收發(fā)器測(cè)控應(yīng)用管理論文

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摘要：介紹了Echelon公司的雙絞線收發(fā)器FTT-10A的性能特點(diǎn)，給出了將FTT-10A雙絞線收發(fā)器應(yīng)用于單片機(jī)構(gòu)成的測(cè)控系統(tǒng)中，提高遠(yuǎn)程通信可靠性的具體應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞：FTT-10A；同步；曼徹斯特編碼；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

以單片機(jī)為主體構(gòu)成的測(cè)控系統(tǒng)，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定可靠，而在工業(yè)控制、智能測(cè)試設(shè)備等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、控制技術(shù)及微處理器的發(fā)展，用戶還可以將微處理器嵌入到各種儀器設(shè)備中，再利用微處理器的通信端口將現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)上傳給上位機(jī)，由上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的各種智能儀器和設(shè)備。

一般的單片機(jī)都集成了串行通信口，這些串行通信口可以通過RS485總線或其它的總線方式組成總線型通信網(wǎng)絡(luò)，從而將多臺(tái)單片機(jī)系統(tǒng)連接在一起，形成分布式測(cè)控系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)具有簡(jiǎn)單靈活且易于控制等特點(diǎn)，但是要安全可靠地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，還要在智能儀器設(shè)備上配備合適的通訊接口。一般可選擇RS232、RS422、RS485等接口電路。有關(guān)這些接口電路的應(yīng)用介紹已經(jīng)很多，而本文要介紹的是ECHELON公司生產(chǎn)的雙絞線收發(fā)器FTT－10A，它可以在微處理器通信端口和物理介質(zhì)間提供一個(gè)物理接口。

1FTT－10A收發(fā)器的性能

FTT－10A收發(fā)器主要由一個(gè)隔離變壓器和一個(gè)差分曼徹斯特編碼器組成。其引腳排列如圖1所示。它由5V電源供電。NET－A、NET－B是兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，此接口沒有極性要求。RXD、TXD分別是數(shù)據(jù)接收和發(fā)送端口，CLK為收發(fā)器時(shí)鐘輸入端，T1、T2則用來提供鉗位和瞬時(shí)電壓保護(hù)。

收發(fā)器所帶的變壓器隔離接口可滿足系統(tǒng)的高性能、高共模隔離，同時(shí)具有隔離噪聲作用，可防止干擾信號(hào)進(jìn)入傳輸網(wǎng)絡(luò)中。它支持無極性自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而可使系統(tǒng)安裝不再局限于總線結(jié)構(gòu)。也就是說，此收發(fā)器支持星型、環(huán)型接線。自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過最簡(jiǎn)單的接線方式減少了系統(tǒng)安裝的時(shí)間和費(fèi)用，從而可使任務(wù)以最快的方式完成。由于減少了對(duì)通信線的拓?fù)洹⒔雍虾凸?jié)點(diǎn)位置的限制，因而使得網(wǎng)絡(luò)更易于擴(kuò)展。兩個(gè)FTT－10A收發(fā)器還可以背靠背用作數(shù)字式重復(fù)器，同時(shí)可在一個(gè)信道上增加傳輸距離或節(jié)點(diǎn)數(shù)量。

FTT－10A的通信速率一般為78kbps但用于自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，通信距離較短（只有500米），而采用雙端總線結(jié)構(gòu)時(shí)卻有2700米。它可工作在5MHz、10MHz或20MHz頻率下，并可自動(dòng)進(jìn)行時(shí)鐘檢測(cè)。

FTT－10A使用的編碼方式是差分曼徹斯特編碼，其編碼規(guī)律如下：

●每個(gè)碼元中間時(shí)刻均有電平變化。

●“1”表示電平在中間由高到低；“0”表示電平在中間由低到高。

這種編碼的特點(diǎn)是：每比特中間的跳變可做同步使用，數(shù)據(jù)的表現(xiàn)依據(jù)其開始是否變化來決定，出現(xiàn)跳變時(shí)為“0”，沒有跳變時(shí)為“1”。這種編碼所提供的數(shù)據(jù)格式使得數(shù)據(jù)可在多種媒介中傳輸。圖2所示是其編碼的過程和波形。從圖中也可看出：在信號(hào)位中間總是將信號(hào)反相，這就是差分曼徹斯特編碼對(duì)信號(hào)的極性不敏感的原因，所以通信鏈路中的極性變化不會(huì)影響數(shù)據(jù)的接收。這一點(diǎn)對(duì)于遠(yuǎn)程通信很有用。

2FTT－10A和MCU組成的測(cè)控系統(tǒng)

因?yàn)镕TT－10A可保證可靠的數(shù)據(jù)傳輸，因此，它可廣泛地應(yīng)用于控制網(wǎng)絡(luò)中。但目前主要是在基于NEURON芯片的控制系統(tǒng)中將FTT－10A的TXD、RXD分別與神經(jīng)元芯片的通信端口CP1、CP0相連。根據(jù)它的特性及其自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，可將其應(yīng)用于一般的單片機(jī)控制系統(tǒng)中，以提高單片機(jī)遠(yuǎn)程通信的可靠性。

數(shù)據(jù)一般是以數(shù)字信號(hào)的形式來傳輸?shù)摹ｋS著距離的增加和信號(hào)傳輸速率的提高，特別是當(dāng)高速變化的信號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸時(shí)，由于阻抗的不匹配，而可能會(huì)出現(xiàn)反射現(xiàn)象，從而導(dǎo)致信號(hào)波形發(fā)生改變，或出現(xiàn)有害干擾脈沖而使信號(hào)傳輸?shù)目煽啃允艿接绊憽Ｔ趥鹘y(tǒng)的控制系統(tǒng)中，一般采用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如RS－485），并通過屏蔽的雙絞線將一個(gè)線路的接收和發(fā)送控制連在一起，按照RS－485規(guī)范，所有的設(shè)備必須通過總線相連，以限制線路反射和確保通信可靠，但這卻增加了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)安裝和維護(hù)的時(shí)間和費(fèi)用。而FTT－10A收發(fā)器則恰好克服了上述缺點(diǎn)，且可降低安裝和維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)也便于靈活組網(wǎng)。

由于FTT－10A使用的是曼徹斯特編碼方式，這種編碼方式自帶信號(hào)傳送的同步信息，因此，F(xiàn)TT－10A以自同步的方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。而一般的單片機(jī)（如MCS－51系列單片機(jī)）自帶的是異步串行通信端口，這樣，若想將FTT－10A收發(fā)器與此類單片機(jī)相連并實(shí)現(xiàn)通信，則必須加一轉(zhuǎn)換電路，也可用專門的芯片（如Intl8251）在MCU與FTT－10A之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以保證做到同步串行通信。8251作為串行通信的擴(kuò)展接口芯片，它具有同步和異步兩種工作方式（可通過編程來決定）。在同步方式時(shí)，每字符占5～8位，可以內(nèi)同步，也可外同步。同步發(fā)送時(shí)，發(fā)送器最先發(fā)送的是同步字符（SYN）隨后通過單片機(jī)數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)并行送入8251并經(jīng)過8251的發(fā)送器將數(shù)據(jù)以串行形式輸出，這時(shí)發(fā)送的數(shù)據(jù)不用附加任何成幀信號(hào)。而在同步接收時(shí)，它首先搜索同步字，并與預(yù)先存放的同步字符相比較，以確認(rèn)是否達(dá)到同步。因此可根據(jù)8251與FTT－10A收發(fā)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將FTT－10A的RXD、TXD分別與8251的TXD、RXD相接。具體實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)挠布娐泛?jiǎn)圖如圖3所示，它們的時(shí)鐘均可由單片機(jī)經(jīng)過組合后獲得。

在RS－485所組成的測(cè)控系統(tǒng)中，由于RS－485總線信號(hào)是由有極性的差分信號(hào)來傳輸?shù)模蚨荒芊唇樱@在通訊距離較遠(yuǎn)或網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)較多時(shí)會(huì)給接線帶來很多的麻煩，甚至?xí)绊懶盘?hào)的正常傳輸。因此，設(shè)計(jì)時(shí)可利用FTT－10A支持無極性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)這一特點(diǎn)，在單片機(jī)與RS－485驅(qū)動(dòng)芯片之間用FTT－10A收發(fā)器將極性信號(hào)進(jìn)行曼徹斯特編碼，從而使調(diào)制后的信號(hào)對(duì)極性無要求，便于遠(yuǎn)程傳輸。同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)安裝和維護(hù)上也能夠節(jié)省大量的時(shí)間和費(fèi)用。由此可見，利用這一方案應(yīng)該是很有實(shí)用價(jià)值的。