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RS232、RS485学习笔记

2020-12-08 12:33:44 osc_yim3173g

工业物联网有线传输电气协议学习笔记

常见的电气协议有RS232、RS422和RS485,其中RS232和RS485应用较为广泛。

RS:Recommended standard的缩写

1、串行通信和并行通信

注:8信通(信通可简单理解为传输线)并行传输由于信道间的电容感应,远距离传输时,可靠性较低。 

小结

考虑到成本和应用的可靠性,计算机与计算、计算机与外设间的远距离通信适合采用串行通行方式,计算机内部的近距离通信适合采用并行通信方式(并不是说内部都是这样)。

因此,工业物联设备的通信基本是采用串行通行方式,典型的串行通信标准有RS232、RS422RS485,其中半双工的RS485使用最广。

2、RS232,Recommended standard-232

RS-232标准接口(又称EIA RS-232)是常用的串行通信接口标准之一,它是由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统公司、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家于1970共同制定,其全名是“数据终端设备( DTE)和数据通信设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准——百度百科

但鄙人的理解为“RS232是常用的串行通信,之,电平信号传输协议;而不是接口标准,接口标准易理解为硬件标准,不严谨”,原因如下:

(1)在计算机世界里,所有的数据其实都是电信号,所谓的数据传输也就是电信号的传输,例如:0代表无电信号,1代表有电信号,0和1的组合构成各种数据、字符等;数据的传输就是电信号的传输,高低电信号有序的传输过去(通信中的物理层干的就是电信号传输),如下图所示。

注:这里的电信号可以是电压,也可以是电流。

采用串行通信方式,逐次将各比特位所代表的电平信号传输至目标端,由两根信号线连接,一根是信号发送线,一根是信号返回线,两根线均是单向传输;两根单向传输信号线使得设备在发送数据的同时也可以接受数据,称之为双工工作方式,如下图所示。

注:Tx表示数据发送端,Rx表示数据接收端;DTE为数据终端设备,DCE数据通信设备。

(2)UART:Universal Asynchronous Receiver/Transmitter

是一种通用异步收发器,是设备间进行异步通信的关键模块。

UART负责处理数据总线和串口之间的串/并、并/串转换,并规定了帧格式;通信双方只要采用相同的帧格式和波特率,就能在未共享时钟信号的情况下,仅用两根线(RxTx)就可以完成通信过程,因此也称为异步串行通信。

如上图所示,为全双工的RS232串口通信过程示意图,DTE设备内部:UART采用并行方式从CPU读取数据,然后将数据逐位输出(并行转串行),通过DTE串口传输至DCE串口,串行数据通过UART将数据并行(串行转并行)写入memory/CPU/MCU中。反向的DCE传输数据至DTE中,同理。

(3)RS232总结

  • RS232 是点对点的通信方式,没有考虑串行总线,故不能实现组网的功能
  • 使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式,这种共地传输容易产生共模干扰,所以抗噪声干扰性
  • 传输速率较低,在异步传输时,波特率为 20Kbps 。现在由于采用了新的 UART 芯片,波特率达到 115.2Kbps
  • 传输距离有限,最大传输距离标准值为 50 米,实际上也只能用在 15 左右
  • 接口的信号电平值 较高( 15V ), 易损坏接口电路芯片,又因为 232 电平与 TTL 电平不兼容故需使用电平转换电路方能与 TTL 电路 连接

综上,RS232理解为两设备间串行通信的电气传输协议更加合理、严谨些,而不应该是接口标准。

由于RS232具有上述的种种不足,EIA针对性的推出了RS422和RS485。

3、RS485,Recommended standard-485

RS485采用平衡驱动器将电平信号以差分方式进行传输,在终端再用差分接收器将差分信号转换为逻辑电平信号;RS485有两种制式,一种是两根传输线构成的半双工,另一种是4根传输线构成的全双工。

(1)半双工RS485

两根传输线,将电平信号A通过平衡驱动器转换为(a+-a-)两个电平信号来传输,所以两根线均用于单向的电信号传输(发送/接受),也就是说发送电信号时就无法同时接受电信号,接受电信号时无法发送电信号(即半双工),具体如下图所示。

(2)基于半双工的RS485组网

RS-485采用半双工工作方式,支持多点数据通信RS-485总线网络拓扑一般采用终端匹配的线型结构。即采用一条总线将各个节点串接起来,不支持环形或星型网络。如果需要使用星型结构,就必须使用485中继器或者485集线器才可以。RS-485/422总线一般最大支持32个节点,如果使用特制的485芯片,可以达到128个或者256个节点,最大的可以支持到400个节点。

注:上图中的设备是UART,对应的接口为“A+”和“B-”。

(3)全双工RS485

全双工的RS485由四根传输线来负责全双工的电信号传输,两根线负责发送,同时,两根线负责接受。

(4)RS485总结

  • RS485有两种工作制式,一是两根传输线构成的半双工,二是四根传输线构成的全双工,目前应用广泛的是两根线构成的半双工
  • RS485 接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合,抗噪声干扰性好
  • RS485 接口的最大传输距离标准值为 1200 米(9600bps 时),实际上可达 3000
  • RS-485 接口在总线上是允许连接多达128个收发器,用户可以利用单一的 RS-485 接口方便地建立起设备网络
  • RS-485 的数据最高传输速率为 10Mbps
  • RS-485的逻辑"1"以两线间的电压差为+表示;逻辑"0"以两线间的电压差为- 表 示

4、RS232和RS485的区别

5、其它

  • RS422使用较少,其和全双工的RS485相类似,由四根传输线构成的信号传输,两根用于以差分方式来发送信号,两根用于以差分方式来接受信号。
  • RS232、RS422和RS485三者可通过转换接口设备来实现互联互通。

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