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標題: 485電路硬體解說 [打印本頁]

作者: mhfo 時間: 2014-8-7 13:25 標題: 485電路硬體解說

參考

--------以上部分请勿修改！-------------
提高485总线的可靠性

1 问题的提出

在应用系统中，RS-485半双工异步通信总线是被各个研发机构广泛使用的数据通信总
线，它往往应用在集中控制枢纽与分散控制单元之间。系统简图如图1所示。

图1. RS-485系统示意图

由于实际应用系统中，往往分散控制单元数量较多，分布较远，现场存在各种干扰，所
以通信的可靠性不高，再加上软硬件设计的不完善，使得实际工程应用中如何保障RS-485总
线的通信的可靠性成为各研发机构的一块心病。

在使用RS-485总线时,如果简单地按常规方式设计电路，在实际工程中可能有以下两个问
题出现。一是通信数据收发的可靠性问题；二是在多机通信方式下，一个节点的故障（如死
机），往往会使得整个系统的通信框架崩溃，而且给故障的排查带来困难。

针对上述问题，我们对485总线的软硬件采取了具体的改进措施

2 硬件电路的设计

现以8031单片机自带的异步通信口，外接75176芯片转换成485总线为例。其中为了实现
总线与单片机系统的隔离，在8031的异步通信口与75176之间采用光耦隔离。电路原理图如
图2所示。

图 2 改进后的485通信口原理图

充分考虑现场的复杂环境，在电路设计中注意了以下三个问题。

2.1 SN75176 485芯片DE控制端的设计

由于应用系统中，主机与分机相隔较远，通信线路的总长度往往超过400米，而分机系
统上电或复位又常常不在同一个时刻完成。如果在此时某个75176的DE端电位为“１”，那
么它的485总线输出将会处于发送状态，也就是占用了通信总线，这样其它的分机就无法与
主机进行通信。这种情况尤其表现在某个分机出现异常情况下（死机），会使整个系统通信
崩溃。因此在电路设计时，应保证系统上电复位时75176的DE端电位为“0”。由于8031在复
位期间，I/O口输出高电平，故图2电路的接法有效地解决复位期间分机“咬”总线的问题。

2.2 隔离光耦电路的参数选取

在应用系统中，由于要对现场情况进行实时监控及响应，通信数据的波特率往往做得较
高（通常都在4800波特以上）。限制通信波特率提高的“瓶颈”，并不是现场的导线（现场
施工一般使用5类非屏蔽的双绞线），而是在与单片机系统进行信号隔离的光耦电路上。此
处采用TIL117。电路设计中可以考虑采用高速光耦，如6N137、6N136等芯片，也可以优化普
通光耦电路参数的设计，使之能工作在最佳状态。例如：电阻R2、R3如果选取得较大，将会
使光耦的发光管由截止进入饱和变得较慢；如果选取得过小，退出饱和也会很慢，所以这两
只电阻的数值要精心选取，不同型号的光耦及驱动电路使得这两个电阻的数值略有差异，这
一点在电路设计中要特别慎重，不能随意，通常可以由实验来定。

2.3 485总线输出电路部分的设计

输出电路的设计要充分考虑到线路上的各种干扰及线路特性阻抗的匹配。由于工程环境
比较复杂，现场常有各种形式的干扰源，所以485总线的传输端一定要加有保护措施。在电
路设计中采用稳压管D1、D2组成的吸收回路，也可以选用能够抗浪涌的TVS瞬态杂波抑制器
件，或者直接选用能抗雷击的485芯片（如SN75LBC184等）。

考虑到线路的特殊情况（如某一台分机的485芯片被击穿短路），为防止总线中其它分
机的通信受到影响，在75176的485信号输出端串联了两个20Ω的电阻R10、R11。这样本机的
硬件故障就不会使整个总线的通信受到影响。

在应用系统工程的现场施工中，由于通信载体是双绞线，它的特性阻抗为120Ω左右，
所以线路设计时，在RS-485网络传输线的始端和末端各应接1只120Ω的匹配电阻（如图2中
R8），以减少线路上传输信号的反射。

由于RS-485芯片的特性，接收器的检测灵敏度为± 200mV，即差分输入端VA－VB ≥
+200mV，输出逻辑1，VA－VB ≤－200mV，输出逻辑0；而A、B端电位差的绝对值小于200mV
时，输出为不确定。如果在总线上所有发送器被禁止时，接收器输出逻辑0，这会误认为通
信帧的起始引起工作不正常。解决这个问题的办法是人为地使A端电位高于B两端电位，这样
RXD的电平在485总线不发送期间（总线悬浮时）呈现唯一的高电平，8031单片机就不会被误
中断而收到乱字符。通过在485电路的A、B输出端加接上拉、下拉电阻R7、R9，即可很好地
解决这个问题。

3 软件的编程

485芯片的软件编程对产品的可靠性也有很大影响。由于485总线是异步半双工的通信总
线，在某一个时刻，总线只可能呈现一种状态，所以这种方式一般适用于主机对分机的查询
方式通信，总线上必然有一台始终处于主机地位的设备在巡检其它的分机，所以需要制定一
套合理的通信协议来协调总线的分时共用。这里采用的是数据包通信方式。通信数据是成帧
成包发送的，每包数据都有引导码、长度码、地址码、命令码、内容、校验码等部分组成。
其中引导码是用于同步每一包数据的引导头；长度码是这一包数据的总长度；命令码是主机
对分机（或分机应答主机）的控制命令；地址码是分机的本机地址号；“内容”是这一包数
据里的各种信息；校验码是这一包数据的校验标志，可以采用奇偶校验、和校验等不同的方
式。

在485芯片的通信中，尤其要注意对485控制端DE的软件编程。为了可靠的工作，在485
总线状态切换时需要做适当延时，再进行数据的收发。具体的做法是在数据发送状态下，先
将控制端置“1”，延时1ms左右的时间，再发送有效的数据，一包数据发送结束后再延时
1ms后，将控制端置“0”。这样的处理会使总线在状态切换时，有一个稳定的工作过程。

4 结论

经过以上的软硬件共同处理，RS-485总线在应用系统工程中的可靠性大大提高，在通常
的环境条件下，24小时连续开机，系统的通信始终处于正常状态，整机性能满足了现场工程
的需要。

但是RS-485总线仍然只是一种常规的通信总线，它不能够做总线的自动仲裁，也就是不
能够同时发送数据以避免总线竞争，所以整个系统的通信效率必然较低，数据的冗余量较
大，对于速度要求高的应用场所不适宜用RS-485总线。同时由于RS-485总线上通常只有一台
主机，所以这种总线方式是典型的集中－分散型控制系统。一旦主机出现故障，会使整个系
统的通信陷于瘫痪状态，因此做好主机的在线热备份是一个重要措施。

尽管RS-485总线存在这样那样的问题，但由于它的线路设计简单、价格低廉、控制方
便，只要合理的使用在某些场所仍然能发挥良好的作用。

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1.RS-232-C是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232-C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。

2.RS-485总线,在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485 串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。 RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485 可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。

3.RS422总线,RS485和RS422电路原理基本相同，都是以差动方式发送和接受，不需要数字地线。差动工作是同速率条件下传输距离远的根本原因，这正是二者与RS232的根本区别，因为RS232是单端输入输出，双工工作时至少需要数字地线发送线和接受线三条线（异步传输），还可以加其它控制线完成同步等功能。RS422通过两对双绞线可以全双工工作收发互不影响，而RS485只能半双工工作，发收不能同时进行，但它只需要一对双绞线。RS422和RS485在19kpbs下能传输1200米。用新型收发器线路上可连接台设备。

以往，PC与智能设备通讯多借助RS232、RS485、以太网等方式，主要取决于设备的接口规范。但RS232、RS485只能代表通讯的物理介质层和链路层，如果要实现数据的双向访问，就必须自己编写通讯应用程序，但这种程序多数都不能符合ISO/OSI的规范，只能实现较单一的功能，适用于单一设备类型，程序不具备通用性。在RS232或RS485设备联成的设备网中，如果设备数量超过2台，就必须使用RS485做通讯介质，RS485网的设备间要想互通信息只有通过“主（Master）”设备中转才能实现，这个主设备通常是PC，而这种设备网中只允许存在一个主设备，其余全部是从（Slave）设备。而现场总线技术是以ISO/OSI模型为基础的，具有完整的软件支持系统，能够解决总线控制、冲突检测、链路维护等问题。现场总线设备自动成网，无主/从设备之分或允许多主存在。在同一个层次上不同厂家的产品可以互换，设备之间具有互操作性。
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一、RS-232、RS-422与RS-485的简单介绍
　　 RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的。RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。其传送距离最大约为15米，最高速率为20kb/s，并且RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的。所以，RS232只适合于本地通讯使用。
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　　RS-422由RS-232发展而来，它是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到1200米（速率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。由于EIA提出的建议标准都是以RS作为前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。

二、自制RS232-485转换器

电路图：

图片点击可在新窗口打开查看

　　RS232-485转换器主要包括了电源、232电平转换、485电路三部分。本电路的232电平转换电路采用了NIH232或者也可以直接使用MAX232集成电路，485电路采用了MAX485集成电路。为了使用方便，电源部分设计成无源方式，整个电路的供电直接从PC机的RS232接口中的DTR（4脚）和RTS（7脚）窃取。PC串口每根线可以提供大约9mA的电流，因此两根线提供的电流足够供给这个电路使用了。经实验，本电路只使用其中一条线也能够正常工作。使用本电路需注意PC程序必须使串口的DTR和RTS输出高电平，经过D3稳压后得到VCC，经过实际测试，VCC电压大约在4.7V左右。因此，电路中要说D3起的作用是稳压还不如说是限压功能。电子元件邮购

　　MAX485是通过两个引脚RE（2脚）和DE（3脚）来控制数据的输入和输出。当RE为低电平时，MAX485数据输入有效；当DE为高电平时，MAX485数据输出有效。在半双工使用中，通常可以将这两个脚直接相连，然后由PC或者单片机输出的高低电平就可以让MAX485在接收和发送状态之间转换了。由于本电路DTR和RTS都用于了电路供电，因此使用TX线和HIN232的另外一个通道及Q1来控制MAX485的状态切换。平时NIH232的9脚输出高电平，经Q1倒相后，使MAX485的RE和DE为低电平而处于数据接收状态。当PC机发送数据时，NIH232的9脚输出低电平，经Q1倒相后，使MAX485的RE和DE为高电平而处于数据发送状态。
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RS232技术详解(1)

   串行通信接口标准经过使用和发展,目前已经有几种。但都是在RS-232标准的基础上经过改进而形成的。所以,以RS-232C为主来讨论。RS-323C标准是美国EIA(电子工业联合会）与BELL等公司一起开发的1969年公布的通信协议。它适合于数据传输速率在0～20000b/s范围内的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题,如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通行设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备,因此,它作为一种标准,目前已在微机通信接口中广泛采用。

在讨论RS-232C接口标准的内容之前,先说明两点：

首先,RS-232-C标准最初是远程通信连接数据终端设备DTE(Data Terminal Equipment)与数据通信设备DCE（Data Communication Equipment)而制定的。因此这个标准的制定,并未考虑计算机系统的应用要求。但目前它又广泛地被借来用于计算机（更准确的说,是计算机接口）与终端或外设之间的近端连接标准。显然,这个标准的有些规定及和计算机系统是不一致的,甚至是相矛盾的。有了对这种背景的了解,我们对RS-232C标准与计算机不兼容的地方就不难理解了。

其次,RS-232C标准中所提到的“发送”和“接收”,都是站在DTE立场上,而不是站在DCE的立场来定义的。由于在计算机系统中,往往是CPU和I/O设备之间传送信息,两者都是DTE,因此双方都能发送和接收。

一、RS-232-C

RS-232C标准（协议）的全称是EIA-RS-232C标准,其中EIA(Electronic Industry Association)代表美国电子工业协会,RS（ecommeded standard）代表推荐标准,232是标识号,C代表RS232的最新一次修改（1969）,在这之前,有RS232B、RS232A。。它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。常用物理标准还有有EIARS-232-C、EIARS-422-A、EIARS-423A、EIARS-485。这里只介绍EIARS-232-C（简称232,RS232）。例如,目前在IBM PC机上的COM1、COM2接口,就是RS-232C接口。

1.电气特性

EIA-RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。

在TxD和RxD上：逻辑1(MARK)=-3V～-15V

逻辑0(SPACE)=+3～＋15V

在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：

信号有效（接通,ON状态,正电压）＝+3V～+15V

信号无效（断开,OFF状态,负电压)=-3V～-15V

图1

以上规定说明了RS-323C标准对逻辑电平的定义。对于数据（信息码）：逻辑“1”（传号）的电平低于-3V,逻辑“0”（空号）的电平告语+3V;对于控制信号;接通状态（ON）即信号有效的电平高于+3V,断开状态(OFF)即信号无效的电平低于-3V,也就是当传输电平的绝对值大于3V时,电路可以有效地检查出来,介于-3～+3V之间的电压无意义,低于-15V或高于+15V的电压也认为无意义,因此,实际工作时,应保证电平在±(3～15)V之间。

EIA-RS-232C与TTL转换：EIA-RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态,与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此,为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接,必须在EIA-RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换的方法可用分立元件,也可用集成电路芯片。目前较为广泛地使用集成电路转换器件,如MC1488、SN75150芯片可完成TTL电平到EIA电平的转换,而MC1489、SN75154可实现EIA电平到TTL电平的转换。MAX232芯片可完成TTL←→EIA双向电平转换,图1显示了1488和1489的内部结构和引脚。MC1488的引脚(2)、(4,5)、(9,10)和(12,13)接TTL输入。引脚3、6、8、11输出端接EIA-RS-232C。MC1498的14的1、4、10、13脚接EIA输入,而3、6、8、11脚接TTL输出。具体连接方法如图2所示。图中的左边是微机串行接口电路中的主芯片UART,它是TTL器件,右边是EIA-RS-232C连接器,要求EIA高电压。因此,RS-232C所有的输出、输入信号都要分别经过MC1488和MC1498转换器,进行电平转换后才能送到连接器上去或从连接器上送进来。

图2
2、连接器的机械特性：

连接器：由于RS-232C并未定义连接器的物理特性,因此,出现了DB-25、DB-15和DB-9各种类型的连接器,其引脚的定义也各不相同。下面分别介绍两种连接器。

（1）DB-25： PC和XT机采用DB-25型连接器。DB-25连接器定义了25根信号线,分为4组：

①异步通信的9个电压信号（含信号地SG）2,3,4,5,6,7,8,20,22

②20mA电流环信号 9个（12,13,14,15,16,17,19,23,24）

③空6个（9,10,11,18,21,25）

④保护地（PE）1个,作为设备接地端（1脚）

DB-25型连接器的外形及信号线分配如图3所示。注意,20mA电流环信号仅IBM PC和IBM PC/XT机提供,至AT机及以后,已不支持。

图3
（2）DB-9连接器

在AT机及以后,不支持20mA电流环接口,使用DB-9连接器,作为提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2两个串行接口的连接器。它只提供异步通信的9个信号。DB-25型连接器的引脚分配与DB-25型引脚信号完全不同。因此,若与配接DB-25型连接器的DCE设备连接,必须使用专门的电缆线。

电缆长度：在通信速率低于20kb/s时,RS-232C所直接连接的最大物理距离为15m（50英尺）。

最大直接传输距离说明：RS-232C标准规定,若不使用MODEM,在码元畸变小于4%的情况下,DTE和DCE之间最大传输距离为15m（50英尺）。可见这个最大的距离是在码元畸变小于4%的前提下给出的。为了保证码元畸变小于4%的要求,接口标准在电气特性中规定,驱动器的负载电容应小于2500pF。

3、RS-232C的接口信号

RS-232C规标准接口有25条线,4条数据线、11条控制线、3条定时线、7条备用和未定义线,常用的只有9根,它们是：

（1）联络控制信号线：

数据装置准备好（Data set ready-DSR)——有效时（ON）状态,表明MODEM处于可以使用的状态。

数据终端准备好(Data set ready-DTR)——有效时（ON）状态,表明数据终端可以使用。

这两个信号有时连到电源上,一上电就立即有效。这两个设备状态信号有效,只表示设备本身可用,并不说明通信链路可以开始进行通信了,能否开始进行通信要由下面的控制信号决定。

请求发送(Request to send-RTS)——用来表示DTE请求DCE发送数据,即当终端要发送数据时,使该信号有效（ON状态）,向MODEM请求发送。它用来控制MODEM是否要进入发送状态。

允许发送（Clear to send-CTS）——用来表示DCE准备好接收DTE发来的数据,是对请求发送信号RTS的响应信号。当MODEM已准备好接收终端传来的数据,并向前发送时,使该信号有效,通知终端开始沿发送数据线TxD发送数据。

这对RTS/CTS请求应答联络信号是用于半双工MODEM系统中发送方式和接收方式之间的切换。在全双工系统中作发送方式和接收方式之间的切换。在全双工系统中,因配置双向通道,故不需要RTS/CTS联络信号,使其变高。

接收线信号检出(Received Line detection-RLSD)——用来表示DCE已接通通信链路,告知DTE准备接收数据。当本地的MODEM收到由通信链路另一端（远地）的MODEM送来的载波信号时,使RLSD信号有效,通知终端准备接收,并且由MODEM将接收下来的载波信号解调成数字两数据后,沿接收数据线RxD送到终端。此线也叫做数据载波检出(Data Carrier dectection-DCD）线。

振铃指示(Ringing-RI)——当MODEM收到交换台送来的振铃呼叫信号时,使该信号有效（ON状态）,通知终端,已被呼叫。

（2）数据发送与接收线：

发送数据(Transmitted data-TxD)——通过TxD终端将串行数据发送到MODEM,(DTE→DCE)。

接收数据(Received data-RxD)——通过RxD线终端接收从MODEM发来的串行数据,(DCE→DTE)。

（3）地线

有两根线SG、PG——信号地和保护地信号线,无方向。

上述控制信号线何时有效,何时无效的顺序表示了接口信号的传送过程。例如,只有当DSR和DTR都处于有效（ON）状态时,才能在DTE和DCE之间进行传送操作。若DTE要发送数据,则预先将DTR线置成有效(ON)状态,等CTS线上收到有效(ON)状态的回答后,才能在TxD线上发送串行数据。这种顺序的规定对半双工的通信线路特别有用,因为半双工的通信才能确定DCE已由接收方向改为发送方向,这时线路才能开始发送。

2个数据信号：发送TXD;接收RXD。

1个信号地线：SG。

6个控制信号：

DSR数传机（即modem）准备好,Data Set Ready.

DTR数据终端（DTE,即微机接口电路,如Intel8250/8251,16550）准备好,Data Terminal Ready。

RTSDTE请求DCE发送(Request To Send)。

CTSDCE允许DTE发送（Clear To Send）,该信号是对RTS信号的回答。

DCD数据载波检出,Data Carrier Detection当本地DCE设备（Modem）收到对方的DCE设备送来的载波信号时,使DCD有效,通知DTE准备接收, 并且由DCE将接收到的载波信号解调为数字信号, 经RXD线送给DTE。

RI振铃信号 Ringing当DCE收到交换机送来的振铃呼叫信号时,使该信号有效,通知DTE已被呼叫。

232引脚
CCITT
Modem 名称
说明
异步
同步
1 101
AA 保护地
设备外壳接地
PE
PE√
2 103
BA 发送数据
数据送Modem
TXD

3 104
BB 接收数据
从Modem接收数据
RXD

4 105
CA 请求发送
在半双工时控制发送器的开和关
RTS

5 106
CB 允许发送
Modem允许发送
CTS

6 107
CC 数据终端准备好
Modem准备好
DSR

7 102
AB 信号地
信号公共地
SG
SG√
8 109
CF 载波信号检测
Modem正在接收另一端送来的信号
DCD

9 空

10 空

11 空

12 接收信号检测（2）
在第二通道检测到信号
√
13 允许发送（2）
第二通道允许发送
√
14 118
发送数据（2）
第二通道发送数据
√
15 113
DA 发送器定时
为Modem提供发送器定时信号
√
16 119
接收数据（2）
第二通道接收数据
√
17 115
DF 接收器定时
为接口和终端提供定时
√
18 空

19 请求发送（2）
连接第二通道的发送器
√
20 108
数据终端准备好
数据终端准备好
DTR

21
空

22 125 振铃
振铃指示
RI

23 111
CH 数据率选择
选择两个同步数据率
√
24 114
DB 发送器定时
为接口和终端提供定时
√
25 空
---------------------------------------------------------------------------
1 问题的提出

　　在工业控制及测量领域较为常用的网络之一就是物理层采用RS-485通信接口所组成的工控设备网络。这种通信接口可以十分方便地将许多设备组成一个控制网络。从目前解决单片机之间中长距离通信的诸多方案分析来看，RS-485总线通信模式由于具有结构简单、价格低廉、通信距离和数据传输速率适当等特点而被广泛应用于仪器仪表、智能化传感器集散控制、楼宇控制、监控报警等领域。但RS485总线存在自适应、自保护功能脆弱等缺点，如不注意一些细节的处理，常出现通信失败甚至系统瘫痪等故障，因此提高RS-485总线的运行可靠性至关重要。

　
　　　　　　　　　　　　　　　　图1RS485通信接口原理图

2 硬件电路设计中需注意的问题

2.1 电路基本原理

　　某节点的硬件电路设计如图1所示，在该电路中，使用了一种RS-485接口芯片SN75LBC184，它采用单一电源Vcc，电压在＋3～＋5.5 V范围内都能正常工作。与普通的RS-485芯片相比，它不但能抗雷电的冲击而且能承受高达8 kV的静电放电冲击，片内集成4个瞬时过压保护管，可承受高达400 V的瞬态脉冲电压。因此，它能显著提高防止雷电损坏器件的可靠性。对一些环境比较恶劣的现场，可直接与传输线相接而不需要任何外加保护元件。该芯片还有一个独特的设计，当输入端开路时，其输出为高电平，这样可保证接收器输入端电缆有开路故障时，不影响系统的正常工作。另外，它的输入阻抗为RS485标准输入阻抗的2倍（≥24 kΩ），故可以在总线上连接64个收发器。芯片内部设计了限斜率驱动，使输出信号边沿不会过陡，使传输线上不会产生过多的高频分量，从而有效扼制电磁干扰。在图1中，四位一体的光电耦合器TLP521让单片机与SN75LBC184之间完全没有了电的联系，提高了工作的可靠性。基本原理为：当单片机P1.6=0时，光电耦合器的发光二极管发光，光敏三极管导通，输出高电压（＋5 V），选中RS485接口芯片的DE端，允许发送。当单片机P1.6=1时，光电耦合器的发光二极管不发光，光敏三极管不导通，输出低电压（0 V），选中RS485接口芯片的RE端，允许接收。SN75LBC184的R端（接收端）和D端（发送端）的原理与上述类似。

2.2 RS-485的DE控制端设计

　　在RS-485总线构筑的半双工通信系统中，在整个网络中任一时刻只能有一个节点处于发送状态并向总线发送数据，其他所有节点都必须处于接收状态。如果有2个节点或2个以上节点同时向总线发送数据，将会导致所有发送方的数据发送失败。因此，在系统各个节点的硬件设计中，应首先力求避免因异常情况而引起本节点向总线发送数据而导致总线数据冲突。以MCS51系列的单片机为例，因其在系统复位时，I/O口都输出高电平，如果把I/O口直接与RS-485接口芯片的驱动器使能端DE相连，会在CPU复位期间使DE为高，从而使本节点处于发送状态。如果此时总线上有其他节点正在发送数据，则此次数据传输将被打断而告失败，甚至引起整个总线因某一节点的故障而通信阻塞，继而影响整个系统的正常运行。考虑到通信的稳定性和可靠性，在每个节点的设计中应将控制RS485总线接口芯片的发送引脚设计成DE端的反逻辑，即控制引脚为逻辑“1”时，DE端为“0”；控制引脚为逻辑“0”时，DE端为“1”。在图1中,将CPU的引脚P1.6通过光电耦合器驱动DE端，这样就可以使控制引脚为高或者异常复位时使SN75LBC184始终处于接收状态，从而从硬件上有效避免节点因异常情况而对整个系统造成的影响。这就为整个系统的通信可靠奠定了基础。

　　此外，电路中还有1片看门狗MAX813L，能在节点发生死循环或其他故障时，自动复位程序，交出RS-485总线控制权。这样就能保证整个系统不会因某一节点发生故障而独占总线，导致整个系统瘫痪。

2.3 避免总线冲突的设计

　　当一个节点需要使用总线时，为了实现总线通信可靠，在有数据需要发送的情况下先侦听总线。在硬件接口上，首先将RS-485接口芯片的数据接收引脚反相后接至CPU的中断引脚INT0。在图1中，INT0是连至光电耦合器的输出端。当总线上有数据正在传输时，SN75LBC184的数据接收端（R端）表现为变化的高低电平，利用其产生的CPU下降沿中断（也可采用查询方式），能得知此时总线是否正“忙”，即总线上是否有节点正在通信。如果“空闲”，则可以得到对总线的使用权限，这样就较好地解决了总线冲突的问题。在此基础上，还可以定义各种消息的优先级，使高优先级的消息得以优先发送，从而进一步提高系统的实时性。采用这种工作方式后，系统中已经没有主、从节点之分，各个节点对总线的使用权限是平等的，从而有效避免了个别节点通信负担较重的情况。总线的利用率和系统的通信效率都得以大大提高，从而也使系统响应的实时性得到改善，而且即使系统中个别节点发生故障，也不会影响其他节点的正常通信和正常工作。这样使得系统的“危险”分散了，从某种程度上来说增强了系统的工作可靠性和稳定性。

2.4 RS-485输出电路部分的设计

　　在图1中，VD1～VD4为信号限幅二极管,其稳压值应保证符合RS-485标准，VD1和VD3取12 V,VD2 和VD4取7 V,以保证将信号幅度限定在-7～+12 V之间，进一步提高抗过压的能力。考虑到线路的特殊情况（如某一节点的RS-485芯片被击穿短路），为防止总线中其他分机的通信受到影响，在SN75LBC184的信号输出端串联了2个20 Ω的电阻R1和R2，这样本机的硬件故障就不会使整个总线的通信受到影响。在应用系统工程的现场施工中，由于通信载体是双绞线，它的特性阻抗为120 Ω左右，所以线路设计时，在RS485网络传输线的始端和末端应各接1个120 Ω的匹配电阻（如图1中的R3），以减少线路上传输信号的反射。

2.5系统的电源选择

　　对于由单片机结合RS-485组建的测控网络，应优先采用各节点独立供电的方案，同时电源线不能与RS-485信号线共用同一股多芯电缆。RS-485信号线宜选用截面积0.75 mm2以上的双绞线而不是平直线,并且选用线性电源TL750L05比选用开关电源更合适。TL750L05必须有输出电容，若没有输出电容，则其输出端的电压为锯齿波形状，锯齿波的上升沿随输入电压变化而变化，加输出电容后，可以抑制该现象。

3 软件的编程

　　SN75LBC184在接收方式时，A、B为输入，R为输出；在发送方式时，D为输入，A、B为输出。当传送方向改变一次后，如果输入未变化，则此时输出为随机状态，直至输入状态变化一次，输出状态才确定。显然，在由发送方式转入接收方式后，如果A、B状态变化前，R为低电平，在第一个数据起始位时，R仍为低电平，CPU认为此时无起始位，直到出现第一个下降沿，CPU才开始接收第一个数据，这将导致接收错误。由接收方式转入发送方式后，D变化前，若A与B之间为低电压，发送第一个数据起始位时，A与B之间仍为低电压，A、B引脚无起始位，同样会导致发送错误。克服这种后果的方案是：主机连续发送两个同步字，同步字要包含多次边沿变化(如55H ，0AAH)，并发送两次(第一次可能接收错误而忽略) ，接收端收到同步字后，就可以传送数据了，从而保证正确通信。

　　为了更可靠地工作，在RS485总线状态切换时需要适当延时，再进行数据的收发。具体的做法是在数据发送状态下，先将控制端置“1”，延时0.5 ms左右的时间，再发送有效的数据，数据发送结束后，再延时0.5 ms，将控制端置“0”。这样的处理会使总线在状态切换时，有一个稳定的工作过程。数据通信程序基本流程图如图2所示。

　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　图2数据通信程序基本流程图

　　单片机通信节点的程序基本上可以分为6个主要部分，分别为预定义部分、初始化部分、主程序部分、设备状态检测部分、帧接收部分和帧发送部分。预定义部分主要定义了通信中使用的握手信号，用于保存设备信息的缓冲区和保存本节点设备号的变量。设备状态检测部分应能在程序初始化后，当硬件发生故障时，作出相应的反应。主程序部分应能接收命令帧，并根据命令的内容作出相应的回应。为缩短篇幅，这里仅给出主程序部分的代码。如下所示：

　　/* 主程序流程 */
　　while(1) {　　　　　　　　　//主循环
　　　　if(recv_cmd(&type)==0) //发生帧错误或帧地址与本机
　　　　　　　　　　　　　　　 //地址不符，丢弃当前帧后返回
　　continue;
　　switch(type) {
　　　　case __ACTIVE_:　　　　//主机询问从机是否存在
　　　　　　send_data(__OK_, 0,dbuf);//发送应答信息
　　　　　　break;
　　　　case __GETDATA_:
　　　　　　len = strlen(dbuf);
　　　　　　send_data(__STATUS_, len,dbuf);//发送状态信息
　　　　　　　　break;
　　　　default:
　　　　　　　　break;　　　　//命令类型错误，丢弃当前帧后返回
　　　　}
　　}

4 结论

　　RS-485由于使用了差分电平传输信号，传输距离比RS-232更长，最多可以达到3000 m，因此很适合工业环境下的应用。但与CAN总线等更为先进的现场工业总线相比，其处理错误的能力还稍显逊色，所以在软件部分还需要进行特别的设计，以避免数据错误等情况发生。另外，系统的数据冗余量较大，对于速度要求高的应用场所不适宜用RS-485总线。虽然RS-485总线存在一些缺点，但由于它的线路设计简单、价格低廉、控制方便，只要处理好细节，在某些工程应用中仍然能发挥良好的作用。总之，解决可靠性的关键在于工程开始施工前就要全盘考虑可采取的措施，这样才能从根本上解决问题，而不要等到工程后期再去亡羊补牢。
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如果data_inout不是高阻态,则用作输出,无法做输入的,否则两者岂不有了冲突?
inout端口信号做输入时,观察例子中的输出data_out_t就应该是高阻态的.

见许多问这个问题的,总结一下大家的贴子,希望能对大家有点用处,如果有不对的地方,欢迎指出.
芯片外部引脚很多都使用inout类型的，为的是节省管腿。就是一个端口同时做输入和输出。 inout在具体实现上一般用三态门来实现。三态门的第三个状态就是高阻'Z'。当inout端口不输出时，将三态门置高阻。这样信号就不会因为两端同时输出而出错了,更详细的内容可以搜索一下三态门tri-state的资料.
1 使用inout类型数据,可以用如下写法:
inout data_inout;
input data_in;
reg data_reg;//data_inout的映象寄存器
reg link_data;
assign data_inout=link_data?data_reg:1'bz;//link_data控制三态门

//对于data_reg,可以通过组合逻辑或者时序逻辑根据data_in对其赋值.通过控制link_data的高低电平,从而设置data_inout是输出数据还是处于高阻态,如果处于高阻态,则此时当作输入端口使用.link_data可以通过相关电路来控制.
2 编写测试模块时,对于inout类型的端口,需要定义成wire类型变量,而其它输入端口都定义成reg类型,这两者是有区别的.
当上面例子中的data_inout用作输入时,需要赋值给data_inout,其余情况可以断开.此时可以用assign语句实现:assign data_inout=link?data_in_t:1'bz;其中的link ,data_in_t是reg类型变量,在测试模块中赋值.
另外,可以设置一个输出端口观察data_inout用作输出的情况:
Wire data_out;
Assign data_out_t=(!link)?data_inout:1'bz;

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