3.10.1.2 Защитное смещение
Как уже упоминалось, приемники большинства микросхем RS-485 имеют пороговый диапазон распознавания сигнала на входах A-B - ±200мВ. Если |Uab| меньше порогового (около 0), то на выходе приемника RO могут быть произвольные логические уровни из-за несинфазной помехи. Такое может случиться либо при отсоединении приемника от линии, либо при отсутствии в линии активных передатчиков, когда никто не задает уровень. Чтобы в этих ситуациях избежать выдачи ошибочных сигналов на приемник UART, необходимо на входах A-B гарантировать разность потенциалов Uab > +200мВ. Это смещение при отсутствии входных сигналов обеспечивает на выходе приемника логическую «1», поддерживая таким образом уровень стопового бита [27].
Добиться этого просто: прямой вход (А) следует подтянуть к питанию, а инверсный (B) к «земле».
Значения сопротивлений для резисторов защитного смещения (Rзс) нетрудно рассчитать по делителю. Необходимо обеспечить Uab > 200мВ. Напряжение питания 5В. Сопротивление среднего плеча 120Ом/120Ом/12КОм, на каждый приемник примерно 57Ом (для 10 приемников). Таким образом, выходит примерно по 650Ом на каждый из двух Rзс. Для смещения с запасом сопротивление Rзс должно быть меньше 650Ом. Традиционно ставят 560Ом.
Обратите внимание: в расчете номинала Rзс учитывается нагрузка. Если на линии висит много приемников, то номинал Rзс должен быть меньше. В длинных линиях передачи необходимо также учитывать сопротивление витой пары, которое может «съедать» часть смещающей разности потенциалов для удаленных от места подтяжки устройств. Для длинной линии лучше ставить два комплекта подтягивающих резисторов в оба удаленных конца рядом с терминаторами.
Функция безотказности
Многие производители приемопередатчиков заявляют о функции безотказности (failsafe) своих изделий, заключающейся во встроенном смещении. Следует различать два вида такой защиты [27]:
Безотказности в открытых цепях (Open circuit failsafe). В таких приемопередатчиках применяются встроенные подтягивающие резисторы. Эти резисторы, как правило, высокоомные, чтобы уменьшить потребление тока. Из-за этого необходимое смещение обеспечивается только для открытых (ненагруженных) дифференциальных входов. В самом деле, если приемник отключен от линии или она не нагружена, тогда в среднем плече делителя остается только большое входное сопротивление, на котором и падает необходимая разность потенциалов. Однако если приемопередатчик нагрузить на линию с двумя согласующими резисторами по 120Ом, то в среднем плече делителя оказывается меньше 60Ом, на которых, по сравнению с высокоомными подтяжками, ничего существенного не падает. Поэтому если в нагруженной линии нет активных передатчиков, то встроенные резисторы не обеспечивают достаточное смещение. В этом случае остается необходимость устанавливать внешние резисторы защитного смещения, как это было описано выше.
Истинная безотказность (True failsafe). В этих устройствах смещены сами пороги распознавания сигнала. Например: -50 / -200 мВ вместо стандартных порогов ±200 мВ, т.е. при Uab > -50мВ на выходе приемника RO будет логическая «1», а при Uab < -200 – на RO будет «0». Таким образом, и в разомкнутой, и в пассивной линиях при разности потенциалов Uab, близкой к 0, приемник выдаст «1». Для таких приемопередатчиков внешнее защитное смещение не требуется. Тем не менее, для лучшей помехозащищенности все-таки стоит дополнительно немного подтягивать линию.
Сразу виден недостаток внешнего защитного смещения: через делитель постоянно будет протекать ток, что может быть недопустимо в системах малого потребления. В таком случае можно сделать следующее [27]:
Уменьшить потребление тока, увеличив сопротивления Rзс. Хотя производители приемопередатчиков и пишут о пороге распознавания в 200мВ, на практике вполне хватает 100мВ и даже меньше. Таким образом, можно сразу увеличить сопротивления Rзс раза в два-три. Помехозащищенность при этом несколько снижается, но во многих случаях это некритично.
Использовать true failsafe приемопередатчики со смещенными порогами распознавания. Например, у микросхем MAX3080 и MAX3471 пороги -50мВ / -200мВ, что гарантирует единичный уровень на выходе приемника при отсутствии смещения (Uab=0). Тогда внешние резисторы защитного смещения можно убрать или значительно увеличить их сопротивление.
Не применять без необходимости согласование на резисторах. Если линия не будет нагружена на 2 резистора по 120Ом, то для обеспечения защитного смещения хватит «подтяжек» в несколько КОм в зависимости от числа приемников на линии.
3.10.1.3 Исключение приема при передаче в полудуплексном режиме При работе с полудуплексным интерфейсом RS-485 (прием и передача по одной паре проводов с разделением по времени) можно забыть, что UART контроллера полнодуплексный, т.е. принимает и передает независимо и одновременно.
Обычно во время работы приемопередатчика RS-485 на передачу выход приемника RO переводится в третье состояние и ножка RX контроллера (приемник UART) «повисает в воздухе». В результате во время передачи на приемнике UART вместо уровня стопового бита («1») окажется неизвестно что и любая помеха будет принята за входной сигнал. Поэтому нужно либо на время передачи отключать приемник UART (через управляющий регистр), либо подтягивать RX к единице. У некоторых микроконтроллеров это можно сделать программно – активировать встроенные подтяжки портов [27].
Рис. 103. Схема подключения приемопередатчика RS-485 к микроконтроллеру.
3.10.2 Интерфейс 1-Wire Сеть 1-Wire или MicroLan (MicroLan – торговая марка фирмы Dallas Semiconductor) предназначена для обеспечения питания и передачи данных с небольшой скоростью (обычно 16,4 Кбит/с) по одной сигнальной линии и одной возвратной (общий провод). Максимальное расстояние передачи – 300м. Тип линии связи – моноканал, тип передачи – полудуплекс. К интерфейсу возможно подключение одного мастера сети и нескольких подчиненных узлов с питанием от самой сети. Основное назначение сети – обеспечение связи микроконтроллера с различными датчиками (например, термодатчиками), устройствами Touch Memory (iButton), маркировка устройств уникальным идентификатором (каждая микросхема поддерживающая интерфейс 1-Wire имеет уникальный 64-битный идентификатор) и т.д. [99].
Последовательная передача осуществляется внутри дискретно определѐнных временных интервалов, называемых тайм-слотами. Мasterустройство инициирует передачу с помощью посылки командного слова на slave-устройство.
Рис. 104. Примеры временных диаграмм, иллюстрирующие работу интерфейса 1-Wire: сброс устройства