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RS-485串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議及其應用

云知道

串行數(shù)據(jù)通信的協(xié)議從RS-232到千兆位以太網(wǎng)，雖然每種協(xié)議都有特定的應用領域，但任何情況下我們都必須考慮成本和物理層(PHY)性能 。
本文主要介紹RS-485協(xié)議及該協(xié)議所適合的應用 。同時給出了根據(jù)電纜長度、系統(tǒng)設計以及元件選擇來優(yōu)化數(shù)據(jù)速率的方法 。
傳輸協(xié)議
什么是RS-485？Profibus又是什么？與其它串行協(xié)議相比，它們的性能如何？適用于哪些應用？為了回答這些問題，我們對RS-485物理層(PHY)、RS-232和RS-422的特性、功能進行了總體比較[1](本文中的RS表示ANSIEIA/TIA標準) 。
RS-232是一個最初用于調(diào)制解調(diào)器、打印機及其它PC外設的通訊標準，提供單端20kbps的波特率，后來速率提高至1Mbps 。RS-232的其它技術指標包括：標稱±5V發(fā)送電平、±3V接收電平(間隔/符號)、2V共模抑制、2200pF最大電纜負載電容、300最大驅動器輸出電阻、3k最小接收器(負載)阻抗、100英尺(典型值)最大電纜長度 。RS-232只用于點對點通信系統(tǒng)，不能用于多點通信系統(tǒng)，所有RS-232系統(tǒng)都必須遵從這些限制 。
RS-422是單向、全雙工通信協(xié)議，適合嘈雜的工業(yè)環(huán)境 。RS-422規(guī)范答應單個驅動器與多個接收器通信，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，速率最高可達50Mbps 。接收器共模范圍為±7V，驅動器輸出電阻最大值為100，接收器輸入阻抗可低至4k 。
RS-485標準
RS-485是雙向、半雙工通信協(xié)議，答應多個驅動器和接收器掛接在總線上，其中每個驅動器都能夠脫離總線 。該規(guī)范滿足所有RS-422的要求，而且比RS-422穩(wěn)定性更強 。具有更高的接收器輸入阻抗和更寬的共模范圍(-7V至 12V) 。
接收器輸入靈敏度為±200mV，這就意味著若要識別符號或間隔狀態(tài)，接收端電壓必須高于 200mV或低于-200mV 。最小接收器輸入阻抗為12k,驅動器輸出電壓為±1.5V(最小值)、±5V(最大值) 。
驅動器能夠驅動32個單位負載，即答應總線上并聯(lián)32個12k的接收器 。對于輸入阻抗更高的接收器，一條總線上答應連接的單位負載數(shù)也較高 。RS-485接收器可隨意組合，連接至同一總線，但要保證這些電路的實際并聯(lián)阻抗不高于32個單位負載(375) 。
采用典型的24AWG雙絞線時，驅動器負載阻抗的最大值為54，即32個單位負載并聯(lián)2個120終端匹配電阻 。RS-485已經(jīng)成為POS、工業(yè)以及電信應用中的最佳選擇 。較寬的共模范圍可實現(xiàn)長電纜、嘈雜環(huán)境(如工廠車間)下的數(shù)據(jù)傳輸 。更高的接收器輸入阻抗還答應總線上掛接更多器件 。
Profibus和Fieldbus[2]總線主要用于工業(yè)設備，是RS-485總線的擴展 。用于工業(yè)環(huán)境的傳感器測量、激勵控制、數(shù)據(jù)采集/顯示以及過程控制系統(tǒng)與傳感器、激勵源網(wǎng)絡之間的數(shù)據(jù)通信 。
注重：老式或現(xiàn)有的工業(yè)設備布線架構比較復雜，不可替換 。
Profibus和Fieldbus是對系統(tǒng)的整體描述 。RS-485支持Profibus和Fieldbus協(xié)議的物理層接口標準 。Profibus與Fieldbus存在細微的差異，Profibus要求2.0V的最小差分輸出電壓，54的負載電阻；Fieldbus則要求1.5V的最小差分輸出電壓，54的負載電阻 。Profibus傳輸速率為12Mbps，F(xiàn)ieldbus的傳輸速率為500kbps 。Profibus應用對擺率和電容容限要求比較嚴格 。
最適合的應用領域？
RS-232：用于與調(diào)制解調(diào)器、打印機及其它PC外設之間的通信 。最大電纜長度為100英尺(典型值) 。
RS-422：適用于單主機(驅動器)工業(yè)環(huán)境 。典型應用包括：過程自動化(化工、釀造、造紙)、工廠自動化(汽車制造、金屬加工)、HVAC、安防、電機控制、運動控制等 。
RS-485：適用于多主機/驅動器工業(yè)環(huán)境 。其典型應用與RS-422相似，包括：過程自動化(化工、釀造、造紙)、工廠自動化(汽車制造、金屬加工)、HVAC、安防、電機控制、運動控制 。

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