数字量采集-2024年01月27日-二刷

分析考虑一个波形的六要素：

高电平
低电平
上升时间
下降时间
频率/周期
占空比

正常的一个电平有 4 种状态：高电平、低电平、悬空态(NC)、高阻态(Z)
高阻态：若上拉/下拉，则属于高阻态，只提供初始状态
悬空态：也叫不确定态，任何芯片的所有管脚都不能处于悬空态，因为悬空态会增加设备出现错误的概率，应当避免这种状态！

项目需求分析：

波形是触发式的，可能信号来了会拉低，但是信号没了又变高了，所以没有周期性，也就没有占空比，因此只有高低电平需要考虑：

外部输入		单片机
高电平	10-14V	高电平（0.7 倍 Umax）	2.3V
低电平	0-1V	低电平（0.3 被 Umax）	1V
转换电路需要将左边的数据转为右边的数据

高低电平数字量采集电路设计

方法一：（仅思考，不可行）
:::tips
分析可得外部输入的 10V 对应着单片机的 2.3V，则应当用分压电路将其分压
$分压比例系数=\frac{10}{2.3}\approx 4.5$，由上一节电阻选型可知，我们应当选择 10K 级别的电阻作为参考电阻，那么初步假设此时的电路为：$\frac{10k}{45k}\approx \frac{2.2V}{10V}$
设计思考心路：
step1： 先根据 4.5 ，得出 10/45，然后得出分压电阻分别选 10K 和 45K，然后验证自己的选型是否满足能将 10V 电压分压至 2.2V。但是由于 2.2V 不满足单片机对高电平的定义(2.3V)，因此将 35K 电阻变小一些，假设其为 33K（分母变小，分子不变，整体变大）；
$\frac{10k}{43k}\times 10=2.33V$（满足条件了）
step2： 然再验证能不能把 14V 电压分压降至 3.3V 以内
$\frac{10k}{43k}\times 14=3.25V<3.3V$，因此满足条件。

但是这样设计存在一个问题：如果外部输入电压是 10-20V 呢，对于 20V 而言，这样的分压电路必然不能将电压降至 3.3V 以内$对于3.3V而言：\frac{10k}{43k}\times 20=4.65V<3.3V$。远超 3.3V 因此不合适，若是打算增大分母也就是增大 33K，那么可能又出现一开始的无法将电压保持在 2.2V 以上
综上，采用这样的电路结构，很难设计出来。
:::
去补二极管的知识了
方法二：利用二极管
总电路图：

分析 1：当外部输入高电平时（H：10-14V）
由于二极管的单向导电性，此时 IN1_EXT 无法进入，是 VCC12V 起作用让电路始终处于高电平的状态，可以将电路抽离出来如下图所示：

此时可以通过分压公式可得，IN1_MCU 的电压值为 R3 电阻上的电压，由分压计算可得是在单片机能检测到的高电平的范围之内的
$U_I=\frac{R3}{R1+R2+R3}\ast (VCC-0.7)=\frac{10K}{40K}\ast (12V-0.7V)=2.8250V$
$2.3<U_I<3.3$
:::tips
为什么电压进不来？A：去看二极管的特性吧（单向导电性）
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分析 2：当外部输入低电平时（H：10-14V）

重点在于理解 2.7V 的原因

RS485

485、422、232 等都是 UART（串口），但是表现出不同的电平协议：不同的电压范围触发高低电平
485 转 ttl 需要用到转换芯片将 485 中的高低电平转为 ttl 规则的高低电平
ttl 电平的 H 和 L：H(2.3-3.3v)、L(0-1v)

485 只有 AB 两个线判断差分信号 0 和 1，因此是半双工
422 由 ABYZ 四个线，因此 AB 和 YZ 同时进行差分信号传输，实现了全双工
串口有 RX 和 TX 是全双工的，同时收发

差分信号传输

RS485 通信采用差分信号传输，通常情况下只需要两根信号线就可以进行正常的通信。
在差分信号中，逻辑0和逻辑1是用两根信号线（A+和B-）的电压差来表示。

• 逻辑 1：两根信号线（A+和B-）的电压差在 +2V～+6V 之间。
• 逻辑 0：两根信号线（A+和B-）的电压差在 -2V～-6V 之间。

差分和单端
单端是指参考地
差分是不参考地，A 与 B 两个线之间互相参考

SP3485 芯片引脚

选用 SP3-485 转换芯片（差分转单端）

引脚	名称	功能
1	RO	接收器输出----接RX
2	RE	接收器输出使能（低电平-MCU接收使能）
3	DE	驱动器输出使能（高电平-MCU发送使能）
4	DI	驱动器输入----接TX
5	GND	接地
6	A	驱动器输出/接收器输入（同相）
7	B	驱动器输出/接收器输入（反相）
8	VCC	芯片供电+3.3V

RS485 转 TTL 电路

下面进行一些解释：

① 电源端接 VCC，芯片功率不大的情况下电源的滤波电容取 0.1uf/100nf
② 一般的总线都是要加终端电阻的，但是也有可能不加，这终端电阻作用是什么呢？它是防止反射的，这个反射是在高频下进行说明的，就是终端匹配啊（一般电阻就是取 120R）
③ 保护电阻
④ 静电管，防止静电带来的不必要的干扰（一般是手拔插时带的静电）
⑤ 给引脚加一个下拉电阻，让其默认处于低电平状态（默认处于单片机接收初态）

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