FTT-10A收发器及其在测控系统中的应用

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:介绍了Echelon公司的双绞线收发器FTT-10A的性能特点,给出了将FTT-10A双绞线收发器应用于单片机构成的测控系统中,提高远程通信可靠性的具体应用方法。 关键词:FTT-10A;同步;曼彻斯特编码;拓扑结构 以单片机为主体构成的测控系统,由于其结构简单、工作稳定可靠,而在工业控制、智能测试设备等领域得到了广泛应用。随着计算机、通信、网络、控制技术及微处理器的发展,用户还可以将微处理器嵌入到各种仪器设备中, 再利用微处理器的通信端口将现场采集的数据上传给上位机,由上位机对数据进行处理并监控现场的各种智能仪器和设备。 一般的单片机都集成了串行通信口,这些串行通信口可以通过RS485总线或其它的总线方式组成总线型通信网络,从而将多台单片机系统连接在一起,形成分布式测控系统。这种结构具有简单灵活且易于控制等特点,但是要安全可靠地实现数据的传输,还要在智能仪器设备上配备合适的通讯接口。一般可选择RS232、RS422、RS485等接口电路。有关这些接口电路的应用介绍已经很多,而本文要介绍的是ECHELON公司生产的双绞线收发器FTT-10A,它可以在微处理器通信端口和物理介质间提供一个物理接口。 1 FTT-10A收发器的性能 FTT-10A收发器主要由一个隔离变压器和一个差分曼彻斯特编码器组成。其引脚排列如图1所示。它由5V电源供电。NET-A、NET-B是两个网络接口,此接口没有极性要求。RXD、TXD分别是数据接收和发送端口,CLK为收发器时钟输入端,T1、T2则用来提供钳位和瞬时电压保护。 收发器所带的变压器隔离接口可满足系统的高性能、高共模隔离,同时具有隔离噪声作用,可防止干扰信号进入传输网络中。它支持无极性自由拓扑结构,从而可使系统安装不再局限于总线结构。也就是说,此收发器支持星型、环型接线。自由拓扑结构通过最简单的接线方式减少了系统安装的时间和费用,从而可使任务以最快的方式完成。由于减少了对通信线的拓扑、接合和节点位置的限制,因而使得网络更易于扩展。两个FTT-10A收发器还可以背靠背用作数字式重复器,同时可在一个信道上增加传输距离或节点数量。 FTT-10A的通信速率一般为78kbps但用于自由拓扑结构时,通信距离较短(只有500米),而采用双端总线结构时却有2700米。它可工作在5MHz、10MHz或20MHz频率下,并可自动进行时钟检测。 FTT-10A使用的编码方式是差分曼彻斯特编码,其编码规律如下: ●每个码元中间时刻均有电平变化。 ●“1”表示电平在中间由高到低;“0”表示电平在中间由低到高。 这种编码的特点是:每比特中间的跳变可做同步使用,数据的表现依据其开始是否变化来决定,出现跳变时为“0”,没有跳变时为“1”。这种编码所提供的数据格式使得数据可在多种媒介中传输。图2所示是其编码的过程和波形。从图中也可看出:在信号位中间总是将信号反相,这就是差分曼彻斯特编码对信号的极性不敏感的原因,所以通信链路中的极性变化不会影响数据的接收。这一点对于远程通信很有用。 2 FTT-10A和MCU组成的测控系统 因为FTT-10A可保证可靠的数据传输,因此,它可广泛地应用于控制网络中。但目前主要是在基于NEURON芯片的控制系统中将FTT-10A的TXD、RXD分别与神经元芯片的通信端口CP1、CP0相连。根据它的特性及其自身结构的特点,可将其应用于一般的单片机控制系统中,以提高单片机远程通信的可靠性。 数据一般是以数字信号的形式来传输的。随着距离的增加和信号传输速率的提高,特别是当高速变化的信号在长线中传输时,由于阻抗的不匹配,而可能会出现反射现象,从而导致信号波形发生改变,或出现有害干扰脉冲而使信号传输的可靠性受到影响。在传统的控制系统中,一般采用总线拓扑结构(如RS-485),并通过屏蔽的双绞线将一个线路的接收和发送控制连在一起,按照RS-485规范,所有的设备必须通过总线相连,以限制线路反射和确保通信可靠,但这却增加了整个网络安装和维护的时间和费用。而FTT-10A收发器则恰好克服了上述缺点,且可降低安装和维护费用,同时也便于灵活组网。 由于FTT-10A使用的是曼彻斯特编码方式,这种编码方式自带信号传送的同步信息,因此,FTT-10A以自同步的方式来进行数据的传输。而一般的单片机(如MCS-51系列单片机)自带的是异步串行通信端口,这样,若想将FTT-10A收发器与此类单片机相连并实现通信,则必须加一转换电路,也可用专门的芯片(如Intl8251)在MCU与FTT-10A之间进行转换,以保证做到同步串行通信。8251作为串行通信的扩展接口芯片,它具有同步和异步两种工作方式(可通过编程来决定)。在同步方式时,每字符占5~8位,可以内同步,也可外同步。同步发送时,发送器最先发送的是同步字符(SYN)随后通过单片机数据线将数据并行送入8251并经过8251的发送器将数据以串行形式输出,这时发送的数据不用附加任何成帧信号。而在同步接收时,它首先搜索同步字,并与预先存放的同步字符相比较,以确认是否达到同步。因此可根据8251与FTT-10A收发器的结构特点,将FTT-10A的RXD、TXD分别与8251的TXD、RXD相接。具体实现信号传输的硬件电路简图如图3所示,它们的时钟均可由单片机经过组合后获得。 在RS-485所组成的测控系统中,由于RS-485总线信号是由有极性的差分信号来传输的,因而不能反接,这在通讯距离较远或网络上节点较多时会给接线带来很多的麻烦,甚至会影响信号的正常传输。因此,设计时可利用FTT-10A支持无极性拓扑结构这一特点,在单片机与RS-485驱动芯片之间用FTT-10A收发器将极性信号进行曼彻斯特编码,从而使调制后的信号对极性无要求,便于远程传输。同时在网络安装和维护上也能够节省大量的时间和费用。由此可见,利用这一方案应该是很有实用价值的。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/sensor/200703/11753.html
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