RS485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般是兩線制，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)。我們知道，最初數(shù)據(jù)是模擬信號(hào)輸出簡(jiǎn)單過程量，后來儀表接口是RS232接口，這種接口可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，但這種方式不能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能，隨后出現(xiàn)的RS485解決了這個(gè)問題。為此本文通過問答的形式詳細(xì)介紹RS485接口。

 

一、什么是RS-485接口？它比RS-232-C接口相比有何特點(diǎn)？

答：由于RS-232-C接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以下四點(diǎn)：

 

（1）接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕cTTL電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。

（2）傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率為20Kbps。

（3）接口使用一根信號(hào)線和一根信號(hào)返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。

 

（4）傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為50英尺，實(shí)際上也只能用在50米左右。針對(duì)RS-232-C的不足，于是就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標(biāo)準(zhǔn)，RS-485就是其中之一，它具有以下特點(diǎn)：

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(hào)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(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。

4）RS-485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為4000英尺，實(shí)際上可達(dá)3000米，另外RS-232-C接口在總線上只允許連接1個(gè)收發(fā)器，即單站能力。而RS-485接口在總線上是允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)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(shè)備網(wǎng)絡(luò)。

5）因RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點(diǎn)就使其成為首選的串行接口。因?yàn)镽S485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般只需二根連線，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、RS-485串行接口標(biāo)準(zhǔn)

由于RS-485是從RS-422基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，所以RS-485許多電氣規(guī)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，二線制可實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙向通信。

 

而采用四線連接時(shí)只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多的通信，即只能有一個(gè)主（Master）設(shè)備，其余為從設(shè)備，但它比RS-422有改進(jìn)，無論四線還是二線連接方式總線上可多接到32個(gè)設(shè)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(guī)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100米長雙絞線最大傳輸速率僅為1Mb/s。

 

RS-485需要2個(gè)終接電阻，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時(shí)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(wǎng)絡(luò)安裝注意要點(diǎn)

RS-485可支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，多節(jié)點(diǎn)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡(luò)。在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：

 

1、采用一條雙絞線電纜作總線，將各個(gè)節(jié)點(diǎn)串接起來，從總線到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的引出線長度應(yīng)盡量短，以便使引出線中的反射信號(hào)對(duì)總線信號(hào)的影響最低。所示為實(shí)際應(yīng)用中常見的一些錯(cuò)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(wǎng)絡(luò)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(huì)越來越嚴(yán)重，主要原因是信號(hào)在各支路末端反射后與原信號(hào)疊加，會(huì)造成信號(hào)質(zhì)量下降。

 

2、應(yīng)注意總線特性阻抗的連續(xù)性，在阻抗不連續(xù)點(diǎn)就會(huì)發(fā)生信號(hào)的反射。下列幾種情況易產(chǎn)生這種不連續(xù)性：總線的不同區(qū)段采用了不同電纜，或某一段總線上有過多收發(fā)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(yīng)該提供一條單一、連續(xù)的信號(hào)通道作為總線。

 

四、RS-485傳輸線上匹配的一些說明

對(duì)RS-485總線網(wǎng)絡(luò)一般要使用終接電阻進(jìn)行匹配。但在短距離與低速率下可以不用考慮終端匹配。那么在什么情況下不用考慮匹配呢？理論上，在每個(gè)接收數(shù)據(jù)信號(hào)的中點(diǎn)進(jìn)行采樣時(shí)，只要反射信號(hào)在開始采樣時(shí)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(yīng)在總線電纜的開始和末端都需并接終接電阻。終接電阻一般在取120Ω。相當(dāng)于電纜特性阻抗的電阻，因?yàn)榇蠖鄶?shù)雙絞線電纜特性阻抗大約在100～120Ω。這種匹配方法簡(jiǎn)單有效，但有一個(gè)缺點(diǎn)，匹配電阻要消耗較大功率，對(duì)于功耗限制比較嚴(yán)格的系統(tǒng)不太適合。

 

另外一種比較省電的匹配方式是RC匹配，利用一只電容C隔斷直流成分可以節(jié)省大部分功率。但電容C的取值是個(gè)難點(diǎn)，需要在功耗和匹配質(zhì)量間進(jìn)行折衷。

 

還有一種采用二極管的匹配方法，這種方案雖未實(shí)現(xiàn)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(hào)，達(dá)到改善信號(hào)質(zhì)量的目的。節(jié)能效果顯著。

 

五、RS-485的接地問題

電子系統(tǒng)接地是很重要的，但常常被忽視。接地處理不當(dāng)往往會(huì)導(dǎo)致電子系統(tǒng)不能穩(wěn)定工作甚至危及系統(tǒng)安全。RS-485傳輸網(wǎng)絡(luò)的接地同樣也是很重要的，因?yàn)榻拥叵到y(tǒng)不合理會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，尤其是在工作環(huán)境比較惡劣和傳輸距離較遠(yuǎn)的情況下，對(duì)于接地的要求更為嚴(yán)格。

 

六、采用RS485接口時(shí)，傳輸電纜的長度如何考慮？

在使用RS485接口時(shí)，對(duì)于特定的傳輸線經(jīng)，從發(fā)生器到負(fù)載其數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸所允許的最大電纜長度是數(shù)據(jù)信號(hào)速率的函數(shù)，這個(gè)長度數(shù)據(jù)主要是受信號(hào)失真及噪聲等影響所限制。最大電纜長度與信號(hào)速率的關(guān)系曲線是使用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(fù)載電阻為100歐時(shí)所得出。當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)速率降低到90Kbit/S以下時(shí)，假定最大允許的信號(hào)損失為6dBV時(shí)，則電纜長度被限制在1200M。在實(shí)用時(shí)是完全可以取得比它大的電纜長度。當(dāng)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(shí)現(xiàn)RS-485/422多點(diǎn)通訊

RS-485總線上任何時(shí)候只能有一發(fā)送器發(fā)送。半雙工方式，主從只能一個(gè)發(fā)。全雙工方式，主站總可發(fā)送，從站只能有一個(gè)發(fā)送。

 

八、RS-485接口通訊時(shí)，在什么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(hào)傳輸時(shí)，一般為了避免信號(hào)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于電纜的阻抗特性，與電纜的長度無關(guān)。

 

RS-485一般采用雙絞線（屏蔽或非屏蔽）連接，終端電阻一般介于100至140Ω之間，典型值為120Ω。在實(shí)際配置時(shí)，在電纜的兩個(gè)終端節(jié)點(diǎn)上，即最近端和最遠(yuǎn)端，各接入一個(gè)終端電阻，而處于中間部分的節(jié)點(diǎn)則不能接入終端電阻，否則將導(dǎo)致通訊出錯(cuò)。

 

九、RS-485網(wǎng)不知道最遠(yuǎn)站點(diǎn)是哪一個(gè)，應(yīng)該如何接匹配電阻呢？

會(huì)出現(xiàn)這種情況，是由于用戶組成RS-485網(wǎng)時(shí)，沒有遵循站點(diǎn)至總線的連線應(yīng)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(gè)站點(diǎn)是最遠(yuǎn)的問題。而且要注意，這樣的布線，系統(tǒng)將會(huì)工作得不好。

 

十、RS-485接口為何在停止通信時(shí)接收器仍有數(shù)據(jù)輸出？

由于RS-485在發(fā)送數(shù)據(jù)完成后，要求所有的發(fā)送使能控制信號(hào)關(guān)閉且保持接收使能有效，此時(shí)，總線驅(qū)動(dòng)器進(jìn)入高阻狀態(tài)且接收器能夠監(jiān)測(cè)總線上是否有新的通信數(shù)據(jù)。但是由于此時(shí)總線處于無源驅(qū)動(dòng)狀態(tài)（若總線有終端匹配電阻時(shí)，A和B線的差分電平為0，接收器的輸出不確定，且對(duì)AB線上的差分信號(hào)的變化很敏感；若無終端匹配，則總線處于高阻態(tài)，接收器的輸出不確定），容易受到外界的噪聲干擾。當(dāng)噪聲電壓超過輸入信號(hào)門限時(shí)（典型值±200mV），接收器將輸出數(shù)據(jù)，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的UART接收無效的數(shù)據(jù)，使緊接著的正常通訊出錯(cuò)；另外一種情況可能發(fā)生在打開/關(guān)閉發(fā)送使能控制的瞬間，使接收器輸出信號(hào)，也會(huì)導(dǎo)致UART錯(cuò)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(duì)總線進(jìn)行鉗位，保證接收器輸出為固定的“1”電平；

2）采用內(nèi)置防故障模式的MAX308x系列的接口產(chǎn)品替換該接口電路；

3）通過軟件方式消除，即在通信數(shù)據(jù)包內(nèi)增加2-5個(gè)起始同步字節(jié)，只有在滿足同步頭后才開始真正的數(shù)據(jù)通訊。

 

十一、影響RS-485總線通訊速度和通信可靠性的三個(gè)因素

1、在通信電纜中的信號(hào)反射

在通信過程中，有兩種信號(hào)因?qū)е滦盘?hào)反射：阻抗不連續(xù)和阻抗不匹配。阻抗不連續(xù)，信號(hào)在傳輸線末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒有，信號(hào)在這個(gè)地方就會(huì)引起反射，如圖1所示。

 

這種信號(hào)反射的原理，與光從一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)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(gè)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(xù)。由于信號(hào)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(gè)同樣大小的終端電阻從理論上分析，在傳輸電纜的末端只要跨接了與電纜特性阻抗相匹配的終端電阻，就再也不會(huì)出現(xiàn)信號(hào)反射現(xiàn)象。

 

但是，在實(shí)現(xiàn)應(yīng)用中，由于傳輸電纜的特性阻抗與通訊波特率等應(yīng)用環(huán)境有關(guān)，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(hào)反射還會(huì)存在。

 

引起信號(hào)反射的另個(gè)原因是數(shù)據(jù)收發(fā)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(xiàn)在通訊線路處在空閑方式時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)混亂。

 

信號(hào)反射對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懀瑲w根結(jié)底是因?yàn)榉瓷湫盘?hào)觸發(fā)了接收器輸入端的比較器，使接收器收到了錯(cuò)誤的信號(hào)，導(dǎo)致CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤或整個(gè)數(shù)據(jù)幀錯(cuò)誤。

 

十二、RS-485總線的負(fù)載能力和通訊電纜長度之間的關(guān)系

在設(shè)計(jì)RS-485總線組成的網(wǎng)絡(luò)配置（總線長度和帶負(fù)載個(gè)數(shù)）時(shí)，應(yīng)該考慮到三個(gè)參數(shù)：純阻性負(fù)載、信號(hào)衰減和噪聲容限。純阻性負(fù)載、信號(hào)衰減這兩個(gè)參數(shù)，在前面已經(jīng)討論過，現(xiàn)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(yīng)該大于200mV。前面的論述者是在假設(shè)噪聲容限為0的情況下進(jìn)行的。

 

在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高總線的抗干擾能力，總希望系統(tǒng)的噪聲容限比EIARS-485標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的好一些。因此，在選定了驅(qū)動(dòng)器的RS-495總線上，在通信波特率一定的情況下，帶負(fù)載數(shù)的多少，與信號(hào)能傳輸?shù)淖畲缶嚯x是直接相關(guān)的。

 

在總線允許的范圍內(nèi)，帶負(fù)載數(shù)越多，信號(hào)能傳輸?shù)木嚯x就越??；帶負(fù)載數(shù)據(jù)少，信號(hào)能傳輸?shù)木嚯x就發(fā)越遠(yuǎn)。