什么是RS485通信接口

通信概述

通信設(shè)備從早期的郵件，電報(bào)，電話，傳真，傳呼機(jī)，手機(jī)，電腦，一路發(fā)展下來，而且隨著科技的發(fā)展，世界必將由一個網(wǎng)絡(luò)組成，所以，在未來開發(fā)的設(shè)備中，也必然要求大部分的設(shè)備都帶有通信的功能。

設(shè)備與設(shè)備之間互相通信，就要有一座橋梁把二者連接起來，那就是傳輸通路與通信協(xié)議。傳輸通路由傳輸介質(zhì)與傳輸接口組成，傳輸介質(zhì)可分為有線和無線傳輸介質(zhì)兩大類。

有線傳輸介質(zhì)在數(shù)據(jù)傳輸中只作為傳輸介質(zhì)，而非信號載體。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中流行使用的有線傳輸介質(zhì)為：銅線和玻璃纖維。

銅線具有便宜，安裝容易的特點(diǎn)，在現(xiàn)在工業(yè)應(yīng)用中普遍應(yīng)用，在應(yīng)用中主要有兩種基本的銅線類型：雙絞線和同軸電纜。雙絞線可減小流過電流所輻射的能量，也可防止來自其他通信線路上信號的干擾，對于一些要求比較高的項(xiàng)目上，還需要給雙絞線加上屏蔽層；同軸電纜由一對同軸導(dǎo)線組成。同軸電纜頻帶寬，損耗小，具有比雙絞線更強(qiáng)的抗干擾能力和更好的傳輸性能。按阻抗值不同，同軸電纜可分為基帶和寬帶兩種，同軸電纜是目前局域網(wǎng)與有線電視網(wǎng)中普遍采用的比較理想的傳輸介質(zhì)。

所謂玻璃纖維介質(zhì)，就是指現(xiàn)在所流行的光纖傳輸，他的兩邊有一個激光發(fā)生器與一個激光接收器，組成一整套通信線路，由于光纖傳輸距離遠(yuǎn)，因此現(xiàn)很多在工程都是采用“光端機(jī)＋光纖”的模式。

結(jié)合我在工程中經(jīng)常應(yīng)用的通信模式，與“南方的老樹51CPLD開發(fā)板”上具有的RS232通信、RS485通信兩種，詳細(xì)講解下這兩種通信方式的應(yīng)用。

什么是RS232接口

首先介紹下什么是RS232接口，什么是RS485接口。

RS232接口是1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、 調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間 串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個25個腳的 DB25連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。DB25的串口一般只用到的管腳只有2（RXD）、3（TXD）、7（GND）這三個，隨著設(shè)備的不斷改進(jìn)，現(xiàn)在DB25針很少看到了，代替他的是DB9的接口，DB9所用到的管腳比DB25有所變化，是2（RXD）、3（TXD）、5（GND）這三個。因此現(xiàn)在都把RS232接口叫做DB9。

元器件常識：市場上把公頭的接插件叫做DRXX，母頭的叫DBXX，比如我們電腦上的串口，在市場上叫做DR9，不是DB9，很多人都誤叫做DB9，實(shí)際上的DB9是兩個把兩個DR9互相連接在一起的接口。

在文章中，我把所有的串口設(shè)備接口都統(tǒng)一叫做RS232接口。

三、什么是RS485接口

由于RS232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，波特率為20Kbps；因此在“南方的老樹51CPLD開發(fā)板”中，綜合程序波特率只能采用19200，也是這個原因。

（3） 接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(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RS232接口的不足，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。接口信號電平比RS-232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接口在總線上只允許連接1個收發(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)。

因?yàn)镽S485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般只需二根連線（我們一般叫AB線），所以RS485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。

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，波特率為20Kbps。

（3） 接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(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)。

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）。

3. 采用RS485接口時，傳輸電纜的長度如何考慮？

在使用RS485接口時，對于特定的傳輸線經(jīng)，從發(fā)生器到負(fù)載其數(shù)據(jù)信號傳輸所允許的最大電纜長度是數(shù)據(jù)信號速率的函數(shù)，這個 長度數(shù)據(jù)主要是受信號失真及噪聲等影響所限制。下圖所示的最大電纜長度與信號速率的關(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 時所得出。（曲線引自GB11014-89附錄A）。由圖中可知，當(dāng)數(shù)據(jù)信 號速率降低到90Kbit/S以下時，假定最大允許的信號損失為6dBV時， 則電纜長度被限制在1200M。實(shí)際上，圖中的曲線是很保守的，在實(shí) 用時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。例 如：當(dāng)數(shù)據(jù)信號速率為600Kbit/S時，采用24AWG電纜，由圖可知最 大電纜長度是200m，若采用19AWG電纜（線徑為0。91mm）則電纜長 度將可以大于200m； 若采用28AWG 電纜（線徑為0。32mm）則電纜 長度只能小于200m。

RS-485總線，在要求通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用RS-485 串行總線標(biāo)準(zhǔn)。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復(fù)。 RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應(yīng)用RS-485 可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺驅(qū)動器和32臺接收器。

以往，PC與智能設(shè)備通訊多借助RS232、RS485、以太網(wǎng)等方式，主要取決于設(shè)備的接口規(guī)范。但RS232、RS485只能代表通訊的物理介質(zhì)層和鏈路層，如果要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向訪問，就必須自己編寫通訊應(yīng)用程序，但這種程序多數(shù)都不能符合ISO/OSI的規(guī)范，只能實(shí)現(xiàn)較單一的功能，適用于單一設(shè)備類型，程序不具備通用性。在RS232或RS485設(shè)備聯(lián)成的設(shè)備網(wǎng)中，如果設(shè)備數(shù)量超過2臺，就必須使用RS485做通訊介質(zhì)，RS485網(wǎng)的設(shè)備間要想互通信息只有通過“主（Master）”設(shè)備中轉(zhuǎn)才能實(shí)現(xiàn)，這個主設(shè)備通常是PC，而這種設(shè)備網(wǎng)中只允許存在一個主設(shè)備，其余全部是從（Slave）設(shè)備。而現(xiàn)場總線技術(shù)是以ISO/OSI模型為基礎(chǔ)的，具有完整的軟件支持系統(tǒng)，能夠解決總線控制、沖突檢測、鏈路維護(hù)等問題

RS232/RS485轉(zhuǎn)換電路

由于有的設(shè)備是232接口的，有的是485接口的，如果有一臺232接口的設(shè)備與一臺485接口的設(shè)備通信，那就需要一個轉(zhuǎn)換器，把232接口的設(shè)備的232信號轉(zhuǎn)換成485信號，然后再與485接口的設(shè)備通信，這個轉(zhuǎn)換器就是RS232/RS485轉(zhuǎn)換電路。如果是兩臺232接口的設(shè)備要進(jìn)行遠(yuǎn)距離的通信，那只要加上兩個RS232/RS485轉(zhuǎn)換電路就可以了。

以上的RS232/RS485轉(zhuǎn)換電路上采用從計(jì)算機(jī)串口偷電技術(shù)，市場上稱之為“無源RS232/RS485轉(zhuǎn)換電路”，而“有源RS232/RS485轉(zhuǎn)換電路”，電路原理圖與上圖差不多，只是電源部分改點(diǎn)而已，有興趣的朋友可以到網(wǎng)上搜索下這方面的資料，很多的。

面對市場，我們提供“無源RS232/RS485轉(zhuǎn)換電路”、“有源RS232/RS485轉(zhuǎn)換電路”，對于工程應(yīng)用上，我們還有導(dǎo)軌式的安裝方式，工程上安裝、維護(hù)都比較方便。有做工程的朋友如果有需要，可以跟我或者我們公司銷售部聯(lián)系。

五、485工作站

由于232是點(diǎn)對點(diǎn)的通信，不能實(shí)現(xiàn)多機(jī)之間互相通信，而485就可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信，因此，越來越被多數(shù)工程師所采用。485工作站示意圖如圖

現(xiàn)在市場上有很多設(shè)備都同時帶有232接口與485接口，比如華為的光端機(jī)。很多設(shè)備都說帶485接口，其實(shí)就是把S232/RS485轉(zhuǎn)換電路集成到設(shè)備上。

示意圖中，也可以把PC機(jī)當(dāng)成一個終端設(shè)備。在整個工作站中，只要終端設(shè)備具有共同收與發(fā)的協(xié)議，中間的區(qū)別只是設(shè)備地址不同的話，那任意一個終端設(shè)備都可以對其他終端設(shè)備進(jìn)行操作。

這個跟我們電腦網(wǎng)絡(luò)中的局域網(wǎng)很像吧，時不時的到“網(wǎng)上鄰居”玩玩也是挺好玩的。

六、工程應(yīng)用案例一：高速公路監(jiān)控系統(tǒng)

在高速公路收費(fèi)站，一般在它附近兩公里內(nèi)，必然要安裝一些必要的監(jiān)控設(shè)備，以便及時掌握路況信息，并對突發(fā)事件進(jìn)行處理。

監(jiān)控設(shè)備到監(jiān)控中心，通信線路很多采用多種方式，有光纖傳輸，232接口加貓，485工作站方式等等。這里主要對工作站方式做個說明。

第一，監(jiān)控中心有PC機(jī)，PC機(jī)主要是對底下終端設(shè)備操作，有下發(fā)指令與讀取數(shù)據(jù)的功能。

第二，終端設(shè)備一般有線圈式車輛檢測器，微波車檢器，廣場云臺攝像機(jī)，氣象儀，可變情報(bào)板，可變限速標(biāo)志，外場監(jiān)視攝像機(jī)，等等。

第三，PC機(jī)通過不同的協(xié)議就可以跟這些終端設(shè)備進(jìn)行通信。

實(shí)際上，在工程上很多都是采用光端機(jī)傳送的，加入光端機(jī)的方法也是非常簡單的，只要串在AB線兩端即可。

這是RS585的通信協(xié)議pdf文檔，可下載：http://www.1cnz.cn/soft/161/2007/200712081536.html