日志
RS485通讯上下拉电阻的选择
2022-04-01 08:23
RS485是一种常见的通讯接口方式，在我们的实际产品中也是多次使用。但我们平常并不会去过多考虑某一实现的细节问题，不过最近我们遇到了一个因如上下拉电阻的选择问题而造成的通讯故障，所以在这一片中我们来讨论一下RS485总线上下拉电阻的选择问题。 1、出现的问题 前段时间在调试多个站点的Modbus通讯的时候出现了一个问题。在拥有6个节点的RS485总线上，主站发送给从站的报文能够成功接收，从站返回的报文主站却是接收不到。后来额外添加了上拉下拉电阻后，通讯恢复正常。这让我们注意到，上下拉电阻的选择对RS485总线通讯的影响问题。 首先，我们来看看为什么会有接收不到报文的情况。根据RS485总线的相关标准，当RS485总线差分电压大于+200mV时，RS485收发器输出高电平；当RS485总线差分电压小于-200mV时，RS485收发器输出低电平；当RS485总线上的电压在-200mV～+200mV之间时，RS485收发器可能输出高电平也可能输出低电平，但对于某一特定的节点总是处于一种电平状态，若RS485收发器的输出处于低电平，这对于UART通信来说是一个起始位，此时通信会不正常，自然我们就接收不到正确的报文了。 既然是因为RS485总线上A端和B端的电压差处于-200mV～+200mV之间而造成的错误，那么有没有办法防止它处于-200mV～+200mV之间呢？当然是有办法的，那就是利用上拉下拉电阻来钳位这一电压差值。这就引出了另一个问题，我们该如何选择适合的上拉下拉电阻呢？接下来我们将讨论这个问题。 2、分析问题 既然我们确认是上拉下拉电阻的匹配问题，那接下来我们就来讨论一下上拉下拉电阻的选择问题。我们先从简单的的情况入手，逐步的讨论更复杂的网络情况。首先我们来看一下只有两个节点的RS485网络，如下图所示： 在上图的两个节点的网络中，我们规定两端都有终端电阻，两个节点所采用的收发器的输入电阻相同，在总线中只有一个节点配置有上拉下拉电阻。我们根据电路中流入流出同一节点的电流是相同的原理，可以得到如下的两个等式： 在我们设计RS485总线电路时，如果添加有上拉和下拉电阻，我们一般会选择相同的阻值，我们记为R。那么我们根据上面两个等式可以推导出下的算式： 有了这个式子我们可以计算出上拉下拉电阻的大小。因为我们加上拉下拉电阻的目的就是保证总线A端和B端的电压差能够符合不小于200mA的要求。所以我们以总线A、B的电压差200mA来计算就可以得到上拉下拉电阻的值。 上面我们推导了两个节点的计算公式，但两个节点只是最简单的情况，而总线上往往存在多个节点。所以接下来我们来讨论总线上存在n个节点，总线两端存在终端电阻，每一个节点都拥有相同的输入电阻，只有主节点存在上拉下拉电阻，如下图所示： 我们根据前面的推导过程可知，不同的只是因为增加节点而增加的输入电阻，所以我们根据上述电路可以推导出如下的公式： 这一公式与两个节点的公式相比仅仅只是输入电阻部分并联引起的变化。同样的，我们可以依据总线A端和B端的电压差不小于200mA的要求来计算上拉下拉电阻的阻值。 我们虽然推导了总线上有多个节点的计算公式，但我们只考虑了一个节点拥有上拉下拉电阻的情况。实际应用中，可能存在总线上有多个节点存在上拉下拉电阻的情况，所以我们来讨论一下所有节点均存在上拉下拉电阻的极限情况，如下图所示： 从上图，我们不难看出与前一种多节点通讯的区别只是上拉下拉电阻的数量出现了变化。为了简化推导过程，我们同样假设每个节点拥有相同的上拉下拉电阻，以及同样的上拉电源和地。采用相同的电路原理我们可得到如下的计算公式： 在这个公式中，n为节点的数量，总线A端和B端的差值我们定义为最小的200mA，这样我们就可以将这个公式简化为： 到这里，我们就得到了比较具有使用价值的上拉下拉电阻阻值的计算公式了。我们只需要根据实际的总线使用情况选择n的值和电源的值就可以得到我们想要的上下拉电阻值。不过有一个问题需要注意，上下拉电阻的数量可能与节点的数量不同，但输入电阻的数量与节点数量相同，所以计算时要注意n的取值问题。 |
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