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1、RS232接口 RS232 接口是1970 年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统、调制解调器厂家及 计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是 “数据终端设备( D TE)和数据通讯设备(DCE )之间串行二进制数据交换接口技术标准”。 该标准规定采用一个25 个脚的DB25 连接器, 对连接器的每个引脚的信号内容加 以规定,还对各种信号的电平加以规定。随着设备的不断改进,出现了代替DB25的 D B9 接口,现在都把RS232 接口叫做DB9。 RS-232 是现在主流的串行通信接口之一。 由于 RS232 接口标准出现较早,难免有不足之处,主要有以下四点: ( 1)接
2、口的信号电平值较高,易损坏接口电路的芯片,又因为与TTL 电平不兼 容故需使用电平转换电路方能与TTL 电路连接。 ( 2)传输速率较低,在异步传输时,波特率为20Kbps ;因此在“南方的老树51 CPLD开发板”中,综合程序波特率只能采用19200 ,也是这个原因。 ( 3)接口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,所以抗噪声干扰性弱。 ( 4)传输距离有限,最大传输距离标准值为50 英尺,实际上也只能用在50 米 左右。 接口定义 RS232( DB9) 1 DCD 载波检测 2 RXD 接收数据 接口说明 3 TXD 发送数据 4 DTR
3、数据终端准备好 5 SG 信号地 6 DSR 数据准备好 7 RTS 请求发送 8 CTS 清除发送 9 RI 振铃提示 接口电平 RS232 采用负逻辑电平: -15-3 :逻辑1; +15+3:逻辑0; 电压值通常在7V 左右 RS-422 RS-422 接口是一种单机发送、 多机接收的单向、 平衡传输规范, 被命名为 TIA/EIA-422-A 标准。为扩展应用范围,EIA 又于 1983 年在 RS422接口基础上制定了RS-485 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/
4、EIA-485-A标准。 由于 EIA 提出的 建议标准都是以“ RS ”作为前缀,所以在通讯工业领域,仍然习惯将上述标准以RS作前缀 称谓。 RS422接口标准全称是“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。实际上还有一根信号地线,共 5 根线。由于接收器采用高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( Master ) ,其余为从设备(Salve ) ,从设备之间不能通信,所以RS422接口支持点 对多的双向通信。 接收器输入阻抗为4k, 故发端最大负载能力是104k+100 (终接电阻
5、) 。 RS422接口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/XOFF 握手)或硬件方式 (一对单独的双绞线) 。 RS422接口的最大传输距离为4000 英尺(约 1219 米) ,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 100 米长的双绞线上所能获得的最大传输速率 仅为 1Mb/s。 RS422接口需要一终接电阻,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
6、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。 下面是关于RS-422 线的接法: 25 Pin of RS-422 9 Pin of RS-422 SD-A 15( 线号 ) 3( 线号 ) R- RD-B 22( 线号 ) 2( 线号 ) T- SD-B 14( 线号 ) 7( 线号 ) R+ RD-B 21( 线号 ) 8( 线号 ) T+ 表格 4 线制的 RS-422 注意: 如果 RS-422 为两线制,那么R-和 T-就在一根线上,R+和 T+也同样在一根线上。计算 机侧 RS422 串行通信接口的插口是 25 针公插: RS485接口 RS485采用差分信号负逻辑
7、,2V 6V表示“ 0”, - 6V- 2V 表示“ 1”。 RS485有两线制和四线制两种接线, 四线制只能实现点对点的通信方式,现很少采用,现在多采 用的是两线制接线方式,这种接线方式为总线式拓朴结构在 同一总线上最多可以挂接32 个结点。在RS485通信网络中 一般采用的是主从通信方式,即一个主机带多个从机。很多 情况下,连接RS-485 通信链路时只是简单地用一对双绞线 将各个接口的“ A”、“ B”端连接起来。而忽略了信号地的 连接,这种连接方法在许多场合是能正常工作的,但却埋下 了很大的隐患,这有二个原因:(1) 共模干扰问题: RS-485 接口采用差分方式传输信号方式,并不需要
8、相对于某个参照 点来检测信号,系统只需检测两线之间的电位差就可以了。 但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围,RS-485 收 发器共模电压范围为-7 +12V,只有满足上述条件,整个网 络才能正常工作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会 影响通信的稳定可靠,甚至损坏接口。(2)EMI 问题:发送驱 动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路,如没有一个 低阻的返回通道(信号地),就会以辐射的形式返回源端, 整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。 RS485接口定义图 1 连接主机端的RS485接口。 -信号定义如下: -RS485接口 -信号含义 - 3 -B RXD- 接收数据
9、- 4 -A RXD+ 接收数据 - 5 - Y TXD+ 发送数据 - 7 - Z TXD- 发送数据 2- 连接从机端的RS485接口。 -信号定义如下: -RS485接口 -信号含义 - 3 - Z TXD- 发送数据 - 4 - Y TXD+ 发送数据 - 5 - A RXD+ 接收数据 - 7 - B RXD- 接收数据 RS232 是单端输入输出,双工工作时至少需要数字地线。 发送线和接受线三条线(异步传输),还可以加其它控制 线完成同步等功能。 RS422 通过两对双绞线可以全双工工作收发互不影响,而 RS485 只能半双工工作,发收不能同时进行,但它只需要 一对双绞线。 rs2
10、32 有 9 个脚,但实际用的大多数是 3 个 422 是 4 个,最多加 信号地、屏蔽层共 6 个 485 是 2 个,最多加 信号地共 3 个 RS485 接口定义图 1 连接主机端的RS485 接口。 -信号定义如下: -RS485接口- 信号含义 - 3 -B RXD- 接收数据 - 4 -A RXD+ 接收数据 - 5- Y TXD+ 发送数据 - 7- Z TXD- 发送数据 2-连接从机端的RS485 接口。 -信号定义如下: -RS485接口 - 信号含义 - 3- Z TXD- 发送数据 - 4- Y TXD+ 发送数据 - 5- A RXD+ 接收数据 - 7- B RXD
11、- 接收数据 RS 485 9 针 Sub-D 型子连接器的插针分配 插针编号信号含义 1 屏蔽屏蔽 2 M24 24V 输出电压的参 考点 3 RxD/TxD-P* 接受 -/发送数据 -P 4 CNTR-P 中继器控制信号-P 5 DGND* 数据参考点 6 VP* 终端电阻供电电压 (5V) 7 P24 24V 输出电压 8 RxD/TxD-N* 接收 -/发送数据 -N 9 CNTR-N 中继器控制信号-N 本表来自百度文库 西门子 PLC 现场总线的网络调试与维护 课程 3 RS-485 接口电路 RS-485 接口电路的主要功能是:将来自微处理器的发 送信号 TX 通过 “ 发送器
12、 ” 转换成通讯网络中的差分信号,也 可以将通讯网络中的差分信号通过“ 接收器 ” 转换成被微处理 器接收的 RX 信号。任一时刻,RS-485 收发器只能够工作 在“ 接收 ” 或“ 发送 ” 两种模式之一, 因此,必须为 RS-485 接口 电路增加一个收/发逻辑控制电路。 另外,由于应用环境的各 不相同, RS-485 接口电路的附加保护措施也是必须重点考 虑的环节。 下面以选用SP485R 芯片为例, 列出 RS-485 接 口电路中的几种常见电路,并加以说明。 1.基本 RS-485 电路 图 1 为一个经常被应用到的SP485R 芯片的示范电路, 可以被直接嵌入实际的RS-485
13、应用电路中。微处理器的标 准串行口通过RXD 直接连接 SP485R 芯片的 RO 引脚, 通过 TXD 直接连接 SP485R 芯片的 DI 引脚。 由微处理器输出的R/D 信号直接控制SP485R 芯片的 发送器 /接收器使能: R/D 信号为 “1”,则 SP485R 芯片的发 送器有效,接收器禁止,此时微处理器可以向RS-485 总线 发送数据字节;R/D 信号为 “0”,则 SP485R 芯片的发送器 禁止,接收器有效,此时微处理器可以接收来自RS-485 总 线的数据字节。此电路中,任一时刻SP485R 芯片中的 “ 接 收器 ” 和“ 发送器 ” 只能够有 1 个处于工作状态。
14、连接至 A 引脚的上拉电阻R7、连接至 B 引脚的下拉电 阻 R8 用于保证无连接的SP485R 芯片处于空闲状态, 提供 网络失效保护,以提高RS-485 节点与网络的可靠性。 R7,R8,R9这三个电阻要根据实际应用而改变大小,特别在 用 120 欧或更小终端电阻时,R9 就不需要了, R7 和 R8 应 使用 680 欧电阻。 如果将 SP485R 连接至微处理器80C51 芯片的 UART 串口,则 SP485R 芯片的 RO 引脚不需要上拉;否则,需 要根据实际情况考虑是否在RO 引脚增加 1 个大约 10K 的 上拉电阻。 图 1SP485R 的基本 RS-485 电路 SP485
15、R 芯片本身集成了有效的ESD 保护措施。 但为 了更加可靠地保护RS-485 网络,确保系统安全,我们通常 还会额外增加一些保护电路。 电路图中,钳位于6.8V 的 TVS 管 V4、V5、V6 都是 用来保护 RS-485 总线的,避免RS-485 总线在受外界干扰 时(雷击、浪涌)产生的高压损坏RS-485 收发器。当然, 也选择集成的总线保护元件,比如ONSemi 半导体的 NUP2105L 器件 (SOT-23 封装,集成 2 个双向 TVS 器件 ), 作为 SP485R 芯片的附加保护措施。 另外,电路中的L1、L2、C1、C2 是可选安装元件, 用于提高电路的EMI 性能。图中
16、附加的保护电路能够对 SP485R 芯片起到良好的保护效果。 2.隔离 RS-485 电路 图 2 为一个使用光电隔离方式连接的SP485R 芯片的 示范电路,可以被直接嵌入实际的RS-485 应用电路中。微 处理器的 UART 串口的 RXD 、 TXD 通过光电隔离电路连接 SP485R 芯片的 RO、DI 引脚,控制信号R/D 同样经光电 隔离电路去控制SP485R 芯片的 DE 和/RE 引脚。 由微处理器输出的R/D 信号通过光电隔离器件控制 SP485R 芯片的发送器 /接收器使能: R/D 信号为 “1”,则 SP485R 芯片的 DE 和/RE 引脚为 “1”,发送器有效,接收
17、 器禁止,此时微处理器可以向RS-485 总线发送数据字节; R/D 信号为 “0”,则 SP485R 芯片的 DE 和/RE 引脚为 “0”, 发送器禁止,接收器有效,此时微处理器可以接收来自 RS-485 总线的数据字节。 任一时刻, SP485R 芯片中的 “ 接 收器 ” 和“ 发送器 ” 只能够有 1 个处于工作状态。 连接至 A 引脚的上拉电阻R7 、连接至 B 引脚的下拉 电阻 R8 用于保证无连接的SP485R 芯片处于空闲状态, 提 供网络失效保护,以提高RS-485 节点与网络的可靠性。 R7,R8,R9这三个电阻要根据实际应用而改变大小,特别在 用 120 欧或更小终端电阻时,R9 就不需要了, R7 和 R8 应 使用 680 欧电阻。 使用 DC-DC 器件可以产生1 组与微处理器电路完全 隔离的电源输出,用于向RS-485 收发器电路提供+5V 电 源。 电路中光耦器件的速率将会影响RS-485 电路的通讯 速率。图 2 中选用了 NEC 公司的光耦器件PS2501 芯片, 受 PS2501 芯片的响应速率影响, 这一示范 RS-485 接口电 路的通讯速率只可保障在19200bps 速率下正常工作; 如果 需要达到更高的RS-485 通讯速率, 则需要选用响应速度更 快的光耦器件,比如Agilent 公司的超高速光耦元件。
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