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RS485串口信息

文章出處:未知 瀏覽次數:發表時間:2018-09-13

RS485串口信息

RS485簡介

RS232RS422RS423和RS485是計算機和設備的串行通信方法。毫無疑問,RS232是最著名的接口,因為這個串行接口幾乎可以在當今所有的計算機上實現。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。我們將專注于RS485接口。
RS232是一個接口,用于將一個DTE,數據終端設備連接到一個DCE,數據通信設備的最大速度為20 kbps,最大電纜長度為50英尺。在過去幾乎所有計算機設備都使用調制解調器進行連接時,這已足夠,但在人們開始尋找能夠滿足以下一項或多項要求的接口后不久:
  • 無需調制解調器即可直接連接DTE
  • 在網絡結構中連接多個DTE
  • 能夠進行更長距離的通信
  • 能夠以更快的通信速率進行通信

RS485是EIA定義的標準系列中最通用的通信標準,因為它在所有四個點上都表現良好。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,其中多個節點相互通信。

RS485的差分信號:
更長的距離和更高的比特率

RS232的主要問題之一是信號線上的噪聲缺乏免疫力。發送器和接收器將數據和握手線的電壓與一個公共零線進行比較。地面的移位會產生災難性的后果。因此,RS232接口的觸發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。RS485發射器和接收器的地電平有幾伏特差異不會造成任何問題。RS485信號是浮動的,每個信號通過Sig +線和Sig-線傳輸。RS485接收器比較兩條線之間的電壓差,而不是信號線上的絕對電壓電平。這很有效并且可以防止接地回路的存在,這是通信問題的常見來源。如果Sig +和Sig-線被扭曲,則可以獲得最佳結果。下圖解釋了原因。
直線和雙絞線電纜的噪音
直線和雙絞線電纜的噪音

在上圖中,來自環境的磁場產生噪聲。圖中顯示了磁場線和RS485數據線中的噪聲電流,這是該磁場的結果。在直通電纜中,所有噪聲電流都在同一方向流動,實際上產生的回路電流與普通變壓器一樣。當電纜被扭曲時,我們看到在信號線的某些部分,噪聲電流的方向是來自電纜其他部分電流的相反方向。因此,產生的噪聲電流比普通的直線電纜要低很多。屏蔽 - 這是防止RS232線路中噪聲的常用方法 - 試圖使敵方磁場遠離信號線。RS485通信中的雙絞線增加了抗擾度,這是一種更好的抗噪聲方法。允許磁場通過,但不會造成傷害。如果需要高抗噪性,通常使用扭曲和屏蔽的組合,例如在STP,屏蔽雙絞線和FTP,箔式雙絞線網絡電纜中。差分信號和扭曲使RS485能夠通過比RS232實現的更長的通信距離進行通信。RS485通訊距離可達1200米。差分信號和扭曲使RS485能夠通過比RS232實現的更長的通信距離進行通信。RS485通訊距離可達1200米。差分信號和扭曲使RS485能夠通過比RS232實現的更長的通信距離進行通信。RS485通訊距離可達1200米。
差分信號線還允許比非差分連接更高的比特率。因此RS485可以克服RS232的實際通信速度限制。目前生產的RS485驅動器可以達到35 mbps的比特率。

與RS232,RS422和RS423相比,RS485的特性

RS232,RS422,RS423和RS485的特性
  RS232 RS423 RS422 RS485
微分 沒有 沒有
最大驅動
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
 
網絡拓撲結構 點對點 多點 多點 多點
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
最大驅動器輸出電壓 ±25 V ±6 V. ±6 V. -7..12 V
最小驅動器輸出電壓(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,通信信道由多個接收器共享,并且在RS485的情況下由多個發送器共享。RS232有一條獨立的通信線路,用于發送和接收 - 具有良好的協議 - 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。大多數協議中所需的請求和確認數據不會消耗RS232的主數據信道上的帶寬。

RS485的網絡拓撲結構

網絡拓撲可能是RS485現在成為數據采集和控制應用中所提到的四個接口的最愛的原因。RS485是唯一能夠在同一網絡中互聯多個發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,可以將32個設備連接到網絡。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,可以將節點數增加到數千,跨越數公里。而且這種接口不需要智能網絡硬件:軟件方面的實現并不比使用RS232困難得多。這就是為什么RS485如此受計算機,PLC,

RS485網絡拓撲
RS485網絡拓撲

在上圖中,顯示了RS485的一般網絡拓撲。N個節點連接在多點RS485網絡中。對于更高的速度和更長的線路,線路兩端都需要終端電阻以消除反射。兩端使用100Ω電阻。RS485網絡必須設計為具有多個下降的一條線,而不是星形。雖然星形配置中的總電纜長度可能更短,但是不再能夠進行足夠的端接,并且信號質量可能會顯著降低。

RS485功能

而現在最重要的問題是,RS485在實踐中如何運作?默認情況下,RS485總線上的所有發送器都處于高阻態的三態。在大多數更高級別的協議中,其中一個節點被定義為通過RS485總線發送查詢或命令的主節點。所有其他節點都接收這些數據。根據發送數據中的信息,線路上的零個或多個節點響應主站。在這種情況下,帶寬幾乎可以使用100%。還有RS485網絡的其他實現,其中每個節點都可以自己啟動數據會話。這與以太網網絡的運行方式相當。由于這種實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。

發送者無需明確打開或關閉RS485驅動程序。RS485驅動程序在數據發送后的幾微秒內自動返回高阻態三態。因此,不需要在RS485總線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將來會使用多年。


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