RS232-422-485特性比較

1、RS-232/422/485 特性比較接口種類繁多，從傳統(tǒng)的通用外圍電路、RS-232、RS-422、RS-485、MODEMJ 現(xiàn)在的 USBIEEE1394Internet 網(wǎng)絡(luò)等，它們在不同的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)字信號的傳輸隨著距離的增加和信號傳輸速率的提高，在傳輸線上的反射、串?dāng)_、衰減和共地噪聲等影響將引起信號的畸變，從而限制了通信距離。普通的 TTL 電路，由于驅(qū)動(dòng)能力差，輸入電阻小，靈敏度不高以及抗干擾能力差，因而信號傳輸?shù)木嚯x短。借助接口電路，可以進(jìn)行較長距離的數(shù)據(jù)傳輸。通信接口按電氣標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議來分包括 RS-232、RS-422、RS485、USB 等。RS-232、RS-

2、422、RS-485 標(biāo)準(zhǔn)只對接口的電氣特性做出規(guī)定，不涉及接插件、電纜或協(xié)議。USB 是近幾年發(fā)展起來的新型接口標(biāo)準(zhǔn)，主要應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域。MODEM 芯片通常配合串行口實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號與模擬信號之間的相互轉(zhuǎn)換，從而可以利用電話線或電力線進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。RS-232 串行總線接口目前 RS-232 是 PC 機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)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信中增加通信距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。RS-232 采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通信。典型的 RS-232 信號在正負(fù)電平之間擺動(dòng)，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器輸出正電平在+5+15V,負(fù)電平在-5-15V 電平。當(dāng)無

3、數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，線上為 TTL,從開始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從 TTL 電平到RS-232 電平再返回 TTL 電平。接收器典型的工作電平在+3+12V 與-3-12VRS-232 是為點(diǎn)對點(diǎn)（即只用一對收、發(fā)設(shè)備）通信而設(shè)計(jì)的，其驅(qū)動(dòng)器負(fù)載為于 RS-232 發(fā)送電平與接收電平的差僅為 2V 至 3V 左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線約 15 米，最高速率為 20kb/s。所以 RS-232 適合本地設(shè)備之間的通信。有關(guān)電氣參數(shù)參見表RS-422 串行總線接口為改進(jìn) RS-232 通信距離短、速度低的缺點(diǎn)，RS-422 定義了一種上的分布電容，其傳送距離最大為RS-422 由 RS-2

4、32 發(fā)展而來。制發(fā)送驅(qū)動(dòng)器與傳輸線的切斷與連接。當(dāng)“使能”端起作用時(shí)，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器處于高阻狀態(tài)，稱作“第三態(tài)”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態(tài)。接收器也作與發(fā)送端相應(yīng)的規(guī)定，收、發(fā)端通過平衡雙絞線將 AA 與 BB 對應(yīng)相連，當(dāng)在收端AB 之間有大于+200mV 的電平時(shí)，輸出正邏輯電平，小于-200mV 時(shí)，輸出負(fù)邏輯電平。接收器接收平衡線上的電平范圍通常在 200mV 至 6V 之間。RS-422 電氣特性RS-422 標(biāo)準(zhǔn)全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。圖 3是典型的 RS-422 四線接口。實(shí)際上還有一根信號地線，共 5 根線。由于接收器采用高

5、輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動(dòng)器比 RS232 更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，故允許在相同傳輸線上連接多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)，最多可接10 個(gè)節(jié)點(diǎn)。即一個(gè)主設(shè)備，其余為從設(shè)備，從設(shè)備之間不能通信，所以 RS-422 支持點(diǎn)對多的雙向通信。RS-422 四線接口由于采用單獨(dú)的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式（XON/XOFFW 手）或硬件方式（一對單獨(dú)的雙絞線）實(shí)現(xiàn)。RS-422 的最大傳輸距離為 4000 英尺（約 1200 米），最大傳輸速率為 10Mb/So 其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在 100kb/s 速率以下，才可能達(dá)到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最

6、高速率傳輸。一般 100 米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為 1Mb/soRS-422 需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時(shí)可不需終接電阻，即一般在 300 米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸電纜的最遠(yuǎn)端。（RS-422有關(guān)電氣參數(shù)見表 1）RS-485 串行總線接口平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mbit/s,并允許在一條平衡總線上連接最多10 個(gè)接收器。RS-422 是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范。平衡彳輸：RS-422 的數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸。它使用一對雙絞線,將其中一線定義為 A,另一線定義為 B,如圖 2。通常

7、情況下，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器 A、B 之間的正電平在+2+6V,是一個(gè)邏輯狀態(tài),負(fù)電平在-26V,是另一個(gè)邏輯狀態(tài)。另有一個(gè)信號地 C,在 RS-422 中還有一“使能”端,“使能”端是用于控為擴(kuò)展應(yīng)用范圍，EIA 在 RS-422 的基礎(chǔ)上制定了 RS-485 標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，通常在要求通信距離為幾十米至上千米時(shí)，廣泛采用 RS-485 收發(fā)器。RS-485 收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，即在發(fā)送端，驅(qū)動(dòng)器將 TTL 電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號輸出；在接收端，接收器將差分信號變成 TTL 電平，因此具有抑制共模干擾的能力，加上接收器具有高的靈敏度，能檢測低達(dá) 200mV 的電壓，故數(shù)據(jù)傳輸

8、可達(dá)千米以外。RS-485 許多電氣規(guī)定與 RS-422 相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。RS-485 可以采用二線與四線方式，二線制可實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙向通信。而采用四線連接時(shí)，與 RS-422 一樣只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對多的通信，即只能有一個(gè)主設(shè)備，其余為從設(shè)備，但它比 RS-422 有改進(jìn)，無論四線還是二線連接方式總線上可連接多達(dá) 32 個(gè)設(shè)備，SIPEX 公司新推出的 SP485R最多可支持 400 個(gè)節(jié)點(diǎn)RS-422 在-7V 至+7V 之間，RS-485 接收器最小輸入阻抗為 12KQ;RS-422 是 4kQ;RS-485 滿足所有 RS-422的規(guī)范，所以 RS-

9、485 的驅(qū)動(dòng)器可以用在 RS-422 網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。但 RS-422 的驅(qū)動(dòng)器并不完全適用于 RS-485 網(wǎng)絡(luò)。RS-485 與 RS-422 一樣，最大傳輸速率為 10Mb/s。當(dāng)波特率為 1200bps 時(shí)，最大傳輸距離理論上可達(dá) 15千米。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在 100kb/s 速率以下，才可能使用規(guī)定最長的電纜長度。RS-485 需要 2 個(gè)終接電阻，接在傳輸總線的兩端，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時(shí)可不需終接電阻，即一般在 300 米以下不需終接電阻（RS-485 有關(guān)電氣參數(shù)見表 1）。表 1RS-232/422/485 接口電路特性比較議、MOD

10、ICON 勺 MODBUS 議等。DDE 的通訊方式規(guī)定RS-232RS-422RS-485工作方式單端差分差分節(jié)點(diǎn)數(shù)1 收、1 發(fā)1 發(fā) 10 收1 發(fā) 32 收最大傳輸電纜長度50 英尺400 英尺400 英尺最大傳輸速率20Kb/S10Mb/s10Mb/s最大驅(qū)動(dòng)輸出電壓+/-25V-0.25V+6V-7V+12V驅(qū)動(dòng)器輸出信號電平（負(fù)載最小值）負(fù)載+/-5V+/-15V+/-2.0V+/-1.5V驅(qū)動(dòng)器輸出信號電平（空載最大值）空載+/-25V+/-6V+/-6V驅(qū)動(dòng)器負(fù)載阻抗（Q）3K7K10054擺率（最大值）30V/心 sN/AN/A接收器輸入電壓范圍+/-15V-10V+10V

11、-7V+12V接收器輸入門限+/-3V+/-200mV+/-200mV接收器輸入電阻（Q）3K7K4K（最?。?2K驅(qū)動(dòng)器共模電壓-3V+3V-1V+3V接收器共模電壓-7V+7V-7V+12V即使是采用串口通訊，不同的外部設(shè)備其通訊協(xié)議也各不相同，比如OMRO 的 HOSTLINK 協(xié)RS-485 與 RS-422 的共模輸出電壓是不同的RS-485 共模輸出電壓在-7V 至+12V 之間,軟件系統(tǒng)支持外部設(shè)備 DDE 方式的通訊驅(qū)動(dòng)，采用 DDE 讀/寫外部設(shè)備（PLC、DCS 等）的過程變量，此時(shí)外部設(shè)備在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行一個(gè) DDEServer 程序。軟件系統(tǒng)提供一個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)程序完成與

12、DDEServer 程序通訊工作。DDE 是一種 Mircosoft 數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。原則上，符合 DDE 規(guī)范的 DDEServer 程序都可以與系統(tǒng)的 DDE 驅(qū)動(dòng)程序通訊。OPCB 準(zhǔn)的通訊接口OPCOLEforProcessControl 的縮寫，即把 OLE 應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。OLE 原意是對象鏈接和嵌入，隨著 OLE2 的發(fā)行，其范圍已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了這個(gè)概念?，F(xiàn)在的 OLE包含了許多新的特征，如統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸、結(jié)構(gòu)化存儲和自動(dòng)化，已經(jīng)成為獨(dú)立于計(jì)算機(jī)語言、操作系統(tǒng)甚至硬件平臺的一種規(guī)范，是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)概念的進(jìn)一步推廣。OPC 建立 OLE 規(guī)范之上，它為工業(yè)控制領(lǐng)域提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)

13、據(jù)訪問機(jī)制。OPC范包括 OPC 服務(wù)器和 OP*戶兩個(gè)部分，其實(shí)質(zhì)是在硬件供應(yīng)商和軟件開發(fā)商之間建立了一套完整的“規(guī)則”，只要遵循這套規(guī)則，數(shù)據(jù)交互對兩者來說都是透明的，硬件供應(yīng)商無需考慮應(yīng)用程序的多種需求和傳輸協(xié)議，軟件開發(fā)商也無需了解硬件的實(shí)質(zhì)和操作過程。這些設(shè)備數(shù)量較多，分布較遠(yuǎn)，現(xiàn)場的各種干擾也較大，所以往往通信的可靠性及質(zhì)量不高，再加上軟硬件設(shè)計(jì)的不完善，使得實(shí)際工程應(yīng)用中 485 總線的通信問題是廠家的一塊心病。在使用 RS-485 總線時(shí)，如果簡單地按常規(guī)方式設(shè)計(jì)電路，在實(shí)際工程中可能有以下兩個(gè)問題出現(xiàn)。一是通信數(shù)據(jù)收發(fā)的可靠性問題；二是在多機(jī)通信方式下，一個(gè)節(jié)點(diǎn)的故障（如死機(jī)

14、），往往會使得整個(gè)系統(tǒng)的通信框架崩潰，而且給故障的排查帶來困難。硬件電路的設(shè)計(jì)為了充分考慮現(xiàn)場的復(fù)雜環(huán)境，在電路設(shè)計(jì)中注意了以下 2 個(gè)問題。1、SN75176485 芯片 DE 控制端的設(shè)計(jì)主機(jī)與分機(jī)相隔較遠(yuǎn)，通信線路的總長度往往超過 400 米，而分機(jī)系統(tǒng)上電或復(fù)位又常常不在同一個(gè)時(shí)刻完成。如果在此時(shí)某個(gè) 75176 的 DE 端電位為“1”，那么它的 485 總線輸出將會處于發(fā)送狀態(tài)，也就是占用了通信總線，這樣其它的分機(jī)就無法與主機(jī)進(jìn)行通信。這種情況尤其表現(xiàn)在某個(gè)分機(jī)出現(xiàn)異常情況下（死機(jī)），會使整個(gè)系統(tǒng)通信崩潰。因此在電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證系統(tǒng)上電復(fù)位時(shí) 75176 的 DE 端電位為“0”

15、。由于 8031 在復(fù)位期間，I/O 口輸出高電平，故圖 2 電路的接法有效地解決復(fù)位期間分機(jī)“咬”總線的問題。2、隔離光耦電路的參數(shù)選取頸”，并不是現(xiàn)場的導(dǎo)線（現(xiàn)場施工一般使用 5 類非屏蔽的雙絞線），而是在與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行信號隔離的光耦電路上。此處采用 TIL117。電路設(shè)計(jì)中可以考慮采用高速光耦，如 6N137、6N136等芯片，也可以優(yōu)化普通光耦電路參數(shù)的設(shè)計(jì)，使之能工作在最佳狀態(tài)。例如：電阻 R2、R3 如果選取得較大，將會使光耦的發(fā)光管由截止進(jìn)入飽和變得較慢；如果選取得過小，退出飽和也會很慢，所以這兩只電阻的數(shù)值要精心選取，不同型號的光耦及驅(qū)動(dòng)電路使得這兩個(gè)電阻的數(shù)值略有差異，這一

16、點(diǎn)在電路設(shè)計(jì)中要特別慎重，不能隨意，通?？梢杂蓪?shí)驗(yàn)來定。485 總線輸出電路部分的設(shè)計(jì)輸出電路的設(shè)計(jì)要充分考慮到線路上的各種干擾及線路特性阻抗的匹配。由于工程環(huán)境比較復(fù)雜，現(xiàn)場常有各種形式的干擾源，所以 485 總線的傳輸端一定要加有保護(hù)措施。在電路設(shè)計(jì)中采用穩(wěn)壓管 D1、D2組成的吸收回路，也可以選用能夠抗浪涌的 TVS 瞬態(tài)雜波抑制器件，或者直接選用能抗雷擊的 485 芯片（如 SN75LBC184 等）?？紤]到線路的特殊情況 （如某一臺分機(jī)的 485 芯片被擊穿短路） ， 為防止總線中其它分機(jī)的通信受到影響，在 75176 的 485 信號輸出端串聯(lián)了兩個(gè) 20Q 的電阻 R10、R11

17、。這樣本機(jī)的硬件故障就不會使整個(gè)總線的通信受到影響?，F(xiàn)場施工中，由于通信載體是雙絞線，它的特性阻抗為 120Q 左右，所以線路設(shè)計(jì)時(shí)，在485 網(wǎng)絡(luò)傳輸線的始端和末端各應(yīng)接 1 只 120Q 的匹配電阻（如圖 2 中 R8）,以減少線路上傳輸信號的反射。由于 RS-485 芯片的特性，接收器的檢測靈敏度為土 200mV 即差分輸入端 VA-VBA+200mV,輸出邏輯 1,VA-VB-200mV,輸出邏輯 0;而AB 端電位差的絕對值小于 200mV 時(shí)，輸出為不確定。如果在總線上所有發(fā)送器被禁止時(shí)，接收器輸出邏輯 0,這會誤認(rèn)為通信幀的起始引起工作不正常。解決這個(gè)問題的辦法是人為地使 A 端

18、電位高于 B 兩端電位，這樣 RXD 的電平在 485總線不發(fā)送期間（總線懸浮時(shí)）呈現(xiàn)唯一的高電平，8031 單片機(jī)就不會被誤中斷而收到亂字符。通過在 485電路的 A、B 輸出端加接上拉、下拉電阻 R7、R9,即可很好地解決這個(gè)問題。軟件的編程485 芯片的軟件編程對產(chǎn)品的可靠性也有很大影響。由于 485 總線是異步半雙工的通信總線，在某一個(gè)時(shí)刻，總線只可能呈現(xiàn)一種狀態(tài)，所以這種方式一般適用于主機(jī)對分機(jī)的查詢方式通信，總線上必然有一臺始終處于主機(jī)地位的設(shè)備在巡檢其它的分機(jī)，所以需要制定一套合理的通信協(xié)議來協(xié)調(diào)總線的分時(shí)共用。這里采用的是數(shù)據(jù)包通信方式。通信數(shù)據(jù)是成幀成包發(fā)送的，每包數(shù)據(jù)都有引導(dǎo)碼、長度碼、地址碼、命令碼、內(nèi)容、校驗(yàn)碼等