工業通訊總線RS485和RS232

1.RS232

RS-232 標準接口（又稱 EIA RS-232） 是常用的串行通信接口標準之一， 它是由美國電子工業協會(Electronic Industry Association， EIA)聯合貝爾系統公司、 調制解調器廠家及計算機終端生產廠家于 1 970 年共同制定， 其全名是“數據終端設備( DTE)和數據通信設備(DCE)之間串行二進制數據交換接口技術標準”。

RS-232 總線規定了 25 條線， 包含了兩個信號通道， 即第一通道（稱為主通道） 和第二通道（稱為副通道） 。 利用 RS- 232 總線可以實現全雙工通信， 通常使用的是主通道， 而副通道使用較少。 在一般應用中， 使用 3 條～9 條信號線就可以實現全雙工通信， 采用三條信號線（接收線、 發送線和信號線） 能實現簡單的全雙工通信過程。RS232 協議使用不同于標準 5V 的信號電平傳輸電線數據， 以最大程度地減少信號干擾。它以恒定速率執行異步傳輸， 該速率與起始脈沖信號的電平同步。

RS232 協議使用不同于標準 5V 的信號電平傳輸電線數據， 以最大程度地減少信號干擾。它以恒定速率執行異步傳輸， 該速率與起始脈沖信號的電平同步。

1.1 接口定義

RS-232 是 PC 機與通信中應用最廣泛的一種串行接口。 RS-232 被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標準。 RS-232 采取不平衡傳輸方式。 RS232 標準采用的接口是9 針或 25 針的 D 型插頭， 常用的一般是 9 針插頭， 為 D 形 9 針頭， 所有連接設備的接口的信號定義是一樣的， 其信號定義如下：

1.2 RS232 電平信號

RS232 采用負邏輯電平， RS232 采用 非差分（同分信號）進行傳輸； 邏輯 1 對應 +5 ~ +15V； 邏輯 0 對應 -15 ~ -5V。

1.3 通訊距離及速率

協議最初規定設備最大速率為 20kbps。 RS-232 規定的標準傳送速率有 50b/s、 75b/s、110b/s、 150b/s、300b/s、 600b/s、 1200b/s、 2400b/s、 4800b/s、 9600b/s、 19200b/s， 可以靈活地適應不同速率的設備。 對于慢速外設， 可以選擇較低的傳送速率： 反之， 可以選擇較高的傳送速率。 Rs232 串口連線最長的通信距離是 15 米。 RS232 的最大傳輸速率為 20Kbps。

1.4 RS232 缺點

接口的信號電平值較高， 易損壞接口電路的芯片， 又因為與 TTL 電平不兼容故需使用電平轉換電路方能與 TTL 電路連接。

傳輸速率較低， 在異步傳輸時， RS232 的最大傳輸速率為 20Kbps。

接口使用一根信號線和一根信號返回線而構成共地的傳輸形式， 這種共地傳輸容易產生共模干擾， 所以抗噪聲干擾性弱。

傳輸距離有限， 最大傳輸距離標準值為 50 英尺， 實際上也只能用在 15 米左右。

2.RS485

485（一般稱作 RS485/EIA-485） 是屬于 OSI 模型物理層的電氣特性規定為 2 線， 半雙工， 多點通信的標準。 它的電氣特性和 RS-232 大不一樣。 用纜線兩端的電壓差值來表示傳遞信號。 RS485 僅僅規定了接收端和發送端的電氣特性。 它沒有規定或推薦任何數據協議。

典型的串行通訊標準是 RS232 和 RS485， 它們定義了電壓,阻抗等， 但不對軟件協議給予定義。 RS-485 總線標準規定了總線接口的電氣特性標準即對于 2 個邏輯狀態的定義：邏輯 1 是+2V+6V 之間， 邏輯 0 是-2V～-6V 之間， 采用差分傳輸方式， 能夠有效減少噪聲信號的干擾。

RS-485 總線技術只是規定了接口的電氣標準， 并沒有規定 RS-485 接口的電纜， 插件以及通信協議， 只是 OSI 規范中物理層的一個標準， 由于 RS-485 總線采用差分平衡傳輸方式， 一般使用的電纜建議采用屏蔽雙絞線， 使得 485+與 485-兩兩雙絞， 外面采用屏蔽層屏蔽外部電磁干擾， 但是在現場實施施工中， 有人采用平行線也是可以適用于 RS-485 總線的電纜， 只是抗干擾能力較差， 傳輸距離不遠且通信質量不穩定， 一般都是建議采用屏蔽雙絞線。 而接口定義形式，由于 RS-485 總線一般都是用到 485+， 485-以及 GND 三根線， 沒有硬性規定接口定義形式，一般市面上多見的接口形式有 RJ45 接口， 工業接線端子接口， DB9 串口接線端子以及 RJ11電話線接口等。一般而言， 采用工業接線端子更為合適， 因為如果需要接入終端電阻的話， 采用工業接線端子是很好接入的， 而且接入屏蔽雙絞線也是工業接線端子更加方便。

RS485 的特點

接口電平低， 不易損壞芯片。 RS485 的電氣特性： 邏輯“ 1”以兩線間的電壓差為+(2 ~ 6)V 表示； 邏輯“ 0”以兩線間的電壓差為-(2~6)V 表示。 接口信號電平比 RS232 降低了，不易損壞接口電路的芯片， 且該電平與 TTL 電平兼容， 可方便與 TTL 電路連接。

傳輸速率高。 10 米時 RS485 的數據最高傳輸速率可達 35Mbps， 在 1200m 時， 傳輸速度可達100Kbps。

抗干擾能力強。 RS485 接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合， 抗共模干擾能力增強， 即抗噪聲干擾性好。

傳輸距離遠， 支持節點多。 RS485 總線最長可以傳輸 1200m 以上（速率≤100Kbps）一般最大支持 32 個節點， 如果使用特制的 485 芯片， 可以達到 128 個或者 256 個節點，最大的可以支持到 400 個節點。

485 總線由于其布線簡單， 穩定可靠從而廣泛的應用于 視頻監控， 門禁對講， 樓宇報警等各個領域中。

2.1 485 總線布線方法

在 485 總線的簡單應用中， 一般采用總線型的拓撲結構布線方式。 但是在比較復雜的系統中， 總線型拓撲結 構的布線施工不但非常繁瑣， 而且還浪費了大量的連線。 靈活利用485 集線器或 485 中繼器， 可以將總線型的拓 撲結構連接成星形或樹型的拓撲結構。 大大的方便了前期施工和后期的維修工作。

2.2 HT485 芯片

HT485 是用于 RS-485 和 RS-422 通信的低功率收發器。 IC 包含一個驅動器和一個接收器。HT485 的驅動器轉換速率不受限制， 允許它們傳輸高達 2.5Mbps。 這些收發器在空載或滿載著禁用的驅動程序。 所有部件都由一個 5V 電源供電。 驅動器短路電流受限， 并通過熱關機電路防止過度功耗這將驅動器輸出置于高阻抗狀態。 接收器輸入具有故障安全功能如果輸入開路， 則保證邏輯高輸出。 HT485 設計用于半雙工應用。

其中的 RE 引 腳是收發控制位， 低電平表示接收， 高電平表示發送。

特性

使用人體模型對 RS-485/RS-422 I/OPins± 15kV 進行擴展 ESD 保護

低靜態電流： 300μA； -7V 至+12V 共模輸入電壓范圍； 三態輸出

提供全雙工和半雙工版本

從單個 5V 電源操作， 總線上最多允許 32 個收發器數據速率： 2.5 Mbps

驅動器過載保護的限流和熱關機

485 通信如果需要實現一主多從通信， 還需要自 己設計通信協議， 使用地址來區分從機。一般可以參考 modbus 協議協議進行設計。

審核編輯：湯梓紅