一種智能端接電阻及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能端接電阻及控制方法，該智能端接電阻包含一智能投切控制器、一可控上拉電阻及一可控下拉電阻，可控上拉電阻包含一可投切電阻和一并聯(lián)電阻；可控下拉電阻包含一可投切電阻和一并聯(lián)電阻；具體工作時(shí)，初始設(shè)定為輸出切除信號(hào)；在發(fā)送數(shù)據(jù)線TXD信號(hào)發(fā)生低電平跳變時(shí)，觸發(fā)輸出投入信號(hào)；在接收數(shù)據(jù)線RXD信號(hào)發(fā)生低電平跳變時(shí)，觸發(fā)輸出切除信號(hào)；可控上拉電阻和可控下拉電阻中可投切電阻受智能投切控制器輸出的投入、切除信號(hào)控制同步進(jìn)行并聯(lián)投入和切除。本發(fā)明提供的方案可根據(jù)RS-485通訊電路工作狀態(tài)自動(dòng)進(jìn)行上拉電阻、下拉電阻阻值的切換，極大提升自換向RS-485通訊電路最大驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)，顯著降低驅(qū)動(dòng)功耗。
【專利說(shuō)明】—種智能端接電阻及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及RS-485通訊技術(shù)，具體涉及RS-485通訊中的自動(dòng)切換方向的技術(shù)。【背景技術(shù)】
[0002]RS-485是一種廣泛使用的半雙工串行通訊總線，在每次進(jìn)行通訊前都需要先行設(shè)定通訊芯片的方向使能，如果通過CPU以軟件設(shè)定的方式進(jìn)行控制需要嚴(yán)格的時(shí)序要求，因此通過硬件方式自動(dòng)切換方向的實(shí)用電路越來(lái)越多的應(yīng)用在RS-485通訊當(dāng)中。
[0003]自動(dòng)切換方向RS-485通訊電路的基本實(shí)現(xiàn)方法是通過串行輸出數(shù)據(jù)線TXD端控制RS-485收發(fā)器的發(fā)送使能端和輸入使能端，在發(fā)送低電平時(shí)使用RS-485收發(fā)器的驅(qū)動(dòng)器主動(dòng)發(fā)出；高電平發(fā)送時(shí)收發(fā)器變?yōu)榻邮諣顟B(tài)，通過將差分總線A端電阻上拉、差分總線B端電阻下拉的方式來(lái)模擬出差分信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。
[0004]這一方法極大降低了 RS-485通訊控制芯片的使用難度，但因高電平發(fā)送時(shí)總線的差分信號(hào)幅值靠固定阻值上拉電阻和下拉電阻提供，電阻阻值將對(duì)通訊系統(tǒng)的性能有極大的影響。若上拉電阻、下拉電阻的阻值較大，則在終端電阻接入后可能導(dǎo)致差分信號(hào)幅值過小而造成通訊異常；若上拉電阻、下拉電阻的阻值較小，雖能保證終端電阻接入后差分信號(hào)的幅值能夠滿足接收器接收范圍要求，但將造成RS-485驅(qū)動(dòng)器負(fù)載電流增加，單位節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)功耗加大，大大損失最大驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)。
[0005]以常見RS-485通訊電路為例，其差分總線輸出A端上拉電阻、B端下拉電阻皆為IOkQ，終端電阻為120Ω，RS-485收發(fā)器使用TI公司SN75176A，其接收器有效輸入信號(hào)幅值需大于+/_200mV，驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)能力為拉電流、灌電流皆60mA。
[0006]當(dāng)使用程序控制方式切換方向時(shí)，高電平輸出差分信號(hào)幅值完全可以滿足通訊要求，簡(jiǎn)單按照輸出差分信號(hào)共模電壓皆為2.5V計(jì)算，不考慮終端電阻消耗電流，在低電平輸出時(shí)RS-485發(fā)送器所需要提供的單臺(tái)驅(qū)動(dòng)電流為0.25mA,也即SN75176A理論上最大能驅(qū)動(dòng)240個(gè)此類節(jié)點(diǎn)。
[0007]當(dāng)使用自動(dòng)切換方式控制通訊方向，不改變上拉電阻、下拉電阻阻值，當(dāng)兩終端電阻接入后，5V供電條件下，兩節(jié)點(diǎn)并聯(lián)通訊，高電平輸出時(shí)終端電阻上差分信號(hào)的幅值僅有約30mV，此時(shí)將無(wú)法實(shí)現(xiàn)兩節(jié)點(diǎn)或稍多有限節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的正常通訊。
[0008]若想使得終端電阻兩端分壓得到的模擬差分信號(hào)幅值大于200mV，則在5V供電情況下，兩節(jié)點(diǎn)等效上拉電阻、下拉電阻之和需小于1380 Ω，也即單個(gè)上拉電阻、下拉電阻阻值小于1380 Ω，簡(jiǎn)單按照輸出差分信號(hào)共模電壓為2.5V計(jì)算，不考慮終端電阻消耗電流，在低電平輸出時(shí)RS-485發(fā)送器所需要提供的單臺(tái)驅(qū)動(dòng)電流仍達(dá)1.8mA，也即SN75176A理論上最大僅能驅(qū)動(dòng)33個(gè)此類節(jié)點(diǎn)，最大驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)損失很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對(duì)上述自動(dòng)換向RS-485通訊電路中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種智能端接電阻，作為自動(dòng)切換方向的RS-485通訊電路差分總線智能上拉電阻、下拉電阻。[0010]在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供一種智能端接電阻的控制方法。
[0011]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0012]一種智能端接電阻，該智能端接電阻包括:
[0013]—智能投切控制器,包含一 TXD信號(hào)輸入端，一 RXD信號(hào)輸入端，一個(gè)或一組互補(bǔ)投切信號(hào)輸出端；
[0014]一可控上拉電阻，接于RS-485收發(fā)器差分總線A端和電源之間，包含一可投切電阻和一并聯(lián)電阻，該可投切電阻受智能控制器輸出投切信號(hào)控制；
[0015]一可控下拉電阻，接于RS-485收發(fā)器差分總線B端和地之間，包含一可投切電阻和一并聯(lián)電阻，該可投切電阻受智能控制器輸出投切信號(hào)控制。
[0016]優(yōu)選的，所述的智能投切控制器采用基本RS觸發(fā)器或具有相同邏輯功能的邏輯電路。
[0017]優(yōu)選的，所述的可控上拉電阻、可控下拉電阻中可投切電阻的投切控制采用MOSFET或三極管或機(jī)械繼電器或固態(tài)繼電器。
[0018]優(yōu)選的，所述的可控上拉電阻、可控下拉電阻中可投切電阻和并聯(lián)電阻阻值通過如下方式確定:
[0019]一組可控上拉電阻及可控下拉電阻中可投切電阻切入后，兩個(gè)終端電阻并聯(lián)接入時(shí)終端電阻上分壓得到的差分信號(hào)幅值不小于RS-485接收器有效輸入信號(hào)范圍；
[0020]一個(gè)可投切電阻與最大期望驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)個(gè)并聯(lián)電阻的并聯(lián)電阻值不應(yīng)使得工作電源下的負(fù)載電流超過RS-485接收器的驅(qū)動(dòng)能力。
[0021]作為本發(fā)明的第二目的，一種智能端接電阻的控制方法，其包括如下步驟:
[0022](I)將智能終端電阻中的可投切電阻切除并聯(lián)狀態(tài)；
[0023](2)由智能投切控制器監(jiān)測(cè)發(fā)送數(shù)據(jù)線TXD和接收數(shù)據(jù)線RXD信號(hào)狀態(tài)，在發(fā)送數(shù)據(jù)線TXD信號(hào)發(fā)生低電平跳變時(shí)，觸發(fā)輸出投入信號(hào)；在接收數(shù)據(jù)線RXD信號(hào)發(fā)生低電平跳變時(shí)，觸發(fā)輸出切除信號(hào)；
[0024](3)當(dāng)智能投切控制器輸出投入信號(hào)時(shí)，將控制可控上拉電阻和可控下拉電阻中的可投切電阻同步投入并聯(lián)；當(dāng)所述智能投切控制器輸出切除信號(hào)時(shí)，將控制可控上拉電阻和可控下拉電阻中的可投切電阻同步切除并聯(lián)。
[0025]優(yōu)選方案中，所述步驟(I)通過如下方案實(shí)現(xiàn):
[0026]在上電完成，且RS-485通訊電路未進(jìn)行通訊之前，串行發(fā)送數(shù)據(jù)線TXD和串行接收數(shù)據(jù)線RXD信號(hào)皆為高電平；智能投切控制器輸出的可控上拉電阻投切控制信號(hào)由上拉電阻拉為高電平，智能投切控制器輸出的可控下拉電阻投切控制信號(hào)由下拉電阻拉為低電平，使得可控上拉電阻和可控下拉電阻中的可投切電阻全部處于切除并聯(lián)狀態(tài)，且差分總線A端信號(hào)由可控上拉電阻中并聯(lián)電阻上拉決定，差分總線B端信號(hào)由可控下拉電阻中并聯(lián)電阻下拉決定，總線處于空閑狀態(tài)。
[0027]進(jìn)一步的，所述控制方法中，當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上具有智能端接電阻的自換向RS-485通訊節(jié)點(diǎn)組成通訊節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，任意時(shí)刻一個(gè)通訊節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)最多僅有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的可控上拉電阻、可控下拉電阻中的可投切電阻切入并聯(lián)運(yùn)行狀態(tài)。
[0028]本發(fā)明提供的智能端接電阻方案可根據(jù)RS-485通訊電路工作狀態(tài)自動(dòng)進(jìn)行上拉電阻、下拉電阻阻值的切換，極大提升自換向RS-485通訊電路最大驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)，顯著降低驅(qū)動(dòng)功耗。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0030]圖1為應(yīng)用本發(fā)明的一實(shí)施例的系統(tǒng)構(gòu)成示意圖；
[0031]圖2為圖1所示實(shí)施例中智能投切控制器示意圖；
[0032]圖3為圖1所示實(shí)施例中可控上拉電阻示意圖；
[0033]圖4為圖1所示實(shí)施例中可控下拉電阻示意圖；
[0034]主要附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0035]10—智能投切控制器；
[0036]20—可控上拉電阻；
[0037]30—可控下拉電阻；
[0038]101—智能投切控制器TXD信號(hào)輸入端；
[0039]102—智能投切控制器RXD信號(hào)輸入端；
[0040]103—可控上拉電阻投切控制信號(hào)；
[0041]104—可控下拉電阻投切控制信號(hào)；
[0042]205—可控上拉電阻電源接入端；
[0043]206—差分總線A端上拉接入端；
[0044]305—可控下拉電阻接地端；
[0045]306—差分總線B端上拉接入端。
【具體實(shí)施方式】
[0046]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0047]參見圖1，其所示為采用本方案中智能端接電阻的一實(shí)例應(yīng)用系統(tǒng)的示意圖。
[0048]在該應(yīng)用實(shí)例中，智能端接電阻作為自換向RS-485通訊電路差分總線智能上拉電阻、下拉電阻。如圖可知，該智能端接電阻主要包含:智能投切控制器10、可控上拉電阻20以及可控下拉電阻30三部分。
[0049]參見圖2，智能投切控制器10，包含一 TXD信號(hào)輸入端101，一 RXD信號(hào)輸入端102，一組互補(bǔ)投切信號(hào)輸出端103及104 ;其中TXD信號(hào)輸入端101和RXD信號(hào)輸入端102分別連接RS-485通訊系統(tǒng)中的TXD信號(hào)和RXD信號(hào)。
[0050]該智能投切控制器具體可采用基本RS觸發(fā)器或具有相同邏輯功能的邏輯電路，在本實(shí)例中，其采用基本RS觸發(fā)器進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)。
[0051]可控上拉電阻20，其接于RS-485收發(fā)器差分總線A端206和電源線205之間，并受智能控制器10輸出投切信號(hào)控制。
[0052]參見圖3，該可控上拉電阻20主要包括一可投切電阻201、一并聯(lián)電阻207、控制可投切電阻201投切的PNP晶體管202、一投切控制信號(hào)103的上拉電阻204及一 PNP晶體管202驅(qū)動(dòng)電阻203。其中，可投切電阻201 —端連接RS-485收發(fā)器差分總線A端206，另一端接PNP晶體管202的集電極，PNP晶體管202的基極通過驅(qū)動(dòng)電阻203連接至智能投切控制器10的投切信號(hào)輸出端103，其發(fā)射極直接通過電源線205連接至電源；上拉電阻204的一端連接智能投切控制器10的投切信號(hào)輸出端103，另一端通過電源線205連接至電源；并聯(lián)電阻207的兩端分別連接RS-485收發(fā)器差分總線A端206和電源線205，實(shí)現(xiàn)與可投切電阻201和PNP晶體管202的并接。
[0053]由此形成的可控上拉電阻20中，PNP晶體管202受智能控制器輸出投切信號(hào)103控制，對(duì)可投切電阻201的投切進(jìn)行控制。
[0054]對(duì)于可投切電阻201的投切控制，并不限于PNP晶體管202，其還可采用采用MOSFET或其它三極管或機(jī)械繼電器或固態(tài)繼電器來(lái)替代。
[0055]可控下拉電阻30，其接于RS-485收發(fā)器差分總線B端306和地線305之間，并受智能控制器輸出投切信號(hào)控制。
[0056]參見圖4，該可控下拉電阻30主要包括一可投切電阻301、一并聯(lián)電阻307、控制可投切電阻301投切的PNP晶體管302、一投切控制信號(hào)104的下拉電阻304及一 NPN晶體管302驅(qū)動(dòng)電阻303。其中，可投切電阻301的一端連接RS-485收發(fā)器差分總線B端306，另一端接PNP晶體管302的集電極；PNP晶體管302的發(fā)射極直接通過地線305接地，其基極通過驅(qū)動(dòng)電阻303連接至智能投切控制器10的投切信號(hào)輸出端104 ;下拉電阻304的一端接智能投切控制器10的投切信號(hào)輸出端104，另一端通過地線305接地；并聯(lián)電阻307的一端連接至RS-485收發(fā)器差分總線B端306，另一端通過地線305接地，實(shí)現(xiàn)與可投切電阻301和PNP晶體管302的并接。
[0057]由此形成的可控下拉電阻30中，NPN晶體管302受智能控制器輸出投切信號(hào)104控制，對(duì)可投切電阻301的的投切進(jìn)行控制。
[0058]對(duì)于可投切電阻301的投切控制，并不限于NPN晶體管302，其還可采用采用MOSFET或其它三極管或機(jī)械繼電器或固態(tài)繼電器來(lái)替代。
[0059]針對(duì)上述方案在具體實(shí)例中，可控上拉電阻20、可控下拉電阻30中可投切電阻和并聯(lián)電阻的具體阻值，具體可通過如下方式進(jìn)行確定:
[0060]I) 一組可控上拉電阻及可控下拉電阻中可投切電阻切入后，兩個(gè)終端電阻并聯(lián)接入時(shí)終端電阻上分壓得到的差分信號(hào)幅值不小于RS-485接收器有效輸入信號(hào)范圍；
[0061]2) 一個(gè)可投切電阻與最大期望驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)個(gè)并聯(lián)電阻的并聯(lián)電阻值不應(yīng)使得工作電源下的負(fù)載電流超過RS-485接收器的驅(qū)動(dòng)能力。
[0062]以下具體說(shuō)明一下基于上述方案形成的智能端接電阻在相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)中的工作過程:
[0063]在上電完成，RS-485通訊電路未進(jìn)行通訊之前，串行發(fā)送數(shù)據(jù)線TXD和串行接收數(shù)據(jù)線RXD信號(hào)皆為高電平，如表I所示，智能投切控制器的基本RS觸發(fā)器邏輯功能為保持輸出狀態(tài)不變，而智能投切控制器輸出的可控上拉電阻投切控制信號(hào)103由上拉電阻204拉為高電平，智能投切控制器輸出的可控下拉電阻投切控制信號(hào)104由下拉電阻304拉為低電平，此時(shí)可控上拉電阻和可控下拉電阻中的可投切電阻全部處于切除并聯(lián)狀態(tài)；差分總線A端信號(hào)由可控上拉電阻中并聯(lián)電阻207上拉決定，差分總線B端信號(hào)由可控下拉電阻中并聯(lián)電阻307下拉決定，總線處于空閑狀態(tài)；
[0064]表I基本RS觸發(fā)器邏輯真值表
[0065]
【權(quán)利要求】
1.一種智能端接電阻，其特征在于，所述智能端接電阻包括: 一智能投切控制器，包含一 TXD信號(hào)輸入端，一 RXD信號(hào)輸入端，一個(gè)或一組互補(bǔ)投切信號(hào)輸出端； 一可控上拉電阻，接于RS-485收發(fā)器差分總線A端和電源之間，包含一可投切電阻和一并聯(lián)電阻，該可投切電阻受智能控制器輸出投切信號(hào)控制； 一可控下拉電阻，接于RS-485收發(fā)器差分總線B端和地之間，包含一可投切電阻和一并聯(lián)電阻，該可投切電阻受智能控制器輸出投切信號(hào)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能端接電阻，其特征在于，所述的智能投切控制器采用基本RS觸發(fā)器或具有相同邏輯功能的邏輯電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能端接電阻，其特征在于，所述的可控上拉電阻、可控下拉電阻中可投切電阻的投切控制采用MOSFET或三極管或機(jī)械繼電器或固態(tài)繼電器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能端接電阻，其特征在于，所述的可控上拉電阻、可控下拉電阻中可投切電阻和并聯(lián)電阻阻值通過如下方式確定: 一組可控上拉電阻及可控下拉電阻中可投切電阻切入后，兩個(gè)終端電阻并聯(lián)接入時(shí)終端電阻上分壓得到的差分信號(hào)幅值不小于RS-485接收器有效輸入信號(hào)范圍； 一個(gè)可投切電阻與最大期望驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)個(gè)并聯(lián)電阻的并聯(lián)電阻值不應(yīng)使得工作電源下的負(fù)載電流超過RS-485接收器的驅(qū)動(dòng)能力。
5.一種智能端接電阻的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步驟: (1)將智能終端電阻中的可投切電阻切除并聯(lián)狀態(tài)； (2)由智能投切控制器監(jiān)測(cè)發(fā)送數(shù)據(jù)線TXD和接收數(shù)據(jù)線RXD信號(hào)狀態(tài)，在發(fā)送數(shù)據(jù)線TXD信號(hào)發(fā)生低電平跳變時(shí)，觸發(fā)輸出投入信號(hào)；在接收數(shù)據(jù)線RXD信號(hào)發(fā)生低電平跳變時(shí)，觸發(fā)輸出切除信號(hào)； (3)當(dāng)智能投切控制器輸出投入信號(hào)時(shí)，將控制可控上拉電阻和可控下拉電阻中的可投切電阻同步投入并聯(lián)；當(dāng)所述智能投切控制器輸出切除信號(hào)時(shí)，將控制可控上拉電阻和可控下拉電阻中的可投切電阻同步切除并聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種智能端接電阻的控制方法，其特征在于，所述步驟(I)通過如下方案實(shí)現(xiàn): 在上電完成，且RS-485通訊電路未進(jìn)行通訊之前，串行發(fā)送數(shù)據(jù)線TXD和串行接收數(shù)據(jù)線RXD信號(hào)皆為高電平；智能投切控制器輸出的可控上拉電阻投切控制信號(hào)由上拉電阻拉為高電平，智能投切控制器輸出的可控下拉電阻投切控制信號(hào)由下拉電阻拉為低電平，使得可控上拉電阻和可控下拉電阻中的可投切電阻全部處于切除并聯(lián)狀態(tài)，且差分總線A端信號(hào)由可控上拉電阻中并聯(lián)電阻上拉決定，差分總線B端信號(hào)由可控下拉電阻中并聯(lián)電阻下拉決定，總線處于空閑狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種智能端接電阻的控制方法，其特征在于，所述控制方法中，當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上具有智能端接電阻的自換向RS-485通訊節(jié)點(diǎn)組成通訊節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，任意時(shí)刻一個(gè)通訊節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)最多僅有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的可控上拉電阻、可控下拉電阻中的可投切電阻切入并聯(lián)運(yùn)行狀態(tài)。
【文檔編號(hào)】H04L25/02GK104009946SQ201410239990
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】劉春龍, 黃洪劍, 石巖峰 申請(qǐng)人:上海吉億電機(jī)有限公司