4.6 RS485模塊

4.6.1串口基本類(lèi)型介紹

(1).RS-232串行接口標(biāo)準(zhǔn)

目前RS-232是PC機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。RS-232采取非平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。由于其發(fā)送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約15米，最高速率為20kb/s. RS-232是為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(即只用一對(duì)收、發(fā)設(shè)備)通訊而設(shè)計(jì)的，其驅(qū)動(dòng)器負(fù)載為3～7kΩ。所以RS-232適合本地設(shè)備之間的通信。

(2).RS-422與RS-485串行接口標(biāo)準(zhǔn)

2.1).平衡傳輸

RS-422、RS-485與RS-232不一樣，數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，使用一對(duì)雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B，通常情況下，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器A、B之間的正電平在+2～+6V，是一個(gè)邏輯狀態(tài)，負(fù)電平在-2～-6V，是另一個(gè)邏輯狀態(tài)。另有一個(gè)信號(hào)地C，在RS485中還有一“使能”端，而在RS-422中這是可用可不用的?！笆鼓堋倍耸怯糜诳刂瓢l(fā)送驅(qū)動(dòng)器與傳輸線的切斷與連接。當(dāng)“使能”端起作用時(shí)，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器處于高阻狀態(tài)，稱作“第三態(tài)”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態(tài)。

接收器也作與發(fā)送端相同的規(guī)定，收、發(fā)端通過(guò)平衡雙絞線將AA與BB對(duì)應(yīng)相連，當(dāng)在收端AB之間有大于+200mV的電平時(shí)，輸出正邏輯電平，小于-200mV時(shí)，輸出負(fù)邏輯電平。接收器接收平衡線上的電平范圍通常在200mV至6V之間。

2.2). RS-422電氣規(guī)定RS-422標(biāo)準(zhǔn)全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。典型的RS-422是四線接口。實(shí)際上還有一根信號(hào)地線，共5根線。其DB9連接器引腳定義。由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動(dòng)器比RS232更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，故允許在相同傳輸線上連接多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)，最多可接10個(gè)節(jié)點(diǎn)。即一個(gè)主設(shè)備(Master)，其余為從設(shè)備(Salve)，從設(shè)備之間不能通信，所以RS-422支持點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的雙向通信。接收器輸入阻抗為4k，故發(fā)端最大負(fù)載能力是10×4k +100Ω(終接電阻)。RS-422四線接口由于采用單獨(dú)的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置之間任何必須的信號(hào)交換均可以按軟件方式(XON/XOFF握手)或硬件方式(一對(duì)單獨(dú)的雙絞線)實(shí)現(xiàn)。

RS-422的最大傳輸距離為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s.其平衡雙絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達(dá)到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長(zhǎng)的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mb/s. RS-422需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在短距離傳輸時(shí)可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸電纜的最遠(yuǎn)端。

3.2).RS-485電氣規(guī)定由于RS-485是從RS-422基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，所以RS-485許多電氣規(guī)定與RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。RS-485可以采用二線與四線方式，二線制可實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙向通信，而采用四線連接時(shí)，與RS-422一樣只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信，即只能有一個(gè)主(Master)設(shè)備，其余為從設(shè)備，但它比RS-422有改進(jìn)，無(wú)論四線還是二線連接方式總線上可多接到32個(gè)設(shè)備。

RS-485與RS-422的不同還在于其共模輸出電壓是不同的，RS-485是-7V至+12V之間，而RS-422在-7V至+7V之間，RS-485接收器最小輸入阻抗為12k ，而RS-422是4k，RS-485滿足所有RS-422的規(guī)范，所以RS-485的驅(qū)動(dòng)器可以用在RS-422網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。

4.2).RS-485有關(guān)電氣規(guī)定。

RS-485與RS-422一樣，其最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s.平衡雙絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，在100 kb/s速率以下，才可能使用規(guī)定最長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長(zhǎng)雙絞線最大傳輸速率僅為1Mb/s

RS-485需要2個(gè)終接電阻，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時(shí)可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻，終接電阻接在傳輸總線的兩端。

4.6.2串口電路設(shè)計(jì)

S3C2440帶有三個(gè)通道的UART，可以通過(guò)TTL到RS485的電平轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)RS485接口，實(shí)現(xiàn)RS485通信。如圖4.10所示為S3C2440和MAX485的連接電路原理圖。

MAX485是用于支持RS-485/RS-422通信的低功耗收發(fā)器，內(nèi)含一個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)器和接收器，支持半雙工收發(fā)。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-485電平的功能。RO和DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端，與S3C2440連接RXD和TXD即可;RE和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，由GPH1來(lái)控制使能端，當(dāng)/RE為邏輯0時(shí)，器件處于接收狀態(tài);當(dāng)DE為邏輯1時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)镸AX485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用S3C2440的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可;A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號(hào)端，當(dāng)A引腳的電平高于B端時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1;當(dāng)A引腳的電平低于B端時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0.在與S3C2440連接時(shí)接線非常簡(jiǎn)單，只需要一個(gè)信號(hào)控制MAX485的接收和發(fā)送即可。同時(shí)將A和B端之間加匹配電阻，本電路選用120Ω的電阻。

4.7其他外圍模塊

4.7.1時(shí)鐘模塊

S3C2440需要一個(gè)12M的無(wú)源晶振作為系統(tǒng)外部時(shí)鐘源，和一個(gè)32.768kHz的無(wú)源晶振作為RTC時(shí)鐘源。其中12M的無(wú)源晶振經(jīng)CPU內(nèi)部PLL電路倍頻后作為CPU基總線的工作時(shí)鐘和片內(nèi)功能模塊的工作時(shí)鐘。片內(nèi)的PLL電路兼有頻率放大和信號(hào)提純的功能，因此，系統(tǒng)可以以較低的外部時(shí)鐘信號(hào)獲得較高的工作頻率，以降低因高速開(kāi)關(guān)時(shí)鐘所造成的高頻噪聲，這是基于ARM微處理器系統(tǒng)常采用的一種手段。晶振電路原理圖如圖4.11所示。

4.7.2復(fù)位模塊

MAX811T是一款連接比較簡(jiǎn)單的手動(dòng)復(fù)位芯片，nMR引腳接開(kāi)關(guān)，nRESET引腳接CPU的復(fù)位引腳。復(fù)位電路原理圖如圖4.1 2所示。

4.7.3 JTAG調(diào)試模塊

JTAG是在開(kāi)發(fā)過(guò)程中十分常用的接口，由于S3C2440處理器內(nèi)部已提供了對(duì)JTAG的支持，因此只需要按照電氣規(guī)范進(jìn)行直接連接即可。該模塊用來(lái)對(duì)首次boot loader的下載，操作簡(jiǎn)便。JTAG電路原理圖如圖4.13所示。

4.7.4網(wǎng)絡(luò)模塊

CS8900A是由美國(guó)CIRRUSLOGIC公司生產(chǎn)的以太網(wǎng)控制器。其性能優(yōu)良，功耗低，價(jià)格低廉。傳輸速率為10 Mb/s.該接口電路中CS8900A工作在16位模式下，網(wǎng)卡芯片復(fù)位默認(rèn)工作方式為I/O連接，寄存器的默認(rèn)基址是300H.S3C2440的片選線nGCS3作為CS8900A的片選信號(hào)。由74HC14和74HC32兩種門(mén)電路組成復(fù)位電路，為新片提供復(fù)位信號(hào)。RJ45接頭選擇HR911103A，該接頭集成網(wǎng)絡(luò)變壓器的，可提高穩(wěn)定性和可靠性，且減小體積。該模塊用來(lái)快速更新操作系統(tǒng)內(nèi)核和文件系統(tǒng).

4.7.5鍵盤(pán)模塊

鍵盤(pán)模塊由兩片74HC151組成，并接10K上拉電阻，每個(gè)按鍵集成LED燈，用來(lái)指示開(kāi)關(guān)通路狀態(tài)。其原理圖如圖4.14：

A-B端驅(qū)動(dòng)LED用于表示按鍵狀態(tài)，C端接地，D端為“讀”端，按鍵在自由狀態(tài)下，由于上拉作用，D為高電平，按下按鍵，1-2導(dǎo)通，D端為低電平，由D端高低電平的變化即可實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵操作的識(shí)別。

4.7.6 RS232轉(zhuǎn)RS485模塊

HTD-RS232/RS485的特點(diǎn)：先進(jìn)的串口竊電技術(shù)，效率高達(dá)90%以上，只用TX、RX、GND三線;獨(dú)立的串口保護(hù)電路，具有抗靜電、抗雷擊、突波抑制功能;可帶電插拔;通信距離在115200bps可達(dá)500米，19.2Kbps可達(dá)1.2公里，在1.2 Kbps時(shí)可達(dá)2公里，在30 0bps可達(dá)3公里;內(nèi)置智能模塊，自動(dòng)識(shí)別RS-485信號(hào)流向，零延時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù);通信波特率0-150Kbps自適應(yīng);內(nèi)置600W/ms抗雷擊保護(hù)器和1500V抗靜電保護(hù)器;RS-485線路保護(hù)，RS-485信號(hào)無(wú)需共地，網(wǎng)絡(luò)成本低;工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)，工作溫度范圍：-45℃-85℃

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