RS485串口信息
发表时间：2018-09-13
RS485串口信息
RS485简介
RS232， RS422， RS423和RS485是计算机和设备的串行通信方法。毫无疑问，RS232是最着名的接口，因为这个串行接口几乎可以在当今所有的计算机上实现。但其他一些接口肯定很有趣，因为它们可用于RS232不合适的情况。我们将专注于RS485接口。RS232是一个接口，用于将一个DTE，数据终端设备连接到一个DCE，数据通信设备的最大速度为20 kbps，最大电缆长度为50英尺。在过去几乎所有计算机设备都使用调制解调器进行连接时，这已足够，但在人们开始寻找能够满足以下一项或多项要求的接口后不久：
- 无需调制解调器即可直接连接DTE
- 在网络结构中连接多个DTE
- 能够进行更长距离的通信
- 能够以更快的通信速率进行通信
RS485是EIA定义的标准系列中最通用的通信标准，因为它在所有四个点上都表现良好。这就是为什么RS485目前是数据采集和控制应用中广泛使用的通信接口，其中多个节点相互通信。
RS485的差分信号：
更长的距离和更高的比特率
RS232的主要问题之一是信号线上的噪声缺乏免疫力。发送器和接收器将数据和握手线的电压与一个公共零线进行比较。地面的移位会产生灾难性的后果。因此，RS232接口的触发电平设置为相对较高的±3伏。噪音容易被拾取并限制最大距离和通信速度。相反，RS485不存在作为信号参考的公共零点。RS485发射器和接收器的地电平有几伏特差异不会造成任何问题。RS485信号是浮动的，每个信号通过Sig +线和Sig-线传输。RS485接收器比较两条线之间的电压差，而不是信号线上的绝对电压电平。这很有效并且可以防止接地回路的存在，这是通信问题的常见来源。如果Sig +和Sig-线被扭曲，则可以获得最佳结果。下图解释了原因。
在上图中，来自环境的磁场产生噪声。图中显示了磁场线和RS485数据线中的噪声电流，这是该磁场的结果。在直通电缆中，所有噪声电流都在同一方向流动，实际上产生的回路电流与普通变压器一样。当电缆被扭曲时，我们看到在信号线的某些部分，噪声电流的方向是来自电缆其他部分电流的相反方向。因此，产生的噪声电流比普通的直线电缆要低很多。屏蔽 - 这是防止RS232线路中噪声的常用方法 - 试图使敌方磁场远离信号线。RS485通信中的双绞线增加了抗扰度，这是一种更好的抗噪声方法。允许磁场通过，但不会造成伤害。如果需要高抗噪性，通常使用扭曲和屏蔽的组合，例如在STP，屏蔽双绞线和FTP，箔式双绞线网络电缆中。差分信号和扭曲使RS485能够通过比RS232实现的更长的通信距离进行通信。RS485通讯距离可达1200米。差分信号和扭曲使RS485能够通过比RS232实现的更长的通信距离进行通信。RS485通讯距离可达1200米。差分信号和扭曲使RS485能够通过比RS232实现的更长的通信距离进行通信。RS485通讯距离可达1200米。
差分信号线还允许比非差分连接更高的比特率。因此RS485可以克服RS232的实际通信速度限制。目前生产的RS485驱动器可以达到35 mbps的比特率。
与RS232，RS422和RS423相比，RS485的特性
| RS232 | RS423 | RS422 | RS485 | |
|---|---|---|---|---|
| 微分 | 没有 | 没有 | 是 | 是 |
|
最大驱动 器数最大接收器数 |
1 1 |
1 10 |
1 10 |
32 32 |
| 运作方式 |
半双工 全双工 |
半双工 |
半双工 |
半双工 |
| 网络拓扑结构 | 点对点 | 多点 | 多点 | 多点 |
| 最大距离（按标准） | 15米 | 1200米 | 1200米 | 1200米 |
|
最大速度为12米 最大速度为1200米 |
20 kbs （1 kbs） |
100 kbs 1 kbs |
10 Mbs 100 kbs |
35 Mbs 100 kbs |
| 最大摆率 | 30 V /μs | 可调整的 | N / A | N / A |
| 接收器输入电阻 | 3..7kΩ | ≧4kΩ | ≧4kΩ | ≧12kΩ |
| 驱动器负载阻抗 | 3..7kΩ | ≧450Ω | 100Ω | 54Ω |
| 接收器输入灵敏度 | ±3 V | ±200 mV | ±200 mV | ±200 mV |
| 接收器输入范围 | ±15 V | ±12 V | ±10 V | -7..12 V |
| 最大驱动器输出电压 | ±25 V | ±6 V. | ±6 V. | -7..12 V |
| 最小驱动器输出电压（带负载） | ±5 V. | ±3.6 V. | ±2.0 V | ±1.5 V |
这张表中的所有信息告诉我们什么？首先，我们看到差分接口RS422和RS485的速度远远优于单端版RS232和RS423。我们还看到，RS232和RS423都有最大的压摆率。这样做是为了避免信号的反射。最大压摆率也限制了线路上的最大通信速度。对于其他接口-RS422和RS485-压摆率是不确定的。为避免反射较长的电缆，必须使用适当的终端电阻。
我们还看到所有接口的最大允许电压电平都在相同的范围内，但是对于更快的接口，信号电平更低。由于这种RS485，其他可用于几伏的严重地电平移位，同时高比特率是可能的，因为逻辑0和逻辑1之间的转换只有几百毫伏。
有趣的是，RS232是唯一能够进行全双工通信的接口。这是因为在其他接口上，通信信道由多个接收器共享，并且在RS485的情况下由多个发送器共享。RS232有一条独立的通信线路，用于发送和接收 - 具有良好的协议 - 允许以与其他接口相同的比特率获得更高的有效数据速率。大多数协议中所需的请求和确认数据不会消耗RS232的主数据信道上的带宽。
RS485的网络拓扑结构
网络拓扑可能是RS485现在成为数据采集和控制应用中所提到的四个接口的最爱的原因。RS485是唯一能够在同一网络中互联多个发送器和接收器的接口。当使用输入电阻为12kΩ的默认RS485接收器时，可以将32个设备连接到网络。目前可用的高阻RS485输入允许将此数字扩展到256.还可以使用RS485中继器，可以将节点数增加到数千，跨越数公里。而且这种接口不需要智能网络硬件：软件方面的实现并不比使用RS232困难得多。这就是为什么RS485如此受计算机，PLC，RS485网络拓扑
在上图中，显示了RS485的一般网络拓扑。N个节点连接在多点RS485网络中。对于更高的速度和更长的线路，线路两端都需要终端电阻以消除反射。两端使用100Ω电阻。RS485网络必须设计为具有多个下降的一条线，而不是星形。虽然星形配置中的总电缆长度可能更短，但是不再能够进行足够的端接，并且信号质量可能会显着降低。
RS485功能
而现在最重要的问题是，RS485在实践中如何运作？默认情况下，RS485总线上的所有发送器都处于高阻态的三态。在大多数更高级别的协议中，其中一个节点被定义为通过RS485总线发送查询或命令的主节点。所有其他节点都接收这些数据。根据发送数据中的信息，线路上的零个或多个节点响应主站。在这种情况下，带宽几乎可以使用100％。还有RS485网络的其他实现，其中每个节点都可以自己启动数据会话。这与以太网网络的运行方式相当。由于这种实现方式存在数据崩溃的可能性，理论告诉我们，在这种情况下，只有37％的带宽将被有效使用。发送者无需明确打开或关闭RS485驱动程序。RS485驱动程序在数据发送后的几微秒内自动返回高阻态三态。因此，不需要在RS485总线上的数据包之间存在延迟。
RS485用作许多众所周知的接口标准的电气层，包括Profibus和Modbus。因此RS485将来会使用多年。
