RS485接口原理及應(yīng)用

 一、RS485簡介：

為擴(kuò)展應(yīng)用范圍，美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)又于1983年在RS-422基礎(chǔ)上制定了RS-485標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同 一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA-485-A標(biāo)準(zhǔn)。

RS485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般是兩線制(以前有四線制接法，只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用)，多采用屏蔽雙絞線傳輸。這種接線方式為總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接32個(gè)結(jié)點(diǎn)。在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。很多情況下，連接RS-485通信鏈路時(shí)只是簡單地用一對雙絞線將各個(gè)接口的“A”、“B”端連接起來。RS485接口連接器采用DB-9的9芯插頭座，與智能終端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、RS485特點(diǎn)：

1. RS-485的電氣特性：采用差分信號負(fù)邏輯，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(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。

3. RS-485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。

4. RS-485最大的通信距離約為1219m，最大傳輸速率為10Mbps，傳輸速率與傳輸距離成反比，在100KbpS的傳輸速率下，才可以達(dá)到最大的通信距離，如果需傳輸更長的距離，需要加485中繼器。RS-485總線一般最大支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果使用特制的485芯片，可以達(dá)到128個(gè)或者256個(gè)節(jié)點(diǎn)，最大的可以支持到400個(gè)節(jié)點(diǎn)。

RS485通信原理

RS485是一種在工業(yè)上作為數(shù)據(jù)交換的手段而廣泛使用的串行通信方式，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，因此具有較強(qiáng)的抗干擾能力。它采用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B。

通常情況下，RS485的信號在傳送出去之前會先分解成正負(fù)對稱的兩條線路(即我們常說的A、B信號線)，當(dāng)?shù)竭_(dá)接收端后，再將信號相減還原成原來的信號。發(fā)送驅(qū)動器A、B之間的正電平在+2~6V，是一個(gè)正1邏輯狀態(tài);負(fù)電平在-2~6V，是一個(gè)負(fù)0邏輯狀態(tài);另有一個(gè)信號地C。在RS485中還有一“使能”端。“使能”端是用于控制發(fā)送驅(qū)動器與傳輸線的切斷與連接。當(dāng)“使能”端起作用時(shí)，發(fā)送驅(qū)動器處于高阻狀態(tài)，稱作“第三態(tài)”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態(tài)。

接收端與發(fā)送端的電平邏輯規(guī)定，收、發(fā)端通過平衡雙絞線將AA與BB對應(yīng)相連，當(dāng)在接收端AB之間(DT)=(D+)-(D-)有大于+200mV的電平時(shí)，輸出正邏輯電平，小于-200mV時(shí)，輸出負(fù)邏輯電平。接收器接收平衡線上的電平范圍通常在200mV~6V之間。

例如：發(fā)送“1”時(shí)，驅(qū)動器收到控制器發(fā)送來的高電平，之后A端輸出高電平，B端輸出低電平;接收器A端收到高電平，B端收到低電平，兩個(gè)信號相減得到“1”。同理，發(fā)送“0”時(shí)，驅(qū)動器收到控制發(fā)送來的低電平，之后A、B兩端分別輸出低、高電平，接收端A、B則接收到低、高電平，兩個(gè)信號相減后得到“0”。

如果受到干擾，則接收端AB之間(DT)=[(D+)+Noise]-[(D-)+Noise]= (D+)-(D-)，由此可以看出干擾信號被消除。

RS485應(yīng)用中的問題

一、信號反射問題

在溝通心過程中，當(dāng)阻抗不連續(xù)或阻抗不匹配時(shí)，會產(chǎn)生信號反射，和光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生發(fā)射是一樣的。

信號反射對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懀悍瓷湫盘栍|發(fā)了接收器輸入端的比較器，使接收器收到錯(cuò)誤的信號，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)接受的錯(cuò)誤。

二、信號反射的消除

1、使電纜的末端的阻抗和電纜的特性阻抗大小一樣，由于信號在電纜上的傳輸是雙向的，因此在通訊電纜的另一端跨接一個(gè)同樣大小的終端電阻即可。一般線纜的阻抗大小在100-120歐之間，因此終端電阻可選用120歐。在實(shí)際中，由于線纜的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是會存在的;

2、加偏置電阻，將A加上拉電阻，B端加下拉電阻，使總線空閑時(shí)接收器輸出固定為1。否則，總線空閑時(shí)的反射信號可能使接收器的輸出變?yōu)?，從而使控制器誤以為有新的數(shù)據(jù)發(fā)送。

三、信號接地

接地處理不當(dāng)往往會導(dǎo)致電子系統(tǒng)不能穩(wěn)定的工作甚至危及整個(gè)系統(tǒng)的安全。很多情況下，連接RS485通信鏈路時(shí)只是簡單的用一對雙絞線將各個(gè)接口的“A”、“B”端連接起來，而忽略了信號地的連接，這種連接方法在許多場合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患。

四、共模干擾問題

RS485接口均采用差分方式傳輸信號，并不需要相對于某個(gè)參照點(diǎn)來檢測信號，系統(tǒng)只需檢測兩線之間的電位差就可以了。但是人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍，如RS485收發(fā)器共模電壓范圍為-7-+12V，只有滿足上述條件，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時(shí)就會影響通信的穩(wěn)定，甚至損壞接口。例如：當(dāng)驅(qū)動器A向B發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送驅(qū)動器共模電壓為Va，由于兩個(gè)系統(tǒng)具有各自獨(dú)立的系統(tǒng)地，存在著地電位差Vg，那么接收器輸入端的共模電壓Vb就會達(dá)到Vb=Va+Vg，雖然RS485標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定Va<=3V，但是Vg可能很大，導(dǎo)致接收器共模輸入Vb超出正常范圍，使系統(tǒng)不能正常工作。

解決共模干擾：可使用一根低阻的信號地將兩個(gè)工作地連接起來，使共模干擾Vg被短路，可以有限的解決共模干擾。但是當(dāng)干擾源內(nèi)阻比較小時(shí)，這種方法不太有效，因?yàn)闀诮拥鼐€上形成較大的環(huán)路電流。這時(shí)可采用浮地技術(shù)，即使系統(tǒng)的電路地與機(jī)殼或大地隔離。