RS485通讯原理
12页1、RS-485 串行数据通信协议及其应用串行数据通信的协议从 RS-232 到千兆位以太网,虽然每种协议都有特定的应用领域,但任何情况下我们都必须考虑成本和物理层(PHY)性能。本文主要介绍 RS-485 协议及该协议所适合的应用。同时给出了根据电缆长度、系统设计以及元件选择来优化数据速率的方法。传输协议什么是 RS-485?Profibus 又是什么?与其它串行协议相比,它们的性能如何?适用于哪些应用?为了回答这些问题,我们对 RS-485物理层(PHY)、RS-232 和 RS-422 的特性、功能进行了总体比较1(本文中的 RS 表示 ANSIEIA/TIA 标准)。RS-232 是一个最初用于调制解调器、打印机及其它 PC 外设的通讯标准,提供单端 20kbps 的波特率,后来速率提高至 1Mbps。RS-232 的其它技术指标包括:标称5V 发送电平、3V 接收电平(间隔/符号)、2V 共模抑制、2200pF 最大电缆负载电容、 300 最大驱动器输出电阻、3k 最小接收器(负载)阻抗、100 英尺(典型值) 最大电缆长度。RS-232 只用于点对点通信系统,不能用于多点通信系
2、统,所有RS-232 系统都必须遵从这些限制。 RS-422 是单向、全双工通信协议,适合嘈杂的工业环境。RS-422规范允许单个驱动器与多个接收器通信,数据信号采用差分传输方式,速率最高可达 50Mbps。接收器共模范围为7V,驱动器输出电阻最大值为 100,接收器输入阻抗可低至 4k。RS-485 标准RS-485 是双向、半双工通信协议,允许多个驱动器和接收器挂接在总线上,其中每个驱动器都能够脱离总线。该规范满足所有 RS-422 的要求,而且比 RS-422 稳定性更强。具有更高的接收器输入阻抗和更宽的共模范围(-7V 至+12V)。接收器输入灵敏度为200mV ,这就意味着若要识别符号或间隔状态,接收端电压必须高于+200mV 或低于-200mV 。最小接收器输入阻抗为 12k,驱动器输出电压为1.5V(最小值) 、5V(最大值)。驱动器能够驱动 32 个单位负载,即允许总线上并联 32 个 12k 的接收器。对于输入阻抗更高的接收器,一条总线上允许连接的单位负载数也较高。RS-485 接收器可随意组合,连接至同一总线,但要保证这些电路的实际并联阻抗不高于 32 个单位负载(
3、375)。采用典型的 24AWG 双绞线时,驱动器负载阻抗的最大值为 54,即 32 个单位负载并联 2 个 120 终端匹配电阻。RS-485 已经成为POS、工业以及电信应用中的最佳选择。较宽的共模范围可实现长电缆、嘈杂环境(如工厂车间)下的数据传输。更高的接收器输入阻抗还允许总线上挂接更多器件。Profibus 和 Fieldbus2总线主要用于工业设备,是 RS-485 总线的扩展。用于工业环境的传感器测量、激励控制、数据采集/显示以及过程控制系统与传感器、激励源网络之间的数据通信。注意:老式或现有的工业设备布线架构比较复杂,不可替换。Profibus 和 Fieldbus 是对系统的整体描述。RS-485 支持 Profibus和 Fieldbus 协议的物理层接口标准。Profibus 与 Fieldbus 存在细微的差异,Profibus 要求 2.0V 的最小差分输出电压, 54 的负载电阻;Fieldbus 则要求 1.5V 的最小差分输出电压,54 的负载电阻。Profibus 传输速率为 12Mbps,Fieldbus 的传输速率为500kbps。Profibus
4、 应用对摆率和电容容限要求比较严格。最适合的应用领域?RS-232:用于与调制解调器、打印机及其它 PC 外设之间的通信。最大电缆长度为 100 英尺(典型值)。RS-422:适用于单主机(驱动器)工业环境。典型应用包括:过程自动化(化工、酿造、造纸)、工厂自动化( 汽车制造、金属加工) 、HVAC、安防、电机控制、运动控制等。 RS-485:适用于多主机/驱动器工业环境。其典型应用与 RS-422相似,包括:过程自动化(化工、酿造、造纸) 、工厂自动化(汽车制造、金属加工)、HVAC、安防、电机控制、运动控制。哪些因素限制了 RS-485 的数据速率?在指定的传输距离下,下列因素限制了传输速率:电缆长度:在特定频率下,信号强度会随着电缆长度而衰减。电缆架构:5 类 24AWG 双绞线是 RS-485 系统最常用的电缆,屏蔽电缆可大大增强噪声抑制能力,提高了一定距离下的数据传输速率。电缆特性阻抗:分布电容和分布电感会降低信号的边沿速度,从而降低噪声裕量、补偿“眼图模板” 特性。分布电阻直接导致信号电平的衰减。驱动器输出阻抗:阻抗过高会限制驱动能力。接收器输入阻抗:阻抗过低会限制与驱动器
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