CN105263232A - 一种rs485通讯电路及dmx控制器和控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种RS485通讯电路及DMX控制器和控制系统，所述RS485通讯电路包括RS485通讯芯片，其中：8脚接电源，电源引脚接退耦电容C1，5脚接地；2脚为接收输出使能脚，3脚为传送输入使能脚，2脚和3脚同时连接电阻R1接高电平，实现数据传输方向的自动切换；1脚为数据接收输出脚，4脚为数据发送输入脚，1脚和4脚分别连接单片机UART接口的RX脚、TX脚，且4脚上拉连接电阻R2接高电平，使RS485通讯芯片的DI处于闲置状态，保证4脚能发送数据，同时1脚能接收数据；6脚和7脚为连接信号输入/输出线。本发明能实现数据传输方向的自动切换，且具有功耗低、反应快、零延迟、保护齐全的特点。

Description

一种RS485通讯电路及DMX控制器和控制系统

技术领域

本发明涉及电子通讯技术领域，具体涉及一种RS485通讯电路及DMX控制器和控制系统。

背景技术

DMX512控制协议，简称DMX，DMX是DigitalMultiplex的缩写，意为多路数字传输，是专业灯光人员为了给制造商和用户提供控制灯光的简单通用数字标准。DMX是一种数字信号协议，它定义由灯光控制器传输到固定装置和外围设备(如调光回路)的信号构造，DMX技术已经成为许多灯光控制系统的基础。

在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。

而基于RS485总线技术的DMX总线在舞台灯光通讯控制领域以已经得到广泛应用，极大地推动舞台灯具的智能化进程。由于RS485接口为半双工数据通讯模式，数据的收发不能同时进行，因此，每次进行通讯时，主机控制芯片都要对RS485的通讯方向做出使能控制。而控制线控制使能端的通讯，存在一个方向变换的时间问题，如果使能端方向变换过早，数据不能完整传输，使能端方向变换过晚，也会对数据造成一定影响，而且时间不固定，这要根据传输速率而定，这样就大大增加了程序控制的工作量。因此，收发数据时需要一根专门的IO口线切换数据流方向，且需要引入必要的延时以保证数据被完全发送，降低了控制系统的执行效率，浪费了CPU资源，同时增加了调试成本。

因此，如何实现RS485通讯电路数据传输方向的自动切换，对于进一步推动舞台灯管通讯控制系统的智能化有着重要意义。

CN103441780A公开了一种RS-485自动切换方向的通讯电路，该电路将RS-485芯片的DI端接地；将处理器的TXD端通过控制三极管进行信号反转，接入RS-485的驱动器输出使能端DE和接收器输入使能端将RS-485芯片的A端接上拉电阻，将RS-485芯片的B端接下拉电阻；通过所述处理器的TXD端控制，所述驱动器输出使能端DE和接收器输入使能端，模拟出差分信号进行数据传输。本对比文件中公开的RS-485通讯电路虽然数据传输方向的切换不需要在软件里再做任何处理，减轻了软件的调试的工作量，也降低了硬件成本；但是本对比文件中公开的RS-485通讯电路的数据传输方向的切换，需要DI不停的启动关闭，极大地降低了RS-485芯片的寿命。

CN203966327U公开了一种RS485通讯电路，包括无极性RS485通讯芯片U1，无极性RS485通讯芯片U1的8脚连接有电源VCC，无极性RS485通讯芯片U1的5脚连接有接地端GND，无极性RS485通讯芯片U1的6脚与7脚连接有能够有效避免外部干扰的外部保护电路，电源VCC与无极性RS485通讯芯片U1的连接处、接地端GND与无极性RS485通讯芯片U1的连接处连接有电源模块U2，电源模块U2的另一端连接有供电电源V485端和接地电源。本对比文件中公开的RS485通讯电路设有保护电路，能有效避免外部干扰击毁通讯电路、内部电源故障导致电压升高而损坏外连通讯设备，但是没有解决RS485通讯电路数据传输方向不能自动切换的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能实现数据传输方向的自动切换、功耗低、反应快、零延迟、保护齐全的RS485通讯电路及DMX控制器和控制系统。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案如下：

一种RS485通讯电路，包括RS485通讯芯片，所述RS485通讯芯片采用8引脚SOIC封装结构，所述RS485通讯芯片中：

8脚接电源，电源引脚接退耦电容C1；5脚接地；

2脚为接收输出使能脚，3脚为传送输入使能脚，2脚和3脚同时上拉连接电阻R1接高电平，实现数据传输方向的自动切换；

1脚为数据接收输出脚，4脚为数据发送输入脚，1脚连接单片机UART接口的RX脚，4脚连接单片机UART接口的TX脚，且4脚上拉连接电阻R2接高电平，使RS485通讯芯片的DI处于闲置状态，保证4脚能发送数据，同时1脚能接收数据；

6脚和7脚连接信号输入/输出线。

在本方案中，退耦电容C1用于消除电源杂波干扰，吸收芯片工作时产生的脉冲；

2脚上拉接高电平，实现数据传输方向的自动切换；3脚传送输入使能脚，接低电平时，芯片不能工作，因此3脚与2脚同时上拉接高电平，使芯片处于正常工作状态；

另外，在本方案中，4脚上拉连接电阻R2接高电平，保证了DI处于闲置状态，即能发送数据，同时1脚也能接收数据。若没有设置电阻R2，4脚一直处于发送状态，且2脚不能接收数据，此时，所述RS485所在的应用设备就只能做主机，不能当从机使用。

进一步地，所述RS485通讯电路还包括输出保护电路；

所述输出保护电路包括由稳压管D1，D2，D3组成的吸收回路：稳压管D3的一端与7脚的信号输出线连接，另一端接地；稳压管D3的一端与与6脚的信号输入线连接，另一端接地；稳压管D2连接信号输出线与信号输出线，形成一个完整的回路。

由于共模电压等于两个输入信号电压的平均值，而RS485通讯电路只能检测A、B端的差模电压，因此如果A、B端单点的对GND电压太高，就会烧坏RS485通讯IC。上述吸收回路的设置可以吸收过高的电压，防止RS485通讯电路所在总线共模电压过大而损坏RS485通讯芯片。

进一步地，所述吸收回路中的稳压管D1，D2，D3用TVS瞬态杂波抑制器替代。

进一步地，所述输出保护电路还包括：设置在所述RS485通讯芯片的信号输出端串联的两个电阻R4、R5，防止所述RS485通讯芯片的应用设备的硬件故障影响所述应用设备所在的应用系统的其他应用设备的通信。

进一步地，所述输出保护电路还包括：分别设置在RS485网络传输线始端和末端，且与通讯载体的特性电阻相匹配的匹配电阻，所述RS485通讯电路的通讯载体为特性阻抗为120Ω的双绞线，所述匹配电阻为120Ω的电阻，以减少线路上传输信号的反射。

进一步地，所述输出保护电路还包括：与所述RS485芯片的A端上拉连接的电阻R3，和与所述RS485芯片的B端下拉连接的电阻R6，使A端的电位高于B端的电位，实现单片机不会被误中断而收到乱字符。

由于RS485芯片的特性，接收器的检测灵敏度为±200mV,即差分输入端VA-VB≥+200mV，输出逻辑1，VA-VB≤-200mV，输出逻辑0；而A、B端电位差的绝对值小于200mV时，输出为不确定。如果在总线上所有发送器被禁止时，接收器输出逻辑0，这会误认为通信帧的起始引起工作不正常。本方案中，RS485芯片的A端接上拉电阻R3，B端接下拉电阻R6，使A端的电位高于B端的电位，这样RXD的电平在485总线不发送期间(总线悬浮时)呈现唯一的高电平，MCU就不会被误中断而受到乱字符。

进一步地，所述RS485通讯电路的屏蔽线与信号地的连接采用隔离连接，即：采用双向瞬态二极管D4和电容C2并联连接，可以消除屏蔽线上的电压干扰，保证所述RS485通讯电路所在的通讯系统和RS485控制器的各自稳定工作，互不影响。

本发明还提供一种DMX控制器，包括RS485通讯电路，所述RS485通讯电路包括RS485通讯芯片，所述RS485通讯芯片采用8引脚SOIC封装结构，所述RS485通讯芯片中：

8脚接电源，电源引脚接退耦电容C1；5脚接地；

2脚为接收输出使能脚，3脚为传送输入使能脚，2脚和3脚同时上拉连接电阻R1接高电平，实现数据传输方向的自动切换；

1脚为数据接收输出脚，4脚为数据发送输入脚，1脚连接单片机UART接口的RX脚，4脚连接单片机UART接口的TX脚，且4脚上拉连接电阻R2接高电平，使RS485通讯芯片的DI处于闲置状态，保证4脚能发送数据，同时1脚能接收数据；

6脚和7脚连接信号输入/输出线。

本发明还提供一种DMX控制系统，包括DMX控制器、DMX灯具和LEDDMX驱动组；所述DMX控制器，包括RS485通讯电路，所述RS485通讯电路包括RS485通讯芯片，所述RS485通讯芯片采用8引脚SOIC封装结构，所述RS485通讯芯片中：

8脚接电源，电源引脚接退耦电容C1；5脚接地；

2脚为接收输出使能脚，3脚为传送输入使能脚，2脚和3脚同时上拉连接电阻R1接高电平，实现数据传输方向的自动切换；

1脚为数据接收输出脚，4脚为数据发送输入脚，1脚连接单片机UART接口的RX脚，4脚连接单片机UART接口的TX脚，且4脚上拉连接电阻R2接高电平，使RS485通讯芯片的DI处于闲置状态，保证4脚能发送数据，同时1脚能接收数据；

6脚和7脚连接信号输入/输出线。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明能的RS485通讯电路根据总线状态自动切换数据流方向，不需要软件干预，提高了数据传输的效率和系统工作效率，节约了CPU资源，同时降低了硬件成本。

2、本发明的RS485通讯电路应用在DMX控制器和DMX控制系统中，在发送数据时无需额外延时，就能保证最后一个字节的完整发送，能有效提高软件的效率和可靠性，降低误码率。

3、本发明的RS485通讯芯片与MCU的连接仅连根线，仅占用2个I/OPIN，体积小，成本低。

4、本发明RS485通讯电路设置有全面的输出保护电路，保证了电路的安全。

附图说明

图1是本发明一种RS485通讯电路的结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例及附图对本发明作进一步说明。

实施例1：RS485通讯电路实施例

如图1所示，本实施例一种RS485通讯电路，包括RS485通讯芯片MAX13487，MAX13487采用8引脚SOIC封装结构，所述RS485通讯芯片中：

8脚、5脚为电源引脚，其中：8脚接电源，电源引脚接退耦电容C1；5脚接地；

2脚为接收输出使能脚3脚为传送输入使能脚2脚和3脚同时上拉连接电阻R1接高电平，实现数据传输方向的自动切换；

1脚为数据接收输出脚，4脚为数据发送输入脚，1脚连接单片机UART接口的RX脚，4脚连接单片机UART接口的TX脚，且4脚上拉连接电阻R2接高电平，使RS485通讯芯片的DI处于闲置状态，保证4脚能发送数据，同时1脚能接收数据；

6脚和7脚连接信号输入/输出线。

退耦电容C1用于消除电源杂波干扰，吸收芯片工作时产生的脉冲；

在本实施例中，2脚上拉接高电平，实现数据传输方向的自动切换；3脚传送输入使能脚脚，接低平时，芯片不能工作，因此3脚与2脚同时上拉接高电平，使芯片处于正常工作状态；

在本实施例中，4脚上拉连接电阻R2接高电平，保证了DI处于闲置状态，即能发送数据，同时1脚也能接收数据。若没有设置电阻R2，4脚一直处于发送状态，且2脚不能接收数据，此时，所述MAX13487所在的应用设备就只能做主机，不能当从机使用。

本实施例的RS485通讯电路还包括输出保护电路；

所述输出保护电路包括由稳压管D1，D2，D3组成的吸收回路：稳压管D3的一端与7脚的信号输出线连接，另一端接地；稳压管D3的一端与与6脚的信号输入线连接，另一端接地；稳压管D2连接信号输出线与信号输出线，形成一个完整的回路。

由于共模电压等于两个输入信号电压的平均值，而RS485通讯电路只能检测A、B端的差模电压，因此如果A、B端单点的对GND电压太高，就会烧坏RS485通讯IC。上述吸收回路的设置可以吸收过高的电压，防止RS485通讯电路所在总线共模电压过大而损坏MAX13487，降低芯片的使用寿命。

本实施例中，选用的稳压管D1、D2、D3，正向电压是0.7V，反向电压是稳压值6.8V，利用该吸收回路，可以保证A端和B端的电压范围在-0.7V-6.8V之间。

所述吸收回路中的稳压管D1，D2，D3可用TVS瞬态杂波抑制器替代。

本实施例的RS485通讯电路的输出保护电路还包括设置在MAX13487的485信号输出端串联的两个51Ω的电阻R4、R5，防止所述MAX13487的应用设备的硬件故障影响所述应用设备所在的应用系统的其他应用设备的通信。

本实施例的输出保护电路还包括分别设置在RS485网络传输线的始端和末端与通讯载体的特性电阻相匹配的匹配电阻，以减少线路上传输信号的反射。在工程的现场施工中，一般通讯载体为双绞线，双绞线的它的特性阻抗为120Ω左右，所以线路设计时，在RS485网络传输线的始端和末端应各接1只120Ω的匹配电阻，以减少线路上传输信号的反射。

由于RS485芯片的特性，接收器的检测灵敏度为±200mV,即差分输入端VA-VB≥+200mV，输出逻辑1，VA-VB≤-200mV，输出逻辑0；而A、B端电位差的绝对值小于200mV时，输出为不确定。如果在总线上所有发送器被禁止时，接收器输出逻辑0，这会误认为通信帧的起始引起工作不正常。本实施例中，MAX13487的A端接上拉电阻R3，B端接下拉电阻R6，使A端的电位高于B端的电位，这样RXD的电平在485总线不发送期间(总线悬浮时)呈现唯一的高电平，MCU就不会被误中断而受到乱字符。

由于RS485接口均采用差分方式传输信号，不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了，但收发器的AB端有一定的共模电压范围(RS485的收发器共模电压范围为-7V-12V，只有满足此条件，整个通讯才能正常工作。当通讯电路中的共模电压超出此范围就会影响通讯的稳定可靠，甚至损坏接口。

本实施例中，所述RS485通讯电路的屏蔽线与信号地的连接采用隔离连接，即：采用双向瞬态二极管D4和电容C2并联连接，可以消除屏蔽线上的电压干扰，保证所述RS485通讯电路所在的通讯系统和RS485控制器的各自稳定工作，互不影响。本实施例中，双向瞬态二极管D4采用SMAJ15CA。

实施例2：DMX控制器实施例

本实施例为采用实施例1所述的RS通讯电路的DMX控制器，所述RS通讯电路包含RS通讯芯片MAX13487。

实施例3：DMX控制系统实施例

本实施例为包括采用实施例1所述的RS通讯电路的DMX控制器、DMX灯具和LEDDMX驱动组，所述RS通讯电路包含RS通讯芯片MAX13487。

本实施例能的RS485通讯电路根据总线状态自动切换数据流方向，不需要软件干预，提高了数据传输的效率和系统工作效率，节约了CPU资源，同时降低了硬件成本。

本实施例的RS485通讯电路应用在DMX控制器和DMX控制系统中，在发送数据时无需额外延时，就能保证最后一个字节的完整发送，能有效提高软件的效率和可靠性，降低误码率。

本实施例的RS485通讯芯片MAX13487与MCU的连接仅连根线，仅占用2个I/OPIN，体积小，成本低。

本实施例RS485通讯电路设置有全面的输出保护电路，保证了电路的安全。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种RS485通讯电路，包括RS485通讯芯片，其特征在于：

所述RS485通讯芯片采用8引脚SOIC封装结构，所述RS485通讯芯片中：

8脚接电源，电源引脚接退耦电容C1；5脚接地；

2脚为接收输出使能脚，3脚为传送输入使能脚，2脚和3脚同时上拉连接电阻R1接高电平，实现数据传输方向的自动切换；

1脚为数据接收输出脚，4脚为数据发送输入脚，1脚连接单片机UART接口的RX脚，4脚连接单片机UART接口的TX脚，且4脚上拉连接电阻R2接高电平，使RS485通讯芯片的DI处于闲置状态，保证4脚能发送数据，同时1脚能接收数据；

6脚和7脚连接信号输入/输出线。

2.根据权利要求1所述的一种RS485通讯电路，其特征在于：

所述RS485通讯电路还包括输出保护电路；

所述输出保护电路包括由稳压管D1，D2，D3组成的吸收回路：稳压管D3的一端与7脚的信号输出线连接，另一端接地；稳压管D3的一端与与6脚的信号输入线连接，另一端接地；稳压管D2连接信号输出线与信号输出线，形成一个完整的回路。

3.根据权利要求2所述的一种RS485通讯电路，其特征在于：

所述吸收回路中的稳压管D1，D2，D3用TVS瞬态杂波抑制器替代。

4.根据权利要求2-3任意一项所述的一种RS485通讯电路，其特征在于：

所述输出保护电路还包括：设置在所述RS485通讯芯片的信号输出端串联的两个电阻R4、R5，防止所述RS485通讯芯片的应用设备的硬件故障影响所述应用设备所在的应用系统的其他应用设备的通信。

5.根据权利要求2-3任意一项所述的一种RS485通讯电路，其特征在于：

所述输出保护电路还包括：分别设置在RS485网络传输线始端和末端，且与通讯载体的特性电阻相匹配的匹配电阻，所述RS485通讯电路的通讯载体为特性阻抗为120Ω的双绞线，所述匹配电阻为120Ω的电阻，以减少线路上传输信号的反射。

6.根据权利要求2-3所述的一种RS485通讯电路，其特征在于：

所述输出保护电路还包括：与所述RS485芯片的A端上拉连接的电阻R3，和与所述RS485芯片的B端下拉连接的电阻R6，使A端的电位高于B端的电位，实现单片机不会被误中断而收到乱字符。

7.根据权利要求1-3所述的一种RS485通讯电路，其特征在于：

所述RS485通讯电路的屏蔽线与信号地的连接采用双向瞬态二极管D4和电容C2并联。

8.一种DMX控制器，包括RS485通讯电路，所述RS485通讯电路包括RS485通讯芯片，其特征在于，

所述RS485通讯芯片采用8引脚SOIC封装结构，所述RS485通讯芯片中：

8脚接电源，电源引脚接退耦电容C1；5脚接地；

2脚为接收输出使能脚，3脚为传送输入使能脚，2脚和3脚同时上拉连接电阻R1接高电平，实现数据传输方向的自动切换；

1脚为数据接收输出脚，4脚为数据发送输入脚，1脚连接单片机UART接口的RX脚，4脚连接单片机UART接口的TX脚，且4脚上拉连接电阻R2接高电平，使RS485通讯芯片的DI处于闲置状态，保证4脚能发送数据，同时1脚能接收数据；

6脚和7脚连接信号输入/输出线。

9.一种DMX控制系统，包括DMX控制器、DMX灯具和LEDDMX驱动组；所述DMX控制器，包括RS485通讯电路，所述RS485通讯电路包括RS485通讯芯片，其特征在于，

所述RS485通讯芯片采用8引脚SOIC封装结构，所述RS485通讯芯片中：

8脚接电源，电源引脚接退耦电容C1；5脚接地；

2脚为接收输出使能脚，3脚为传送输入使能脚，2脚和3脚同时上拉连接电阻R1接高电平，实现数据传输方向的自动切换；

1脚为数据接收输出脚，4脚为数据发送输入脚，1脚连接单片机UART接口的RX脚，4脚连接单片机UART接口的TX脚，且4脚上拉连接电阻R2接高电平，使RS485通讯芯片的DI处于闲置状态，保证4脚能发送数据，同时1脚能接收数据；

6脚和7脚连接信号输入/输出线。