工业通讯总线RS485和RS232

工业通讯总线RS485和RS232

1.RS232

RS-232 标准接口（又称 EIA RS-232） 是常用的串行通信接口标准之一， 它是由美国电子工业协会(Electronic Industry Association， EIA)联合贝尔系统公司、 调制解调器厂家及计算机终端生产厂家于 1 970 年共同制定， 其全名是“数据终端设备( DTE)和数据通信设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”。

RS-232 总线规定了 25 条线， 包含了两个信号通道， 即第一通道（称为主通道） 和第二通道（称为副通道） 。 利用 RS- 232 总线可以实现全双工通信， 通常使用的是主通道， 而副通道使用较少。 在一般应用中， 使用 3 条～9 条信号线就可以实现全双工通信， 采用三条信号线（接收线、 发送线和信号线） 能实现简单的全双工通信过程。RS232 协议使用不同于标准 5V 的信号电平传输电线数据， 以最大程度地减少信号干扰。它以恒定速率执行异步传输， 该速率与起始脉冲信号的电平同步。

RS232 协议使用不同于标准 5V 的信号电平传输电线数据， 以最大程度地减少信号干扰。它以恒定速率执行异步传输， 该速率与起始脉冲信号的电平同步。

1.1 接口定义

RS-232 是 PC 机与通信中应用最广泛的一种串行接口。 RS-232 被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。 RS-232 采取不平衡传输方式。 RS232 标准采用的接口是9 针或 25 针的 D 型插头， 常用的一般是 9 针插头， 为 D 形 9 针头， 所有连接设备的接口的信号定义是一样的， 其信号定义如下：

1.2 RS232 电平信号

RS232 采用负逻辑电平， RS232 采用 非差分（同分信号）进行传输； 逻辑 1 对应 +5 ~ +15V； 逻辑 0 对应 -15 ~ -5V。

1.3 通讯距离及速率

协议最初规定设备最大速率为 20kbps。 RS-232 规定的标准传送速率有 50b/s、 75b/s、110b/s、 150b/s、300b/s、 600b/s、 1200b/s、 2400b/s、 4800b/s、 9600b/s、 19200b/s， 可以灵活地适应不同速率的设备。 对于慢速外设， 可以选择较低的传送速率： 反之， 可以选择较高的传送速率。 Rs232 串口连线最长的通信距离是 15 米。 RS232 的最大传输速率为 20Kbps。

1.4 RS232 缺点

接口的信号电平值较高， 易损坏接口电路的芯片， 又因为与 TTL 电平不兼容故需使用电平转换电路方能与 TTL 电路连接。

传输速率较低， 在异步传输时， RS232 的最大传输速率为 20Kbps。

接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式， 这种共地传输容易产生共模干扰， 所以抗噪声干扰性弱。

传输距离有限， 最大传输距离标准值为 50 英尺， 实际上也只能用在 15 米左右。

2.RS485

485（一般称作 RS485/EIA-485） 是属于 OSI 模型物理层的电气特性规定为 2 线， 半双工， 多点通信的标准。 它的电气特性和 RS-232 大不一样。 用缆线两端的电压差值来表示传递信号。 RS485 仅仅规定了接收端和发送端的电气特性。 它没有规定或推荐任何数据协议。

典型的串行通讯标准是 RS232 和 RS485， 它们定义了电压,阻抗等， 但不对软件协议给予定义。 RS-485 总线标准规定了总线接口的电气特性标准即对于 2 个逻辑状态的定义：逻辑 1 是+2V+6V 之间， 逻辑 0 是-2V～-6V 之间， 采用差分传输方式， 能够有效减少噪声信号的干扰。

RS-485 总线技术只是规定了接口的电气标准， 并没有规定 RS-485 接口的电缆， 插件以及通信协议， 只是 OSI 规范中物理层的一个标准， 由于 RS-485 总线采用差分平衡传输方式， 一般使用的电缆建议采用屏蔽双绞线， 使得 485+与 485-两两双绞， 外面采用屏蔽层屏蔽外部电磁干扰， 但是在现场实施施工中， 有人采用平行线也是可以适用于 RS-485 总线的电缆， 只是抗干扰能力较差， 传输距离不远且通信质量不稳定， 一般都是建议采用屏蔽双绞线。 而接口定义形式，由于 RS-485 总线一般都是用到 485+， 485-以及 GND 三根线， 没有硬性规定接口定义形式，一般市面上多见的接口形式有 RJ45 接口， 工业接线端子接口， DB9 串口接线端子以及 RJ11电话线接口等。一般而言， 采用工业接线端子更为合适， 因为如果需要接入终端电阻的话， 采用工业接线端子是很好接入的， 而且接入屏蔽双绞线也是工业接线端子更加方便。

RS485 的特点

接口电平低， 不易损坏芯片。 RS485 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 RS232 降低了，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。

传输速率高。 10 米时 RS485 的数据最高传输速率可达 35Mbps， 在 1200m 时， 传输速度可达100Kbps。

抗干扰能力强。 RS485 接口是采用平衡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。

传输距离远， 支持节点多。 RS485 总线最长可以传输 1200m 以上（速率≤100Kbps）一般最大支持 32 个节点， 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。

485 总线由于其布线简单， 稳定可靠从而广泛的应用于 视频监控， 门禁对讲， 楼宇报警等各个领域中。

2.1 485 总线布线方法

在 485 总线的简单应用中， 一般采用总线型的拓扑结构布线方式。 但是在比较复杂的系统中， 总线型拓扑结 构的布线施工不但非常繁琐， 而且还浪费了大量的连线。 灵活利用485 集线器或 485 中继器， 可以将总线型的拓 扑结构连接成星形或树型的拓扑结构。 大大的方便了前期施工和后期的维修工作。

2.2 HT485 芯片

HT485 是用于 RS-485 和 RS-422 通信的低功率收发器。 IC 包含一个驱动器和一个接收器。HT485 的驱动器转换速率不受限制， 允许它们传输高达 2.5Mbps。 这些收发器在空载或满载着禁用的驱动程序。 所有部件都由一个 5V 电源供电。 驱动器短路电流受限， 并通过热关机电路防止过度功耗这将驱动器输出置于高阻抗状态。 接收器输入具有故障安全功能如果输入开路， 则保证逻辑高输出。 HT485 设计用于半双工应用。

其中的 RE 引 脚是收发控制位， 低电平表示接收， 高电平表示发送。

特性

使用人体模型对 RS-485/RS-422 I/OPins± 15kV 进行扩展 ESD 保护

低静态电流： 300µA； -7V 至+12V 共模输入电压范围； 三态输出

提供全双工和半双工版本

从单个 5V 电源操作， 总线上最多允许 32 个收发器数据速率： 2.5 Mbps

驱动器过载保护的限流和热关机

485 通信如果需要实现一主多从通信， 还需要自 己设计通信协议， 使用地址来区分从机。一般可以参考 modbus 协议协议进行设计。

审核编辑：汤梓红