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RS485通讯接口实际应用的常见问题及解决方法_暗记_旗子

乖囧猫 2024-12-30 02:15:24 0

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一、什么是RS-485接口?它比RS-232-C接口比较有何特点?

答:由于RS-232-C接口标准涌现较早,难免有不敷之处,紧张有以下四点:

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(1)接口的旗子暗记电平值较高,易破坏接口电路的芯片,又由于与TTL电平不兼容故需利用电平转换电路方能与TTL电路连接。

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(图片来自网络侵删)

(2)传输速率较低,在异步传输时,波特率为20Kbps。

(3)接口利用一根旗子暗记线和一根旗子暗记返回线而构成共地的传输形式,这种共地传输随意马虎产生共模滋扰,以是抗噪声滋扰性弱。

(4)传输间隔有限,最大传输间隔标准值为50英尺,实际上也只能用在15米旁边。

针对RS-232-C的不敷,于是就不断涌现了一些新的接口标准,RS-485便是个中之一,它具有以下特点:

(1)RS-485的电气特性:逻辑\"大众1\公众以两线间的电压差为+(2-6)V表示;逻辑\"大众0\"大众以两线间的电压差为-(2-6)V表示。
接口旗子暗记电平比RS-232-C降落了,就不易破坏接口电路的芯片,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接口是采取平衡驱动器和差分吸收器的组合,抗共模干能力增强,即抗噪声滋扰性好。

(4)RS-485接口的最大传输间隔标准值为4000英尺,实际上可达3000米,其余RS-232-C接口在总线上只许可连接1个收发器,即单站能力。
而RS-485接口在总线上是许可连接多达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滋扰性,长的传输间隔和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。
由于RS485接口组成的半双工网络,一样平常只需二根连线,以是RS485接口均采取屏蔽双绞线传输。
RS485接口连接器采取DB-9的9芯插头座,与智能终端RS485接口采取DB-9(孔),与键盘连接的键盘接口RS485采取DB-9(针)。

二、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,数据旗子暗记采取差分传输办法,也称作平衡传输,它利用一对双绞线,将个中一线定义为A,另一线定义为B

常日情形下,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。
另有一个旗子暗记地C,在RS-485中还有一\"大众使能\"大众端,而在RS-422中这是可用可不用的。
\"大众使能\"大众端是用于掌握发送驱动器与传输线的割断与连接。
当\"大众使能\"大众端起浸染时,发送驱动器处于高阻状态,称作\公众第三态\"大众,即它是有别于逻辑\"大众1\"大众与\"大众0\公众的第三态。

吸收器也作与发送审察对的规定,收、发轫通过平衡双绞线将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。
吸收器吸收平衡线上的电平范围常日在200mV至6V之间。

2.RS-422电气规定

RS-422标准全称是\"大众平衡电压数字接口电路的电气特性\公众,它定义了接口电路的特性。
图2是范例的RS-422四线接口。
实际上还有一根旗子暗记地线,共5根线。
图1是其DB9连接器引脚定义。
由于吸收器采取高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力,故许可在相同传输线上连接多个吸收节点,最多可接10个节点。
即一个主设备(Master),别的为从设备(Salve),从设备之间不能通信,以是RS-422支持点对多的双向通信。
吸收器输入阻抗为4k,故发轫最大负载能力是10×4k+100Ω(终接电阻)。
RS-422四线接口由于采取单独的发送和吸收通道,因此不必掌握数据方向,各装置之间任何必须的旗子暗记交流均可以按软件办法(XON/XOFF握手)或硬件办法(一对单独的双绞线)实现。

RS-422的最大传输间隔为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间隔。
只有在很短的间隔下才能得到最高速率传输。
一样平常100米长的双绞线上所能得到的最大传输速率仅为1Mb/s。

RS-422须要一终接电阻,哀求其阻值约即是传输电缆的特性阻抗。
在矩间隔传输时可不需终接电阻,即一样平常在300米以下不需终接电阻。
终接电阻接在传输电缆的最远端。

3.RS-485电气规定

由于RS-485是从RS-422根本上发展而来的,以是RS-485许多电气规定与RS-422相仿。
如都采取平衡传输办法、都须要在传输线上接终接电阻等。
RS-485可以采取二线与四线办法,二线制可实现真正的多点双向通信

而采取四线连接时,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,别的为从设备,但它比RS-422有改进,无论四线还是二线连接办法总线上可多接到32个设备。

RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的,RS-485是-7V至+12V之间,而RS-422在-7V至+7V之间,RS-485吸收器最小输入阻抗为12k剑鳵S-422是4k健;旧峡梢运礡S-485知足所有RS-422的规范,以是RS-485的驱动器可以用在RS-422网络中运用。

RS-485与RS-422一样,其最大传输间隔约为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,才可能利用规定最长的电缆长度。
只有在很短的间隔下才能得到最高速率传输。
一样平常100米长双绞线最大传输速率仅为1Mb/s。

RS-485须要2个终接电阻,其阻值哀求即是传输电缆的特性阻抗。
在矩间隔传输时可不需终接电阻,即一样平常在300米以下不需终接电阻。
终接电阻接在传输总线的两端。

三、RS-422与RS-485的网络安装把稳要点

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。
网络拓扑一样平常采取终端匹配的总线型构造,不支持环形或星形网络。
在构建网络时,应把稳如下几点:

1.采取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只管即便短,以便使引出线中的反射旗子暗记对总线旗子暗记的影响最低。
图8所示为实际运用中常见的一些缺点连接办法(a,c,e)和精确的连接办法(b,d,f)。
a,c,e这三种网络连接只管禁绝确,在短间隔、低速率仍可能正常事情,但随着通信间隔的延长或通信速率的提高,其不良影响会越来越严重,紧张缘故原由是旗子暗记在各岔路支路末端反射后与原旗子暗记叠加,会造成旗子暗记质量低落。

2.应把稳总线特性阻抗的连续性,在阻抗不连续点就会发生旗子暗记的反射。
下列几种情形易产生这种不连续性:总线的不同区段采取了不同电缆,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,该当供应一条单一、连续的旗子暗记通道作为总线。

四、RS-422与RS-485传输线上匹配的一些解释

对RS-422与RS-485总线网络一样平常要利用终接电阻进行匹配。
但在短间隔与低速率下可以不用考虑终端匹配。
那么在什么情形下不用考虑匹配呢?理论上,在每个吸收数据旗子暗记的中点进行采样时,只要反射旗子暗记在开始采样时衰减到足够低就可以不考虑匹配。
但这在实际上难以节制,美国MAXIM公司有篇文章提到一条履历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须要进行匹配:当旗子暗记的转换韶光(上升或低落韶光)超过电旗子暗记沿总线单向传输所需韶光的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输出旗子暗记的上升或低落韶光最小为250ns,范例双绞线上的旗子暗记传输速率约为0.2m/ns(24AWGPVC电缆),那么只要数据速率在250kb/s以内、电缆长度不超过16米,采取MAX483作为RS-485接口时就可以不加终端匹配。

一样平常终端匹配采取终接电阻方法,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。
终接电阻一样平常在RS-422网络中取100Ω,在RS-485网络中取120Ω。
相称于电缆特性阻抗的电阻,由于大多数双绞线电缆特性阻抗大约在100~120Ω。
这种匹配方法大略有效,但有一个缺陷,匹配电阻要花费较大功率,对付功耗限定比较严格的系统不太适宜。

其余一种比较省电的匹配办法是RC匹配,如图1。
利用一只电容C隔断直流身分可以节省大部分功率。
但电容C的取值是个难点,须要在功耗和匹配质量间进行折衷。

还有一种采取二极管的匹配方法,如图2。
这种方案虽未实现真正的\公众匹配\公众,但它利用二极管的钳位浸染能迅速削弱反射旗子暗记,达到改进旗子暗记质量的目的。
节能效果显著。

五、RS-422与RS-485的网络失落效保护

RS-422与RS-485标准都规定了吸收器门限为±200mV。
这样规定能够供应比较高的噪声抑制能力,如前文所述,当吸收器A电平比B电平高+200mV以上时,输出为正逻辑,反之,则输出为负逻辑。
但由于第三态的存在,即在主机在发轫发完一个信息数据后,将总线置于第三态,即总线空闲时没有任何旗子暗记驱动总线,使AB之间的电压在-200~+200mV直至趋于0V,这带来了一个问题:吸收器输出状态不愿定。
如果吸收机的输出为0V,网络中从机将把其阐明为一个新的启动位,并试图读取后续字节,由于永久不会有停滞位,产生一个帧缺点结果,不再有设备要求总线,网络陷于瘫痪状态。
除上述所述的总线空闲会造成两线电压差低于200mV的情形外,开路或短路时也会涌现这种情形。
故应采纳一定的方法避免吸收器处于不愿定状态。

常日是在总线上加偏置,当总线空闲或开路时,利用偏置电阻将总线偏置在一个确定的状态(差分电压≥-200mV)。
如图1。
将A上拉到地,B下拉到5V,电阻的范例值是1kΩ,详细数值随电缆的电容变革而变革。

上述方法是比较经典的方法,但它仍旧不能办理总线短路时的问题,有些厂家将吸收门限移到-200mV/-50mV,可办理这个问题。
例如Maxim公司的MAX3080系列RS-485接口,不仅省去了外部偏置电阻,而且办理了总线短路情形下的失落效保护问题。

六、采取RS485接口时,传输电缆的长度如何考虑?

答:在利用RS485接口时,对付特定的传输线经,从发生器到负载其数据旗子暗记传输所许可的最大电缆长度是数据旗子暗记速率的函数,这个长度数据紧张是受旗子暗记失落真及噪声等影响所限定。
下图所示的最大电缆长度与旗子暗记速率的关系曲线是利用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,当数据旗子暗记速率降落到90Kbit/S以下时,假定最大许可的旗子暗记丢失为6dBV时,则电缆长度被限定在1200M。
实际上,图中的曲线是很守旧的,在实用时是完备可以取得比它大的电缆长度。

当利用不同线径的电缆。
则取得的最大电缆长度是不相同的。
例如:当数据旗子暗记速率为600Kbit/S时,采取24AWG电缆,由图可知最大电缆长度是200m,若采取19AWG电缆(线径为0。
91mm)则电缆长度将可以大于200m;若采取28AWG电缆(线径为0。
32mm)则电缆长度只能小于200m。

七、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。
半双工办法,主从只能一个发。
全双工办法,主站总可发送,从站只能有一个发送。
(靠和DE掌握)

八、RS-485/RS422接口通讯时,在什么条件下须要采取终端匹配?电阻值如何确定?如何配置终端匹配电阻?

答:在长线旗子暗记传输时,一样平常为了避免旗子暗记的反射和回波,须要在吸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-422一样平常采取双绞线(屏蔽或非屏蔽)连接,终端电阻一样平常介于100至140Ω之间,范例值为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。

九、RS-485/RS-422接口为何在停滞通信时吸收器仍有数据输出?

答:由于RS-485/RS-422在发送数据完成后,哀求所有的发送使能掌握旗子暗记关闭且保持吸收使能有效,此时,总线驱动器进入高阻状态且吸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,吸收器的输出不愿定,且对AB线上的差分旗子暗记的变革很敏感;若无终端匹配,则总线处于高阻态,吸收器的输出不愿定),随意马虎受到外界的噪声滋扰。
当噪声电压超过输入旗子暗记门限时(范例值±200mV),吸收器将输出数据,导致对应的UART吸收无效的数据,使紧接着的正常通讯出错;其余一种情形可能发生在打开/关闭发送使能掌握的瞬间,使吸收器输出旗子暗记,也会导致UART缺点地吸收。
办理方法:1)在通讯总线上采取同相输入端上拉(A线)、反相输入端下拉(B线)的方法对总线进行钳位,担保吸收器输出为固定的\"大众1\"大众电平;2)采取内置防故障模式的MAX308x系列的接口产品更换该接口电路;3)通过软件办法肃清,即在通信数据包内增加2-5个起始同步字节,只有在知足同步头后才开始真正的数据通讯。

十、在通讯电缆中的旗子暗记衰减

第二个影响旗子暗记传输的成分是旗子暗记在电缆的传输过程中衰减。
一条传输电缆可以把它看出由分布电容、分布电感和电阻联合组成的等效电路。

电缆的分布电容C紧张是由双绞线的两条平行导线产生。
导线的电阻在这里对旗子暗记的影响很小,可以忽略不计。
旗子暗记的丢失紧张是由于电缆的分布电容和分布电感组成的LC低通滤波器。
PROFIBUS用的LAN标准型二芯电感(西门子为DP总线选用的标准电缆),在不同波特率时的衰减系数如表1所示。

十一、分布电容对RS-485总线传输性能的影响

电缆的分布电容主是由双绞线的两条平行导线产生。
其余,导线和地之间也存在分布电容,虽然很小,但在剖析时也不能忽略。
分布电容对总线传输性能的影响,紧张是由于总线上传输的是基波旗子暗记,旗子暗记的表达办法只有\"大众1\"大众和\"大众0\"大众。
在分外的字节中,例如0x01,旗子暗记\公众0\公众使得分布电容有足够的充电韶光,而旗子暗记\"大众1\"大众到来时,由于分布电容中的电荷,来不及放电,(Vin+)-(Vin-)-还大于200mV,结果使接爱误认为是\"大众0\"大众,而终极导致CRC校验缺点,全体数据帧传输缺点。

由于总线上分布影响,导致数据传输缺点,从而使全体网络性能降落。
办理这个问题有两种方法:

(1)降落数据传输的波特率;

(2)利用分布电容小的电缆,提高传输线的质量。

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