標題: RS-485與RS-232接口 [打印本頁]
作者: 51黑黑黑 時間: 2016-2-23 01:05
標題: RS-485與RS-232接口
今天大家突然開始討論串口通信問題，之前對RS232，RS-422和RS-485接口也只能算是了解，趁此機會深入學習一下。
1、RS-232接口特點
（1）接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片。
（2）與TTL電平不兼容，故需使用電平轉換電路方能與TTL電路連接。
（3）傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為20Kbps。
（4）接口使用一根信號線和一根信號返回線而構成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。
（5）傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為50英尺，實際上也只能用在50米左右。
（6）RS-232接口在總線上只允許連接1個收發(fā)器，即單站能力。
2、RS-485的特點
（1）RS-485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+(2-6)V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-(2-6)V表示。接口信號電平比RS-232降低了，不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。
（2）RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。
（3）RS-485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強，即抗噪聲干擾性好。
（4）RS-485接口的最大傳輸距離標準值為4000英尺，實際上可達3000米。
（5）RS-485接口在總線上是允許連接多達128個收發(fā)器，即具有多站能力,這樣用戶可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設備網(wǎng)絡。
（5）RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點就使其成為首選的串行接口。
（6）RS-485接口組成的半雙工網(wǎng)絡一般只需兩根連線，所以，RS-485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。
3、RS-422與RS-485串行接口標準
（1）平衡傳輸
RS-422、RS-485與RS-232不一樣，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B。通常情況下，發(fā)送驅動器A、B之間的正電平在+2～+6V，是一個邏輯狀態(tài)，負電平在-2～6V，是另一個邏輯狀態(tài)。另有一個信號地C，在RS-485中還有一使能端，而在RS-422中這是可選擇的。使能端是用于控制發(fā)送驅動器與傳輸線的切斷與連接。當使能端起作用時，發(fā)送驅動器處于高阻狀態(tài)，它是有別于邏輯“1與“0”的第三態(tài)。
接收器也作與發(fā)送端相對的規(guī)定，收、發(fā)端通過平衡雙絞線將AA與BB對應相連，當在收端AB之間有大于+200mV的電平時，輸出正邏輯電平，小于-200mV時，輸出負邏輯電平。接收器接收平衡線上的電平范圍通常在200mV至6V之間。
（2）RS-422電氣規(guī)定
RS-422標準全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。圖2是典型的RS-422四線接口。實際上還有一根信號地線，共5根線。圖1是其DB9連接器引腳定義。由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅動器比RS232更強的驅動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節(jié)點，最多可接10個節(jié)點。即一個主設備（Master），其余為從設備（Salve），從設備之間不能通信，所以RS-422支持點對多的雙向通信。接收器輸入阻抗為4k，故發(fā)端最大負載能力是10×4k+100Ω（終接電阻）。RS-422四線接口由于采用單獨的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一對單獨的雙絞線）實現(xiàn)。
RS-422的最大傳輸距離為4000英尺（約1219米），最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mb/s。
RS-422需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸電纜的最遠端。
（3）RS-485電氣規(guī)定
由于RS-485是從RS-422基礎上發(fā)展而來的，所以RS-485許多電氣規(guī)定與RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。RS-485可以采用二線與四線方式，二線制可實現(xiàn)真正的多點雙向通信。而采用四線連接時，與RS-422一樣只能實現(xiàn)點對多的通信，即只能有一個主（Master）設備，其余為從設備，但它比RS-422有改進， 無論四線還是二線連接方式總線上可多接到32個設備。
RS-485與RS-422一樣，其最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用規(guī)定最長的電纜長度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長雙絞線最大傳輸速率僅為1Mb/s。
RS-485需要2個終接電阻，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸總線的兩端。
4、RS-422與RS-485傳輸線上匹配
對RS-422與RS-485總線網(wǎng)絡一般要使用終接電阻進行匹配。但在短距離與低速率下可以不用考慮終端匹配。
理論上，在每個接收數(shù)據(jù)信號的中點進行采樣時，只要反射信號在開始采樣時衰減到足夠低就可以不考慮匹配。當信號的轉換時間（上升或下降時間）超過電信號沿總線單向傳輸所需時間的3倍以上時就可以不加匹配。例如具有限斜率特性的RS-485接口MAX483輸出信號的上升或下降時間最小為250ns，典型雙絞線上的信號傳輸速率約為0.2m/ns，那么只要數(shù)據(jù)速率在250kb/s以內、電纜長度不超過16米，采用MAX483作為RS-485接口時就可以不加終端匹配。
一般終端匹配采用終接電阻方法：RS-422在總線電纜的遠端并接電阻，RS-485則應在總線電纜的開始和末端都需并接終接電阻。終接電阻一般在RS-422網(wǎng)絡中取100Ω，在RS-485網(wǎng)絡中取120Ω。相當于電纜特性阻抗的電阻，因為大多數(shù)雙絞線電纜特性阻抗大約在100～120Ω。這種匹配方法簡單有效，但有一個缺點，匹配電阻要消耗較大功率，對于功耗限制比較嚴格的系統(tǒng)不太適合。
另外一種比較省電的匹配方式是RC匹配，利用一只電容C隔斷直流成分可以節(jié)省大部分功率。但電容C的取值是個難點，需要在功耗和匹配質量間進行折衷。
還有一種采用二極管的匹配方法，這種方案雖未實現(xiàn)真正的“匹配”，但它利用二極管的鉗位作用能迅速削弱反射信號，達到改善信號質量的目的，節(jié)能效果顯著。
5、單工、半雙工和全雙工的定義
如果在通信過程的任意時刻，信息只能由一方A傳到另一方B，則稱為單工。
如果在任意時刻，信息既可由A傳到B，又能由B傳A，但只能由一個方向上的傳輸存在，稱為半雙工傳輸。
如果在任意時刻，線路上存在A到B和B到A的雙向信號傳輸，則稱為全雙工。
電話線就是二線全雙工信道。 由于采用了回波抵消技術，雙向的傳輸信號不致混淆不清。雙工信道有時也將收、發(fā)信道分開，采用分離的線路或頻帶傳輸相反方向的信號，如回線傳輸。
| --------> | <--------> | --------> |
| A---------B | A---------B | A---------B |
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