RS-485總線掃盲之物理層

**1 **RS-485概述

RS-485和RS-232一樣，都是串行通信標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)是TIA485/EIA-485-A，但是人們會(huì)習(xí)慣稱(chēng)為RS-485標(biāo)準(zhǔn)，RS-485常用在工業(yè)、自動(dòng)化、汽車(chē)和建筑物管理等領(lǐng)域。在EIA的標(biāo)準(zhǔn)系列中，RS485協(xié)議被認(rèn)為是最通用的，在串口通訊的4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)上均顯示出良好的性能。

RS-485總線彌補(bǔ)了RS-232通信距離短，速率低的缺點(diǎn)，RS-485的速率可高達(dá)10Mbit/s，理論通訊距離可達(dá)1200米；RS-485和RS-232的單端傳輸不一樣，是差分傳輸，使用一對(duì)雙絞線，其中一根線定義為A，另一個(gè)定義為B。

**2 **RS-485物理層

RS-485的物理層負(fù)責(zé)在設(shè)備和物理傳輸介質(zhì)之間傳輸原始數(shù)據(jù)。它處理電信號(hào)到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，同時(shí)定義電壓、時(shí)序、數(shù)據(jù)速率等。

① 差分信號(hào)

長(zhǎng)距離布線會(huì)有信號(hào)衰減，而且引入噪聲和干擾的可能性更大，在線纜A和B上的表現(xiàn)就是電壓幅度的變化，但是，采用差分線的好處就是，差值相減就會(huì)忽略掉干擾依舊能輸出正常的信號(hào)，把這種差分接收器忽略?xún)蓷l信號(hào)線上相同電壓的能力稱(chēng)為共模抑制。

圖1

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了，邏輯1：+2V to +6V；邏輯0：-6V to -2V。

RS-485不需要使用特定的總線電壓，只看最小差分電壓，在較長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度上，接收器接收到的電壓可能會(huì)降低到+/- 200 mV，這對(duì)于RS-485仍然是完全可以接受的，這也是RS-485的優(yōu)點(diǎn)之一。

圖2

很多收發(fā)器的標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到甚至超過(guò)TIA/EIA-485A規(guī)范，在實(shí)際使用中，以器件的SPEC參數(shù)為主，如下某收發(fā)器的負(fù)輸入閾值最小也是-200mV。

圖3

② 信號(hào)定義

RS485信號(hào)線定義

圖4 DB9針公母頭示意圖

圖5 DB9針引腳指示圖

載波檢測(cè)(CD) 此控制信號(hào)在調(diào)制解調(diào)器通知計(jì)算機(jī)它已檢測(cè)到計(jì)算機(jī)可以用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d波時(shí)使用。

接收數(shù)據(jù)(RXD) 這條線用于兩個(gè)源之間的數(shù)據(jù)傳輸。一個(gè)例子是從調(diào)制解調(diào)器接收的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。

傳輸數(shù)據(jù)(TXD) 這是實(shí)際承載傳輸數(shù)據(jù)的線路。

數(shù)據(jù)終端就緒(DTR) ，這是表明計(jì)算機(jī)已準(zhǔn)備好進(jìn)行傳輸?shù)男盘?hào)。

系統(tǒng)接地(GND) 是指與地面的物理連接，用于測(cè)量電路中電壓的基線或用于返回電流的共享路徑。

與DTR信號(hào)相比， 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒(DSR) ，該信號(hào)通知計(jì)算機(jī)或終端調(diào)制解調(diào)器正在運(yùn)行并且能夠接收數(shù)據(jù)。

對(duì)于此信號(hào)，需要 發(fā)送請(qǐng)求(RTS) 正電壓，以允許執(zhí)行 發(fā)送請(qǐng)求(RTS) 。這表明在數(shù)據(jù)集和數(shù)據(jù)終端之間可以進(jìn)行無(wú)干擾的傳輸。

在數(shù)據(jù)終端和調(diào)制解調(diào)器之間建立連接后， 清除發(fā)送(CTS) 發(fā)送此信號(hào)，以確認(rèn)數(shù)據(jù)終端已確認(rèn)可以開(kāi)始通信。

振鈴指示器(RI) 的作用是提醒運(yùn)行數(shù)據(jù)集的調(diào)制解調(diào)器已檢測(cè)到低頻。該信號(hào)只是警告數(shù)據(jù)終端，而不會(huì)影響設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。

引腳分配通過(guò)2和4個(gè)觸點(diǎn)連接到DB9和DB25連接器

圖6 是RS485引腳DB9連接器的RS485接線圖

圖7 是25針RS485引腳半雙工和全雙工引腳連接器的引腳圖

DB25針的TxD +和TxD-線傳輸發(fā)送數(shù)據(jù)，而RxD +和RxD-線包含接收數(shù)據(jù)。由于差分信號(hào)原因，這些信號(hào)的傳輸距離更大。

RS485接口實(shí)現(xiàn)在更遠(yuǎn)的距離和更好的數(shù)據(jù)速率的性能上，比RS232協(xié)議傳輸方式更優(yōu)越。最長(zhǎng)10米的距離支持30-35 Mbps的傳輸速度。在長(zhǎng)達(dá)1200米的距離上可以實(shí)現(xiàn)100Kbps的數(shù)據(jù)速率。RS485主要用于利用其平衡差分接口的多點(diǎn)配置中。

如RS485電纜引腳排列中所示，該接口具有差分配置的所有信號(hào)。

● CTS +和CTS-以及RTS +和RTS-信號(hào)都被用作握手控制信號(hào)。

●TxD +和TxD-執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸。

●RxD +和RxD-是用于收集數(shù)據(jù)的行。

多點(diǎn)配置可將多達(dá)32個(gè)設(shè)備與一個(gè)控制主設(shè)備連接。VSAT NMS(網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng))就是一個(gè)例子。在此實(shí)現(xiàn)中，在PC上運(yùn)行的軟件可以監(jiān)視和控制各種子系統(tǒng)。其中包括MUX，調(diào)制解調(diào)器，RF上/下變頻器以及其他網(wǎng)絡(luò)組件。為了使這種類(lèi)型的實(shí)施正常工作，在運(yùn)行NMS應(yīng)用程序的PC以及所有連接的子系統(tǒng)上，需要正確接線的RS485連接器。

RS485接口說(shuō)明

RS485(EIA485)接口已被證明具有極強(qiáng)的魯棒性，并且由于其多點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而成為工業(yè)上最流行的通信協(xié)議。RS422協(xié)議與RS485的相似之處在于兩者都使用差分信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

RS485有兩種類(lèi)型：

● 半雙工RS485具有2個(gè)觸點(diǎn)

● 在全雙工模式下使用RS485 4個(gè)觸點(diǎn)。

當(dāng)您需要能夠同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)，可以使用全雙工模式。在半雙工模式下，您只能在任何給定時(shí)間發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。

線路上的電壓范圍為-7 V至+12V。

沒(méi)有用于實(shí)現(xiàn)RS485協(xié)議的特定連接器類(lèi)型，但是在大多數(shù)情況下，都使用DB9連接器或端子塊。

特定的RS485連接器可能具有不同的引腳排列。您將能夠根據(jù)設(shè)備隨附的文檔確定實(shí)際配置。