几种串行接口标准

RS232、RS422、RS485脊灰野病毒
    RS232、RS422、RS485都是串行接口标准,由电子工业学会发布,作为工业标准,使各个不同厂家生产的产品可以兼容。
一、RS232标准
RS232是PC机与工业通信中最常用的一种串行接口。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,即所谓单端通讯收、发端的数据信号是相对于信号地。
RS232信号在正负电平之间摆动,在发送数据时,发送端驱动器输出正电平在+5V—+15V,负电平在-5V—-15V电平。当无数据传输时,线上为TTL,从开始传送数据到结束,线上电平从TTL电平到RS232电平再返回TTL电平。接收器典型的工作电平在+3V—+12V与-3V—-12V。因为发送电平与接收电平的差仅为2V到3V左右,所以它的共模抑制能力差,再加上双绞线上的分布电容,其传输距离最大约为15米,最高传输速率为20kb/s。RS232是点对点的通信,其驱动负载能力较弱。
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二、RS422与RS485串行接口标准
RS422、RS485与RS232不同,数据传输方式采用差分传输方式,也叫做平衡传输,它使用一对双绞线。分别定义为A和B,一个用于传输高电平,另一个用于传输低电平。通常情况下,高电平在+2—+6V,是一个逻辑状态,低电平在-2—-6V,是另一个逻辑状态。另外还有一个信号地。在485中还有一个使能端,在422中这个是可用可不用的。使能端是用于控制发送驱动器和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态,它是有别于逻辑1和0的另一种状态。
1、RS422
    RS422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,其余为从设备,从设备之间不能通信,所以RS422支持点对多的双向通信。RS422四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)。
    RS422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。RS422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。
2、RS485
    RS485是从RS422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,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。
RS485与RS422的不同还在于其共模输出电压是不同的,RS485是-7V至+12V之间,而RS-422在-7V至+7V之间。
    RS485与RS422一样,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。RS485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。
3、RS422与RS485的网络安装注意要点
    RS422可支持10个节点,RS485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。图8所示为实际应用中常见的一些错误连接方式(a,c,e)和正确的连接方式(b,d,f)。a,c,e这三种网络连接尽管不正确,在短距离、低速率仍可能正常工作,但随着通信距离的延长或通信速率的提高,其不良影响会越来越严重,主要原因是信号在各支路末端反射后与原信号叠加,会造成信号质量下降。 
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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。 
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三、RS422与RS485传输线上匹配的一些说明
    对RS422与RS485总线网络一般要使用终接电阻进行匹配。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。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。
    一般终端匹配采用终接电阻方法,RS422在总线电缆的远端并接电阻,RS485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RS422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。另外一种比较省电的匹配方式是RC匹配。利用一只电容C隔断直流成分可以节省大部分功率。但电容C的取值是个难点,需要在功耗和匹配质量间进行折衷。还有一种采用二极管的匹配方法。这种方案虽未实现真正的“匹配”,但它利用二极管的钳位作用能迅速削弱反射信号,达到改善信号质量的目的,节能效果显著。
四、RS422与RS485的接地问题
电子系统中接地问题是比较重要的,接地处理不当会导致电子系统不能稳定工作甚至危及系统安全。RS422与RS485传输网络的接地也是很重要的,因为接地系统的不合理会影响整个系统的稳定性,尤其时在工作环境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。很多情况下对RS422和RS485的通信线路链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的A和B端连接起来,而忽略了信号地的连接,这种做法埋下了很大的安全隐患。
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1、共模干扰问题,因为RS422和RS485接口均采用产分传输方式,并不需要相对与某个参考点来检测信号,系统只需要检测两线之间的点位差就可以了,但是收发器有一定的共模电压范围,当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的可靠性,甚至损坏接口。
2、EMI问题
发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路,如果没有一个低阻的返回通道,就会以辐射的形式返回源端,整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。
为了解决以上的问题可以采取以下几种措施:
1 如果干扰源的内阻不是非常小,在接地线上加限流电阻以限制干扰电流。接地电阻的增加可能会使共模电压升高,但只要控制在适当的范围内就不会影响正常的通信。
2 采用浮地技术,隔断接地环路。这是较常用也是十分有效的一种方法,当共模干扰内阻很小时方法1已经不能奏效,此时可以考虑引入干扰的节点浮置起来,这样就隔断了接地的环路,不会形成大面积地环路电流。
3 采用隔离接口,有些情况出于安全或者其他方面的考虑,电路地必须与机壳地或者大地连接起来,不能悬浮,这时可以采用隔离接口来隔断接地回路,但应该有一条地线将隔离侧的公共端与其他接口的工作地相连。河南机电高等专科学校校园网

本文发布于:2024-09-23 09:29:01,感谢您对本站的认可!

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