RS485串口信息
RS485簡(jiǎn)介
RS232， RS422， RS423和RS485是計算機和設備的串行通信方法。毫無(wú)疑問(wèn)，RS232是最著(zhù)名的接口，因為這個(gè)串行接口幾乎可以在當今所有的計算機上實(shí)現。但其他一些接口肯定很有趣，因為它們可用于RS232不合適的情況。我們將專(zhuān)注于RS485接口。RS232是一個(gè)接口，用于將一個(gè)DTE，數據終端設備連接到一個(gè)DCE，數據通信設備的最大速度為20 kbps，最大電纜長(cháng)度為50英尺。在過(guò)去幾乎所有計算機設備都使用調制解調器進(jìn)行連接時(shí)，這已足夠，但在人們開(kāi)始尋找能夠滿(mǎn)足以下一項或多項要求的接口后不久：
- 無(wú)需調制解調器即可直接連接DTE
- 在網(wǎng)絡(luò )結構中連接多個(gè)DTE
- 能夠進(jìn)行更長(cháng)距離的通信
- 能夠以更快的通信速率進(jìn)行通信
RS485是EIA定義的標準系列中最通用的通信標準，因為它在所有四個(gè)點(diǎn)上都表現良好。這就是為什么RS485目前是數據采集和控制應用中廣泛使用的通信接口，其中多個(gè)節點(diǎn)相互通信。
RS485的差分信號：
更長(cháng)的距離和更高的比特率
RS232的主要問(wèn)題之一是信號線(xiàn)上的噪聲缺乏免疫力。發(fā)送器和接收器將數據和握手線(xiàn)的電壓與一個(gè)公共零線(xiàn)進(jìn)行比較。地面的移位會(huì )產(chǎn)生災難性的后果。因此，RS232接口的觸發(fā)電平設置為相對較高的±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(wèn)題。RS485信號是浮動(dòng)的，每個(gè)信號通過(guò)Sig +線(xiàn)和Sig-線(xiàn)傳輸。RS485接收器比較兩條線(xiàn)之間的電壓差，而不是信號線(xiàn)上的絕對電壓電平。這很有效并且可以防止接地回路的存在，這是通信問(wèn)題的常見(jiàn)來(lái)源。如果Sig +和Sig-線(xiàn)被扭曲，則可以獲得最佳結果。下圖解釋了原因。
在上圖中，來(lái)自環(huán)境的磁場(chǎng)產(chǎn)生噪聲。圖中顯示了磁場(chǎng)線(xiàn)和RS485數據線(xiàn)中的噪聲電流，這是該磁場(chǎng)的結果。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。當電纜被扭曲時(shí)，我們看到在信號線(xiàn)的某些部分，噪聲電流的方向是來(lái)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(xiàn)電纜要低很多。屏蔽 - 這是防止RS232線(xiàn)路中噪聲的常用方法 - 試圖使敵方磁場(chǎng)遠離信號線(xiàn)。RS485通信中的雙絞線(xiàn)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(guò)，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(xiàn)和FTP，箔式雙絞線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )電纜中。差分信號和扭曲使RS485能夠通過(guò)比RS232實(shí)現的更長(cháng)的通信距離進(jìn)行通信。RS485通訊距離可達1200米。差分信號和扭曲使RS485能夠通過(guò)比RS232實(shí)現的更長(cháng)的通信距離進(jìn)行通信。RS485通訊距離可達1200米。差分信號和扭曲使RS485能夠通過(guò)比RS232實(shí)現的更長(cháng)的通信距離進(jìn)行通信。RS485通訊距離可達1200米。
差分信號線(xiàn)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驅動(dòng)器可以達到35 mbps的比特率。
與RS232，RS422和RS423相比，RS485的特性
| RS232 | RS423 | RS422 | RS485 | |
|---|---|---|---|---|
| 微分 | 沒(méi)有 | 沒(méi)有 | 是 | 是 |
|
最大驅動(dòng) 器數最大接收器數 |
1 1 |
1 10 |
1 10 |
32 32 |
| 運作方式 |
半雙工 全雙工 |
半雙工 |
半雙工 |
半雙工 |
| 網(wǎng)絡(luò )拓撲結構 | 點(diǎn)對點(diǎn) | 多點(diǎn) | 多點(diǎn) | 多點(diǎn) |
| 最大距離（按標準） | 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 | 可調整的 | N / A | N / A |
| 接收器輸入電阻 | 3..7kΩ | ≧4kΩ | ≧4kΩ | ≧12kΩ |
| 驅動(dòng)器負載阻抗 | 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 |
| 最大驅動(dòng)器輸出電壓 | ±25 V | ±6 V. | ±6 V. | -7..12 V |
| 最小驅動(dòng)器輸出電壓（帶負載） | ±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的速度遠遠優(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的反射。最大壓擺率也限制了線(xiàn)路上的最大通信速度。對于其他接口-RS422和RS485-壓擺率是不確定的。為避免反射較長(cháng)的電纜，必須使用適當的終端電阻。
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，但是對于更快的接口，信號電平更低。由于這種RS485，其他可用于幾伏的嚴重地電平移位，同時(shí)高比特率是可能的，因為邏輯0和邏輯1之間的轉換只有幾百毫伏。
有趣的是，RS232是唯一能夠進(jìn)行全雙工通信的接口。這是因為在其他接口上，通信信道由多個(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有一條獨立的通信線(xiàn)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據速率。大多數協(xié)議中所需的請求和確認數據不會(huì )消耗RS232的主數據信道上的帶寬。
RS485的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構
網(wǎng)絡(luò )拓撲可能是RS485現在成為數據采集和控制應用中所提到的四個(gè)接口的最?lèi)?ài)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。當使用輸入電阻為12kΩ的默認RS485接收器時(shí)，可以將32個(gè)設備連接到網(wǎng)絡(luò )。目前可用的高阻RS485輸入允許將此數字擴展到256.還可以使用RS485中繼器，可以將節點(diǎn)數增加到數千，跨越數公里。而且這種接口不需要智能網(wǎng)絡(luò )硬件：軟件方面的實(shí)現并不比使用RS232困難得多。這就是為什么RS485如此受計算機，PLC，RS485網(wǎng)絡(luò )拓撲
在上圖中，顯示了RS485的一般網(wǎng)絡(luò )拓撲。N個(gè)節點(diǎn)連接在多點(diǎn)RS485網(wǎng)絡(luò )中。對于更高的速度和更長(cháng)的線(xiàn)路，線(xiàn)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 )必須設計為具有多個(gè)下降的一條線(xiàn)，而不是星形。雖然星形配置中的總電纜長(cháng)度可能更短，但是不再能夠進(jìn)行足夠的端接，并且信號質(zhì)量可能會(huì )顯著(zhù)降低。
RS485功能
而現在最重要的問(wèn)題是，RS485在實(shí)踐中如何運作？默認情況下，RS485總線(xiàn)上的所有發(fā)送器都處于高阻態(tài)的三態(tài)。在大多數更高級別的協(xié)議中，其中一個(gè)節點(diǎn)被定義為通過(guò)RS485總線(xiàn)發(fā)送查詢(xún)或命令的主節點(diǎn)。所有其他節點(diǎn)都接收這些數據。根據發(fā)送數據中的信息，線(xiàn)路上的零個(gè)或多個(gè)節點(diǎn)響應主站。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，其中每個(gè)節點(diǎn)都可以自己?jiǎn)?dòng)數據會(huì )話(huà)。這與以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )的運行方式相當。由于這種實(shí)現方式存在數據崩潰的可能性，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(wú)需明確打開(kāi)或關(guān)閉RS485驅動(dòng)程序。RS485驅動(dòng)程序在數據發(fā)送后的幾微秒內自動(dòng)返回高阻態(tài)三態(tài)。因此，不需要在RS485總線(xiàn)上的數據包之間存在延遲。
RS485用作許多眾所周知的接口標準的電氣層，包括Profibus和Modbus。因此RS485將來(lái)會(huì )使用多年。