三种常见的串行数据标准：RS-232、RS-422和RS-485

摘要：按照技术指标和电气接口介绍三种常见的串行数据标准：RS-232、RS-422和RS-485。介绍电缆端接技术、多个负载的使用、RS-232菊花链连接、RS-232至RS-485的转换、RS-485至RS-232的转换，以及RS-232端口供电的RS-485转换。
 

引言

“标准的奇妙之处在于有如此之多的选择。”这句话出现在最近一次关于光缆的会议中，但同样也适用于电气接口标准。随着不同行业内串行数据标准的独立发展，我们拥有的标准从未如此之多。

PC和电信应用领域最成功的串行数据标准可能就是RS-232。相类似，RS-485和RS-422也在工业应用领域最成功的标准之列。这些标准并不直接兼容。然而，对于控制和仪器仪表应用，往往必须在不同标准之间进行通信。本文讨论不同的标准(物理层指标)，介绍如何将一种标准转换为另一种标准，并演示如何在相同应用中组合不同的标准。

RS-232电气指标和典型连接

RS-232链路最初用于支持IBM PC上的调制解调器和打印机应用。然而，该标准现在支持各种外设与PC通信。RS-232标准定义为单端标准，用于以较低波特率(<20kbps)提高串行通信距离。多年以来，该标准几经变化，以支持较快的驱动器，例如MAX3225E，该器件能提供1Mbps数据传输速率。为了兼容RS-232，MAX3225E等收发器必须满足表1所列的电气指标。从典型连接(图1)可看出，利用硬件握手来控制数据流。

表 1. RS-232标准的主要电气指标汇总

参数条件最小最大单位
驱动器输出电压，开路     25 V 
驱动器输出电压，带载 3kΩ < RL < 7kΩ ±5 ±15 V 
驱动器输出电阻，关断 -2V < V < 2V   300   
电压变化率   4 30 V/µs 
最大负载电容     2500 pF 
接收器输入电阻   3 7 kΩ 
接收器输入门限： 
输出 = 串号(逻辑1)   -3   V 
输出 = 空号(逻辑0)     3 V 

图1. 典型的RS-232连接。

典型RS-232信号(图2，CH1)的摆动范围为正和负。注意左侧坐标轴上0V踪迹标记的相对位置。尽管RS-232数据为反相，从TTL/CMOS到RS-232然后再返回至TTL/CMOS的转换恢复了数据的原始极性。RS-232的典型传输距离很少超过100英尺。原因有两个：首先，发送电平(±5V)和接收电平(±3V)之差只允许有2V的共模抑制；第二，较长电缆的分布电容可能超过规定的最大负载(2500pF)，从而降低摆率。由于RS-232被设计为点对点接口，并非多节点接口，所以其驱动器的指标为3kΩ至7kΩ单负载。因此，多节点接口应用通常采用菊链的连接方法(图3)。

图2. RS-232接收器支持双极性输入信号(上部踪迹，CH1)，输出反相的TTL/CMOS信号(底部踪迹，CH2)。

图3. 菊链方法允许在单个RS-232链路上挂接多个从机接收器。

菊链设备及其限制

在菊链配置中，RS-232信号经过第一个接收器，并环回至发送器。对数据发送线中之后的器件重复该配置。该项技术的主要问题是电缆断裂。如果从机1和从机2之间发生断裂，妨碍所有下行器件发送或接收数据。另一种多节点RS-232技术涉及到预缓冲或RS-232输出升压驱动(使其驱动多个并联的5kΩ输入)。