如何设计RS-485硬件接口电路？

    答：在MCU（Micro Controller Unit，多点控制单元）之间中长距离通信的诸多方案中，RS-485因硬件设计简单、控制方便、成本低廉等优点广泛应用于工厂自动化、工业控制等领域。但RS-485总线在抗干扰、自适应、通信效率等方面仍存在缺陷，一些细节的处理不当常会导致通信失败甚至系统瘫痪等故障，因此提高RS-485总线的运行可靠性至关重要。    总线匹配：总线匹配有两种方法，终端匹配采用终端电阻方法，如图4-14所示。位于总线两端的差分端口VA与VB之间应跨接120Ω匹配电阻，相当于电缆特性阻抗的电阻。大多数双绞线电缆特性阻抗大约在100～120Ω，可减少由于不匹配而引起的反射及吸收噪声。这种匹配方法简单、有效，但有一个缺点，即匹配电阻要消耗较大的电流，不适用于功耗限制严格的系统。
    图4-14    总线匹配电阻    另外，一种比较省电的匹配方案是RC匹配，如图4-15 (a)所示。利用一只电容C隔断直流成分，可以节省大部分功率，但电容C的取值是个难点，需要在功耗和匹配质量时进行折衷。除了上述两种方案外，还有一种采用二极管的匹配方案，如图4-15 (b)所示。这种方案虽未实现真正的匹配，但它可利用二极管的钳位作用，迅速削弱反射信号，达到改善信号质量的目的，节能效果显著。
    图4-15    RC、二极管的匹配    异步通信数据以字节的方式传送，在每一个字节传送之前，先要通过一个低电平起始位实现握手。为防止干扰信号误触发RO（接收器输出）产生负跳变，使接收端MCU进入接收状态，RO需外接10kΩ上拉电阻。    为了保证系统上电时的RS-485芯片处于接收输入状态，对于收发控制端TC采用MCU引脚通过反相器进行控制，不宜采用MCU引脚直接进行控制，以防止MCU上电时对总线的干扰。RS-485总线为并接式二线制接口，一旦有一只芯片出现故障就可能将总线“拉死”，因此对其二线口VA、VB与总线之间应加以隔离。通常，在VA、VB与总线之间各串接一只4～10Ω的PTC电阻，同时与地之间各跨接5V的TVS二极管，以消除线路浪涌干扰。    网络节点数：网络节点数与所选RS-485芯片驱动能力和接收器的输入阻抗有关，例如75LBC184标称最大值为64点，SP485R标称最大值为400点。实际使用时，因线缆长度、线径、网络分布、传输速率不同，实际节点数均达不到理论值。例如，75LBC184运用在500m分布的RS-485网络上节点数超过50或速率大于9.6kb/s时，工作可靠性明显下降。通常推荐节点数按RS-485芯片最大值的70%选取，传输速率在1200～9600b/s之间选取。一般来说，通信距离在1km以内，从通信效率、节点数、通信距离等综合考虑选用4800b/s最佳。通信距离在1km以上时，应考虑通过增加中继模块或降低速率的方法提高数据传输的可靠性。    节点与主干距离：理论上讲，RS-485节点与主干之间的距离（称引出线）越短越好。引出线小于10m的节点采用T形，连接对网络匹配并无太大影响，但节点间距非常小（小于1m，如LED模块组合屏）时应采用星型连接，若采用T形或串珠形连接就不能正常工作。RS-485是一种半双工结构通信总线，大多用于一对多点的通信系统，因此主机应置于一端，不要置于中间而形成主干的T形分布。    RS-485通常应用于一对多点的主从应答式通信系统中，相对于RS-232等全双工总线效率低了许多，因此选用合适的通信协议及控制方式非常重要。    应用时可选择在数据发送前1ms将收发控制端TC置成高电平，使总线进入稳定的发送状态后才发送数据；数据发送完毕再延迟1ms后置TC端成低电平，使可靠发送完毕后才转入接收状态。使用TC端的延时有4个机器周期已满足要求。为保证数据传输质量，对每个字节进行校验的同时，应尽量减少特征字和校验字。