RS485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò )，一般是兩線(xiàn)制，多采用屏蔽雙絞線(xiàn)傳輸，這種接線(xiàn)方式為總線(xiàn)式拓撲結構在同一總線(xiàn)上最多可以?huà)旖?2個(gè)結點(diǎn)。我們知道，最初數據是模擬信號輸出簡(jiǎn)單過(guò)程量，后來(lái)儀表接口是RS232接口，這種接口可以實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，但這種方式不能實(shí)現聯(lián)網(wǎng)功能，隨后出現的RS485解決了這個(gè)問(wèn)題。為此本文通過(guò)問(wèn)答的形式詳細介紹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接口標準出現較早，難免有不足之處，主要有以下四點(diǎn)：

 

（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(shí)，波特率為20Kbps。

（3）接口使用一根信號線(xiàn)和一根信號返回線(xiàn)而構成共地的傳輸形式，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，最大傳輸距離標準值為50英尺，實(shí)際上也只能用在50米左右。針對RS-232-C的不足，于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(diǎn)：

1）RS-485的電氣特性：邏輯“1”以?xún)删€(xiàn)間的電壓差為+（2-6）V表示；邏輯“0”以?xún)删€(xiàn)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10Mbps

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

4）RS-485接口的最大傳輸距離標準值為4000英尺，實(shí)際上可達3000米，另外RS-232-C接口在總線(xiàn)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(xiàn)上是允許連接多達128個(gè)收發(fā)器。即具有多站能力，這樣用戶(hù)可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設備網(wǎng)絡(luò )。

5）因RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長(cháng)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。因為RS485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò )，一般只需二根連線(xiàn)，所以RS485接口均采用屏蔽雙絞線(xiàn)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(pán)連接的鍵盤(pán)接口RS485采用DB-9（針）。

 

二、RS-485串行接口標準

由于RS-485是從RS-422基礎上發(fā)展而來(lái)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(xiàn)上接終接電阻等。RS-485可以采用二線(xiàn)與四線(xiàn)方式，二線(xiàn)制可實(shí)現真正的多點(diǎn)雙向通信。

 

而采用四線(xiàn)連接時(shí)只能實(shí)現點(diǎn)對多的通信，即只能有一個(gè)主（Master）設備，其余為從設備，但它比RS-422有改進(jìn)，無(wú)論四線(xiàn)還是二線(xiàn)連接方式總線(xiàn)上可多接到32個(gè)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(xiàn)的長(cháng)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(cháng)的電纜長(cháng)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(cháng)雙絞線(xiàn)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(xiàn)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)節點(diǎn)，多節點(diǎn)構成網(wǎng)絡(luò )。網(wǎng)絡(luò )拓撲一般采用終端匹配的總線(xiàn)型結構，不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡(luò )。在構建網(wǎng)絡(luò )時(shí)，應注意如下幾點(diǎn)：

 

1、采用一條雙絞線(xiàn)電纜作總線(xiàn)，將各個(gè)節點(diǎn)串接起來(lái)，從總線(xiàn)到每個(gè)節點(diǎn)的引出線(xiàn)長(cháng)度應盡量短，以便使引出線(xiàn)中的反射信號對總線(xiàn)信號的影響最低。所示為實(shí)際應用中常見(jiàn)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(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(zhù)通信距離的延長(cháng)或通信速率的提高，其不良影響會(huì )越來(lái)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(huì )造成信號質(zhì)量下降。

 

2、應注意總線(xiàn)特性阻抗的連續性，在阻抗不連續點(diǎn)就會(huì )發(fā)生信號的反射。下列幾種情況易產(chǎn)生這種不連續性：總線(xiàn)的不同區段采用了不同電纜，或某一段總線(xiàn)上有過(guò)多收發(fā)器緊靠在一起安裝，再者是過(guò)長(cháng)的分支線(xiàn)引出到總線(xiàn)。

 

總之，應該提供一條單一、連續的信號通道作為總線(xiàn)。

 

四、RS-485傳輸線(xiàn)上匹配的一些說(shuō)明

對RS-485總線(xiàn)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)接收數據信號的中點(diǎn)進(jìn)行采樣時(shí)，只要反射信號在開(kāi)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應在總線(xiàn)電纜的開(kāi)始和末端都需并接終接電阻。終接電阻一般在取120Ω。相當于電纜特性阻抗的電阻，因為大多數雙絞線(xiàn)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，對于功耗限制比較嚴格的系統不太適合。

 

另外一種比較省電的匹配方式是RC匹配，利用一只電容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(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(zhì)量的目的。節能效果顯著(zhù)。

 

五、RS-485的接地問(wèn)題

電子系統接地是很重要的，但常常被忽視。接地處理不當往往會(huì )導致電子系統不能穩定工作甚至危及系統安全。RS-485傳輸網(wǎng)絡(luò )的接地同樣也是很重要的，因為接地系統不合理會(huì )影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的穩定性，尤其是在工作環(huán)境比較惡劣和傳輸距離較遠的情況下，對于接地的要求更為嚴格。

 

六、采用RS485接口時(shí)，傳輸電纜的長(cháng)度如何考慮？

在使用RS485接口時(shí)，對于特定的傳輸線(xiàn)經(jīng)，從發(fā)生器到負載其數據信號傳輸所允許的最大電纜長(cháng)度是數據信號速率的函數，這個(gè)長(cháng)度數據主要是受信號失真及噪聲等影響所限制。最大電纜長(cháng)度與信號速率的關(guān)系曲線(xiàn)是使用24AWG銅芯雙絞電話(huà)電纜（線(xiàn)徑為0.51mm），線(xiàn)間旁路電容為52。5PF/M，終端負載電阻為100歐時(shí)所得出。當數據信號速率降低到90Kbit/S以下時(shí)，假定最大允許的信號損失為6dBV時(shí)，則電纜長(cháng)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(cháng)度。當使用不同線(xiàn)徑的電纜。則取得的最大電纜長(cháng)度是不相同的。

 

 

七、如何實(shí)現RS-485/422多點(diǎn)通訊

RS-485總線(xiàn)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(cháng)線(xiàn)信號傳輸時(shí)，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于電纜的阻抗特性，與電纜的長(cháng)度無(wú)關(guān)。

 

RS-485一般采用雙絞線(xiàn)（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)終端節點(diǎn)上，即最近端和最遠端，各接入一個(gè)終端電阻，而處于中間部分的節點(diǎn)則不能接入終端電阻，否則將導致通訊出錯。

 

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

會(huì )出現這種情況，是由于用戶(hù)組成RS-485網(wǎng)時(shí)，沒(méi)有遵循站點(diǎn)至總線(xiàn)的連線(xiàn)應盡可能短的原則。如果總線(xiàn)布線(xiàn)遵循這一原則，就不存在不知道哪個(gè)站點(diǎn)是最遠的問(wèn)題。而且要注意，這樣的布線(xiàn)，系統將會(huì )工作得不好。

 

十、RS-485接口為何在停止通信時(shí)接收器仍有數據輸出？

由于RS-485在發(fā)送數據完成后，要求所有的發(fā)送使能控制信號關(guān)閉且保持接收使能有效，此時(shí)，總線(xiàn)驅動(dòng)器進(jìn)入高阻狀態(tài)且接收器能夠監測總線(xiàn)上是否有新的通信數據。但是由于此時(shí)總線(xiàn)處于無(wú)源驅動(dòng)狀態(tài)（若總線(xiàn)有終端匹配電阻時(shí)，A和B線(xiàn)的差分電平為0，接收器的輸出不確定，且對AB線(xiàn)上的差分信號的變化很敏感；若無(wú)終端匹配，則總線(xiàn)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。當噪聲電壓超過(guò)輸入信號門(mén)限時(shí)（典型值±200mV），接收器將輸出數據，導致對應的UART接收無(wú)效的數據，使緊接著(zhù)的正常通訊出錯；另外一種情況可能發(fā)生在打開(kāi)/關(guān)閉發(fā)送使能控制的瞬間，使接收器輸出信號，也會(huì )導致UART錯誤地接收。

 

解決方法：

1）在通訊總線(xiàn)上采用同相輸入端上拉（A線(xiàn)）、反相輸入端下拉（B線(xiàn)）的方法對總線(xiàn)進(jìn)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系列的接口產(chǎn)品替換該接口電路；

3）通過(guò)軟件方式消除，即在通信數據包內增加2-5個(gè)起始同步字節，只有在滿(mǎn)足同步頭后才開(kāi)始真正的數據通訊。

 

十一、影響RS-485總線(xiàn)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反射

在通信過(guò)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(xiàn)末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒(méi)有，信號在這個(gè)地方就會(huì )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(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。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 )出現信號反射現象。

 

但是，在實(shí)現應用中，由于傳輸電纜的特性阻抗與通訊波特率等應用環(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反射還會(huì )存在。

 

引起信號反射的另個(gè)原因是數據收發(fā)器與傳輸電纜之間的阻抗不匹配。這種原因引起的反射，主要表現在通訊線(xiàn)路處在空閑方式時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )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(fā)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(gè)數據幀錯誤。

 

十二、RS-485總線(xiàn)的負載能力和通訊電纜長(cháng)度之間的關(guān)系

在設計RS-485總線(xiàn)組成的網(wǎng)絡(luò )配置（總線(xiàn)長(cháng)度和帶負載個(gè)數）時(shí)，應該考慮到三個(gè)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(gè)參數，在前面已經(jīng)討論過(guò)，現在要討論的是噪聲容限（NoiseMargin）。RS-485總線(xiàn)接收器的噪聲容限至少應該大于200mV。前面的論述者是在假設噪聲容限為0的情況下進(jìn)行的。

 

在實(shí)際應用中，為了提高總線(xiàn)的抗干擾能力，總希望系統的噪聲容限比EIARS-485標準中規定的好一些。因此，在選定了驅動(dòng)器的RS-495總線(xiàn)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(guān)的。

 

在總線(xiàn)允許的范圍內，帶負載數越多，信號能傳輸的距離就越??；帶負載數據少，信號能傳輸的距離就發(fā)越遠。