RS-485电气特性的误传

1万 · 2008-2-11 00:44

刚才搜索资料时发现有诸如下面的误传，链接http://chinaunix.net/jh/45/433392.html只是其中一例，如http://www.cechinamag.com/member/Message_detail.aspx?message_id=56025也有同样的表述，估计有不少误传，特发此帖。

其实，正确的表述应当是：
逻辑“1”以A-B两线间的电压差大于200 mV表示；
逻辑“0”以A-B两线间的电压差小于-200 mV。
**中，-200 mV～+200 mV为不识别电压或逻辑输出不确定电压，它可以是逻辑1，也可以是逻辑0，对于施密特输入，通常是保持进入此电压前的逻辑输出，但接收器厂家不保证是否一定维持（保持）这样的输出，只保证前述的0或1电压输入下的逻辑输出。

-------------------------------------------------------
RS-485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RS-232-C降低了，就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。

1万 · 2008-2-11 00:49

RS232/RS485应用分析来源：老树工作室　作者：　时间：2006-02-16　发布人:admin
　　一、通信概述

　　通信设备从早期的邮件，电报，电话，传真，传呼机，手机，电脑，一路发展下来，而且随着科技的发展，世界必将由一个网络组成，所以，在未来开发的设备中，也必然要求大部分的设备都带有通信的功能。

　　设备与设备之间互相通信，就要有一座桥梁把二者连接起来，那就是传输通路与通信协议。传输通路由传输介质与传输接口组成，传输介质可分为有线和无线传输介质两大类。

　　有线传输介质在数据传输中只作为传输介质，而非信号载体。计算机网络中流行使用的有线传输介质为：铜线和玻璃纤维。

　　铜线具有便宜，安装容易的特点，在现在工业应用中普遍应用，在应用中主要有两种基本的铜线类型：双绞线和同轴电缆。双绞线可减小流过电流所辐射的能量，也可防止来自其他通信线路上信号的干扰，对于一些要求比较高的项目上，还需要给双绞线加上屏蔽层；同轴电缆由一对同轴导线组成。同轴电缆频带宽，损耗小，具有比双绞线更强的抗干扰能力和更好的传输性能。按阻抗值不同，同轴电缆可分为基带和宽带两种，同轴电缆是目前局域网与有线电视网中普遍采用的比较理想的传输介质。

　　所谓玻璃纤维介质，就是指现在所流行的光纤传输，他的两边有一个激光发生器与一个激光接收器，组成一整套通信线路，由于光纤传输距离远，因此现很多在工程都是采用“光端机＋光纤”的模式。

　　结合我在工程中经常应用的通信模式，与“南方的老树51CPLD开发板”上具有的RS232通信、RS485通信两种，详细讲解下这两种通信方式的应用。

　　二、什么是RS232接口

　　首先介绍下什么是RS232接口，什么是RS485接口。

　　RS232接口是1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”该标准规定采用一个25个脚的 DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。DB25的串口一般只用到的管脚只有2（RXD）、3（TXD）、7（GND）这三个，随着设备的不断改进，现在DB25针很少看到了，代替他的是DB9的接口，DB9所用到的管脚比DB25有所变化，是2（RXD）、3（TXD）、5（GND）这三个。因此现在都把RS232接口叫做DB9。

　　元器件常识：市场上把公头的接插件叫做DRXX，母头的叫DBXX，比如我们电脑上的串口，在市场上叫做DR9，不是DB9，很多人都误叫做DB9，实际上的DB9是两个把两个DR9互相连接在一起的接口。
在**中，我把所有的串口设备接口都统一叫做RS232接口。

　　三、什么是RS485接口
　　
　　由于RS232接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点：

　　（1）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。

　　（2）传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps；因此在“南方的老树51CPLD开发板”中，综合程序波特率只能采用19200，也是这个原因。

　　（3）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。

　　（4）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50米左右。

　　针对RS232接口的不足，于是就不断出现了一些新的接口标准，RS-485就是其中之一，它具有以下特点：

　　1. RS-485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RS-232降低了，就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。

　　2. RS-485的数据最高传输速率为10Mbps 。

　　3. RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。

　　4. RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达 3000米，另外RS-232接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。
　　
　　因为RS485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线（我们一般叫AB线），所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。

　　四、RS232/RS485转换电路

　　由于有的设备是232接口的，有的是485接口的，如果有一台232接口的设备与一台485接口的设备通信，那就需要一个转换器，把232接口的设备的232信号转换成485信号，然后再与485接口的设备通信，这个转换器就是RS232/RS485转换电路。如果是两台232接口的设备要进行远距离的通信，那只要加上两个RS232/RS485转换电路就可以了。
以上的RS232/RS485转换电路上采用从计算机串口偷电技术，市场上称之为“无源RS232/RS485转换电路”，而“有源RS232/RS485转换电路”，电路原理图与上图差不多，只是电源部分改点而已，有兴趣的朋友可以到网上搜索下这方面的资料，很多的。

　　面对市场，我们提供“无源RS232/RS485转换电路”、“有源RS232/RS485转换电路”，对于工程应用上，我们还有导轨式的安装方式，工程上安装、维护都比较方便。有做工程的朋友如果有需要，可以跟我或者我们公司销售部联系。

　　五、485工作站
　　由于232是点对点的通信，不能实现多机之间互相通信，而485就可以实现多机通信，因此，越来越被多数工程师所采用。485工作站示意图如图

　　现在市场上有很多设备都同时带有232接口与485接口，比如华为的光端机。很多设备都说带485接口，其实就是把S232/RS485转换电路集成到设备上。

　　示意图中，也可以把PC机当成一个终端设备。在整个工作站中，只要终端设备具有共同收与发的协议，中间的区别只是设备地址不同的话，那任意一个终端设备都可以对其他终端设备进行操作。

　　这个跟我们电脑网络中的局域网很像吧，时不时的到“网上邻居”玩玩也是挺好玩的。

　　六、工程应用案例一：高速公路监控系统

　　在高速公路收费站，一般在它附近两公里内，必然要安装一些必要的监控设备，以便及时掌握路况信息，并对突发事件进行处理。
监控设备到监控中心，通信线路很多采用多种方式，有光纤传输，232接口加猫，485工作站方式等等。这里主要对工作站方式做个说明。

　　第一，监控中心有PC机，PC机主要是对底下终端设备操作，有下发指令与读取数据的功能。

　　第二，终端设备一般有线圈式车辆检测器，微波车检器，广场云台摄像机，气象仪，可变情报板，可变限速标志，外场监视摄像机，等等。

　　第三，PC机通过不同的协议就可以跟这些终端设备进行通信。
实际上，在工程上很多都是采用光端机传送的，加入光端机的方法也是非常简单的，只要串在AB线两端即可。

1万 · 2008-2-11 00:59

RS232与RS485接口的区别及各自特点以及在使用中应注意事项
1. 什么是RS-232-C接口？采用RS-232-C接口有何特点？传输电缆长度如何考虑？
      答：计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。
      在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。 RS-232-C接口（又称 EIA RS-232-C）是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是"数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准",该标准规定采用一个25个脚的DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。一般只使用3-9条引线。RS-232-C最常用的9条引线的信号内容见附表1所示
                              附表1
      引脚序号信号名称        符号流向         功能
            2  发送数据        TXD  DTE→DCEDTE  发送串行数据
            3  接收数据        RXD  DTE←DCEDTE  接收串行数据
            4  请求发送        RTS  DTE→DCEDTE  请求DCE将线路切换到发送方式
            5  允许发送        CTS  DTE←DCEDCE  告诉DTE线路已接通可以发送数据
            6  数据设备准备好  DSR  DTE←DCEDCE  准备好
            7  信号地信号                        公共地
            8  载波检测        DCD  DTE←DCE     表示DCE接收到远程载波
            20 数据终端准备好  DTR  DTE→DCE     DTE准备好
            22 振铃指示        RI   DTE←DCE     表示DCE与线路接通,出现振铃
      （1）接口的电气特性
          在RS-232-C中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻辑"1"，-5- -15V；逻辑"0" +5- +15V。噪声容限为2V。即要求接收器能识别低至+3V的信号作为逻辑"0"，高到-3V的信号作为逻辑"1"
      （2）接口的物理结构
          RS-232-C接口连接器一般使用型号为DB-25的25芯插头座,通常插头在DCE端,插座在DTE端.
      一些设备与PC机连接的RS-232-C接口,因为不使用对方的传送控制信号,只需三条接口线,即"发送数据"、"接收数据"和"信号地"。所以采用DB-9的9芯插头座，传输线采用屏蔽双绞线。
      （3）传输电缆长度
      由RS-232C标准规定在码元畸变小于4%的情况下，传输电缆长度应为50英尺，其实这个4%的码元畸变是很保守的，在实际应用中，约有99%的用户是按码元畸变10-20%的范围工作的，所以实际使用中最大距离会远超过50英尺，美国DEC公司曾规定允许码元畸变为10%而得出附表2
      的实验结果。其中1号电缆为屏蔽电缆，型号为DECP.NO.9107723 内有三对双绞线，每对由22# AWG组成，其外覆以屏蔽网。2号电缆为不带屏蔽的电缆。型号为DECP.NO.9105856-04是22#AWG的四芯电缆。
                       附表2 DEC 公司的实验结果
            波特率  1号电缆传输距离（英尺）2号电缆传输距离（英尺）
            110     5000                   3000
            300     5000                   3000
            1200    3000                   3000
            2400    1000                   500
            4800    1000                   250
            9600    250                    250
2. 什么是RS-485接口？它比RS-232-C接口相比有何特点？
          答：由于RS-232-C接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点：
      （1）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。
      （2）传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps。
      （3）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。
      （4）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50米左右。
          针对RS-232-C的不足，于是就不断出现了一些新的接口标准，RS-485就是其中之一，它具有以下特点：
      （1） RS-485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RS-232-C降低了，就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。
      （2） RS-485的数据最高传输速率为10Mbps
      （3） RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。
      （4） RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达 3000米，另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。
      （5）因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。
      因为RS485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线，所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。
      RS485接口连接器采用DB-9的9芯插头座，与智能终端RS485接口采用DB-9（孔），与键盘连接的键盘接口RS485采用DB-9（针）。
3. 采用RS485接口时，传输电缆的长度如何考虑？
          答：在使用RS485接口时，对于特定的传输线经，从发生器到负载其数据信号传输所允许的最大电缆长度是数据信号速率的函数，这个长度数据主要是受信号失真及噪声等影响所限制。下图所示的最大电缆长度与信号速率的关系曲线是使用24AWG铜芯双绞电话电缆（线径为0。51mm），线间旁路电容为52。5PF/M，终端负载电阻为100欧时所得出。（曲线引自GB11014-89附录A）。由图中可知，当数据信号速率降低到90Kbit/S以下时，假定最大允许的信号损失为6dBV时，则电缆长度被限制在1200M。实际上，图中的曲线是很保守的，在实用时是完全可以取得比它大的电缆长度。当使用不同线径的电缆。则取得的最大电缆长度是不相同的。例如：当数据信号速率为600Kbit/S时，采用24AWG电缆，由图可知最大电缆长度是200m，若采用19AWG电缆（线径为0。91mm）则电缆长度将可以大于200m；若采用28AWG 电缆（线径为0。32mm）则电缆长度只能小于200m。
4、如何实现RS-485/422多点通讯
          答：RS-485总线上任何时候只能有一发送器发送。半双工方式，主从只能一个发。全双工方式，主站总可发送，从站只能有一个发送。（靠和DE控制）
5、有的系统采用MAX483时运行正常，后来改用MAX1480B，发现不能正常运行，应考虑什么问题？
          答：若检查并确认电路按Data book连接无误情况下，主要应考虑MAX1480B的驱动器使能时间远大于MAX483。MAX1480B驱动器使能时间最大达100μs（典型值为35μs）。所以，MAX1480B从收态转为发送时，在发送数据前应有足够的延时，以保证驱动器有效之后，才发送数据。
6、有些用户问，根据RS-485网的要求，匹配电阻应接在最远的站点上。但实际线路连接之后，不知道最远站点是哪一个，应该如何接匹配电阻呢？
      答：会出现这种情况，是由于用户组成RS-485网时，没有遵循站点至总线的连线应尽可能短的原则。如果总线布线遵循这一原则，就不存在不知道哪个站点是最远的问题。而且要注意，这样的布线，系统将会工作得不好。
      下图（a）在站点（1）离总线很远的情况下是不正确的连接方法，应改为图（b）的接线法。

7、曾有一客户反映，他们购买的MAX1480B中，有一些工作不正常。
      答：我们对工作不正常的芯片进行抽检，发现这些片子接收器输出端至电源端（Vcc）按标准接3kΩ电阻时，接收器输出低电平时电压偏高，可以达到2V多，甚至接近3V。对于能正常工作的芯片，有的低电平也可达1.6V左右。碰到这种情况，可以建议用户增大该电阻的值，例如增大到10kΩ。
8、某用户的一种产品采用RS-485通讯接口,由于485的通讯距离有限,问是否有适当的方法(比如类似于"中继器"的产品或元件)可以将485的通讯距离延长至10公里左右。
      答：有，很多生产工控设备的厂商皆有类类似于"中继器"的产品，例如：ADVANTECH的ADAM-4510，ADAM4510S,其最多可连8个即距离可达1.2x8=9.6km，另外，还可考虑用光纤来传输信号，这样传输距离会更长一些。
9、"RS-485"是否与"半双工"等同？
      答：否，RS-485接口可连接成半双工和全双工两种通信方式，半双工通信芯片有SN75176，SN751276，SN75LBC184，MAX485，MAX1478，MAX3082，MAX1483，全双工通信的有：SN75179，SN75180，MAX488-491，MAX1482 等。
10、 MAX488/MAX490在点对点通信中工作很正常，为何在点对多点通信时无法正常通信？
      答：由于MAX488/MAX490没有发送使能控制，因而其输出无法处于高阻态，当多个输出被连接在一起时（即点对多点通信时），差分输出信号线被多个发送器驱动（通常为TXD=1对应的电平状态）；当某个节点开始通信，且发送TXD=0对应的差分电平时，A，B两线上将形成很大的短路电流，若长时间工作，则接口芯片将损坏；而这种情况不会在点对点通信中发生，且不会出现在点对多点通信中的处于点的一方，这也是象MAX488/MAX490以及其它一些没有发送使能控制的接口的适用范围。以上是造成这个问题的原因，当然，类似情况也会出现在那些带使能控制而软件没有编程控制使能的接口芯片中。
11、RS-485/RS-422接口为何在停止通信时接收器仍有数据输出？
      答：由于RS-485/RS-422在发送数据完成后，要求所有的发送使能控制信号关闭且保持接收使能有效，此时，总线驱动器进入高阻状态且接收器能够监测总线上是否有新的通信数据。但是由于此时总线处于无源驱动状态（若总线有终端匹配电阻时，A和B线的差分电平为0，接收器的输出不确定，且对AB线上的差分信号的变化很敏感；若无终端匹配，则总线处于高阻态，接收器的输出不确定）,容易受到外界的噪声干扰。当噪声电压超过输入信号门限时（典型值±200mV），接收器将输出数据，导致对应的UART接收无效的数据，使紧接着的正常通讯出错；另外一种情况可能发生在打开/关闭发送使能控制的瞬间，使接收器输出信号，也会导致UART错误地接收。解决方法：1）在通讯总线上采用同相输入端上拉（A线）、反相输入端下拉（B线）的方法对总线进行钳位，保证接收器输出为固定的"1"电平；2）采用内置防故障模式的MAX308x系列的接口产品替换该接口电路；3）通过软件方式消除，即在通信数据包内增加2-5个起始同步字节，只有在满足同步头后才开始真正的数据通讯。
12、RS-485/RS422接口通讯时，在什么条件下需要采用终端匹配？电阻值如何确定？如何配置终端匹配电阻？
      答：在长线信号传输时，一般为了避免信号的反射和回波，需要在接收端接入终端匹配电阻。其终端匹配电阻值取决于电缆的阻抗特性，与电缆的长度无关。RS-485/RS-422一般采用双绞线（屏蔽或非屏蔽）连接，终端电阻一般介于100至140Ω之间，典型值为120Ω。在实际配置时，在电缆的两个终端节点上，即最近端和最远端，各接入一个终端电阻，而处于中间部分的节点则不能接入终端电阻，否则将导致通讯出错。
13、为什么RS-232通信接口容易损坏？
      答：RS－232接口标准是一种广泛的普及标准但此标准推出较早，在现代金融，保险，电信，电子化网络已暴露出明显的问题。一是：两串口设备间收发信号不隔离，经过较长电缆，且直接连一起，信号线上有直流电位差，使信号线易受外界干扰。另一个是：传输距离短一般为15米，即使在理想的条件下，电缆长度也不会超过60米。又因为多用户卡往往要接若干个终端，且串口数据线通过多用户卡都彼此相连，形成一个极易吸收干扰信号的网状天线。由于上述问题的存在，导致RS－232串口数据线对电压浪涌特别敏感。目前，非交流电源线路的浪涌所引起的损害占据全部浪涌损害的一大部分。仅仅几十伏的小幅度瞬变过程就可以通过串行端口毁坏计算机的主板、终端的RS－232的接口，其后果是：硬件损坏，数据丢失，通讯中断，以及由此引起停机所导致的损失。
14、武汉迈威光电技术有限公司的串口隔离器是如何保护串口的？
      答：迈威公司的串口保护独特性在于它在两个串口之间加装隔离器，隔离器用光电耦合器解决信号线路的隔离问题，其性能同使用光缆一样，从根本上做到了两个设备不共地，使信号之间没有电接触，把电涌和电位差降在隔离器上，从而起到保护串口、抑制电涌的作用，即使带电插拔串口插头也无安全之虞。实践证明，在多用户卡和终端之间加上串口隔离器，可使每个终端之间在电气线路上彼此隔离，互不干扰，从根本上解决了损坏串口的难题，使硬件系统安全保护提高到一个更高水平。同时迈威公司的串口隔离保护器无需电源，无需改变原有网络结构，使用方便。南京高略科技有限公司致力于国产器件和非日产器件推广您如果需要相关器件或技术支持,请联系:电话(TEL): 025-6885 3239 传真(FAX): 025-6885 3238
友情提醒: 下载链接在http://pdf.18ic.com电子工程师论坛的,都需要注册并发表精华**:)
相关链接:http://www.18ic.com/htm/interface/2006-2/24/2006_02_24_73.html

只看该作者 · 2011-4-14 14:44

本帖最后由 langtuodianzi 于 2011-4-14 14:46 编辑

旁路保护方法：这种方案利用瞬态抑制元件（如GDT气体放电管、MOV、瞬态抑制二极管）将危害性的瞬态能量旁路到大地，优点是成本较低，缺点是保护能力有限，只能保护一定能量以内的瞬态干扰，持续时间不能很长，而且需要有一条良好的连接大地的通道。实际应用中是将上述两种方案结合起来灵活加以运用，如图。在这种方法中，隔离接口对大幅度瞬态干扰进行隔离，旁路元件则保护隔离接口不被过高的瞬态电压击穿。
LangTuo电子这种RS - 485 通信总线防雷保护方案结构简单,成本低廉,易于安装,能有效地防止感应雷电和较大的电磁干扰从信号线侵入由RS - 485 通信总线构成的数字通信系统。

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