一種簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)動(dòng)與數(shù)字載波機(jī)數(shù)據(jù)收發(fā)器的設(shè)計(jì)

徐繼鋒　張歷偉

建三江局直變電所綜合自動(dòng)化遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)輸出采用串行RS-232,其正常傳輸距離理論值為15米,不能滿足變電所至主站12 000米的需要。MAXIM公司生產(chǎn)的遵循RS-485/422協(xié)議的系統(tǒng)芯片,采用的數(shù)據(jù)傳輸方式由傳統(tǒng)的電平傳輸方式,而改為差動(dòng)傳輸方式。這種差動(dòng)傳送大大提高了接收靈敏度,同時(shí)還降低了線路上其他干擾的影響,利用其可成功實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遠(yuǎn)動(dòng)與數(shù)字載波機(jī)間通訊,通訊距離可達(dá)數(shù)千米。

計(jì)算機(jī)間數(shù)據(jù)通訊最簡(jiǎn)單連接方式如圖1所示:

然而,隨著通訊機(jī)間距離的增加,傳輸介質(zhì)的改善,對(duì)傳輸?shù)囊箅S之而增高。只是僅僅使用屏蔽電纜或雙絞線并不能解決問(wèn)題。要解決這一問(wèn)題就必須在傳輸介質(zhì)中加入信號(hào)功率提升電路,如圖2所示。

功率提升的低則傳輸距離的傳輸數(shù)率都不會(huì)有明顯改善,功率提升的太大時(shí),必將線路中引入的干擾信號(hào)當(dāng)中造成接收誤碼。改用差動(dòng)信號(hào)傳輸就能較好的解決上述問(wèn)題。因?yàn)椴顒?dòng)信號(hào)具有抗干擾能力。

1.電平轉(zhuǎn)換芯片介紹

MAX232E線驅(qū)動(dòng)器/接收器是為在苛刻環(huán)境下RS-232和V.28通訊設(shè)計(jì)的。每個(gè)發(fā)送器輸出端和接收器輸入端均設(shè)有保護(hù),以防止±15KV靜電(ESD)而不致閉鎖。MAX232E是有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器和兩個(gè)接收器,其余為4驅(qū)動(dòng)器和5驅(qū)動(dòng)器。

上述器件在負(fù)載與EIA/TIA-232E技術(shù)規(guī)定相一致,在數(shù)傳數(shù)率高達(dá)120kbps時(shí),驅(qū)動(dòng)器和接收器全部滿足EIA/TIA-232E和CCITT V.28技術(shù)規(guī)范。

由于芯片供電電源為單一+5V供電,為適應(yīng)計(jì)算機(jī)串口EIA-232信號(hào)電平,因而內(nèi)部集成了DC-DC變換電路,將內(nèi)部電源+5V…+12V為邏輯“0”,-5V…-12V為邏輯“1”。其電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2. RS-422收發(fā)器

MAX485是用于RS-485和RS-422通訊的小功率收發(fā)器。它們都含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器,用以將遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和將數(shù)字載波機(jī)送來(lái)的差動(dòng)信號(hào)進(jìn)行接收。它們都是+5V供電,工作電流為120μA～500μA,因而功耗極低。這些收發(fā)器都有設(shè)有溫敏控制的短路電流限制和過(guò)壓保護(hù)功能,在短路或過(guò)壓時(shí),確保輸出為邏輯高電平。其中MAX488-MAX491為全雙功通訊芯片,其余為半雙功芯片。

由結(jié)構(gòu)圖中可以看到MAX485有RE和DE兩個(gè)使能端。當(dāng)他們有效時(shí)為正常工作狀態(tài),無(wú)效時(shí)使輸出為高阻。由于輸入阻抗的限制,使用它們組網(wǎng)時(shí),數(shù)傳速率可達(dá)2.5Mb/s,傳送速率是很高的。

3.設(shè)計(jì)線路原理

本設(shè)計(jì)線路原理框圖如圖4所示。

電路設(shè)計(jì)為2線制半雙工和4線制全雙工兩種工作方式。采用一只4組雙刀雙擲琴鍵開關(guān)進(jìn)行切換。當(dāng)開關(guān)未按下時(shí),與1接通,這時(shí)差動(dòng)收發(fā)器MAX485的發(fā)送和接收使能端均為有效,電路處于4線全雙工工作方式。當(dāng)開關(guān)按下與2接通時(shí),這時(shí)485的收、發(fā)使能信號(hào)由計(jì)算機(jī)送出的CTS信號(hào)決定。CTS=1時(shí)為半雙工接收,CTS=0時(shí)為半雙工發(fā)送。線路中,設(shè)有數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)接收指示燈LED1和LED2。

(編輯/劉佳)