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RS232,RS422和RS485知识整理

发布时间:2022-04-11 14:00:19

一、RS232

  RS-232-C是个人计算机上常用的通讯接口之一,由EIA所制定的异步传输标准接口。常见的RS-232接口通常以9针脚(DB9)或25针脚(DB25)的形态出现,而工业控制的RS-232接口一般只使用RXD、TXD、GND三条线。

  采用差分信号负逻辑,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。

  RS-232-C标准规定,驱动器允许有2500pF的电容负载,通信距离将受此电容限制,例如,采用150pF/m的通信电缆时,最大通信距离为15m;若每米电缆的电容量减小,通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送,存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题,因此一般用于20m以内的通信。具体通讯距离还与通信速率有关,例如,在9600pbs时,普通双绞屏蔽线时,距离可达30-35米。

  接口使用信号线和GND与其他设备形成共地模式的通信,这种共地模式传输容易产生干扰,并且抗干扰性能也比较弱。EIA-RS-232C对电气特性、逻辑电平也都作了规定。

举例说明RS-232 9针脚接口定义:

针脚接口

串口接线图

二、RS422输出

  RS-422由RS-232发展而来,RS-422定义了一种平衡通信接口,将传输速率提高到10Mb/s,传输距离延长到4000英尺(速率低于100kb/s时),并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范,被命名为TIA/EIA-422-A标准。

  RS-422有4根信号线:两根发送(Y、Z)、两根接收(A、B)。由于RS-422的收与发是分开的所以可以同时收和发,所以RS-422定义为全双工的,一般额外地多一根地线。由于接收器采用高输入阻抗且发送驱动器比RS-232具有更强的驱动能力,所以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(Slave),而从设备之间不能通信,故RS-422支持点对多的双向通信。如接收器输入阻抗为4k,故发端最大负载能力是10×4k+100Ω(终接电阻)。

  RS-422的最大传输距离为4000英尺(约1219米),最大传输速率为10Mb/s。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在 100kb/s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 1Mb/s。

三、RS485

  在RS-422基础上制定了RS-485标准,增加了多点、双向通信能力,即允许多个发送器连接到同一条总线上,同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性,扩展了总线共模范围。

  RS-485有2根信号线:发送和接收都是A和B,收发共用两根线,所以不能够同时收和发被定义为半双工的。由于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。

  发送端:逻辑"1"以两线间的电压差为+(2 至6) V 表示;逻辑"0"以两线间的电压差为-(2 至6)V 表示。接收端:A比B高200mV以上即认为是逻辑"1",A 比B 低200mV以上即认为是逻辑"0"。

  一个RS-485驱动器的驱动能力一般可以驱动32个接收器(即接收器为1/32单位负载)。如果使用特制的485芯片,可以达到128个或者256个节点,最大的可以支持到400个节点。既然继承了RS-422,所以RS-485可以为全双工的,现在大多数全双工RS-485驱动/接收器对都是标:RS-422/RS-485的,因为全双工RS-485的驱动/接收器可以用在RS422网络。

  RS-485最大的通信距离约为1219m,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 100kb/s速率以下,才可能达到最大传输距离。如果需传输更长的距离,需要加485中继器。RS-485采用平衡发送驱动器和差分接收器的组合,抗共模干扰能力增强,即抗噪声干扰性好。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。

  连接RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来。而忽略了信号地的连接,这种连接方法在许多场合是能正常工作的,但却埋下了很大的隐患,这有二个原因:

  (1)共模干扰问题: RS-485接口采用差分方式传输信号方式,并不需要相对于某个参照点来检测信号,系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围,RS-485收发器共模电压范围为-7~+12V,只有满足上述条件,整个网络才能正常工作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠,甚至损坏接口。

  (2)EMI问题:发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路,如没有一个低阻的返回通道(信号地),就会以辐射的形式返回源端,整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。由于PC机默认的只带有RS232接口,有两种方法可以得到PC上位机的RS485电路。            

  (3)通过RS232/RS485转换电路将PC机串口RS232信号转换成RS485信号,对于情况比较复杂的工业环境最好是选用防浪涌带隔离珊的产品。

  (4)通过PCI多串口卡,可以直接选用输出信号为RS485类型的扩展卡。


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