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RS-422和RS-485标准及应用

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RS-422 与 RS-485 标准及应用 一、RS-232、RS-422 与 RS-485 的由来 RS-422 由 RS-232 发展而来,它是为弥补 RS-232 之不足而提出的。为改进 RS-232 通信 距离短、速率低的缺点,RS-422 定义了一种平衡通信接口,将传输速率提高到 10Mb/s,传 输距离延长到 1200 米(速率低于 100kb/s 时),并允许在一条平衡总线上连接最多 10 个接 收器。RS-422 是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范,为扩展应用范围, EIA 又于 1983 年在 RS-422 基础上制定了 RS-485 标准,增加了多点、双向通信能力,即 允许多个发送器连接到同一条总线上,同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性,扩 展了总线共模范围,后命名为 TIA/EIA-485-A 标准。由于 EIA 提出的建议标准都是以“RS” 作为前缀,所以在通讯工业领域,仍然习惯将上述标准以 RS 作前缀称谓。 RS-232、RS-422 与 RS-485 标准只对接口的电气特性做出规定,而不涉及接插件、电缆或 协议,在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。因此在视频界的应用,许多厂家都建 立了一套高层通信协议,或公开或厂家独家使用。如录像机厂家中的 Sony 与松下对录像机 的 RS-422 控制协议是有差异的,视频服务器上的控制协议则更多了,如 Louth、Odetis 协议 是公开的,而 ProLINK 则是基于 Profile 上的。 二、RS-232 与 RS-485 及 RS-42 接口标准之间的比较 规定 其有关电气参数参见表 1。 RS232 RS422 R485 工作方式 单端(非平衡) 差分(平衡) 差分(平衡) 节点数 1 收、1 发 1 发 10 收 1 发 32 收 最大传输电缆长度 15 米 1200 米 (100Kb/s) 1200 米 (100Kb/s) 最大传输速率 20Kb/S 10Mb/s 10Mb/s 100 米,1Mb/s 100 米,1Mb/s 点对点 点对多点(四线) 点对多点(四线) 多点对多点(两 线) 电气特性 逻辑 1:以两线 逻辑 1:以两线 逻辑 1:-3V~-15V 间的电压差为 间的电压差为 +2V~+6V +2V~+6V 逻辑 0:以两线 逻辑 0:以两线 间的电压差为- 间的电压差为- 逻辑 0:+3~+15V 2V~ 2V~ -6V -6V 表1 三、RS-422 与 RS-485 串行接口标准 1.平衡传输 RS-422、RS-485 与 RS-232 不一样,数据信号采用差分传输方式,也称作平衡传输,它 使用一对双绞线,将其中一线定义为 A,另一线定义为 B。 通常情况下,发送驱动器 A、B 之间的正电平在+2~+6V,是一个逻辑状态,负电平在-2~ -6V,是另一个逻辑状态。另有一个信号地 C,在 RS-485 中还有一“使能”端,而在 RS-422 中这是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端 起作用时,发送驱动器处于高阻状态,称作“第三态”,即它是有别于逻辑“1”与“0” 的第三 态。 接收器也作与发送端相对的规定,收、发端通过平衡双绞线将 AA 与 BB 对应相连,当 在收端 AB 之间有大于+200mV 的电平时,输出正逻辑电平,小于-200mV 时,输出负逻辑 电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在 200mV 至 6V 之间。 2.RS-422 电气规定 RS-422 标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”,它定义了接口电路的特性。由 于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比 RS232 更强的驱动能力,故允许在相同传输线上 连接多个接收节点,最多可接 10 个节点。即一个主设备(Master),其余为从设备(Salve), 从设备之间不能通信,所以 RS-422 支持点对多的双向通信。接收器输入阻抗为 4k,故发端 最大负载能力是 10×4k+100Ω(终接电阻)。RS-422 四线接口由于采用单独的发送和接收通 道,因此不必控制数据方向,各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式 (XON/XOFF 握手)或硬件方式(一对单独的双绞线)实现。 RS-422 的最大传输距离为 4000 英尺(约 1219 米),最大传输速率为 10Mb/s。其平衡双 绞线的长度与传输速率成反比,在 100kb/s 速率以下,才可能达到最大传输距离。只有在很 短的距离下才能获得最高速率传输。一般 100 米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为 1Mb/s。 RS-422 需要一终接电阻,要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终 接电阻,即一般在 300 米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输电缆的最远端。 Model 2422 转换器和 RS-422 设备之间的4条导线最好是铜芯双绞线,如远传可适当增加导线直径。 两只 RS-422 型转换器相连 RS-422 型转换器 RS-422 型转换器 第 1 脚(TDA) 第 4 脚(RDA) 第 2 脚 (TDB) 第 3 脚(RDB) 第 3 脚 (RDB) 第 4 脚 (RDA) 第 5 脚 (GND) 第 2 脚(TDB) 第 1 脚(TDA) 第 5 脚 (GND) RS-485 型转换器和另 RS-485 设备相连 RS-422 型转换器 RS-422 设备 第 1 脚 (TDA) R- 第 2 脚 (TDB) R+ 第 3 脚 (RDB) 第 4 脚 (RDA) 第 5 脚 (GND) T+ TGND 3.RS-485 电气规定 由于 RS-485 是从 RS-422 基础上发展而来的,所以 RS-485 许多电气规定与 RS-422 相仿。 如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485 可以采用二线与四线方 式,二线制可实现真正的多点双向通信. 而采用四线连接时,与 RS-422 一样只能实现点对多的通信,即只能有一个主(Master) 设备,其余为从设备,但它比 RS-422 有改进, 无论四线还是二线连接方式总线上可多接 到 32 个设备。 RS-485 与 RS-422 一样,其最大传输距离约为 1219 米,最大传输速率为 10Mb/s。平衡双 绞线的长度与传输速率成反比,在 100kb/s 速率以下,才可能使用规定最长的电缆长度。只 有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般 100 米长双绞线最大传输速率仅为 1Mb/s。 RS-485 需要 2 个终接电阻,其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不 需终接电阻,即一般在 300 米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输总线的两端。 两只 R-485 型转换器相连 RS-485 型转换器和另 RS-485 设备相连 Model 2485 型转换器 Model 2485 型转换器 Model 2485 型转换器 RS-485 设备 第1脚 第1脚 第 1 脚 (TDA) T-/R- or 485- 第2脚 第2脚 第 2 脚 (TDB) T+/R+ or 485+ 第5脚 第5脚 第 5 脚 (GND) GND 四、RS-422 与 RS-485 的网络安装注意要点 RS-422 可支持 10 个节点,RS-485 支持 32 个节点,因此多节点构成网络。网络拓扑一般 采用终端匹配的总线型结构,不支持环形或星形网络。在构建网络时,应注意如下几点: 1. 采用一条双绞线电缆作总线,将各个节点串接起来,从总线到每个节点的引出线 长度应尽量短,以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。 2. 应注意总线特性阻抗的连续性,在阻抗不连续点就会发生信号的反射。下列几种 情况易产生这种不连续性:总线的不同区段采用了不同电缆,或某一段总线上有 过多收发器紧靠在一起安装,再者是过长的分支线引出到总线。 总之,应该提供一条单一、连续的信号通道作为总线。 五、RS-422 与 RS-485 传输线上匹配的一些说明 对 RS-422 与 RS-485 总线网络一般要使用终接电阻进行匹配。但在短距离与低速率下可 以不用考虑终端匹配。那么在什么情况下不用考虑匹配呢?理论上,在每个接收数据信号的 中点进行采样时,只要反射信号在开始采样时衰减到足够低就可以不考虑匹配。但这在实际 上难以掌握,美国 MAXIM 公司有篇文章提到一条经验性的原则可以用来判断在什么样的 数据速率和电缆长度时需要进行匹配:当信号的转换时间(上升或下降时间)超过电信号 沿总线单向传输所需时间的 3 倍以上时就可以不加匹配。例如具有限斜率特性的 RS-485 接 口 MAX483 输出信号的上升或下降时间最小为 250ns,典型双绞线上的信号传输速率约为 0.2m/ns(24AWG PVC 电缆),那么只要数据速率在 250kb/s 以内、电缆长度不超过 16 米, 采用 MAX483 作为 RS-485 接口时就可以不加终端匹配。 一般终端匹配采用终接电阻方法,前文已有提及,RS-422 在总线电缆的远端并接电阻, RS-485 则应在总线电缆的开始和末端都需并接终接电阻。终接电阻一般在 RS-422 网络中取 100Ω,在 RS-485 网络中取 120Ω。相当于电缆特性阻抗的电阻,因为大多数双绞线电缆特性 阻抗大约在 100~120Ω。这种匹配方法简单有效,但有一个缺点,匹配电阻要消耗较大功率, 对于功耗限制比较严格的系统不太适合。 六、RS-422 与 RS-485 的接地问题 电子系统接地是很重要的,但常常被忽视。接地处理不当往往会导致电子系统不能稳定 工作甚至危及系统安全。RS-422 与 RS-485 传输网络的接地同样也是很重要的,因为接地系 统不合理会影响整个网络的稳定性,尤其是在工作环境比较恶劣和传输距离较远的情况下, 对于接地的要求更为严格。否则接口损坏率较高。很多情况下,连接 RS-422、RS-485 通信链 路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来。而忽略了信号地的连接, 这种连接方法在许多场合是能正常工作的,但却埋下了很大的隐患,这有下面二个原因: 1.共模干扰问题:正如前文已述,RS-422 与 RS-485 接口均采用差分方式传输信号方式, 并不需要相对于某个参照点来检测信号,系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但人们 往往忽视了收发器有一定的共模电压范围,如 RS-422 共模电压范围为-7~+7V,而 RS-485 收发器共模电压范围为-7~+12V,只有满足上述条件,整个网络才能正常工作。当网络线路 中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠,甚至损坏接口。例如:当发送驱动器 A 向接收器 B 发送数据时,发送驱动器 A 的输出共模电压为 VOS,由于两个系统具有各自独 立的接地系统,存在着地电位差 VGPD。那么,接收器输入端的共模电压 VCM 就会达到 VCM=VOS+VGPD。RS-422 与 RS-485 标准均规定 VOS≤3V,但 VGPD 可能会有很大幅度(十 几伏甚至数十伏),并可能伴有强干扰信号,致使接收器共模输入 VCM 超出正常范围,并 在传输线路上产生干扰电流,轻则影响正常通信,重则损坏通信接口电路。

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