Vereinfachen Sie Ihre industrielle Schnittstelle, indem Sie RS-485-Steuerleitungen eliminieren

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Vereinfachen Sie Ihre industrielle Schnittstelle, indem Sie RS-485-Steuerleitungen eliminieren


Dieser Artikel beschreibt traditionelle Halbduplex-RS-485-Konfigurationen und stellt dann neue Alternativen zur Vereinfachung der Steuerungsschnittstelle vor, indem die erforderlichen Steuerleitungen und der Software-Steuerungscode eliminiert werden.

Die RS-485-Netzwerkschnittstelle ist häufig die Schnittstelle der Wahl für industrielle Anwendungen aufgrund ihrer robusten differentiellen Leistung bei langen Kabelwegen. Die Halbduplex-RS-485-Implementierung erscheint als die physikalische Schicht in der Versorgungsindustrie, Fabrikautomatisierung, HVAC und vielen weiteren industriellen Ausrüstungssystemen. Halbduplex-RS-485-Netzwerke bieten eine minimale verteilte Verdrahtung, was dazu führt, dass sich entfernte Stationen ein einziges Kupferdrahtpaar als Kommunikationsmedium teilen (Abbildung 1).

Abbildung 1. DIN-Anschluss

Eine der Herausforderungen für Netzwerke mit mehreren RS-485-Transceivern besteht darin, die lokalen Empfangs- und Sende-Enable-Pins zu verwalten. Für eine echte mehrkanalige, bidirektionale Übertragung bieten diese Pins eine Möglichkeit für Systementwickler, um zu bestimmen, wann die RS-485 sendet oder empfängt. Je nach Anwendung können diese beiden Freigabe-Pins über PCB-Traces mit einem lokalen Prozessor oder Controller verbunden werden. Bei diesem Verbindungstyp gibt es drei zu isolierende Leitungen: die Treiber- und Empfängerfreigabe (DE / RE), die Treibereingabe (DI) und die Empfängerausgabe (RO).

Herkömmliche Halbduplex-RS485-Konfigurationen

RS-485 (TIA / EIA-485) ist ein drahtgebundener Kommunikationsstandard, der Differenzsignale verwendet, um Datenübertragungen über große Entfernungen zu ermöglichen. In geräuschintensiven Industrie- und Fabrikautomatisierungsumgebungen machen die RS-485-Differentialsignale sie robuster und halten Gleichtaktstörungen stand. Das Twisted-Pair-Signalkabel stellt sicher, dass die empfangene Interferenz meistens Gleichtakt ist.

Bidirektionale Kanäle verwenden Halbduplex-Geräte für die Kommunikation über ein verdrilltes Kabelpaar. Beim RS-485-Gerät werden die Rx- und Tx-Anschlüsse mit den IC-Gehäusepins A (nicht invertierend) und B (invertierend) verbunden. Der Ausgang des Empfängers (RO) und der Eingang des Treibers (DI) sind mit separaten Pins verbunden (Abbildung 2).

Abbildung 2. Ein isolierter Halbduplex-RS-485-Kanal enthält drei oder vier Optokoppler, um die volle Signaltransceiver-Aktivität zu erreichen.

In bestimmten Anwendungen ist eine Trennung von Optokopplern oder anderen Isolatoren erforderlich. Die Optokoppler-Kanäle in Abbildung 2 zeigen deutlich die Anzahl der erforderlichen Leitungen für den RS-485-Transceiver. Beachten Sie die Verbindung der RE- und DE-Pins. In den meisten Anwendungen ist diese Verbindung geeignet. In anderen Anwendungen sind die RE- und DE-Pins getrennt. Der Systemprozessor oder die Steuerung steuert die RE- und DE-Steueranschlüsse als Antwort auf die Länge der Zeit, die ein Knoten für übertragene Datenpakete aktiviert bleiben muß, die von Anwendung zu Anwendung variieren.

Entfernen von Steuerleitungen in einem RS-485-Netzwerk

Der MAX13487E beseitigt erfolgreich die Manipulation der RE- und DE-Steuerleitungen des RS-485-Transceivers durch Verwendung einer On-Chip-AutoDirection-Zustandsmaschine (3).

Abbildung 3. Ein Funktionsdiagramm des MAX13487E (ein reduzierter Slew-Rate-Treiber) und des MAX12488E (ein unbegrenzter Slew-Rate-Treiber).

In Abbildung 3 ist die korrekte Konfiguration der AutoDirection-Zustandsmaschine, die RE- und SHDN-Pins hochzuschalten und für einen ordnungsgemäßen Betrieb einen externen Pull-Up-Widerstand an A und einen Pull-Down-Widerstand an B zu verwenden.

Obwohl keine Signaltrennung erforderlich ist, veranschaulichen die Optokoppler-Kanäle in Abbildung 4 deutlich die Anzahl der erforderlichen Leitungen für den RS-485-Transceiver.

Abbildung 4. Ein Halbduplex-Transceiver MAX13487E, RS-485 mit einer internen AutoDirection-Stufe reduziert die Anzahl der Isolationskanäle von drei oder vier auf zwei.

In Abbildung 4 sind die aktiven digitalen Kanäle des MAX13487E die Pins DI (Senden) und RO (Empfangen). Die AutoDirection-Statusmaschine bestimmt, ob das Gerät oder ein anderer Knoten im Netzwerk den Bus antreibt. Abhängig von der Aktivität auf dem Bus deaktiviert oder aktiviert der AutoDirection-Automat automatisch den MAX13487E-Treiber und -Empfänger.

Ein konventioneller RS-485-Transceiver verwendet DE- und RE-Eingänge für Treiber- und Empfängeraktivierungs- / -deaktivierungszustände. Im Gegensatz dazu ersetzt der interne Zustandsautomat MAX13487E / MAX13488E, der den Treiber aktiviert und deaktiviert, das Fehlen des DE-Eingangs. Für einen ordnungsgemäßen Betrieb benötigt der nicht sendende MAX13487E / MAX13488E einen High-DI-Eingang, der das Gerät im Ruhezustand hält.

Auf diese Weise erleichtert die Auto State Machine MAX13487E die Übertragung und den Empfang von aktiven Signalen auf dem RS-485-Bus sowie Änderungen an einem hochohmigen Modus durch Überwachung der Treiber- und Busaktivität des RS-485.

Die MAX13487E / MAX13488E sind halbduplex RS-485 / RS-422-kompatible Transceiver mit AutoDirection-Steuerung. Der MAX13487E, der für diese Optokoppler-Anwendung geeignet ist, verfügt über reduzierte Slew-Rate-Treiber, die die EMI minimieren und Reflexionen durch unsachgemäß abgeschlossene Kabel reduzieren, was eine fehlerfreie Übertragung von bis zu 500 kbps ermöglicht. Für den MAX13488E gibt es keine Grenzwerte für die Anstiegsrate, so dass Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 16 Mbit / s möglich sind.

Fazit

Die RS-485-Transceiver MAX13487E / MAX13488E bieten eine Halbduplex-Schnittstellenlösung. Der auf dem Chip integrierte AutoDirection-Automat MAX13487E / MAX13488E verwaltet mühelos die RS-485-Halbduplex-Empfänger- und Übertragungsaufgaben, während nur eine Steuerleitung verwendet wird. Diese Designlösung erklärte, wie der MAX13487E den Slew-Rate-Betrieb reduziert, um EMI zu minimieren und Reflexionen zu reduzieren. Die AutoDirection-Schaltung bewältigt dieses Schnittstellenproblem, während sie gleichzeitig die Schaltung vereinfacht, indem sie die dedizierten Mikrocontroller- / Prozessor-Steuerstifte und die PCB-Leitungen überflüssig macht.


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