RS232,RS422,RS485介绍及性能比较

日期:2018-05-30 / 人气: / 来源:www.gyxpcb.com

RS232,RS422,RS485的由来

RS232,RS422,RS485都是串行数据接口标准,最初都是由美国电子工业协会(EIA)制定并发布的。

RS232在1962年发布,命名为EIA-232-E,作为工业标准以保证不同厂商产品之间的兼容。

RS422由RS232发展而来,为改进RS232通信距离短、速率低的缺点,RS422定义了一种平衡通信接口,将传输速率提高到10MB/s,传输距离延长到4000英尺(1219.2m)(速率低于100KB/s时),并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范,被命名为TIA/EIA-422-A。

为扩展应用范围,EIA又于1983年在RS422的基础上制定了RS485标准,增加了多点、双向通信能力,即允许多个发送器连接到同一条总线上,同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性,扩展了总线共模范围,后命名为TIA/EIA-485-A。由于EIA提出的建议标准都是以RS作为前缀,所以在工业通信领域,仍然习惯将上述标准以RS作为前缀称谓。

RS232,RS422,RS485性能比较

RS232,RS422,RS485性能比较
规定 RS232 RS422 RS485
工作方式 单端 差分 差分
节点数 1收1发 1发10收 1发32收
最大传输电缆长度 15.2m 1219.2m 1219.2m
最大传输速率 20kb/s 10mb/s 10mb/s
最大驱动输出电压 +/-25V -0.25~+6V -7~+12V
驱动器负载阻抗 3kΩ~7kΩ 100Ω 54Ω
驱动器输出信号电平(Min) 负载 +/-5~+/-15V +/-2V +/-1.5V
驱动器输出信号电平(Max) 空载 +/-25V +/-6V +/-6V
摆率(Max) 30V//μs N/A N/A
接收器输入电压范围 +/-15V -10V~+10V -7V~+12V
接收器输入门限 +/-3V +/-200mV +/-200mV
接收器输入电阻 3~7kΩ 4kΩ >12kΩ
驱动器共模电压   -3~+3V -1~+3V
接收器共模电压   -7~+7V -7~+12V

这些标准只对接口的电气特性做出规定,而不涉及接插件、电缆或协议,在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。

RS232串行接口标准

RS232标准协议的全称是EIA-RS232标准,其中EIA代表美国电子工业协会,RS代表推荐标准,232是标识号。它规定了连接电缆和机械、电气特性,信号功能及传送过程。

RS232标准最初是为远程通信连接数据终端设备DTE与数据通信设备DCE而制定的。RS232标准中所提到的“发送”和“接收”,都是站在DTE的立场上,而不是站在DCE的立场上来定义的。由于在计算机系统中,往往是CPU和I/O设备之间传送信息,两者都是DTE,因此双方都能发送和接收。

目前RS232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS232被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准。RS232采取不平衡传输方式,即所谓单端通信,如下图。

RS232通信

RS232通信

1.RS232电气特性

EIA-RS232对电气特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。

在TxD和RxD上:

逻辑1(MARK)=-3~-15V

逻辑0(SPACE)=+3~+15V

在RTS,CTS,DSR,DTR和DCD等控制线上:

信号有效(接通,ON状态,正电压)=+3~+15V

信号无效(断通,OFF状态,负电压)=-3~-15V

2.RS232连接器的机械特性

连接器:由于RS232并未定义连接器的物理特性,因此,出现了DB-25,DB-15,DB-9各种类型的连接器,其引脚的定义也各不相同。早期的PC机和XT机采用DB-25连接器、AT机及以后普遍使用的DB-9。在研华工控机及工控模块的应用也都采用了DB-9。DB-9接口定义如下图。

DB-9 接口定义

RS232 DB-9接口定义

接口定义如下表。

引脚号 描述
1 数据载波检出(Datacarrierdetection—DCD)
2 接收数据(Receiveddata—RxD)
3 发送数据(Transmitteddata—TxD)
4 数据终端准备好(Dataterminalready—DTR)
5 信号地(Signalground—SG)
6 数据装置准备好(Datasetready—DSR)
7 请求发送(Requesttosend—RTS)
8 允许发送(Cleartosend—CTS)
9 振铃提示(Ringing—RI )

电缆长度:在通信速率低于20KB/s时,RS232所直接连接的最大物理距离为15m。实际应用中,当使用9600B/s,普通双绞屏蔽线时,距离可达30耀35m。

当通信距离较近时,只需使用少数几根信号线就可实现数据通信,最简单的情况下只需3根线(发送线、接收线、信号地线)便可实现全双工异步串行通信。

RS422与RS485串行接口标准

1.平衡传输

RS422,RS485与RS232不一样,数据信号采用差分传输方式,也称作平衡传输,它使用一对双绞线,传输方式如下图。

 RS422/485通信
RS422/485通信

RS485的信号传送出去时会分为正负两条线路,当到达接收端时,再将信号相减还原成原来的信号。如果将原始信号表示成DT,而被分开的信号表示成D+和D-,则原始信号与离散的信号由传送端送出去时的运算关系如下:DT=(D+)-(D-)。同样,接收端在接收到信号后,也按照上式将信号还原成原来的样子。

在RS485中还有一个使能端,而在RS422中这是可用可不用的。使能端用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当使能端起作用时,发送驱动器处于高阻状态,称作第3态,即它是有别于逻辑1与0的第3态。

2.RS422电气规定

RS422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”,它定义了接口电路的特性。如下图

RS422接口定义定义
RS422 DB-9接口定义定义

由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器,比RS232具有更强的驱动能力,故允许在相同传输线上连接多个接收接点,最多可接10个接点。即一个主设备(Master),其余为从设备(Slave),从设备之间不能通信,所以RS422支持点对多的双向通信。RS4224线接口由于采用单独的发送和接收通道,因而不必控制数据方向,各装置之间任何必需的信号交换均可以按软件方式(XON/XOFF握手)或硬件方式(一对单独的双绞线)实现。

RS422的最大传输距离为1219.2m,最大传输速率为10MB/s。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100KB/s速率以下,才可能达到最大传输距离。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100m长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1MB/s。

RS422需要一个终接电阻,要求其阻值约等于传输电缆的特性电阻。在近距离传输时可不需终接电阻,即一般在300m以下不需终接电阻。终接电阻接在传输电缆的最远端。

3.RS485电气规定

由于RS485是从RS422基础上发展而来的,所以RS485许多电气规定与RS422相似,如都采用平衡传输方式,都需要在传输线上接终接电阻等。RS485可以采用2线与4线方式,2线制可实现真正的多点双向通信。而采用4线连接时,与RS422一样只能实现点对多的通信,即只能有一个主设备(Master),其余为从设备(Slave),但它比RS422有改进,无论4线还是2线连接方式总线上最多可接到32个设备。

RS485有关电气规定见表
 

RS485与RS422的不同还在于其共模输出电压是不同的,RS485是-7V到+12V之间,而RS422在-7V至+7V之间,RS485接收器最小输入阻抗为12kΩ,而RS42是4kΩ;RS485满足所有RS422的规范,所以RS485的驱动器可以在RS422网络中应用。

RS485与RS422一样,其最大传输距离约为1219m,最大传输速率为10MB/s。平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100KB/s速率以下,才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100m长的双绞线最大传输速率仅为1MB/s。

RS485需要两个终接电阻,其阻值要求等于传输电缆的特性电阻。在短距离传输时可不需终接电阻,即一般在300m以下不需要终接电阻。终接电阻接在传输电缆的两端。

由于RS485是半双工通信,发送和接收采用分时的方式,系统需要判定是发送还是接收。对于无“数据流向自动感知”功能的RS485通信口,需要软件通过RTS握手信号进行通知,编程较烦琐,因此RS485串口通信卡一般都增加了专门的“数据流向自动感知”功能,使RS485软件的开发与RS232完全相同。

4.RS422与RS485的网络安装注意要点

RS422可支持10个节点,RS485支持32个节点,因此多节点构成网络。网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构,不支持环型或星型网络。在构建网络时,应注意以下两点。

第一,采用一条双绞线电缆作为总线,将各个节点串接起来,从总线到每个节点的引出线长度应尽量短,以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。

RS422/485节点连接方式
RS422/485节点连接方式

实际应用中常见的一些错误连接方式(a,c,e)和正确的连接方式(b,d,f)。a,c,e这3种网络连接尽管不正确,在短距离、低速率时仍可能正常工作,但随着通信距离的延长或通信速率的提高,其不良影响会越来越严重,主要原因是信号在各支路末端反射后与原信号叠加,会造成信号质量下降。

第二,应注意总线特性阻抗的连续性,在阻抗不连续点就会发生信号的反射。下面几种情况易产生这种不连续性:总线的不同区段采用了不同电缆,某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装;过长的分支线引出到总线。总之,应该提供一条单一、连续的信号通道作为总线。

5.RS422与RS485传输线匹配

一般终端匹配采用终接电阻方法,RS422在总线电缆的远端并接电阻,RS485则应在总线电缆的开始和末端都并接终接电阻。终接电阻一般在RS422网络中取100Ω,在RS485网络中取120Ω,相当于电缆特性阻抗的电阻,因为大多数双绞线电缆特性阻抗为100耀200Ω。

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作者:控制板


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