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12個經典問答：帶你全麵了解RS485接口知識！
RS485接口組成的半雙工網絡，一般是兩線製，多采用屏蔽雙絞線傳輸，這種接線方式為總線式拓撲結構在同一總線上最多可以掛接32個結點。糖心入口知道，最初數據是模擬信號輸出簡單過程量，後來儀表接口是RS232接口，這種接口可以實現點對點的通信方式，但這種方式不能實現聯網功能，隨後出現的RS485解決了這個問題。為此本文通過問答的形式詳細介紹RS485接口。 一、什麽是RS-485接口？它比RS-232-C接口相比有何特點？答：由於RS-232-C接口標準出現較早，難免有不足之處，主要有以下四點：（1）接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與TTL電平不兼容故需使用電平轉換電路方能與TTL電路連接。（2）傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為20Kbps。（3）接口使用一根信號線和一根信號返回線而構成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產生共模幹擾，所以抗噪聲幹擾性弱。（4）傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為50英尺，實際上也隻能用在50米左右。針對RS-232-C的不足，於是就不斷出現了一些新的接口標準，RS-485就是其中之一，它具有以下特點：1）RS-485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（2-6）V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-（2-6）V表示。接口信號電平比RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。2）RS-485的數據最高傳輸速率為10Mbps3）RS-485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模幹能力增強，即抗噪聲幹擾性好。4）RS-485接口的最大傳輸距離標準值為4000英尺，實際上可達3000米，另外RS-232-C接口在總線上隻允許連接1個收發器，即單站能力。而RS-485接口在總線上是允許連接多達128個收發器。即具有多站能力，這樣用戶可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設備網絡。5）因RS-485接口具有良好的抗噪聲幹擾性，長的傳輸距離和多站能力等上述優點就使其成為首選的串行接口。因為RS485接口組成的半雙工網絡，一般隻需二根連線，所以RS485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。RS485接口連接器采用DB-9的9芯插頭座，與糖心VLOG官网入口終端RS485接口采用DB-9（孔），與鍵盤連接的鍵盤接口RS485采用DB-9（針）。 二、RS-485串行接口標準由於RS-485是從RS-422基礎上發展而來的，所以RS-485許多電氣規定與RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。RS-485可以采用二線與四線方式，二線製可實現真正的多點雙向通信。而采用四線連接時隻能實現點對多的通信，即隻能有一個主（Master）設備，其餘為從設備，但它比RS-422有改進，無論四線還是二線連接方式總線上可多接到32個設備。RS-485最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用規定最長的電纜長度。隻有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長雙絞線最大傳輸速率僅為1Mb/s。RS-485需要2個終接電阻，其阻值要求等於傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸總線的兩端。 三、RS-485的網絡安裝注意要點RS-485可支持32個節點，多節點構成網絡。網絡拓撲一般采用終端匹配的總線型結構，不支持環形或星形網絡。在構建網絡時，應注意如下幾點：1、采用一條雙絞線電纜作總線，將各個節點串接起來，從總線到每個節點的引出線長度應盡量短，以便使引出線中的反射信號對總線信號的影響最低。所示為實際應用中常見的一些錯誤連接方式（a，c，e）和正確的連接方式（b，d，f）。a，c，e這三種網絡連接盡管不正確，在短距離、低速率仍可能正常工作，但隨著通信距離的延長或通信速率的提高，其不良影響會越來越嚴重，主要原因是信號在各支路末端反射後與原信號疊加，會造成信號質量下降。2、應注意總線特性阻抗的連續性，在阻抗不連續點就會發生信號的反射。下列幾種情況易產生這種不連續性：總線的不同區段采用了不同電纜，或某一段總線上有過多收發器緊靠在一起安裝，再者是過長的分支線引出到總線。總之，應該提供一條單一、連續的信號通道作為總線。 四、RS-485傳輸線上匹配的一些說明對RS-485總線網絡一般要使用終接電阻進行匹配。但在短距離與低速率下可以不用考慮終端匹配。那麽在什麽情況下不用考慮匹配呢？理論上，在每個接收數據信號的中點進行采樣時，隻要反射信號在開始采樣時衰減到足夠低就可以不考慮匹配。一般終端匹配采用終接電阻方法，RS-485應在總線電纜的開始和末端都需並接終接電阻。終接電阻一般在取120Ω。相當於電纜特性阻抗的電阻，因為大多數雙絞線電纜特性阻抗大約在100～120Ω。這種匹配方法簡單有效，但有一個缺點，匹配電阻要消耗較大功率，對於功耗限製比較嚴格的係統不太適合。另外一種比較省電的匹配方式是RC匹配，利用一隻電容C隔斷直流成分可以節省大部分功率。但電容C的取值是個難點，需要在功耗和匹配質量間進行折衷。還有一種采用二極管的匹配方法，這種方案雖未實現真正的“匹配”，但它利用二極管的鉗位作用能迅速削弱反射信號，達到改善信號質量的目的。節能效果顯著。 五、RS-485的接地問題電子係統接地是很重要的，但常常被忽視。接地處理不當往往會導致電子係統不能穩定工作甚至危及係統安全。RS-485傳輸網絡的接地同樣也是很重要的，因為接地係統不合理會影響整個網絡的穩定性，尤其是在工作環境比較惡劣和傳輸距離較遠的情況下，對於接地的要求更為嚴格。 六、采用RS485接口時，傳輸電纜的長度如何考慮？在使用RS485接口時，對於特定的傳輸線經，從發生器到負載其數據信號傳輸所允許的最大電纜長度是數據信號速率的函數，這個長度數據主要是受信號失真及噪聲等影響所限製。最大電纜長度與信號速率的關係曲線是使用24AWG銅芯雙絞電話電纜（線徑為0.51mm），線間旁路電容為52。5PF/M，終端負載電阻為100歐時所得出。當數據信號速率降低到90Kbit/S以下時，假定最大允許的信號損失為6dBV時，則電纜長度被限製在1200M。在實用時是完全可以取得比它大的電纜長度。當使用不同線徑的電纜。則取得的最大電纜長度是不相同的。 七、如何實現RS-485/422多點通訊RS-485總線上任何時候隻能有一發送器發送。半雙工方式，主從隻能一個發。全雙工方式，主站總可發送，從站隻能有一個發送。 八、RS-485接口通訊時，在什麽條件下需要采用終端匹配？電阻值如何確定？如何配置終端匹配電阻？在長線信號傳輸時，一般為了避免信號的反射和回波，需要在接收端接入終端匹配電阻。其終端匹配電阻值取決於電纜的阻抗特性，與電纜的長度無關。RS-485一般采用雙絞線（屏蔽或非屏蔽）連接，終端電阻一般介於100至140Ω之間，典型值為120Ω。在實際配置時，在電纜的兩個終端節點上，即最近端和最遠端，各接入一個終端電阻，而處於中間部分的節點則不能接入終端電阻，否則將導致通訊出錯。 九、RS-485網不知道最遠站點是哪一個，應該如何接匹配電阻呢？會出現這種情況，是由於用戶組成RS-485網時，沒有遵循站點至總線的連線應盡可能短的原則。如果總線布線遵循這一原則，就不存在不知道哪個站點是最遠的問題。而且要注意，這樣的布線，係統將會工作得不好。 十、RS-485接口為何在停止通信時接收器仍有數據輸出？由於RS-485在發送數據完成後，要求所有的發送使能控製信號關閉且保持接收使能有效，此時，總線驅動器進入高阻狀態且接收器能夠監測總線上是否有新的通信數據。但是由於此時總線處於無源驅動狀態（若總線有終端匹配電阻時，A和B線的差分電平為0，接收器的輸出不確定，且對AB線上的差分信號的變化很敏感；若無終端匹配，則總線處於高阻態，接收器的輸出不確定），容易受到外界的噪聲幹擾。當噪聲電壓超過輸入信號門限時（典型值±200mV），接收器將輸出數據，導致對應的UART接收無效的數據，使緊接著的正常通訊出錯；另外一種情況可能發生在打開/關閉發送使能控製的瞬間，使接收器輸出信號，也會導致UART錯誤地接收。 解決方法：1）在通訊總線上采用同相輸入端上拉（A線）、反相輸入端下拉（B線）的方法對總線進行鉗位，保證接收器輸出為固定的“1”電平；2）采用內置防故障模式的MAX308x係列的接口產品替換該接口電路；3）通過軟件方式消除，即在通信數據包內增加2-5個起始同步字節，隻有在滿足同步頭後才開始真正的數據通訊。 十一、影響RS-485總線通訊速度和通信可靠性的三個因素1、在通信電纜中的信號反射在通信過程中，有兩種信號因導致信號反射：阻抗不連續和阻抗不匹配。阻抗不連續，信號在傳輸線末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒有，信號在這個地方就會引起反射，如圖1所示。這種信號反射的原理，與光從一種媒質進入另一種媒質要引起反射是相似的。消除這種反射的方法，就必須在電纜的末端跨接一個與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續。由於信號在電纜上的傳輸是雙向的，因此，在通訊電纜的另一端可跨接一個同樣大小的終端電阻從理論上分析，在傳輸電纜的末端隻要跨接了與電纜特性阻抗相匹配的終端電阻，就再也不會出現信號反射現象。但是，在實現應用中，由於傳輸電纜的特性阻抗與通訊波特率等應用環境有關，特性阻抗不可能與終端電阻完全相等，因此或多或少的信號反射還會存在。引起信號反射的另個原因是數據收發器與傳輸電纜之間的阻抗不匹配。這種原因引起的反射，主要表現在通訊線路處在空閑方式時，整個網絡數據混亂。信號反射對數據傳輸的影響，歸根結底是因為反射信號觸發了接收器輸入端的比較器，使接收器收到了錯誤的信號，導致CRC校驗錯誤或整個數據幀錯誤。 十二、RS-485總線的負載能力和通訊電纜長度之間的關係在設計RS-485總線組成的網絡配置（總線長度和帶負載個數）時，應該考慮到三個參數：純阻性負載、信號衰減和噪聲容限。純阻性負載、信號衰減這兩個參數，在前麵已經討論過，現在要討論的是噪聲容限（NoiseMargin）。RS-485總線接收器的噪聲容限至少應該大於200mV。前麵的論述者是在假設噪聲容限為0的情況下進行的。在實際應用中，為了提高總線的抗幹擾能力，總希望係統的噪聲容限比EIARS-485標準中規定的好一些。因此，在選定了驅動器的RS-495總線上，在通信波特率一定的情況下，帶負載數的多少，與信號能傳輸的最大距離是直接相關的。在總線允許的範圍內，帶負載數越多，信號能傳輸的距離就越小；帶負載數據少，信號能傳輸的距離就發越遠。
2019-09-29
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