基于FTT-10A收發(fā)器和RS485總線實(shí)現(xiàn)測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

以單片機(jī)為主體構(gòu)成的測控系統(tǒng)，由于其結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定可靠，而在工業(yè)控制、智能測試設(shè)備等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、控制技術(shù)及微處理器的發(fā)展，用戶還可以將微處理器嵌入到各種儀器設(shè)備中，再利用微處理器的通信端口將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)上傳給上位機(jī)，由上位機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并監(jiān)控現(xiàn)場的各種智能儀器和設(shè)備。

一般的單片機(jī)都集成了串行通信口，這些串行通信口可以通過ＲＳ４８５總線或其它的總線方式組成總線型通信網(wǎng)絡(luò)，從而將多臺單片機(jī)系統(tǒng)連接在一起，形成分布式測控系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)具有簡單靈活且易于控制等特點(diǎn)，但是要安全可靠地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，還要在智能儀器設(shè)備上配備合適的通訊接口。一般可選擇ＲＳ２３２、ＲＳ４２２、ＲＳ４８５等接口電路。有關(guān)這些接口電路的應(yīng)用介紹已經(jīng)很多，而本文要介紹的是ＥＣＨＥＬＯＮ公司生產(chǎn)的雙絞線收發(fā)器ＦＴＴ－１０Ａ，它可以在微處理器通信端口和物理介質(zhì)間提供一個(gè)物理接口。

１、ＦＴＴ－１０Ａ收發(fā)器的性能

ＦＴＴ－１０Ａ收發(fā)器主要由一個(gè)隔離變壓器和一個(gè)差分曼徹斯特編碼器組成。其引腳排列如圖１所示。它由５Ｖ電源供電。ＮＥＴ－Ａ、ＮＥＴ－Ｂ是兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，此接口沒有極性要求。ＲＸＤ、ＴＸＤ分別是數(shù)據(jù)接收和發(fā)送端口，ＣＬＫ為收發(fā)器時(shí)鐘輸入端，Ｔ１、Ｔ２則用來提供鉗位和瞬時(shí)電壓保護(hù)。

收發(fā)器所帶的變壓器隔離接口可滿足系統(tǒng)的高性能、高共模隔離，同時(shí)具有隔離噪聲作用，可防止干擾信號進(jìn)入傳輸網(wǎng)絡(luò)中。它支持無極性自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而可使系統(tǒng)安裝不再局限于總線結(jié)構(gòu)。也就是說，此收發(fā)器支持星型、環(huán)型接線。自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過最簡單的接線方式減少了系統(tǒng)安裝的時(shí)間和費(fèi)用，從而可使任務(wù)以最快的方式完成。由于減少了對通信線的拓?fù)洹⒔雍虾凸?jié)點(diǎn)位置的限制，因而使得網(wǎng)絡(luò)更易于擴(kuò)展。兩個(gè)ＦＴＴ－１０Ａ收發(fā)器還可以背靠背用作數(shù)字式重復(fù)器，同時(shí)可在一個(gè)信道上增加傳輸距離或節(jié)點(diǎn)數(shù)量。

ＦＴＴ－１０Ａ的通信速率一般為７８ｋｂｐｓ？但用于自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，通信距離較短（只有５００米），而采用雙端總線結(jié)構(gòu)時(shí)卻有２７００米。它可工作在５ＭＨｚ、１０ＭＨｚ或２０ＭＨｚ頻率下，并可自動(dòng)進(jìn)行時(shí)鐘檢測。

ＦＴＴ－１０Ａ使用的編碼方式是差分曼徹斯特編碼，其編碼規(guī)律如下：

●每個(gè)碼元中間時(shí)刻均有電平變化。

●“１”表示電平在中間由高到低；“０”表示電平在中間由低到高。

這種編碼的特點(diǎn)是：每比特中間的跳變可做同步使用，數(shù)據(jù)的表現(xiàn)依據(jù)其開始是否變化來決定，出現(xiàn)跳變時(shí)為“０”，沒有跳變時(shí)為“１”。這種編碼所提供的數(shù)據(jù)格式使得數(shù)據(jù)可在多種媒介中傳輸。圖２所示是其編碼的過程和波形。從圖中也可看出：在信號位中間總是將信號反相，這就是差分曼徹斯特編碼對信號的極性不敏感的原因，所以通信鏈路中的極性變化不會影響數(shù)據(jù)的接收。這一點(diǎn)對于遠(yuǎn)程通信很有用。

２、ＦＴＴ－１０Ａ和ＭＣＵ組成的測控系統(tǒng)

因?yàn)椋疲裕裕保埃量杀ＷC可靠的數(shù)據(jù)傳輸，因此，它可廣泛地應(yīng)用于控制網(wǎng)絡(luò)中。但目前主要是在基于ＮＥＵＲＯＮ芯片的控制系統(tǒng)中將ＦＴＴ－１０Ａ的ＴＸＤ、ＲＸＤ分別與神經(jīng)元芯片的通信端口ＣＰ１、ＣＰ０相連。根據(jù)它的特性及其自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，可將其應(yīng)用于一般的單片機(jī)控制系統(tǒng)中，以提高單片機(jī)遠(yuǎn)程通信的可靠性。

數(shù)據(jù)一般是以數(shù)字信號的形式來傳輸?shù)?。隨著距離的增加和信號傳輸速率的提高，特別是當(dāng)高速變化的信號在長線中傳輸時(shí)，由于阻抗的不匹配，而可能會出現(xiàn)反射現(xiàn)象，從而導(dǎo)致信號波形發(fā)生改變，或出現(xiàn)有害干擾脈沖而使信號傳輸?shù)目煽啃允艿接绊憽Ｔ趥鹘y(tǒng)的控制系統(tǒng)中，一般采用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如ＲＳ－４８５），并通過屏蔽的雙絞線將一個(gè)線路的接收和發(fā)送控制連在一起，按照ＲＳ－４８５規(guī)范，所有的設(shè)備必須通過總線相連，以限制線路反射和確保通信可靠，但這卻增加了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)安裝和維護(hù)的時(shí)間和費(fèi)用。而ＦＴＴ－１０Ａ收發(fā)器則恰好克服了上述缺點(diǎn)，且可降低安裝和維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)也便于靈活組網(wǎng)。

由于ＦＴＴ－１０Ａ使用的是曼徹斯特編碼方式，這種編碼方式自帶信號傳送的同步信息，因此，ＦＴＴ－１０Ａ以自同步的方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。而一般的單片機(jī)（如ＭＣＳ－５１系列單片機(jī)）自帶的是異步串行通信端口，這樣，若想將ＦＴＴ－１０Ａ收發(fā)器與此類單片機(jī)相連并實(shí)現(xiàn)通信，則必須加一轉(zhuǎn)換電路，也可用專門的芯片（如Ｉｎｔｌ８２５１）在ＭＣＵ與ＦＴＴ－１０Ａ之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以保證做到同步串行通信。８２５１作為串行通信的擴(kuò)展接口芯片，它具有同步和異步兩種工作方式（可通過編程來決定）。在同步方式時(shí)，每字符占５～８位，可以內(nèi)同步，也可外同步。同步發(fā)送時(shí)，發(fā)送器最先發(fā)送的是同步字符（ＳＹＮ）？隨后通過單片機(jī)數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)并行送入８２５１并經(jīng)過８２５１的發(fā)送器將數(shù)據(jù)以串行形式輸出，這時(shí)發(fā)送的數(shù)據(jù)不用附加任何成幀信號。而在同步接收時(shí)，它首先搜索同步字，并與預(yù)先存放的同步字符相比較，以確認(rèn)是否達(dá)到同步。因此可根據(jù)８２５１與ＦＴＴ－１０Ａ收發(fā)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將ＦＴＴ－１０Ａ的ＲＸＤ、ＴＸＤ分別與８２５１的ＴＸＤ、ＲＸＤ相接。具體實(shí)現(xiàn)信號傳輸?shù)?a target="_blank">硬件電路簡圖如圖３所示，它們的時(shí)鐘均可由單片機(jī)經(jīng)過組合后獲得。

在ＲＳ－４８５所組成的測控系統(tǒng)中，由于ＲＳ－４８５總線信號是由有極性的差分信號來傳輸?shù)?，因而不能反接，這在通訊距離較遠(yuǎn)或網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)較多時(shí)會給接線帶來很多的麻煩，甚至?xí)绊懶盘柕恼鬏?。因此，設(shè)計(jì)時(shí)可利用ＦＴＴ－１０Ａ支持無極性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)這一特點(diǎn)，在單片機(jī)與ＲＳ－４８５驅(qū)動(dòng)芯片之間用ＦＴＴ－１０Ａ收發(fā)器將極性信號進(jìn)行曼徹斯特編碼，從而使調(diào)制后的信號對極性無要求，便于遠(yuǎn)程傳輸。同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)安裝和維護(hù)上也能夠節(jié)省大量的時(shí)間和費(fèi)用。由此可見，利用這一方案應(yīng)該是很有實(shí)用價(jià)值的。

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