RS232-422-485特性比较

1、RS-232/422/485 特性比较接口种类繁多，从传统的通用外围电路、RS-232、RS-422、RS-485、MODEMJ 现在的 USBIEEE1394Internet 网络等，它们在不同的领域得到了广泛的应用。数字信号的传输随着距离的增加和信号传输速率的提高，在传输线上的反射、串扰、衰减和共地噪声等影响将引起信号的畸变，从而限制了通信距离。普通的 TTL 电路，由于驱动能力差，输入电阻小，灵敏度不高以及抗干扰能力差，因而信号传输的距离短。借助接口电路，可以进行较长距离的数据传输。通信接口按电气标准及协议来分包括 RS-232、RS-422、RS485、USB 等。RS-232、RS-

2、422、RS-485 标准只对接口的电气特性做出规定，不涉及接插件、电缆或协议。USB 是近几年发展起来的新型接口标准，主要应用于高速数据传输领域。MODEM 芯片通常配合串行口实现数字信号与模拟信号之间的相互转换，从而可以利用电话线或电力线进行远程通信。RS-232 串行总线接口目前 RS-232 是 PC 机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232 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。RS-232 采取不平衡传输方式，即所谓单端通信。典型的 RS-232 信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5+15V,负电平在-5-15V 电平。当无

3、数据传输时，线上为 TTL,从开始传送数据到结束，线上电平从 TTL 电平到RS-232 电平再返回 TTL 电平。接收器典型的工作电平在+3+12V 与-3-12VRS-232 是为点对点（即只用一对收、发设备）通信而设计的，其驱动器负载为于 RS-232 发送电平与接收电平的差仅为 2V 至 3V 左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线约 15 米，最高速率为 20kb/s。所以 RS-232 适合本地设备之间的通信。有关电气参数参见表RS-422 串行总线接口为改进 RS-232 通信距离短、速度低的缺点，RS-422 定义了一种上的分布电容，其传送距离最大为RS-422 由 RS-2

4、32 发展而来。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“第三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。接收器也作与发送端相应的规定，收、发端通过平衡双绞线将 AA 与 BB 对应相连，当在收端AB 之间有大于+200mV 的电平时，输出正逻辑电平，小于-200mV 时，输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在 200mV 至 6V 之间。RS-422 电气特性RS-422 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。图 3是典型的 RS-422 四线接口。实际上还有一根信号地线，共 5 根线。由于接收器采用高

5、输入阻抗和发送驱动器比 RS232 更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10 个节点。即一个主设备，其余为从设备，从设备之间不能通信，所以 RS-422 支持点对多的双向通信。RS-422 四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式（XON/XOFFW 手）或硬件方式（一对单独的双绞线）实现。RS-422 的最大传输距离为 4000 英尺（约 1200 米），最大传输速率为 10Mb/So 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

6、高速率传输。一般 100 米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为 1Mb/soRS-422 需要一终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在 300 米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输电缆的最远端。（RS-422有关电气参数见表 1）RS-485 串行总线接口平衡通信接口，将传输速率提高到10Mbit/s,并允许在一条平衡总线上连接最多10 个接收器。RS-422 是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范。平衡彳输：RS-422 的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,将其中一线定义为 A,另一线定义为 B,如图 2。通常

7、情况下，发送驱动器 A、B 之间的正电平在+2+6V,是一个逻辑状态,负电平在-26V,是另一个逻辑状态。另有一个信号地 C,在 RS-422 中还有一“使能”端,“使能”端是用于控为扩展应用范围，EIA 在 RS-422 的基础上制定了 RS-485 标准，增加了多点、双向通信能力，通常在要求通信距离为几十米至上千米时，广泛采用 RS-485 收发器。RS-485 收发器采用平衡发送和差分接收，即在发送端，驱动器将 TTL 电平信号转换成差分信号输出；在接收端，接收器将差分信号变成 TTL 电平，因此具有抑制共模干扰的能力，加上接收器具有高的灵敏度，能检测低达 200mV 的电压，故数据传输

8、可达千米以外。RS-485 许多电气规定与 RS-422 相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485 可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。而采用四线连接时，与 RS-422 一样只能实现点对多的通信，即只能有一个主设备，其余为从设备，但它比 RS-422 有改进，无论四线还是二线连接方式总线上可连接多达 32 个设备，SIPEX 公司新推出的 SP485R最多可支持 400 个节点RS-422 在-7V 至+7V 之间，RS-485 接收器最小输入阻抗为 12KQ;RS-422 是 4kQ;RS-485 满足所有 RS-422的规范，所以 RS-

9、485 的驱动器可以用在 RS-422 网络中应用。但 RS-422 的驱动器并不完全适用于 RS-485 网络。RS-485 与 RS-422 一样，最大传输速率为 10Mb/s。当波特率为 1200bps 时，最大传输距离理论上可达 15千米。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。RS-485 需要 2 个终接电阻，接在传输总线的两端，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在 300 米以下不需终接电阻（RS-485 有关电气参数见表 1）。表 1RS-232/422/485 接口电路特性比较议、MOD

10、ICON 勺 MODBUS 议等。DDE 的通讯方式规定RS-232RS-422RS-485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50 英尺400 英尺400 英尺最大传输速率20Kb/S10Mb/s10Mb/s最大驱动输出电压+/-25V-0.25V+6V-7V+12V驱动器输出信号电平（负载最小值）负载+/-5V+/-15V+/-2.0V+/-1.5V驱动器输出信号电平（空载最大值）空载+/-25V+/-6V+/-6V驱动器负载阻抗（Q）3K7K10054摆率（最大值）30V/心 sN/AN/A接收器输入电压范围+/-15V-10V+10V

11、-7V+12V接收器输入门限+/-3V+/-200mV+/-200mV接收器输入电阻（Q）3K7K4K（最小）12K驱动器共模电压-3V+3V-1V+3V接收器共模电压-7V+7V-7V+12V即使是采用串口通讯，不同的外部设备其通讯协议也各不相同，比如OMRO 的 HOSTLINK 协RS-485 与 RS-422 的共模输出电压是不同的RS-485 共模输出电压在-7V 至+12V 之间,软件系统支持外部设备 DDE 方式的通讯驱动，采用 DDE 读/写外部设备（PLC、DCS 等）的过程变量，此时外部设备在计算机上运行一个 DDEServer 程序。软件系统提供一个独立的驱动程序完成与

12、DDEServer 程序通讯工作。DDE 是一种 Mircosoft 数据交换标准。原则上，符合 DDE 规范的 DDEServer 程序都可以与系统的 DDE 驱动程序通讯。OPCB 准的通讯接口OPCOLEforProcessControl 的缩写，即把 OLE 应用于工业控制领域。OLE 原意是对象链接和嵌入，随着 OLE2 的发行，其范围已远远超出了这个概念。现在的 OLE包含了许多新的特征，如统一数据传输、结构化存储和自动化，已经成为独立于计算机语言、操作系统甚至硬件平台的一种规范，是面向对象程序设计概念的进一步推广。OPC 建立 OLE 规范之上，它为工业控制领域提供了一种标准的数

13、据访问机制。OPC范包括 OPC 服务器和 OP*户两个部分，其实质是在硬件供应商和软件开发商之间建立了一套完整的“规则”，只要遵循这套规则，数据交互对两者来说都是透明的，硬件供应商无需考虑应用程序的多种需求和传输协议，软件开发商也无需了解硬件的实质和操作过程。这些设备数量较多，分布较远，现场的各种干扰也较大，所以往往通信的可靠性及质量不高，再加上软硬件设计的不完善，使得实际工程应用中 485 总线的通信问题是厂家的一块心病。在使用 RS-485 总线时，如果简单地按常规方式设计电路，在实际工程中可能有以下两个问题出现。一是通信数据收发的可靠性问题；二是在多机通信方式下，一个节点的故障（如死机

14、），往往会使得整个系统的通信框架崩溃，而且给故障的排查带来困难。硬件电路的设计为了充分考虑现场的复杂环境，在电路设计中注意了以下 2 个问题。1、SN75176485 芯片 DE 控制端的设计主机与分机相隔较远，通信线路的总长度往往超过 400 米，而分机系统上电或复位又常常不在同一个时刻完成。如果在此时某个 75176 的 DE 端电位为“1”，那么它的 485 总线输出将会处于发送状态，也就是占用了通信总线，这样其它的分机就无法与主机进行通信。这种情况尤其表现在某个分机出现异常情况下（死机），会使整个系统通信崩溃。因此在电路设计时，应保证系统上电复位时 75176 的 DE 端电位为“0”

15、。由于 8031 在复位期间，I/O 口输出高电平，故图 2 电路的接法有效地解决复位期间分机“咬”总线的问题。2、隔离光耦电路的参数选取颈”，并不是现场的导线（现场施工一般使用 5 类非屏蔽的双绞线），而是在与单片机系统进行信号隔离的光耦电路上。此处采用 TIL117。电路设计中可以考虑采用高速光耦，如 6N137、6N136等芯片，也可以优化普通光耦电路参数的设计，使之能工作在最佳状态。例如：电阻 R2、R3 如果选取得较大，将会使光耦的发光管由截止进入饱和变得较慢；如果选取得过小，退出饱和也会很慢，所以这两只电阻的数值要精心选取，不同型号的光耦及驱动电路使得这两个电阻的数值略有差异，这一

16、点在电路设计中要特别慎重，不能随意，通常可以由实验来定。485 总线输出电路部分的设计输出电路的设计要充分考虑到线路上的各种干扰及线路特性阻抗的匹配。由于工程环境比较复杂，现场常有各种形式的干扰源，所以 485 总线的传输端一定要加有保护措施。在电路设计中采用稳压管 D1、D2组成的吸收回路，也可以选用能够抗浪涌的 TVS 瞬态杂波抑制器件，或者直接选用能抗雷击的 485 芯片（如 SN75LBC184 等）。考虑到线路的特殊情况 （如某一台分机的 485 芯片被击穿短路） ， 为防止总线中其它分机的通信受到影响，在 75176 的 485 信号输出端串联了两个 20Q 的电阻 R10、R11

17、。这样本机的硬件故障就不会使整个总线的通信受到影响。现场施工中，由于通信载体是双绞线，它的特性阻抗为 120Q 左右，所以线路设计时，在485 网络传输线的始端和末端各应接 1 只 120Q 的匹配电阻（如图 2 中 R8）,以减少线路上传输信号的反射。由于 RS-485 芯片的特性，接收器的检测灵敏度为土 200mV 即差分输入端 VA-VBA+200mV,输出逻辑 1,VA-VB-200mV,输出逻辑 0;而AB 端电位差的绝对值小于 200mV 时，输出为不确定。如果在总线上所有发送器被禁止时，接收器输出逻辑 0,这会误认为通信帧的起始引起工作不正常。解决这个问题的办法是人为地使 A 端

18、电位高于 B 两端电位，这样 RXD 的电平在 485总线不发送期间（总线悬浮时）呈现唯一的高电平，8031 单片机就不会被误中断而收到乱字符。通过在 485电路的 A、B 输出端加接上拉、下拉电阻 R7、R9,即可很好地解决这个问题。软件的编程485 芯片的软件编程对产品的可靠性也有很大影响。由于 485 总线是异步半双工的通信总线，在某一个时刻，总线只可能呈现一种状态，所以这种方式一般适用于主机对分机的查询方式通信，总线上必然有一台始终处于主机地位的设备在巡检其它的分机，所以需要制定一套合理的通信协议来协调总线的分时共用。这里采用的是数据包通信方式。通信数据是成帧成包发送的，每包数据都有引导码、长度码、地址码、命令码、内容、校验码等