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RS485接口编辑词条

RS-485在要求通信距离为几十米到上千米时,广泛采用RS-485串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收,因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度,能检测低至200mV的电压,故传输信号能在千米以外得到恢复。 RS-485采用半双工工作方式,任何时候只能有一点处于发送状态,因此,发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便,可以省掉许多信号线。应用RS-485 可以联网构成分布式系统,其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。

1RS-422与RS-485串行接口标准

  (1)平衡传输

  RS-422、RS-485与RS-232不一样,数据信号采用差分传输方式,也称作平衡传输,它使用一对双绞线,将其中一线定义为A,另一线定义为B。通常情况下,发送驱动器A、B之间的正电平在+2~+6V,是一个逻辑状态,负电平在-2V~6V,是另一个逻辑状态。另有一个信号地C,在RS-485中还有一“使能”端,而在RS-422中这是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时,发送驱动器处于高阻状态,称作“第三态”,即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。

  (2)RS-422电气规定

  由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力,故允许在相同传输线上连接多个接收节点,最多可接10个节点。即一个主设备(MASTER),其余为从设备(Salve),从设备之间不能通信,所以RS-422支持点对多的双向通信。RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道,因此不必控制数据方向,各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式(XON/XOFF握手)或硬件方式(一对单独的双绞线)实现。RS-422的最大传输距离为4000英尺(约1219米),最大传输速率为10Mbps。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100Kbps速率以下,才可能达到最大传输距离。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mbps。RS-422需要一终接电阻,要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻,即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输电缆的最远端。

  (3)RS-485电气规定

  由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的,所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式,二线制可实现真正的多点双向通信。RS-485总线,在要求通信距离为几十米到上千米时,广泛采用RS-485 串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收,因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度,能检测低至200mV的电压,故传输信号能在千米以外得到恢复。 RS-485采用半双工工作方式,任何时候只能有一点处于发送状态,因此,发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便,可以省掉许多信号线。应用RS-485 可以联网构成分布式系统,其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。 RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的,RS-485是-7V至+12V之间,而RS-422在-7V至+7V之间;RS-485满足所有RS-422的规范,所以RS-485的驱动器可以用在RS-422网络中应用。RS-485与RS-422一样,其最大传输距离约为1219米,最大传输速率为10Mbps。平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100Kbps速率以下,才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mbps。

  (4)RS-422与RS-485的网络安装注意要点

  RS-422可支持10个节点,RS-485支持32个节点,因此多节点构成网络。网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构,不支持环形或星形网络。在构建网络时,应注意如下几点:

  * 采用一条双绞线电缆作总线,将各个节点串接起来,从总线到每个节点的引出线长度应尽量短,以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。

  * 应注意总线特性阻抗的连续性,在阻抗不连续点就会发生信号的反射。下列几种情况易产生这种不连续性:总线的不同区段采用了不同电缆,或某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装,再者是过长的分支线引出到总线。

  总之,应该提供一条单一、连续的信号通道作为总线。

2RS232和RS485串行通讯标准的区别

  典型的串行通讯标准是RS232和RS485,它们定义了电压,阻抗等,但不对软件协议给予定义,区别于RS232, RS485的特性包括:

  1. RS-485的电气特性:逻辑“1”以两线间的电压差为+(2—6)V表示;逻辑“0”以两线间的电压差为-(2—6)V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了,就不易损坏接口电路的芯片, 且该电平与TTL电平兼容,可方便与TTL 电路连接。

  2. RS-485的数据最高传输速率为10Mbps 。

  3. RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合,抗共模干能力增强,即抗噪声干扰性好。

  4. RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺,实际上可达 3000米,另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器,即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。

  因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性,长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。因为RS485接口组成的半双工网络一般只需二根连线,所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。 RS485接口连接器采用DB-9的9芯插头座,与智能终端RS485接口采用DB-9(孔),与键盘连接的键盘接口RS485采用DB-9(针)。

3RS-485工业接口设计应用指南

  作为上世纪80年代早期批准的一个平衡传输标准,RS-485似乎已成为工业界永不过时的接口标准。关于它的文献有很多,但对于很少接触接口设计的系统工程师而言,如此海量的文献就有些让人吃不消了。

  本文旨在讨论RS-485标准的主要内容,为初接触它的设计师提供入门指南。研究文末参考的一些附加应用笔记可进一步帮助设计师在最短的时间内完成一套可靠的数传设计。

  RS-485标准的用途

  RS-485只定义了用于平衡多点传输线的驱动器和接收器的电特性,因此很多更高层标准都将其作为物理层引用。

  网络拓扑

  总线节点以菊花链或总线拓扑方式联网。(见图1)也就是说,每个节点都通过很短的线头连接到主线缆。该接口总线通常设计为用于半双工传输,也就是说它只用一对信号线,驱动数据和接收数据只能在不同时刻出现在信号线上。

RS-485总线结构(左)与半双工总线结构(右)

  图1:RS-485总线结构(左)与半双工总线结构(右)。

  这就需要通过方向控制信号(例如驱动器/接收器使能信号)控制节点操作的协议,以确保任何时刻总线上都只能有一个驱动器在活动,而必须避免多个驱动器同时访问总线导致总线竞争。

  信号电平

  RS-485驱动器必需在54的负载上提供最小1.5V的差分输出,而RS-485接收器则必需能检测到最小为200mv的差分输入(见图2)。这两个值为可靠数据传输提供了足够的裕度,即便信号经过线缆和连接器发生严重衰减时亦如此。而稳健性正是RS-485适用于噪声环境的长距离联网的主要原因。

RS-485规定的最小总线信号电平

  图2:RS-485规定的最小总线信号电平。

  线缆类型

  在双绞线上传送差分信号为RS-485应用带来了很大好处。这是因为外部噪声源产生的噪声总是等量耦合进两根信号线中,属于共模噪声,而这能在差分接收器的输入处就被抑制掉。

  工业用RS-485线缆是特性阻抗为120和22AWG的塑封非屏蔽双绞线。图3所示为一对用于半双工网络的UTP线缆的横截面。

RS-485通信线缆示例

  图3:RS-485通信线缆示例。

  为了保持网络的电特性,除了网络线缆的连接之外,印制电路板的布线和RS-485设备连接器上的管脚分配需保持两根信号线之间的距离均等且足够靠近。

  总线端接与线头长度

  数据传输线应进行端接,而且线头应尽可能短,以避免传输线上发生信号反射。良好的端接要求终端电阻RT与传输线线缆的特征阻抗Z0匹配。RS-485建议采用Z0为120的线缆,因此通常每根线缆末端都采用120的电阻进行端接。

利用共模噪声滤波器对RS-485进行端接

  图4:利用共模噪声滤波器对RS-485进行端接。

  噪声环境下的应用往往用两个RC低通滤波器替代这些120的电阻,以增强对共模噪声的滤波(见图4)。值得注意的是,两个滤波器的电阻值应相等(最好采用精密电阻)以确保两个滤波器具有相同的滚降频率。电阻容差过大会导致滤波器转角频率出现偏差,而导致共模噪声转换为差模噪声,使接收器的抗噪性能降低。

  线头的电长度(即收发器与线缆干线之间的距离)应小于驱动器输入信号上升时间的1/10。表1列出了图4中不同驱动信号上升时间对应的最大线缆线头长度。

不同信号上升时间下的线头长度和未端接线缆长度

  表1:不同信号上升时间下的线头长度和未端接线缆长度。

 
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