RS485串口信息
RS485簡(jiǎn)介
RS232， RS422， RS423和RS485是計(jì)算機(jī)和設(shè)備的串行通信方法。毫無疑問，RS232是最著名的接口，因?yàn)檫@個(gè)串行接口幾乎可以在當(dāng)今所有的計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。但其他一些接口肯定很有趣，因?yàn)樗鼈兛捎糜赗S232不合適的情況。我們將專注于RS485接口。RS232是一個(gè)接口，用于將一個(gè)DTE，數(shù)據(jù)終端設(shè)備連接到一個(gè)DCE，數(shù)據(jù)通信設(shè)備的最大速度為20 kbps，最大電纜長(zhǎng)度為50英尺。在過去幾乎所有計(jì)算機(jī)設(shè)備都使用調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行連接時(shí)，這已足夠，但在人們開始尋找能夠滿足以下一項(xiàng)或多項(xiàng)要求的接口后不久：
- 無需調(diào)制解調(diào)器即可直接連接DTE
- 在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中連接多個(gè)DTE
- 能夠進(jìn)行更長(zhǎng)距離的通信
- 能夠以更快的通信速率進(jìn)行通信
RS485是EIA定義的標(biāo)準(zhǔn)系列中最通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗谒兴膫€(gè)點(diǎn)上都表現(xiàn)良好。這就是為什么RS485目前是數(shù)據(jù)采集和控制應(yīng)用中廣泛使用的通信接口，其中多個(gè)節(jié)點(diǎn)相互通信。
RS485的差分信號(hào)：
更長(zhǎng)的距離和更高的比特率
RS232的主要問題之一是信號(hào)線上的噪聲缺乏免疫力。發(fā)送器和接收器將數(shù)據(jù)和握手線的電壓與一個(gè)公共零線進(jìn)行比較。地面的移位會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。因此，RS232接口的觸發(fā)電平設(shè)置為相對(duì)較高的±3伏。噪音容易被拾取并限制最大距離和通信速度。相反，RS485不存在作為信號(hào)參考的公共零點(diǎn)。RS485發(fā)射器和接收器的地電平有幾伏特差異不會(huì)造成任何問題。RS485信號(hào)是浮動(dòng)的，每個(gè)信號(hào)通過Sig +線和Sig-線傳輸。RS485接收器比較兩條線之間的電壓差，而不是信號(hào)線上的絕對(duì)電壓電平。這很有效并且可以防止接地回路的存在，這是通信問題的常見來源。如果Sig +和Sig-線被扭曲，則可以獲得最佳結(jié)果。下圖解釋了原因。
在上圖中，來自環(huán)境的磁場(chǎng)產(chǎn)生噪聲。圖中顯示了磁場(chǎng)線和RS485數(shù)據(jù)線中的噪聲電流，這是該磁場(chǎng)的結(jié)果。在直通電纜中，所有噪聲電流都在同一方向流動(dòng)，實(shí)際上產(chǎn)生的回路電流與普通變壓器一樣。當(dāng)電纜被扭曲時(shí)，我們看到在信號(hào)線的某些部分，噪聲電流的方向是來自電纜其他部分電流的相反方向。因此，產(chǎn)生的噪聲電流比普通的直線電纜要低很多。屏蔽 - 這是防止RS232線路中噪聲的常用方法 - 試圖使敵方磁場(chǎng)遠(yuǎn)離信號(hào)線。RS485通信中的雙絞線增加了抗擾度，這是一種更好的抗噪聲方法。允許磁場(chǎng)通過，但不會(huì)造成傷害。如果需要高抗噪性，通常使用扭曲和屏蔽的組合，例如在STP，屏蔽雙絞線和FTP，箔式雙絞線網(wǎng)絡(luò)電纜中。差分信號(hào)和扭曲使RS485能夠通過比RS232實(shí)現(xiàn)的更長(zhǎng)的通信距離進(jìn)行通信。RS485通訊距離可達(dá)1200米。差分信號(hào)和扭曲使RS485能夠通過比RS232實(shí)現(xiàn)的更長(zhǎng)的通信距離進(jìn)行通信。RS485通訊距離可達(dá)1200米。差分信號(hào)和扭曲使RS485能夠通過比RS232實(shí)現(xiàn)的更長(zhǎng)的通信距離進(jìn)行通信。RS485通訊距離可達(dá)1200米。
差分信號(hào)線還允許比非差分連接更高的比特率。因此RS485可以克服RS232的實(shí)際通信速度限制。目前生產(chǎn)的RS485驅(qū)動(dòng)器可以達(dá)到35 mbps的比特率。
與RS232，RS422和RS423相比，RS485的特性
| RS232 | RS423 | RS422 | RS485 | |
|---|---|---|---|---|
| 微分 | 沒有 | 沒有 | 是 | 是 |
|
最大驅(qū)動(dòng) 器數(shù)最大接收器數(shù) |
1 1 |
1 10 |
1 10 |
32 32 |
| 運(yùn)作方式 |
半雙工 全雙工 |
半雙工 |
半雙工 |
半雙工 |
| 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) | 點(diǎn)對(duì)點(diǎn) | 多點(diǎn) | 多點(diǎn) | 多點(diǎn) |
| 最大距離（按標(biāo)準(zhǔn)） | 15米 | 1200米 | 1200米 | 1200米 |
|
最大速度為12米 最大速度為1200米 |
20 kbs （1 kbs） |
100 kbs 1 kbs |
10 Mbs 100 kbs |
35 Mbs 100 kbs |
| 最大擺率 | 30 V /μs | 可調(diào)整的 | N / A | N / A |
| 接收器輸入電阻 | 3..7kΩ | ≧4kΩ | ≧4kΩ | ≧12kΩ |
| 驅(qū)動(dòng)器負(fù)載阻抗 | 3..7kΩ | ≧450Ω | 100Ω | 54Ω |
| 接收器輸入靈敏度 | ±3 V | ±200 mV | ±200 mV | ±200 mV |
| 接收器輸入范圍 | ±15 V | ±12 V | ±10 V | -7..12 V |
| 最大驅(qū)動(dòng)器輸出電壓 | ±25 V | ±6 V. | ±6 V. | -7..12 V |
| 最小驅(qū)動(dòng)器輸出電壓（帶負(fù)載） | ±5 V. | ±3.6 V. | ±2.0 V | ±1.5 V |
這張表中的所有信息告訴我們什么？首先，我們看到差分接口RS422和RS485的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于單端版RS232和RS423。我們還看到，RS232和RS423都有最大的壓擺率。這樣做是為了避免信號(hào)的反射。最大壓擺率也限制了線路上的最大通信速度。對(duì)于其他接口-RS422和RS485-壓擺率是不確定的。為避免反射較長(zhǎng)的電纜，必須使用適當(dāng)?shù)慕K端電阻。
我們還看到所有接口的最大允許電壓電平都在相同的范圍內(nèi)，但是對(duì)于更快的接口，信號(hào)電平更低。由于這種RS485，其他可用于幾伏的嚴(yán)重地電平移位，同時(shí)高比特率是可能的，因?yàn)檫壿?和邏輯1之間的轉(zhuǎn)換只有幾百毫伏。
有趣的是，RS232是唯一能夠進(jìn)行全雙工通信的接口。這是因?yàn)樵谄渌涌谏希ㄐ判诺烙啥鄠€(gè)接收器共享，并且在RS485的情況下由多個(gè)發(fā)送器共享。RS232有一條獨(dú)立的通信線路，用于發(fā)送和接收 - 具有良好的協(xié)議 - 允許以與其他接口相同的比特率獲得更高的有效數(shù)據(jù)速率。大多數(shù)協(xié)議中所需的請(qǐng)求和確認(rèn)數(shù)據(jù)不會(huì)消耗RS232的主數(shù)據(jù)信道上的帶寬。
RS485的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇赡苁荝S485現(xiàn)在成為數(shù)據(jù)采集和控制應(yīng)用中所提到的四個(gè)接口的最愛的原因。RS485是唯一能夠在同一網(wǎng)絡(luò)中互聯(lián)多個(gè)發(fā)送器和接收器的接口。當(dāng)使用輸入電阻為12kΩ的默認(rèn)RS485接收器時(shí)，可以將32個(gè)設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)。目前可用的高阻RS485輸入允許將此數(shù)字?jǐn)U展到256.還可以使用RS485中繼器，可以將節(jié)點(diǎn)數(shù)增加到數(shù)千，跨越數(shù)公里。而且這種接口不需要智能網(wǎng)絡(luò)硬件：軟件方面的實(shí)現(xiàn)并不比使用RS232困難得多。這就是為什么RS485如此受計(jì)算機(jī)，PLC，RS485網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/font>
在上圖中，顯示了RS485的一般網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/font>N個(gè)節(jié)點(diǎn)連接在多點(diǎn)RS485網(wǎng)絡(luò)中。對(duì)于更高的速度和更長(zhǎng)的線路，線路兩端都需要終端電阻以消除反射。兩端使用100Ω電阻。RS485網(wǎng)絡(luò)必須設(shè)計(jì)為具有多個(gè)下降的一條線，而不是星形。雖然星形配置中的總電纜長(zhǎng)度可能更短，但是不再能夠進(jìn)行足夠的端接，并且信號(hào)質(zhì)量可能會(huì)顯著降低。
RS485功能
而現(xiàn)在最重要的問題是，RS485在實(shí)踐中如何運(yùn)作？默認(rèn)情況下，RS485總線上的所有發(fā)送器都處于高阻態(tài)的三態(tài)。在大多數(shù)更高級(jí)別的協(xié)議中，其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)被定義為通過RS485總線發(fā)送查詢或命令的主節(jié)點(diǎn)。所有其他節(jié)點(diǎn)都接收這些數(shù)據(jù)。根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)中的信息，線路上的零個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)響應(yīng)主站。在這種情況下，帶寬幾乎可以使用100％。還有RS485網(wǎng)絡(luò)的其他實(shí)現(xiàn)，其中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以自己?jiǎn)?dòng)數(shù)據(jù)會(huì)話。這與以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行方式相當(dāng)。由于這種實(shí)現(xiàn)方式存在數(shù)據(jù)崩潰的可能性，理論告訴我們，在這種情況下，只有37％的帶寬將被有效使用。發(fā)送者無需明確打開或關(guān)閉RS485驅(qū)動(dòng)程序。RS485驅(qū)動(dòng)程序在數(shù)據(jù)發(fā)送后的幾微秒內(nèi)自動(dòng)返回高阻態(tài)三態(tài)。因此，不需要在RS485總線上的數(shù)據(jù)包之間存在延遲。
RS485用作許多眾所周知的接口標(biāo)準(zhǔn)的電氣層，包括Profibus和Modbus。因此RS485將來會(huì)使用多年。