串行通信收發(fā)電路的可靠驅(qū)動(dòng)研究

王淑芹
艾默生能源網(wǎng)絡(luò)有限公司

引言
本文來源于GZDW電力操作電源的監(jiān)控項(xiàng)目。

數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及電力系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸，均采用串行通信未達(dá)到信息交換的目的。其物理串行接口多為美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)推薦的電氣標(biāo)準(zhǔn)RS232或RS485。在串行通信的實(shí)現(xiàn)過程中，需要注意RS232／RS485轉(zhuǎn)換芯片，以及通信收發(fā)芯片(如16C552)的參數(shù)和特性，比如灌電流能力等，是否會(huì)影響通信收發(fā)實(shí)現(xiàn)的可靠性。本文將對(duì)該問題進(jìn)行分析論述。

正文

本公司電力操作電源的交直流配電監(jiān)控模塊PFUl2有個(gè)兩個(gè)通信口，1個(gè)RS485通信口，與監(jiān)控單元通信上報(bào)系統(tǒng)運(yùn)行信息；1個(gè)RS485／RS232通信口，與后臺(tái)通訊。而所選CPU為Winbond公司的W78E58，功能與80C52完全兼容，W78E58只有一個(gè)串行通信口，所以必須擴(kuò)展通信口才能實(shí)現(xiàn)既定功能。通信口擴(kuò)展芯片選擇EXAR公司的16C552，16C552是雙串行通信口的UART(Universal Asynchronous Receiver／Transmitter，即通用異步收發(fā))芯片。交直流配電監(jiān)控模塊PFUl2中的通信收發(fā)電路結(jié)構(gòu)如圖l所示，圖中只畫出了其中的一個(gè)通信口(RS485通信口)的電路。通信收發(fā)器ADM483為RS485轉(zhuǎn)換芯片。

為了調(diào)試方便，通信收發(fā)電路中采用LED發(fā)光二極管做為發(fā)送和接收指示燈，圖1中的發(fā)光二極管LEDl和LED2分別為發(fā)送指示燈和接收指示燈。流過LED發(fā)光二極管的電流較大，有幾個(gè)mA，而通信芯片16C552的灌電流的能力很弱，所以如果直接驅(qū)動(dòng)LED，會(huì)導(dǎo)致通信收發(fā)實(shí)現(xiàn)的不可靠。為了解決這一問題，下面研究分析通信收發(fā)電路中的可靠驅(qū)動(dòng)。

直接驅(qū)動(dòng)LED的電路如圖2所示，此時(shí)光耦IS0002的三極管不是飽和導(dǎo)通，STXDl的低電平將被拉高，低電平值超過16C552的低電平值時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致通信過程傳輸數(shù)據(jù)不可靠，甚至通信過程不可實(shí)現(xiàn)。下面以接收電路為例進(jìn)行分析。圖2電路中，接收指示燈LED2的前向?qū)妷簽?．0V，即VF=1．0V，則流過LED2的電流為

但是，16C552的灌電流能力很弱，只有10μA，所以大部分電流約4mA流入光耦I(lǐng)S0002三極管的集電極，使得IC過大，當(dāng)SRXDI=0時(shí)，光耦I(lǐng)S0002導(dǎo)通，此時(shí)IC過大，使得三極管不再是飽和導(dǎo)通。電路1中接收信號(hào)RXDl的波形如圖3所示，由圖可知RXDl的低電平為1．2 4V，該低電平太高；而16C552的RXDl、RXD2端輸入信號(hào)電平VIL的值為0．8V。此時(shí)，根本不能保證通信收發(fā)過程的可靠實(shí)現(xiàn)，甚至這個(gè)電路是不能工作的。電路1中發(fā)送信號(hào)波形如圖4所示，同樣發(fā)送信號(hào)的低電平值為840mV即0．84V，也偏高。因此，必須改動(dòng)通信收發(fā)電路，以保證通信收發(fā)過程的可靠實(shí)現(xiàn)。

為了保證收發(fā)通信過程可靠的實(shí)現(xiàn)，將通信電路改為如圖5所示的形式。驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管LED2線路加三極管Q002驅(qū)動(dòng)，保證光耦I(lǐng)S0002飽和導(dǎo)通，UO=UCE=0．12V。電路2即圖5所示電路中接收信號(hào)波形如圖6所示，由圖可知RXDl低電平為0．12V，小于0．8V，滿足條件。電路2中發(fā)送信號(hào)波形如圖7所示，由圖可知發(fā)送信號(hào)波形的低電平值由原來的0．84V降為0．12V。加PNP三極管Q001、Q002的目的實(shí)際上是為了增加接收電路的灌電流能力，防止因灌電流能力太弱所導(dǎo)致的信號(hào)低電平被拉高的情況。

結(jié)論

本文主要論述了串行通信過程中可能遇到的可靠驅(qū)動(dòng)問題，針對(duì)不可靠驅(qū)動(dòng)的情況給出了解決方案，從而保證通信過程的可靠實(shí)現(xiàn)。本文對(duì)解決方案給出了理論分析和實(shí)際驗(yàn)證，由分析和驗(yàn)證結(jié)果可知該方案是可行的。