一种简单的远动与数字载波机数据收发器的设计

徐继锋　张历伟

建三江局直变电所综合自动化远动数据输出采用串行RS-232,其正常传输距离理论值为15米,不能满足变电所至主站12 000米的需要。MAXIM公司生产的遵循RS-485/422协议的系统芯片,采用的数据传输方式由传统的电平传输方式,而改为差动传输方式。这种差动传送大大提高了接收灵敏度,同时还降低了线路上其他干扰的影响,利用其可成功实现远程远动与数字载波机间通讯,通讯距离可达数千米。

计算机间数据通讯最简单连接方式如图1所示:

然而,随着通讯机间距离的增加,传输介质的改善,对传输的要求随之而增高。只是仅仅使用屏蔽电缆或双绞线并不能解决问题。要解决这一问题就必须在传输介质中加入信号功率提升电路,如图2所示。

功率提升的低则传输距离的传输数率都不会有明显改善,功率提升的太大时,必将线路中引入的干扰信号当中造成接收误码。改用差动信号传输就能较好的解决上述问题。因为差动信号具有抗干扰能力。

1.电平转换芯片介绍

MAX232E线驱动器/接收器是为在苛刻环境下RS-232和V.28通讯设计的。每个发送器输出端和接收器输入端均设有保护,以防止±15KV静电(ESD)而不致闭锁。MAX232E是有两个驱动器和两个接收器,其余为4驱动器和5驱动器。

上述器件在负载与EIA/TIA-232E技术规定相一致,在数传数率高达120kbps时,驱动器和接收器全部满足EIA/TIA-232E和CCITT V.28技术规范。

由于芯片供电电源为单一+5V供电,为适应计算机串口EIA-232信号电平,因而内部集成了DC-DC变换电路,将内部电源+5V…+12V为逻辑“0”,-5V…-12V为逻辑“1”。其电路结构如图3所示。

2. RS-422收发器

MAX485是用于RS-485和RS-422通讯的小功率收发器。它们都含有一个驱动器和一个接收器,用以将远动机送来的信号进行驱动和将数字载波机送来的差动信号进行接收。它们都是+5V供电,工作电流为120μA～500μA,因而功耗极低。这些收发器都有设有温敏控制的短路电流限制和过压保护功能,在短路或过压时,确保输出为逻辑高电平。其中MAX488-MAX491为全双功通讯芯片,其余为半双功芯片。

由结构图中可以看到MAX485有RE和DE两个使能端。当他们有效时为正常工作状态,无效时使输出为高阻。由于输入阻抗的限制,使用它们组网时,数传速率可达2.5Mb/s,传送速率是很高的。

3.设计线路原理

本设计线路原理框图如图4所示。

电路设计为2线制半双工和4线制全双工两种工作方式。采用一只4组双刀双掷琴键开关进行切换。当开关未按下时,与1接通,这时差动收发器MAX485的发送和接收使能端均为有效,电路处于4线全双工工作方式。当开关按下与2接通时,这时485的收、发使能信号由计算机送出的CTS信号决定。CTS=1时为半双工接收,CTS=0时为半双工发送。线路中,设有数据发送和数接收指示灯LED1和LED2。

(编辑/刘佳)