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RS-485串行接口

1. 介绍

电子工业协会(EIA)于1983 年制订并发布RS-485 标准,并经通讯工业协会(TIA)修订后命名为TIA/EIA-485-A,习惯地称之为RS-485 标准。

RS-485 标准是为弥补RS-232 通信距离短、速率低等缺点而产生的。RS-485 标准只规定了平衡发送器和接收器的电特性,而没有规定接插件、传输电缆和应用层通信协议。

RS-485 标准与RS-232 不一样,数据信号采用差分传输方式(Differential Driver Mode),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,如图 1所示。

RS-485接口
RS485发送器
图1 RS485发送器示意图

通常情况下,发送发送器A、B 之间的正电平在+2~+6V,是一个逻辑状态;负电平在-2~-6V,是另一个逻辑状态。另有一个信号地C。在RS-485 器件中,一般还有一个“使能”控制信号。“使能”信号用于控制发送发送器与传输线的切断与连接,当“使能”端起作用时,发送发送器处于高阻状态,称作“第三态”,它是有别于逻辑“1”与“0”的第三种状态。对于接收发送器,也作出与发送发送器相对的规定,收、发端通过平衡双绞线将A-A与B-B 对应相连。当在接收端A-B 之间有大于+200mV 的电平时,输出为正逻辑电平;小于-200mV 时,输出为负逻辑电平。在接收发送器的接收平衡线上,电平范围通常在200mV至6V 之间。参见图 2 所示。定义逻辑1(正逻辑电平)为B>A 的状态,逻辑0(负逻辑电平)为A>B 的状态,A、B 之间的压差不小于200mV。

TIA/EIA-485 串行通讯标准的性能如表格 1 所示:
EIA-485
图2  RS485接收器示意图

RS485接收
表1 TIA/EIA-485 通讯方式的性能

RS-485 标准的最大传输距离约为1219 米,最大传输速率为10Mbps。通常,RS-485 网络采用平衡双绞线作为传输媒体。平衡双绞线的长度与传输速率成反比,只有在20kbps 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。一般来说,15 米长双绞线最大传输速率仅为1Mbps。

注意:并不是所有的RS-485 收发器都能够支持高达10Mbps 的通讯速率。如果采用光电隔离方式,则通讯速率一般还会受到光电隔离器件响应速度的限制。RS-485 网络采用直线拓朴结构,需要安装2 个终端匹配电阻,其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗(一般取值为120Ω)。在矩距离、或低波特率波数据传输时可不需终端匹配电阻,即一般在300 米以下、19200bps 不需终端匹配电阻。终端匹配电阻安装在RS-485 传输网络的两个端点,并联连接在A-B 引脚之间。RS-485 标准通常被用作为一种相对经济、具有相当高噪声抑制、相对高的传输速率、传输距离远、宽共模范围的通信平台。同时,RS-485 电路具有控制方便、成本低廉等优点。

在过去的20 年时间里,建议性标准RS-485 作为一种多点差分数据传输的电气规范,被应用在许多不同的领域,作为数据传输链路。目前,在我国应用的现场网络中,RS-485半双工异步通信总线也是被各个研发机构广泛使用的数据通信总线。但是基于在RS-485 总线上任一时刻只能存在一个主机的特点,它往往应用在集中控制枢纽与分散控制单元之间。

2. RS-485的特点

与RS232相比,RS485具有以下特点:
● 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。
● RS-485的数据最高传输速率为10Mbps
● 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。
● 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)。

3. RS-485接口定义

RS-485没有统一的接口定义标准,各厂商使用自己的认为合适的接口,如DB9,RJ45,RJ11等。因此,接口引脚定义要看具体的产品说明书。

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