文档的主要内容详细介绍的是DDCCI功率测试软件应用程序免费下载 很好用的测试软件。
发表于 05-27 08:00 59次 阅读
DDCCI功率测试软件应用程序免费下载

单片机种类及选型

单片机作为计算机发展的一个重要分支领域,根据目前发展情况,从不同角度单片机大致可以分为通用型/专用型....
的头像 发烧友学院 发表于 05-24 16:51 963次 阅读
单片机种类及选型

德州仪器推出一款新型超高速模数转换器 可在更宽频谱范围内实现最快测量

TI将于2019年6月4日至6日在波士顿举行的国际微波研讨会(IMS)上的1272号展位上展示ADC....
发表于 05-23 14:45 260次 阅读
德州仪器推出一款新型超高速模数转换器 可在更宽频谱范围内实现最快测量

无源RS485和RS232转换器如何与终端可靠连接

PLC一般使用RS485接口,和LCD终端的RS232接口连接需要使用一个RS232/RS485转换....
发表于 05-23 08:00 226次 阅读
无源RS485和RS232转换器如何与终端可靠连接

ATC600系列测量说明和测试条件的详细资料合集免费下载

本文档的主要内容详细介绍的是ATC600系列测量说明和测试条件的详细资料合集免费下载,ADS模拟仿真....
发表于 05-22 08:00 78次 阅读
ATC600系列测量说明和测试条件的详细资料合集免费下载

RS485总线通讯和TCP网络通讯优缺点的详细对比资料说明

根据485总线结构理论,在理想环境的前提下,485总线传输距离可以达到1200米。其条件是通讯线材优....
发表于 05-21 08:00 261次 阅读
RS485总线通讯和TCP网络通讯优缺点的详细对比资料说明

MODBUS RS485通讯设置的详细资料说明

适用机种AH500 系列、DOP 系列、DVP 系列、IFD9506、RTU-EN01、TP 系列、....
发表于 05-17 16:38 286次 阅读
MODBUS RS485通讯设置的详细资料说明

第六届“鼎阳杯”全国电工电子基础教学案例设计竞赛正式落幕

第六届“鼎阳杯”全国电工电子基础课程实验教学案例设计竞赛(后简称“鼎阳杯”)在风景优美的岭南胜地——....
的头像 人间烟火123 发表于 05-13 16:58 709次 阅读
第六届“鼎阳杯”全国电工电子基础教学案例设计竞赛正式落幕

HEF4094B移位寄存器的功能特性分析

HEF4094B是一个8阶段的串行移位寄存器。它有一个存储锁存器关联的模拟阶段,用于将从串行输入到并....
的头像 牵手一起梦 发表于 05-13 16:24 636次 阅读
HEF4094B移位寄存器的功能特性分析

AXI总线协议的几种时序介绍

由于ZYNQ架构和常用接口IP核经常出现 AXI协议,赛灵思的协议手册讲解时序比较分散。所以笔者收藏....
发表于 05-12 09:10 336次 阅读
AXI总线协议的几种时序介绍

一种嵌入式现场总线通信网关设计浅析

文中设计的现场总线通信网关提供了对CANBUS和MODBUS的支持,实现了CANBUS与MODBUS....
发表于 05-09 08:38 170次 阅读
一种嵌入式现场总线通信网关设计浅析

abb dcs分布式工业控制计算机系统体系浅析

abb dcs是瑞士asea brown boveri公司(简称abb公司)设计开发的集散控制系统,....
发表于 05-07 17:32 175次 阅读
abb dcs分布式工业控制计算机系统体系浅析

总线传输替代点对点传输是目前发展的热点

STD总线优良的物理特性使之具有抗恶劣环境的能力。其模块化小尺寸结构使其具有抗冲击和振动的能力,也可....
的头像 传感器技术 发表于 05-07 16:13 685次 阅读
总线传输替代点对点传输是目前发展的热点

GSM手机生产测试流程的详细资料说明

本文档的主要内容详细介绍的是GSM手机生产测试流程的详细资料说明包括了:1.手机测试简介,2.手机测....
发表于 05-06 08:00 75次 阅读
GSM手机生产测试流程的详细资料说明

液晶屏测试软件应用程序免费下载

本文档的主要内容详细介绍的是液晶屏测试软件应用程序免费下载。
发表于 05-06 08:00 66次 阅读
液晶屏测试软件应用程序免费下载

DYHE9008采集模块使用手册资料免费下载

模块 RS485 串口采用一组双绞线联接,未用到的线组与屏蔽层、模块的接地端44 相接并一点接地,通....
发表于 05-05 08:00 90次 阅读
DYHE9008采集模块使用手册资料免费下载

嵌入式软件测试的经典参考书PDF电子书免费下载

《嵌入式软件测试》立足于工业实践,旨在为有效控制复杂的嵌入式软件测试过程提供解决方案。书中讲述了嵌入....
发表于 05-05 08:00 87次 阅读
嵌入式软件测试的经典参考书PDF电子书免费下载

简单介绍一下RS485,RS485和其它总线网络的区别

在RS485组网过程中另一个需要主意的问题是终端负载电阻问题,在设备少距离短的情况下不加终端负载电阻....
的头像 工控云学堂 发表于 05-01 10:10 1215次 阅读
简单介绍一下RS485,RS485和其它总线网络的区别

PLC富士G11和224CN RS485通信纸机同步控制的程序资料说明

本文档的主要内容详细介绍的是PLC富士G11和224CN RS485通信纸机同步控制的程序资料说明。
发表于 04-29 08:00 143次 阅读
PLC富士G11和224CN RS485通信纸机同步控制的程序资料说明

SN74LVC646A 具有三态输出的八路总线收发器和寄存器

SN54LVC646A八路总线收发器和寄存器设计用于2.7 V至3.6 VVCC操作,SN74LVC646A八路总线收发器和寄存器设计用于1.65V至3.6VVCC操作。 这些器件由总线收发器电路,D型触发器和控制电路组成用于直接从输入总线或内部寄存器多路传输数据。 A或B总线上的数据在适当时钟(CLKAB或CLKBA)输入的低到高转换时被输入寄存器。图1显示了使用?? LVC646A器件执行的四种基本总线管理功能。 输出使能(OE)和方向控制(DIR)输入控制收发器功能。在收发器模式下,高阻抗端口的数据存储在任一寄存器或两者中。 选择控制(SAB和SBA)输入可以复用存储的和实时(透明模式)数据。当OE \低时,DIR确定哪个总线接收数据。在隔离模式(OE \ high)中,A数据存储在一个寄存器中,B数据可以存储在另一个寄存器中。 当禁用输出功能时,输入功能仍然有效,并且可以用于存储和传输数据。一次只能驱动两条总线A或B中的一条。 输入可以从3.3 V或5 V器件驱动。此功能允许在混合的3.3 V /5 V系统环境中将这些器件用作转换器。 这些器件完全指定用于部分断...
发表于 10-09 17:08 50次 阅读
SN74LVC646A 具有三态输出的八路总线收发器和寄存器

SN74HCT652 具有三态输出的八路总线收发器和寄存器

 HCT652器件由总线收发器电路,D型触发器和控制电路组成,用于直接从数据中复用数据传输总线或从内部存储寄存器。提供输出使能(OEAB和OEBA \)输入以控制收发器功能。提供选择控制(SAB和SBA)输入以选择实时或存储的数据传输。低输入电平选择实时数据;高输入级别选择存储的数据。图1显示了可以使用这些器件执行的四种基本总线管理功能。 A或B数据总线上的数据或两者都可以存储在内部D型触发器中无论选择控制端子还是输出控制端子,在适当的时钟(CLKAB或CLKBA)端子上都会发生从低到高的跳变。当SAB和SBA处于实时传输模式时,通过同时启用OEAB和OEBA \,可以在不使用内部D型触发器的情况下存储数据。在此配置中,每个输出都会增强其输入。当两组总线的所有其他数据源都处于高阻态时,每组总线保持最后状态。 为确保上电或断电期间的高阻态,OEBA \应通过上拉电阻连接到VCC,OEAB应通过下拉电阻连接到GND;电阻的最小值由驱动器的电流吸收/电流源能力决定。 特性 工作电压范围4.5 V至5.5 V 低功耗,80-μA...
发表于 10-09 17:06 32次 阅读
SN74HCT652 具有三态输出的八路总线收发器和寄存器