RS232,RS422,RS485介紹及性能比較

日期:2018-05-30 / 人氣: / 來源:www.colemanluck.com

RS232,RS422,RS485的由來

RS232,RS422,RS485都是串行數據接口標準,最初都是由美國電子工業協會(EIA)制定并發布的。

RS232在1962年發布,命名為EIA-232-E,作為工業標準以保證不同廠商產品之間的兼容。

RS422由RS232發展而來,為改進RS232通信距離短、速率低的缺點,RS422定義了一種平衡通信接口,將傳輸速率提高到10MB/s,傳輸距離延長到4000英尺(1219.2m)(速率低于100KB/s時),并允許在一條平衡總線上連接最多10個接收器。RS422是一種單機發送、多機接收的單向、平衡傳輸規范,被命名為TIA/EIA-422-A。

為擴展應用范圍,EIA又于1983年在RS422的基礎上制定了RS485標準,增加了多點、雙向通信能力,即允許多個發送器連接到同一條總線上,同時增加了發送器的驅動能力和沖突保護特性,擴展了總線共模范圍,后命名為TIA/EIA-485-A。由于EIA提出的建議標準都是以RS作為前綴,所以在工業通信領域,仍然習慣將上述標準以RS作為前綴稱謂。

RS232,RS422,RS485性能比較

RS232,RS422,RS485性能比較
規定 RS232 RS422 RS485
工作方式 單端 差分 差分
節點數 1收1發 1發10收 1發32收
最大傳輸電纜長度 15.2m 1219.2m 1219.2m
最大傳輸速率 20kb/s 10mb/s 10mb/s
最大驅動輸出電壓 +/-25V -0.25~+6V -7~+12V
驅動器負載阻抗 3kΩ~7kΩ 100Ω 54Ω
驅動器輸出信號電平(Min) 負載 +/-5~+/-15V +/-2V +/-1.5V
驅動器輸出信號電平(Max) 空載 +/-25V +/-6V +/-6V
擺率(Max) 30V//μs N/A N/A
接收器輸入電壓范圍 +/-15V -10V~+10V -7V~+12V
接收器輸入門限 +/-3V +/-200mV +/-200mV
接收器輸入電阻 3~7kΩ 4kΩ >12kΩ
驅動器共模電壓   -3~+3V -1~+3V
接收器共模電壓   -7~+7V -7~+12V

這些標準只對接口的電氣特性做出規定,而不涉及接插件、電纜或協議,在此基礎上用戶可以建立自己的高層通信協議。

RS232串行接口標準

RS232標準協議的全稱是EIA-RS232標準,其中EIA代表美國電子工業協會,RS代表推薦標準,232是標識號。它規定了連接電纜和機械、電氣特性,信號功能及傳送過程。

RS232標準最初是為遠程通信連接數據終端設備DTE與數據通信設備DCE而制定的。RS232標準中所提到的“發送”和“接收”,都是站在DTE的立場上,而不是站在DCE的立場上來定義的。由于在計算機系統中,往往是CPU和I/O設備之間傳送信息,兩者都是DTE,因此雙方都能發送和接收。

目前RS232是PC機與通信工業中應用最廣泛的一種串行接口。RS232被定義為一種在低速率串行通信中增加通信距離的單端標準。RS232采取不平衡傳輸方式,即所謂單端通信,如下圖。

RS232通信

RS232通信

1.RS232電氣特性

EIA-RS232對電氣特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規定。

在TxD和RxD上:

邏輯1(MARK)=-3~-15V

邏輯0(SPACE)=+3~+15V

在RTS,CTS,DSR,DTR和DCD等控制線上:

信號有效(接通,ON狀態,正電壓)=+3~+15V

信號無效(斷通,OFF狀態,負電壓)=-3~-15V

2.RS232連接器的機械特性

連接器:由于RS232并未定義連接器的物理特性,因此,出現了DB-25,DB-15,DB-9各種類型的連接器,其引腳的定義也各不相同。早期的PC機和XT機采用DB-25連接器、AT機及以后普遍使用的DB-9。在研華工控機及工控模塊的應用也都采用了DB-9。DB-9接口定義如下圖。

DB-9 接口定義

RS232 DB-9接口定義

接口定義如下表。

引腳號 描述
1 數據載波檢出(Datacarrierdetection—DCD)
2 接收數據(Receiveddata—RxD)
3 發送數據(Transmitteddata—TxD)
4 數據終端準備好(Dataterminalready—DTR)
5 信號地(Signalground—SG)
6 數據裝置準備好(Datasetready—DSR)
7 請求發送(Requesttosend—RTS)
8 允許發送(Cleartosend—CTS)
9 振鈴提示(Ringing—RI )

電纜長度:在通信速率低于20KB/s時,RS232所直接連接的最大物理距離為15m。實際應用中,當使用9600B/s,普通雙絞屏蔽線時,距離可達30耀35m。

當通信距離較近時,只需使用少數幾根信號線就可實現數據通信,最簡單的情況下只需3根線(發送線、接收線、信號地線)便可實現全雙工異步串行通信。

RS422與RS485串行接口標準

1.平衡傳輸

RS422,RS485與RS232不一樣,數據信號采用差分傳輸方式,也稱作平衡傳輸,它使用一對雙絞線,傳輸方式如下圖。

 RS422/485通信
RS422/485通信

RS485的信號傳送出去時會分為正負兩條線路,當到達接收端時,再將信號相減還原成原來的信號。如果將原始信號表示成DT,而被分開的信號表示成D+和D-,則原始信號與離散的信號由傳送端送出去時的運算關系如下:DT=(D+)-(D-)。同樣,接收端在接收到信號后,也按照上式將信號還原成原來的樣子。

在RS485中還有一個使能端,而在RS422中這是可用可不用的。使能端用于控制發送驅動器與傳輸線的切斷與連接。當使能端起作用時,發送驅動器處于高阻狀態,稱作第3態,即它是有別于邏輯1與0的第3態。

2.RS422電氣規定

RS422標準全稱是“平衡電壓數字接口電路的電氣特性”,它定義了接口電路的特性。如下圖

RS422接口定義定義
RS422 DB-9接口定義定義

由于接收器采用高輸入阻抗和發送驅動器,比RS232具有更強的驅動能力,故允許在相同傳輸線上連接多個接收接點,最多可接10個接點。即一個主設備(Master),其余為從設備(Slave),從設備之間不能通信,所以RS422支持點對多的雙向通信。RS4224線接口由于采用單獨的發送和接收通道,因而不必控制數據方向,各裝置之間任何必需的信號交換均可以按軟件方式(XON/XOFF握手)或硬件方式(一對單獨的雙絞線)實現。

RS422的最大傳輸距離為1219.2m,最大傳輸速率為10MB/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比,在100KB/s速率以下,才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100m長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1MB/s。

RS422需要一個終接電阻,要求其阻值約等于傳輸電纜的特性電阻。在近距離傳輸時可不需終接電阻,即一般在300m以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸電纜的最遠端。

3.RS485電氣規定

由于RS485是從RS422基礎上發展而來的,所以RS485許多電氣規定與RS422相似,如都采用平衡傳輸方式,都需要在傳輸線上接終接電阻等。RS485可以采用2線與4線方式,2線制可實現真正的多點雙向通信。而采用4線連接時,與RS422一樣只能實現點對多的通信,即只能有一個主設備(Master),其余為從設備(Slave),但它比RS422有改進,無論4線還是2線連接方式總線上最多可接到32個設備。

RS485有關電氣規定見表
 

RS485與RS422的不同還在于其共模輸出電壓是不同的,RS485是-7V到+12V之間,而RS422在-7V至+7V之間,RS485接收器最小輸入阻抗為12kΩ,而RS42是4kΩ;RS485滿足所有RS422的規范,所以RS485的驅動器可以在RS422網絡中應用。

RS485與RS422一樣,其最大傳輸距離約為1219m,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。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100m長的雙絞線最大傳輸速率僅為1MB/s。

RS485需要兩個終接電阻,其阻值要求等于傳輸電纜的特性電阻。在短距離傳輸時可不需終接電阻,即一般在300m以下不需要終接電阻。終接電阻接在傳輸電纜的兩端。

由于RS485是半雙工通信,發送和接收采用分時的方式,系統需要判定是發送還是接收。對于無“數據流向自動感知”功能的RS485通信口,需要軟件通過RTS握手信號進行通知,編程較煩瑣,因此RS485串口通信卡一般都增加了專門的“數據流向自動感知”功能,使RS485軟件的開發與RS232完全相同。

4.RS422與RS485的網絡安裝注意要點

RS422可支持10個節點,RS485支持32個節點,因此多節點構成網絡。網絡拓撲一般采用終端匹配的總線型結構,不支持環型或星型網絡。在構建網絡時,應注意以下兩點。

第一,采用一條雙絞線電纜作為總線,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。

RS422/485節點連接方式
RS422/485節點連接方式

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3種網絡連接盡管不正確,在短距離、低速率時仍可能正常工作,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后與原信號疊加,會造成信號質量下降。

第二,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。下面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,某一段總線上有過多收發器緊靠在一起安裝;過長的分支線引出到總線??傊?,應該提供一條單一、連續的信號通道作為總線。

5.RS422與RS485傳輸線匹配

一般終端匹配采用終接電阻方法,RS422在總線電纜的遠端并接電阻,RS485則應在總線電纜的開始和末端都并接終接電阻。終接電阻一般在RS422網絡中取100Ω,在RS485網絡中取120Ω,相當于電纜特性阻抗的電阻,因為大多數雙絞線電纜特性阻抗為100耀200Ω。

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作者:控制板


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