波特率自适应的RS-485中继器设计

4 波特率自适应RS-485中继器

在工业现场应用中，RS-485总线的通信速度一般为2 400～115 200 bps，以前设计的RS-485中继器控制RS-485收发器收发状态，以一数据帧时间宽度为单元。不同的波特率，控制RS-485收发器收发状态的时间宽度也不同，所以RS-485总线的通信速度不同，需设置控制RS-485收发器收发状态的时间宽度，以适应所应用RS-485总线的通信速度。

波特率自适应RS-485中继器的设计思路是：控制RS-485收发器收发状态，以一数据位时间宽度为单元。若控制RS-485收发器收发状态时间宽度适应任意波特率的一数据位时间宽度，则RS-485中继器适应任意RS-485总线的通信速度。为此设计波特率自适应RS-485中继器，如图4所示。

U3、U4为由CA555组成的相对延时单稳触发电路，分别控制RS-485中继器数据左、右传状态。相对延时单稳触发电路是在由CA555组成的普通单稳触发电路的基础上增加了二极管D1和D2。当CA555输入引脚TRIG为低电平时，CA555内部和二极管D1、D2将RC延时电路放电，输出Q端输出高电平；当CA555输入引脚TRIG变为高电平时，CA555内部和二极管D1、D2开始使RC延时电路充电，延时一段时间(与R×C有关)，输出Q端输出低电平。其输入、输出信号时序如图5所示。

图5中，TRIG为CA555的输入信号；Q为CA555的输出信号；Tw为单个或连续低电平数据位的时间宽度；Trc为U3、U4组成的单稳触发电路中R11×C1(或R12×C2)决定的延时时间宽度，选择小于RS-485总线最高波特率(如115 200 bps)的 数据位的时间宽度为宜。在本设计中，控制RS-485收发器收发状态的时间宽度始终比总线中传输数据低电平宽度大Trc，而且Trc不会大于任何波特率的一个数据位的时间宽度。所以本文设计的波特率自适应RS-485中继器适应于工业现场应用RS-485总线的任意通信速度。

由于波特率自适应RS-485中继器以一数据位时间宽度为单元，所以只有传输低电平数据位时，输出端RS-485收发器的输出使能才打开，并输出低电平。当传输高电平数据位时，输出端RS-485收发器的输出使能关闭，RS-485收发器的输出为高阻状态。所以，在每端RS-485收发器的输出端需增加上拉电阻、下拉电阻和匹配电阻构成的偏置电路，当输出为高阻状态时，在匹配电阻上形成表示高电平的差分信号并输出。

为提高波特率自适应RS-485中继器的可靠性，可将U3的输出端经一反相器与U4的低电平有效的复位端R连接；将U4的输出端经一反相器与U3的低电平有效的复位端R连接。这样，当从RS-485中继器的一侧向另一侧传输数据时，消除了同时向相反方向传输数据的可能性。

当总线上干扰较大时也有可能发生总线冲突，数据右传状态和数据左传状态同时发生。由于实际电路的不完全对称，波特率自适应RS-485中继器只能向一个方向传输数据，并且当总线冲突(或干扰)结束后，中继器处于空闲状态，即中继器两端的收发器均处于接收状态。

5 结 论

本文提出了由CA555组成的相对延时单稳触发电路，并应用于RS-485总线中继器的设计中。它使得RS-485收发器的数据发送状态只由RS-485中继器接收数据端数据的一个或连续多个低电平位来控制，与一数据位时间宽度无关，即与总线传输数据的波特率无关，所以本文设计的RS-485总线中继器自适应任何波特率数据的RS-485总线中继传输。实践证明，该波特率自适应RS-485中继器是可靠的。