RS232/RS485 接口基礎(chǔ)知識(shí)

在臺(tái)式電腦上，一般都會(huì)有一個(gè)?9 針的串行接口（如圖1所示），這個(gè)串行接口叫做RS232 接口，通常 RS-232 接口以9個(gè)引腳 (DB-9) 或是25個(gè)引腳 (DB-25) 的形態(tài)出現(xiàn)。

如圖1所示的RS232 接口一共有 9個(gè)引腳，分別定義是：載波檢測(cè) DCD、接收數(shù)據(jù) RXD、發(fā)送數(shù)據(jù) TXD、數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 DTR、信號(hào)地線 SG、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好 DSR、請(qǐng)求發(fā)送 RTS、清除發(fā)送 CTS、振鈴提示 RI。

RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口（又稱EIA RS-232）是常用的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)之一，是1970年制定的“數(shù)據(jù)終端設(shè)備( DTE)和數(shù)據(jù)通信設(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(gè)25個(gè)腳的DB-25連接器，對(duì)連接器的每個(gè)引腳的信號(hào)內(nèi)容加以規(guī)定，還對(duì)各種信號(hào)的電平加以規(guī)定。后來(lái)IBM的PC機(jī)將RS232簡(jiǎn)化成了DB-9連接器，從而成為事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)控制的RS-232口一般只使用RXD、TXD、GND三條線。RS232的特點(diǎn)是：

1、信號(hào)線少

RS-232總線規(guī)定了25條線，包含了兩個(gè)信號(hào)通道，即第一通道（稱為主通道）和第二通道（稱為副通道）。利用RS- 232總線可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信，通常使用的是主通道，而副通道使用較少。在一般應(yīng)用中，使用3條～9條信號(hào)線就可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信，采用三條信號(hào)線（接收、發(fā)送和信號(hào)地）能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的全雙工通信過(guò)程。

2、傳輸速率選擇靈活

RS-232規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)傳送速率有50b/s、75b/s、110b/s、150b/s、300b/s、600b/s、1200b/s、2400b/s、4800b/s、9600b/s、19200b/s。

3、采用負(fù)邏輯傳送

規(guī)定邏輯“1”的電平為-5V~-15 V，邏輯“0”的電平為+5 V～+15 V?？商岣呖垢蓴_能力，增大通信距離。RS -232的噪聲容限為2V，接收器將能識(shí)別高至+3V的信號(hào)作為邏輯“0”，將低到-3 V的信號(hào)作為邏輯“1”。

4、傳送距離較遠(yuǎn)

采用串行傳送方式，傳送距離一般可達(dá)30 m。若采用光電隔離20 mA的電流環(huán)進(jìn)行傳送，其傳送距離可以達(dá)到1000 m。

5、兩種物理接口

DB9或DB25。

串行通訊在通訊領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用 , 標(biāo)準(zhǔn)的RS232C接口是計(jì)算、外設(shè)、交換機(jī)和許多通訊設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口。計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī) 、計(jì)算機(jī)與外設(shè)等都可以通RS232接口進(jìn)行方便的連接 , 以實(shí)現(xiàn)監(jiān)視、控制外設(shè)和傳輸數(shù)據(jù)等目的。但是由于前文RS232的特點(diǎn)——外設(shè)采用的一般是負(fù)邏輯電平，而計(jì)算機(jī)采用的是TTL電平, 為了使兩者之間能夠通信 , 必須用芯片來(lái)轉(zhuǎn)換電平以滿足數(shù)據(jù)的傳輸 , 這就是RS2323接口芯片的作用。應(yīng)用RS232收發(fā)器芯片可以實(shí)現(xiàn)把 UART 電平轉(zhuǎn)換成 RS232 電平，也把 RS232 電平轉(zhuǎn)換成TTL電平，從而實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn) RS232接口和例如UART接口之間的通信連接。?

3PEAK公司提供了一系列RS-232收發(fā)器以適合多種應(yīng)用。單電源供電 RS-232 收發(fā)器僅需一路供電電源即可實(shí)現(xiàn)RS-232通信。在較短的距離內(nèi)(長(zhǎng)達(dá) 15米), RS-232 允許從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)以高達(dá) 470kbps 數(shù)據(jù)速率提供可靠的數(shù)傳輸;在更短距離內(nèi)(1.5米), 3PEAK最新的 RS-232 收發(fā)器可使數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)1Mbps。3PEAK RS-232 收發(fā)器為單電源提供電的 EIA/TIARS-232 和 V.28/V.24 通信接口芯片,具有低功耗、高數(shù)據(jù)速率、外圍電路簡(jiǎn)單等特性。RS-232 收發(fā)器采用優(yōu)化的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和專利技術(shù)的低壓差輸出。

TPT3232E 內(nèi)部邏輯

以經(jīng)常使用的TPT3232E為例，廣泛應(yīng)用于電腦、打印機(jī)、工業(yè)人機(jī)設(shè)備，滿足TIA/EIA-232-F和ITU V.28標(biāo)準(zhǔn)，具有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)和兩個(gè)接收器，操作速度可達(dá)250kbps，滿足IEC61000ESD保護(hù)，每個(gè)接收器將TIA/RS-232輸入轉(zhuǎn)換為TTL/CMOS。如圖2所示，TP3232E 包括兩個(gè)發(fā)送器和兩個(gè)接收器,確保標(biāo)準(zhǔn)工作模式下提供 250kbps 的數(shù)據(jù)速率、具有低至0.01μA的關(guān)斷模式,以降低電池供電便攜式系統(tǒng)的功耗，在關(guān)斷模式下接收器仍保持有效狀態(tài),允許監(jiān)視外設(shè),而且僅消耗1μA的電源。

選擇RS232接口芯片時(shí)，需要看系統(tǒng)工作電壓、需要驅(qū)動(dòng)/接收器的數(shù)量，是否有低功耗模式、是否兼容部分邏輯電平、ESD防護(hù)能力等。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5點(diǎn)：

（1）接口的信號(hào)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(shí)，波特率為20Kbps。（3）接口使用一根信號(hào)線和一根信號(hào)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。（5）RS232接口在總線上只允許連接1個(gè)收發(fā)器，不能支持多站收發(fā)能力，所以只能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，不支持多點(diǎn)通訊。

針對(duì)RS232接口的不足，出現(xiàn)了一些新的接口標(biāo)準(zhǔn)，比如RS-485，它具有以下特點(diǎn)：

1. 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(hào)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.數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps 。3.接口采用平衡驅(qū)動(dòng)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(gè)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(gè)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(zhǎng)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)(如圖3所示)，一般只需二根連線，所以RS485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。

RS485 半雙工

RS232 全雙工

在使用RS485接口時(shí)，對(duì)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(hào)傳輸所允許的最大電纜長(zhǎng)度是數(shù)據(jù)信號(hào)速率的函數(shù)，這個(gè)長(zhǎng)度數(shù)據(jù)主要是受信號(hào)失真及噪聲等影響所限制。

在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，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(cè)低至200mV的電壓，故傳輸信號(hào)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(shí)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(hào)加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號(hào)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(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器。

RS485 芯片已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制，安防系統(tǒng)，智能儀器儀表，多媒體網(wǎng)絡(luò)，機(jī)電一 體化產(chǎn)品及多個(gè)領(lǐng)域（如圖 4 所示）。

RS485 應(yīng)用

可用于 RS485 接口的芯片種類也越來(lái)越多。RS485 接口在不同的使用場(chǎng)合，對(duì)芯片的 要求和使用方法也有所不同。使用者在芯片的選型和電路的設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮：電源電壓范圍、通訊速率、是否需要極性自速率器件、是否需要半雙工器件、組網(wǎng)數(shù)量，終端電容性負(fù)載， 電阻性負(fù)載數(shù)量、干擾、邏輯性電平兼容性、ESD 及浪涌測(cè)試問(wèn)題等。

3PEAK 提供兩種類型的 RS-485 收發(fā)器:有極性的 TP8485E 可高性能兼容市面上的大 多數(shù)半雙工 485 芯片,無(wú)極性的 TP485E 內(nèi)置總線自適應(yīng)極性識(shí)別電路,用戶可任意連接 A/B 總線。

3PEAK 提供支持 3V/5V、半雙工、有極性和無(wú)極性的 RS-485 收發(fā)器芯片，內(nèi)部包含一 路驅(qū)動(dòng)器和一路接收器,具有熱插拔功能,可消除上電或熱插入時(shí)總線上的故障瞬態(tài)信號(hào)。RS- 485 芯片提供的限擺率驅(qū)動(dòng)器能降低 EMI 和不合適的電纜端接所引起的反射,實(shí)現(xiàn)速率高 達(dá) 250kbps 的無(wú)誤碼數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí),芯片接收器輸入阻抗為 1/8 位負(fù)載,允許多達(dá) 256 ?個(gè)收發(fā)器掛接在總線上,實(shí)現(xiàn)半雙工通信。

? 有極性的 TP8485E 可高性能兼容市面上大多數(shù)半雙工 RS485 芯片?

? 無(wú)極性的 TP485E 內(nèi)置總線自適應(yīng)極性識(shí)別電路,可任意連接 A/B 總線?

? 支持 250kbps 傳輸速率

? 具有 1/8 單位負(fù)載,多達(dá) 256 個(gè)收發(fā)器可掛接在同一總線上?

?輸出提供±18KV 以上的 HBM ESD 保護(hù)可保證在視頻監(jiān)控、電力電子、工業(yè)儀器 儀表等惡劣環(huán)境中正常使用，以下為選型表。

TP75176B 為低功耗、差分線路 RS485 收發(fā)器,采用 3.0~5.5V 單電源供電。這顆器件具有低功耗特性和關(guān)斷模式,非常適合對(duì)功耗敏感的應(yīng)用，傳輸速率最高可達(dá) 10Mbps?？偩€上 最多可以連接 32 個(gè)收發(fā)器。熱關(guān)斷電路可防止總線競(jìng)爭(zhēng)或輸出短路導(dǎo)致功耗過(guò)大。故障條 件下,如果檢測(cè)到內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器電路的溫度顯著升高,熱關(guān)斷電路將強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)器輸岀進(jìn)入高阻抗 狀態(tài)。如果輸入未連接(浮地)、短路的時(shí)候,接收器所具有的故障安全特性將使輸岀保持邏輯 高狀態(tài)。應(yīng)用于 PROFIBUS?DP 和 FMS 網(wǎng)絡(luò)、SCSI“快速 40”驅(qū)動(dòng)程序和接收器、電機(jī)控制 器/位置編碼器系統(tǒng)、工廠自動(dòng)化、現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)/過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)等場(chǎng)景。

3PEAK 提供的 RS322/485 收發(fā)器經(jīng)過(guò)市場(chǎng)驗(yàn)證，具有不錯(cuò)的安全性，可替代國(guó)際市場(chǎng) 較多產(chǎn)品，是國(guó)產(chǎn)收發(fā)器的佼佼者。

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