485芯片問題總結(jié)

485芯片問題總結(jié)

杭州辦事處多家智能電表類客戶設(shè)備集中出現(xiàn)485芯片問題，其他類型的客戶較少的出現(xiàn)此類問題。

智能儀表是隨著80年代初單片機技術(shù)的成熟而發(fā)展起來的，現(xiàn)在世界儀表市場基本被智能儀表所壟斷。究其原因就是企業(yè)信息化的需要，企業(yè)在儀表選型時其中的一個必要條件就是要具有聯(lián)網(wǎng)通信接口。最初是數(shù)據(jù)模擬信號輸出簡單過程量，后來儀表接口是RS232接口，這種接口可以實現(xiàn)點對點的通信方式，但這種方式不能實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。隨后出現(xiàn)的RS485解決了這個問題。

同時RS485也存在問題：

1、通信質(zhì)量差或者無法通信。

A、收發(fā)時序不匹配

現(xiàn)象1：485通訊不成功，用邏輯分析儀查看，發(fā)送的碼字正確，電能表返回碼字也符合規(guī)約。再細看，主站發(fā)送的碼字的最后一位同電能表應(yīng)答的數(shù)據(jù)幀的第一位之間幾乎沒有停頓。

分析：由于485總線是一個半雙工的通訊方式，收和發(fā)不能同時進行，從發(fā)送完成到變?yōu)榻邮諣顟B(tài)，無論是軟件的處理抑或是硬件的切換都需要一定的延時，因此DL／T645規(guī)定幀間延時Td：20ms≤Td≤500ms，主要是給發(fā)送方一個由發(fā)轉(zhuǎn)為收的時間，保證接收方返回的數(shù)據(jù)能完整的被接收。而有些電能表，尤其是一些早期的多功能表對此考慮不夠，在接收到主站的請求命令幀后，未進行幀響應(yīng)延時，就立刻發(fā)送應(yīng)答幀，而此時主站還處于發(fā)送狀態(tài)，等主站返回到接收狀態(tài)時，電能表前面的碼字已發(fā)送完，主站接收到的應(yīng)答數(shù)據(jù)幀不完整引起通信失敗。

現(xiàn)象2：當主站對某塊表連續(xù)抄幾幀數(shù)據(jù)時，第一幀通訊成功，第二幀開始電表不回應(yīng)答幀。

分析：同樣的道理，電表的485由發(fā)轉(zhuǎn)為收也需要延時，而有的主站軟件編程時，沒有考慮，接收完一幀數(shù)據(jù)后沒有延時或延時不夠就又開始抄下一幀，而此時電表還沒有回到接收狀態(tài)，通訊失敗。在這里我們建議通信雙方在編程時都必須嚴格遵守DL／T645所規(guī)定的幀間延時，并留有余量，具體應(yīng)用時可取一個中間值，如100ms。

B、判斷幀起始符出錯

對于電能表485總線來講，它是一種數(shù)字異步通信方式。異步通信不象同步通信，其沒有專門的同步信號進行同步，接收方無法準確判知哪一個字節(jié)是一幀數(shù)據(jù)通信的開始，因此DL／T645中規(guī)定68H作為幀起始符（幀同步碼），代表一幀數(shù)據(jù)的開始。有些主站和電能表在軟件編程時考慮得比較理想，接收數(shù)據(jù)時未按照DL／T645中規(guī)定68H來判定數(shù)據(jù)幀的開始，而是呆板的以接收到的第一個字符作為幀起始標志；如果電表在此幀數(shù)據(jù)之前發(fā)了幾個FEH，其接收到的數(shù)據(jù)將會出現(xiàn)同步錯誤。另外，如總線上平時有干擾信號存在，導(dǎo)致485芯片不停地收到諸如FCH、DEH這樣雜亂數(shù)據(jù)；當總線上有正常信號產(chǎn)生時，由于干擾信號比較小的原因，其對通信并無太大的影響，但對接收方來講，其接收正確數(shù)據(jù)幀前會混有若干個字節(jié)的雜亂數(shù)據(jù)，由于同步處理不當，通訊也會失敗。通常的做法是每接收一個字節(jié)都要判是否是68H，若不是則丟掉該字節(jié)，然后繼續(xù)往下判，直到收到68H才啟動一幀數(shù)據(jù)的接收。

C、幀奇偶校驗位／幀結(jié)束符不合理目前看來，由于這個原因引起485通信不成功占有很大的比例。我們知道，在485通信時，對于接收到的數(shù)據(jù)一般都會按收、發(fā)雙方事先約定的奇偶校驗方式進行數(shù)據(jù)檢錯，并將錯誤的數(shù)據(jù)幀剔除，等待發(fā)送方重發(fā)。這種ARQ的通信方式本身是無可厚非的，但是有的軟件人員在編程時考慮問題不夠全面，在判斷一幀結(jié)束處理時，沒有根據(jù)所收數(shù)據(jù)幀的長度和結(jié)束符“16H”及時地將數(shù)據(jù)接收任務(wù)結(jié)束，而是依據(jù)多長時間內(nèi)收不到新的一個字節(jié)數(shù)據(jù)來認為一幀已收完。這種處理方法在下面這種情況下就會導(dǎo)致通信失敗。

眾所周知，RS485芯片的接收靈敏度為±200mV，即當電壓UAUB≥200mV時，輸出邏輯“1”；UAUB≤－200mV時，輸出邏輯“0”。當－200mV＜UAUB＜200mV時，輸出不確定。這樣一來，當總線上所有的485芯片均處于接收狀態(tài)時，總線處于高阻狀態(tài)，此時A、B間的壓差為0V，芯片輸出處于不定狀態(tài)，可能輸出“1”，也可能輸出“0”，而且狀態(tài)會隨著時間而變化。如果輸出為“0”，在某些時候則會導(dǎo)致通信失敗。我們知道，電能表在發(fā)送完應(yīng)答幀后，一般會馬上從發(fā)送狀態(tài)轉(zhuǎn)換到接收狀態(tài)。正常情況應(yīng)該是：主站的485芯片收完最后一個字節(jié)的停止位后繼續(xù)保持為“1”（波形見圖2），而有的485芯片則可能跳變保持為“0”（波形見圖3），UART（通用異步收發(fā)器）則認為又收到一個字節(jié)00H，且很有可能校驗和是錯的，這樣接收軟件可能會判斷到一個字節(jié)校驗位出錯，而將前面接收完全正確的一幀丟掉，造成通信失敗。

D、接口電路不合理

由于485在實際使用中存在這樣或那樣的問題，人們對其接口電路采取了各種保護、濾波措施。如加上保護二極管、熱保險絲、電容、上拉電阻等（見圖4），這些措施有的有效，但有的無效甚至有害。

485總線的理想介質(zhì)是雙絞線，其等效阻抗約為120Ω，因此為了在長距離、高速通信時做到阻抗匹配，一般在電表的485的A、B線之間加一個120Ω的電阻。此種方式對于一對一的通信是實用的，但一對多時，如果每個電表內(nèi)部均加一個120Ω的電阻，并在一起整個總線上的負載就很重，這樣掛在總線上的485收發(fā)器就可能達不到標準的數(shù)量32個，且距離也會縮短。因此，只應(yīng)在網(wǎng)絡(luò)的起點和終點各加一個。

有的產(chǎn)品為了濾波而在A、B線對地加上電容，現(xiàn)在看來這樣會帶來問題。電容加小了不起作用；加大了，正常的信號會被濾除或造成波形失真。我們曾經(jīng)做過試驗，以1200bps通信時，0．1μF的電容就會影響通信的成功率。如果通信速率達到幾百kbps，電容就不能加了。

485總線處于懸浮狀態(tài)時A、B線等電位。為了保證A比B高200mV以上，有的廠家將A、B線分別通過10k電阻上拉到5V、下拉到地，這樣在都處于接收狀態(tài)時，A、B間的電位差約為5V，485芯片的接收端為高，通信不受影響。這個想法是好的，但是實際組網(wǎng)中往往好幾個廠家的表連在一起，如別的表中加了120Ω電阻，則上拉電阻、120Ω、下拉電阻之間構(gòu)成分壓關(guān)系，A、B線間的電壓只有幾十毫伏，接收端的電平還是不定。

目前國內(nèi)應(yīng)用的單片機大部分只有一個UART串口，而電能表一般均需一個485接口和一個紅外光接口，受成本所限，有的廠家就將這兩個信號通過線與、線或的方式合在一起共用一個UART口。這樣就帶來一個問題，當紅外通信時，485就會不通；另外，當紅外收到各種可見光的干擾時，紅外口不停地輸出干擾信號，由于線與、線或邏輯的原因，485不能通信或485時通時不通。

2、通電一段時間后癱瘓。這種情況通常發(fā)生在RS485系統(tǒng)無地線情況下。當收發(fā)端或收與收端之間“地電位”不同時，電位能量從低到高，向低位設(shè)備釋放，由于設(shè)備中電容充電效應(yīng)，使兩邊的“地”電位相同，在此期間內(nèi)工作正常。等到電容被充滿后，兩端的地電位就不同了。系統(tǒng)就無法正常工作。檢測這種故障，通常檢查收發(fā)端的數(shù)字地是否連接。數(shù)字地與A、B之間是否有1.5Vac以上交流電壓。

3、通電直接癱瘓。

A、斷電檢測系統(tǒng)A、B、地之間有無短路，開路現(xiàn)象

B、檢查發(fā)送設(shè)備是否正常。包括計算機通訊口選擇、波特率、協(xié)議等等。

C、系統(tǒng)是否增減變動。如增加發(fā)送設(shè)備（鍵盤、DVR）數(shù)量所引起的接線錯誤、發(fā)送

設(shè)備工作狀態(tài)錯誤。必須提到的是，有些發(fā)送設(shè)備是出于“常發(fā)”狀態(tài)，控制住總線，導(dǎo)致其他設(shè)備無法發(fā)出信號。例如有些計算機RS485卡、DVR、矩陣、鍵盤等等。在這種情況下，必須采用RS485集線設(shè)備隔離。集線設(shè)備主要是將多路RS485信號，集中成一路信號。

D、個別設(shè)備接口芯片損壞導(dǎo)致總線“箝位”。這種情況可以在發(fā)送設(shè)備有信號發(fā)出時，

使用外用表直流電壓20V檔分別測量A-地、B-地之間電壓值，觀察有無變化。變化應(yīng)該在0.1-0.5V之間。如果無變化，證明總線被“箝位”了�？梢灾鹌�排查，找出故障點。

4、串口芯片燒毀。

RS-485接口芯片在使用、焊接或設(shè)備的運輸途中都有可能受到靜電沖擊而損壞。在傳輸線架設(shè)于戶外的使用場合,接口芯片乃至整個系統(tǒng)還有可能遭受雷電襲擊。選用抗靜電或抗雷擊的芯片可有效避免此類損失。UM3085/UM3088芯片內(nèi)部集成了ESD保護電路，人體模型ESD保護和機器模型ESD保護分別達到15kV和2kV。此外，英聯(lián)電子還有一套完善的ESD保護方案(圖1)，使系統(tǒng)能在更為苛刻的瞬態(tài)高壓沖擊環(huán)境中可靠運行。

RS485芯片的供電電源通常來自于變壓器，當出現(xiàn)較為惡劣電壓變化時，電源上可能會出現(xiàn)一些瞬態(tài)浪涌高壓，圖中UM07可以很好地將這些瞬態(tài)電壓鉗位，保護接口芯片。與此同時，對于總線的兩個通信端口，采用UESD712進行保護，可以起到很好的防雷效果。

在某些工業(yè)控制領(lǐng)域，由于現(xiàn)場情況十分復(fù)雜，各個節(jié)點之間存在很高的共模電壓。雖然RS-485接口采用差分傳輸方式，具有一定的抗共模干擾能力，但當共模電壓超過RS-485接收器的極限接收電壓，即大于+12V或小于-7V時，接收器就無法正常工作，嚴重時甚至?xí)�燒毀芯片和儀器設(shè)備。

5、傳輸距離達不到要求。

485總線的理想介質(zhì)是雙絞線，其等效阻抗約為120Ω，因此為了在長距離、高速通信時做到阻抗匹配，一般在電表的485的A、B線之間加一個120Ω的電阻。此種方式對于一對一的通信是實用的，但一對多時，如果每個電表內(nèi)部均加一個120Ω的電阻，并在一起整個總線上的負載就很重，這樣掛在總線上的485收發(fā)器就可能達不到標準的數(shù)量32個，且距離也會縮短。

6、總線下掛設(shè)備數(shù)量達不到要求。485總線的理想介質(zhì)是雙絞線，其等效阻抗約為120Ω，因此為了在長距離、高速通信時做到阻抗匹配，一般在電表的485的A、B線之間加一個120Ω的電阻。此種方式對于一對一的通信是實用的，但一對多時，如果每個電表內(nèi)部均加一個120Ω的電阻，并在一起整個總線上的負載就很重，這樣掛在總線上的485收發(fā)器就可能達不到標準的數(shù)量32個，且距離也會縮短。

擴展閱讀：各種總結(jié)芯片

CD4069

CD4069的特性就是CMOS門電路的特性，有六個反相器；工作原理是如單一應(yīng)用是單非門（輸入1輸出0，反之相反）；有時可做振蕩器。CD4069由六個COS/MOS反相器電路組成。此器件主要用作通用反相器、即用于不需要中功率TTL驅(qū)動和邏輯電平轉(zhuǎn)換的電路中。輸入1則輸出為0,輸入0則輸出1.有14個引腳,引腳如下：

1腳和2腳（1輸入2輸出），3腳和4腳（3輸入4輸出），5腳和6腳（5輸入6輸出），8腳和9腳（8輸入9輸出），

10腳和11腳（10輸入11輸出），12腳和13腳（12輸入13輸出），7腳是VSS14腳是VCC

CD4017：十進制計數(shù)器/脈沖分配器

12腳CO：進位端（不用時接地）14腳

CP：時鐘輸入端（一般與555相連）15腳（高電平有效）CR：清除端14腳（高電平有效，使用時處于低電平）EN：禁止端Q0-Q9計數(shù)脈沖輸出端VDD：正電源VSS：地

CD4511LED驅(qū)動、譯碼器

BI：4腳是消隱輸入控制端，當BI=0時，消隱平時為高電平LT：3腳是測試輸入端，當BI=1，LT=0時，譯碼輸出全為1，不管輸入DCBA狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。

LE：鎖定控制端，當LE=0時，允許譯碼輸出。LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數(shù)值。1B、2C、6D、7A為8421BCD碼輸入端。

a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效.

CD4511的內(nèi)部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。

555：

555時基集成電路各引腳功能描述：腳①是公共地端為負極；

腳②為低觸發(fā)端TR，低于1／3電源電壓以下時即導(dǎo)通；腳③是輸出端V，電流可達201*mA;

腳④是強制復(fù)位端MR，不用可與電源正極相連或懸空;

腳⑤是用來調(diào)節(jié)比較器的基準電壓，簡稱控制端VC，不用時可懸空，或通過0.01μF電容器接地;

腳⑥為高觸發(fā)端TH，也稱閾值端，高于2/3電源電壓發(fā)上時即截止;腳⑦是放電端DIS;⑧是電源正極VC。

555時基集成電路的主要參數(shù)為（以NE555為例）:電源電壓4.5～16V。

輸出驅(qū)動電流為200毫安。

作定時器使用時，定時精度為1％。作振蕩使用時，輸出的脈沖的最高頻率可達500千赫。使用時，驅(qū)動電流若大于上述電流時，在腳③輸出端加裝擴展電流的電路，如加一三極管放大。

CD4011四2輸入與非門

當兩輸入端有一個輸入為0，輸出就為1。當輸入端均為1時，輸出為0。

7809

單向晶閘管

LM324有真差動輸入的四運算放大器

可單電源工作：3V-32V低偏置電流：最大100nA每封裝含四個運算放大器具

有內(nèi)部補償?shù)墓δ堋?/p>

LM358兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器

直流電壓增益高(約100dB)單位增益頻帶寬(約1MHz)

電源電壓范圍寬：單電源(330V)；雙電源(±1.5一±15V)

7段數(shù)碼管

CD40110為十進制可逆計數(shù)器/鎖存器/譯碼器/驅(qū)動器，具有加減計

數(shù)，計數(shù)器狀態(tài)鎖存，七段顯示譯碼輸出等功能。

CD40106

CD40106由六個斯密特觸發(fā)器電路組成。每個電路均為在兩輸入端具有斯密特觸發(fā)器功能的反相器。觸發(fā)器在信號的上升和下降沿的不同點開、關(guān)。上升電壓(VT+)和下降電壓(VT-)之差定義為滯后電壓。

24681012數(shù)據(jù)輸出端13591113數(shù)據(jù)輸入端14電源正7接地

CD40192是同步十進制可逆計數(shù)器，具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)

等功能

引腳功能：圖中：LD（11腳）置數(shù)端CU(5腳)加計數(shù)端CD(4腳)減計數(shù)端C0（12腳）－非同步進位輸出端B0（13腳）非同步借位輸出端。838電子

J1、J2、J3、J4計數(shù)器輸入端.Q1、Q2、Q3、Q4數(shù)據(jù)輸出端CR（14腳）清除端

當CR為低電平，LD為高電平時，執(zhí)行計數(shù)功能。執(zhí)行加計數(shù)時，減計數(shù)端CD接高電平，計數(shù)脈沖由CU輸入；在計數(shù)脈沖上升沿進行8421碼十進制加法計數(shù)。執(zhí)行減計數(shù)時，加計數(shù)端CU接高電平，計數(shù)脈沖由減計數(shù)端CPD輸入。

74ls138

摘要：

74LS138為3－8線譯碼器，共有54/74S138和54/74LS138兩種線路結(jié)構(gòu)型式，其中LS是指采用低功耗肖特基電路.引腳圖：

工作原理：

當一個選通端（G1）為高電平，另兩個選通端（/(G2A)和/(G2B)）為低電平時，可將地址端（A、B、C）的二進制編碼在一個對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。利用G1、/(G2A)和/(G2B)可級聯(lián)擴展成24線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴展成32線譯碼器。若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器。

74ls139：

74LS139功能:

54/74LS139為2線－4線譯碼器,也可作數(shù)據(jù)分配器。其主要電特性的典型值如下：型號54LS139/74LS139傳遞延遲時間22ns功耗34mW

當選通端（G1）為高電平，可將地址端（A、B）的二進制編碼在一個對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。若將選通端（G1）作為數(shù)據(jù)輸入端時，139還可作數(shù)據(jù)分配器。

74ls139引腳圖：

引出端符號：

A、B：譯碼地址輸入端

G1、G2：選通端（低電平有效）Y0～Y3：譯碼輸出端（低電平有效）

74ls164:

164為8位移位寄存器,其主要電特性的典型值如下：54/74164185mW54/74LS16480mW當清除端（CLEAR）為低電平時，輸出端（QA－QH）均為低電平。串行數(shù)據(jù)輸入端（A，B）可控制數(shù)據(jù)。當A、B任意一個為低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時鐘端（CLOCK）脈沖上升沿作用下Q0為低電平。當A、B有一個為高電平，則另一個就允許輸入數(shù)據(jù)，并在CLOCK上升沿作用下決定Q0的狀態(tài)。引腳功能：

CLOCK：時鐘輸入端CLEAR：同步清除輸入端（低電平有效）A，B：串行數(shù)據(jù)輸入端QA－QH：輸出端

rc延時電路

計算公式:延時時間t=-R*C*ln((E-V)/E)

式中，“-”是負號；電阻R和電容C是串聯(lián)，R的單位為歐姆，C的單位為F；E為輸入電壓，V為電容兩端充電要達到的電壓。ln是以e為底的自然對數(shù)，在EXCEL系統(tǒng)中有函數(shù)，計算非常方便。例：

R=150K,C=1000UF,輸入電壓為12V，求當電容C兩極的電壓達到3伏時的時間：t=-（150*1000）*（1000/1000000）*ln（（12-3）/12）=43（秒）

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