零延时隔离技术的RS485总线节点设计

　　在工业控制设备之间中长距离通信的诸多方案中，RS485总线因其硬件设计简单、控制方便、成本低等优点，广泛应用于工厂自动化、工业控制、小区监控、水利自动测控等领域。RS485总线采用平衡式发送、差分式接收的数据收发器来驱动，各节点之间的通信是以一对双绞线作为传输介质。与RS232接口相比，RS485总线的传输距离更长、抗干扰能力也更强。RS485总线具有以下一些特点：

　　①接口采用平衡驱动器和差分接收器，抗共模干扰能力强，即抗噪声干扰性好。

　　②收发器输出A、B之间的电平为+2～+6 V，是逻辑“1”；为－6～－2 V，是逻辑“0”。信号电平比RS232降低了，不易损坏接口芯片。另有“使能”控制信号，可使收发器处于高阻状态，切断与传输线的连接。

　　③接收器的输入灵敏度为200 mV。即在当收端VA－VB》+200 mV时，输出为逻辑“0”；VA－VB＜－200 mV时，输出为逻辑“1”。

　　④最高传输速率为10 Mbps，最大传输距离标准值为1 200 m。

　　⑤在节点数为32个、配置120 Ω终端电阻的情况下，驱动器至少还能输出1．5 V电压（终端电阻的大小与所用双绞线的参数有关）。

　　⑥具有多站点传输能力，即总线上允许挂接多个收发器，可建立设备网络。

　　在传统的RS485总线节点设计的基础上，本文基于ADI公司推出的带隔离的增强型RS485收发器AD－uM2483，采用磁耦隔离和硬件零延时技术所设计的RS485总线节点，具有良好的抗干扰性和较高的通信速率，可应用在一些环境比较复杂的工业场合。

1 设计思想

　　RS485总线节点由单片机STC12C5410AD、带隔离的RS485收发器ADuM2483、高速三极管等组成。其中，ADuM2483的应用图如图1所示。STC12C5410AD是宏晶科技生产的单时钟／机器周期（1T）单片机，是高速／低功耗／超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8～12倍。其内部集成MAX810专用复位电路、4路PWM、通用全双工异步串行口（UART），可用定时器软件实现多串口；8路高速10位A／D转换，宽电压，不怕电源抖动，高抗静电（ESD保护），特别适用于强干扰场合。

　　在情况比较复杂的现场中，各节点之间存在很高的共模电压。虽然RS485总线采用平衡式发送、差分式接收的数据收发器来驱动，具有一定的抗共模干扰能力，但当共模电压超过其极限接收电压时，RS485收发器就无法工作了，严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备。因此，为了适应强干扰环境甚至更苛刻的性能要求，必须对RS485总线各节点实行电气隔离。

　　传统的RS485隔离总线节点是由光电耦合器和RS485总线收发器（如MAX485）构成，使用光束来隔离和保护检测电路，在高压和低压电气环境之间提供一个安全接口。目前，一般使用6N137光电隔离器件，用MAX485作为RS485总线收发器。Toshiba公司的6N137工作电压为5V，数据最高传输速率为10 Mbps，工作温度一般为0～70℃；隔离电压为2 500 V（有效值），以DIP8封装，每个芯片仅提供一个隔离通道，体积大，稳定性差，功耗高，LED易老化。这些性能已经限制了6N137在更高要求的环境中应用。本文选用ADI公司的ADuM2483。它是一款带隔离的RS485收发器和一个3通道的数字隔离器，是目前性价比很高的RS485收发器，功能上相当于1个MAX485和3个6N137光耦隔离器，可满足RS485总线节点的要求。

　　2 ADuM2483简介

　　ADuM2483采用的iCoupler技术是基于芯片尺寸的变压器，而不是基于光电耦合器所采用的LED与光电二极管的组合。这种技术由于取消了光电耦合器中的光电转换过程，并且采用iCoupler变压器专利技术集成变压器驱动和接收电路，从而实现了光电隔离器无法比拟的性能优势。由于使用晶片级制造工艺直接在芯片上制造iCoupler变压器，所以iCoupler通道比光电耦合器更为有效地实现通道之间的集成，也更容易地实现其他半导体功能。

　　iCoupler数字隔离器无需驱动LED的外部电路，功耗仅为光电耦合器的1／10～1／50。这种新的基于电磁的隔离方法，在抗高温影响方面远优于光电耦合器。iCoupler数字隔离器在125℃高温环境下性能和可靠性并不下降，因此可以采用低成本、小体积的SOIC封装。另外，iCoupler数字隔离器的隔离通道具有比光电耦合器更高的数据传输速率、时序精度和瞬态共模抑制能力，因此非常适合于各种工业上的应用（包括数据通道、数据转换接口，以及其他多通道隔离应用）。

　　ADuM2483包括1个3通道隔离器、1个带三态输出的差分驱动器和1个带三态输入的差分接收器。其1／8单位负载的接收器输入阻抗允许多达256个收发器接入总线，最高传输速率可达500 kbps；逻辑端兼容3 V／5 V工作电源，总线端5 V供电。

ADuM2483采用