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FTT-10A收發(fā)器及其在測控系統(tǒng)中的應用
摘要：介紹了Echelon公司的雙絞線收發(fā)器FTT-10A的性能特點，給出了將FTT-10A雙絞線收發(fā)器應用于單片機構成的測控系統(tǒng)中，提高遠程通信可靠性的具體應用方法。關鍵詞：FTT-10A；同步；曼徹斯特編碼；拓撲結構
以單片機為主體構成的測控系統(tǒng)，由于其結構簡單、工作穩(wěn)定可靠，而在工業(yè)控制、智能測試設備等領域得到了廣泛應用。隨著計算機、通信、網(wǎng)絡、控制技術及微處理器的發(fā)展，用戶還可以將微處理器嵌入到各種儀器設備中，(范文先生網(wǎng)www.gymyzhishaji.com收集整理)再利用微處理器的通信端口將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)上傳給上位機，由上位機對數(shù)據(jù)進行處理并監(jiān)控現(xiàn)場的各種智能儀器和設備。
一般的單片機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，從而將多臺單片機系統(tǒng)連接在一起，形成分布式測控系統(tǒng)。這種結構具有簡單靈活且易于控制等特點，但是要安全可靠地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，還要在智能儀器設備上配備合適的通訊接口。一般可選擇ＲＳ２３２、ＲＳ４２２、ＲＳ４８５等接口電路。有關這些接口電路的應用介紹已經(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)間提供一個物理接口。
１�。疲裕裕保埃潦瞻l(fā)器的性能
ＦＴＴ－１０Ａ收發(fā)器主要由一個隔離變壓器和一個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是兩個網(wǎng)絡接口，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)器時鐘輸入端，Ｔ１、Ｔ２則用來提供鉗位和瞬時電壓保護。
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，同時具有隔離噪聲作用，可防止干擾信號進入傳輸網(wǎng)絡中。它支持無極性自由拓撲結構，從而可使系統(tǒng)安裝不再局限于總線結構。也就是說，此收發(fā)器支持星型、環(huán)型接線。自由拓撲結構通過最簡單的接線方式減少了系統(tǒng)安裝的時間和費用，從而可使任務以最快的方式完成。由于減少了對通信線的拓撲、接合和節(jié)點位置的限制，因而使得網(wǎng)絡更易于擴展。兩個ＦＴＴ－１０Ａ收發(fā)器還可以背靠背用作數(shù)字式重復器，同時可在一個信道上增加傳輸距離或節(jié)點數(shù)量。
ＦＴＴ－１０Ａ的通信速率一般為７８ｋｂｐｓ?但用于自由拓撲結構時，通信距離較短（只有５００米），而采用雙端總線結構時卻有２７００米。它可工作在５ＭＨｚ、１０ＭＨｚ或２０ＭＨｚ頻率下，并可自動進行時鐘檢測。
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：
●每個碼元中間時刻均有電平變化。
●“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)跳變時為“０”，沒有跳變時為“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：在信號位中間總是將信號反相，這就是差分曼徹斯特編碼對信號的極性不敏感的原因，所以通信鏈路中的極性變化不會影響數(shù)據(jù)的接收。這一點對于遠程通信很有用。
２ ＦＴＴ－１０Ａ和ＭＣＵ組成的測控系統(tǒng)
因為ＦＴＴ－１０Ａ可保證可靠的數(shù)據(jù)傳輸，因此，它可廣泛地應用于控制網(wǎng)絡中。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構的特點，可將其應用于一般的單片機控制系統(tǒng)中，以提高單片機遠程通信的可靠性。
數(shù)據(jù)一般是以數(shù)字信號的形式來傳輸?shù)摹ｋS著距離的增加和信號傳輸速率的提高，特別是當高速變化的信號在長線中傳輸時，由于阻抗的不匹配，而可能會出現(xiàn)反射現(xiàn)象，從而導致信號波形發(fā)生改變，或出現(xiàn)有害干擾脈沖而使信號傳輸?shù)目煽啃允艿接绊�。在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，一般采用總線拓撲結構（如ＲＳ－４８５），并通過屏蔽的雙絞線將一個線路的接收和發(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，但這卻增加了整個網(wǎng)絡安裝和維護的時間和費用。而ＦＴＴ－１０Ａ收發(fā)器則恰好克服了上述缺點，且可降低安裝和維護費用，同時也便于靈活組網(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傳送的同步信息，因此，ＦＴＴ－１０Ａ以自同步的方式來
進行數(shù)據(jù)的傳輸。而一般的單片機（如ＭＣＳ－５１系列單片機）自帶的是異步串行通信端口，這樣，若想將ＦＴＴ－１０Ａ收發(fā)器與此類單片機相連并實現(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之間進行轉(zhuǎn)換，以保證做到同步串行通信。８２５１作為串行通信的擴展接口芯片，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，每字符占５～８位，可以內(nèi)同步，也可外同步。同步發(fā)送時，發(fā)送器最先發(fā)送的是同步字符（ＳＹＮ）?隨后通過單片機數(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，這時發(fā)送的數(shù)據(jù)不用附加任何成幀信號。而在同步接收時，它首先搜索同步字，并與預先存放的同步字符相比較，以確認是否達到同步。因此可根據(jù)８２５１與ＦＴＴ－１０Ａ收發(fā)器的結構特點，將ＦＴＴ－１０Ａ的ＲＸＤ、ＴＸＤ分別與８２５１的ＴＸＤ、ＲＸＤ相接。具體實現(xiàn)信號傳輸?shù)挠布娐泛唸D如圖３所示，它們的時鐘均可由單片機經(jīng)過組合后獲得。
在ＲＳ－４８５所組成的測控系統(tǒng)中，由于ＲＳ－４８５總線信號是由有極性的差分信號來傳輸?shù)模蚨荒芊唇�，這在通訊距離較遠或網(wǎng)絡上節(jié)點較多時會給接線帶來很多的麻煩，甚至會影響信號的正常傳輸。因此，設計時可利用ＦＴＴ－１０Ａ支持無極性拓撲結構這一特點，在單片機與ＲＳ－４８５驅(qū)動芯片之間用ＦＴＴ－１０Ａ收發(fā)器將極性信號進行曼徹斯特編碼，從而使調(diào)制后的信號對極性無要求，便于遠程傳輸。同時在網(wǎng)絡安裝和維護上也能夠節(jié)省大量的時間和費用。由此可見，利用這一方案應該是很有實用價值的。
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