一種簡單的遠動與數(shù)字載波機數(shù)據(jù)收發(fā)器的設(shè)計

徐繼鋒　張歷偉

建三江局直變電所綜合自動化遠動數(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,而改為差動傳輸方式。這種差動傳送大大提高了接收靈敏度,同時還降低了線路上其他干擾的影響,利用其可成功實現(xiàn)遠程遠動與數(shù)字載波機間通訊,通訊距離可達數(shù)千米。

計算機間數(shù)據(jù)通訊最簡單連接方式如圖1所示:

然而,隨著通訊機間距離的增加,傳輸介質(zhì)的改善,對傳輸?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題。要解決這一問題就必須在傳輸介質(zhì)中加入信號功率提升電路,如圖2所示。

功率提升的低則傳輸距離的傳輸數(shù)率都不會有明顯改善,功率提升的太大時,必將線路中引入的干擾信號當(dāng)中造成接收誤碼。改用差動信號傳輸就能較好的解決上述問題。因為差動信號具有抗干擾能力。

1.電平轉(zhuǎn)換芯片介紹

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

上述器件在負載與EIA/TIA-232E技術(shù)規(guī)定相一致,在數(shù)傳數(shù)率高達120kbps時,驅(qū)動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)計算機串口EIA-232信號電平,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。它們都含有一個驅(qū)動器和一個接收器,用以將遠動機送來的信號進行驅(qū)動和將數(shù)字載波機送來的差動信號進行接收。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壓保護功能,在短路或過壓時,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兩個使能端。當(dāng)他們有效時為正常工作狀態(tài),無效時使輸出為高阻。由于輸入阻抗的限制,使用它們組網(wǎng)時,數(shù)傳速率可達2.5Mb/s,傳送速率是很高的。

3.設(shè)計線路原理

本設(shè)計線路原理框圖如圖4所示。

電路設(shè)計為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)進行切換。當(dāng)開關(guān)未按下時,與1接通,這時差動收發(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,這時485的收、發(fā)使能信號由計算機送出的CTS信號決定。CTS=1時為半雙工接收,CTS=0時為半雙工發(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)