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一、串口簡介
RS-232、RS-422與RS-485都是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn),zui初都是由電子工業(yè)協(xié)會(EIA)制訂并發(fā)布的,RS-232在1962年發(fā)布,命名為EIA-232-E,作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),以保證不同廠家產(chǎn)品之間的兼容。RS-422由RS-232發(fā)展而來,它是為彌補RS-232之不足而提出的。為改進RS-232通信距離短、速率低的缺點,RS-422定義了一種平衡通信接口,將傳輸速率提高到10Mb/s,傳輸距離延長到4000英尺(速率低于100kb/s時),并允許在一條平衡總線上連接zui多10個接收器。RS-422是一種單機發(fā)送、多機接收的單向、平衡傳輸規(guī)范,被命名為TIA/EIA-422-A標(biāo)準(zhǔn)。為擴展應(yīng)用范圍,EIA又于1983年在RS-422基礎(chǔ)上制定了RS-485標(biāo)準(zhǔn),增加了多點、雙向通信能力,即允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上,同時增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護特性,擴展了總線共*圍,后命名為TIA/EIA-485-A標(biāo)準(zhǔn)。由于EIA提出的建議標(biāo)準(zhǔn)都是以“RS”作為前綴,所以在通訊工業(yè)領(lǐng)域,仍然習(xí)慣將上述標(biāo)準(zhǔn)以RS作前綴稱謂。
RS-232、RS-422與RS-485標(biāo)準(zhǔn)只對接口的電氣特性做出規(guī)定,而不涉及接插件、電纜或協(xié)議,在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。因此在視頻界的應(yīng)用,許多廠家都建立了一套高層通信協(xié)議,或公開或廠家*使用。如錄像機廠家中的Sony與松下對錄像機的RS-422控制協(xié)議是有差異的,視頻服務(wù)器上的控制協(xié)議則更多了,如Louth、Odetis協(xié)議是公開的,而ProLINK則是基于Profile上的。
二、RS-232串行接口標(biāo)準(zhǔn)
目前RS-232是PC機與通信工業(yè)中應(yīng)用zui廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。RS-232采取不平衡傳輸方式,即所謂單端通訊。
收、發(fā)端的數(shù)據(jù)信號是相對于信號地,如從DTE設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)在使用DB25連接器時是2腳相對7腳(信號地)的電平。典型的RS-232信號在正負(fù)電平之間擺動,在發(fā)送數(shù)據(jù)時,發(fā)送端驅(qū)動器輸出正電平在+5~+15V,負(fù)電平在-5~-15V電平。當(dāng)無數(shù)據(jù)傳輸時,線上為TTL,從開始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束,線上電平從TTL電平到RS-232電平再返回TTL電平。接收器典型的工作電平在+3~+12V與-3~-12V。由于發(fā)送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右,所以其共模抑制能力差,再加上雙絞線上的分布電容,其傳送距離zui大為約15米,zui高速率為20kb/s。RS-232是為點對點(即只用一對收、發(fā)設(shè)備)通訊而設(shè)計的,其驅(qū)動器負(fù)載為3~7kΩ。所以RS-232適合本地設(shè)備之間的通信。其有關(guān)電氣參數(shù)參見下表。
規(guī)定 RS232 RS422 R485
工作方式 單端 差分 差分
節(jié)點數(shù) 1收、1發(fā) 1發(fā)10收 1發(fā)32收
zui大傳輸電纜長度 50英尺 400英尺 400英尺
zui大傳輸速率 20Kb/S 10Mb/s 10Mb/s
zui大驅(qū)動輸出電壓 +/-25V -0.25V~+6V -7V~+12V
驅(qū)動器輸出信號電平(負(fù)載zui小值) 負(fù)載 +/-5V~+/-15V +/-2.0V +/-1.5V
驅(qū)動器輸出信號電平(空載zui大值) 空載 +/-25V +/-6V +/-6V
驅(qū)動器負(fù)載阻抗(Ω) 3K~7K 100 54
擺率(zui大值) 30V/μs N/A N/A
接收器輸入電壓范圍 +/-15V -10V~+10V -7V~+12V
接收器輸入門限 +/-3V +/-200mV +/-200mV
接收器輸入電阻(Ω) 3K~7K 4K(zui小) ≥12K
驅(qū)動器共模電壓 -3V~+3V -1V~+3V
接收器共模電壓 -7V~+7V -7V~+12V
三、RS-422與RS-485串行接口標(biāo)準(zhǔn)
1.平衡傳輸
RS-422、RS-485與RS-232不一樣,數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式,也稱作平衡傳輸,它使用一對雙絞線,將其中一線定義為A,另一線定義為B。
通常情況下,發(fā)送驅(qū)動器A、B之間的正電平在+2~+6V,是一個邏輯狀態(tài),負(fù)電平在-2~6V,是另一個邏輯狀態(tài)。另有一個信號地C,在RS-485中還有一“使能”端,而在RS-422中這是可用可不用的?!笆鼓堋倍耸怯糜诳刂瓢l(fā)送驅(qū)動器與傳輸線的切斷與連接。當(dāng)“使能”端起作用時,發(fā)送驅(qū)動器處于高阻狀態(tài),稱作“第三態(tài)”,即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態(tài)。
接收器也作與發(fā)送端相對的規(guī)定,收、發(fā)端通過平衡雙絞線將AA與BB對應(yīng)相連,當(dāng)在收端AB之間有大于+200mV的電平時,輸出正邏輯電平,小于-200mV時,輸出負(fù)邏輯電平。接收器接收平衡線上的電平范圍通常在200mV至6V之間。
2.RS-422電氣規(guī)定
RS-422標(biāo)準(zhǔn)全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”,它定義了接口電路的特性。實際上還有一根信號地線,共5根線。由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動器比RS232更強的驅(qū)動能力,故允許在相同傳輸線上連接多個接收節(jié)點,zui多可接10個節(jié)點。即一個主設(shè)備(Master),其余為從設(shè)備(Salve),從設(shè)備之間不能通信,所以RS-422支持點對多的雙向通信。接收器輸入阻抗為4k,故發(fā)端zui大負(fù)載能力是10×4k+100Ω(終接電阻)。RS-422四線接口由于采用單獨的發(fā)送和接收通道,因此不必控制數(shù)據(jù)方向,各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式(XON/XOFF握手)或硬件方式(一對單獨的雙絞線)實現(xiàn)。
RS-422的zui大傳輸距離為4000英尺(約1219米),zui大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比,在100kb/s速率以下,才可能達(dá)到zui大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得zui高速率傳輸。一般100米長的雙絞線上所能獲得的zui大傳輸速率僅為1Mb/s。
RS-422需要一終接電阻,要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時可不需終接電阻,即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸電纜的zui遠(yuǎn)端。
RS-422有關(guān)電氣參數(shù)見表1
3.RS-485電氣規(guī)定
由于RS-485是從RS-422基礎(chǔ)上發(fā)展而來的,所以RS-485許多電氣規(guī)定與RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。RS-485可以采用二線與四線方式,二線制可實現(xiàn)真正的多點雙向通信。
而采用四線連接時,與RS-422一樣只能實現(xiàn)點對多的通信,即只能有一個主(Master)設(shè)備,其余為從設(shè)備,但它比RS-422有改進, 無論四線還是二線連接方式總線上可多接到32個設(shè)備。
RS-485與RS-422的不同還在于其共模輸出電壓是不同的,RS-485是-7V至+12V之間,而RS-422在-7V至+7V之間,RS-485接收器zui小輸入阻抗為12k,RS-422是4k;RS-485滿足所有RS-422的規(guī)范,所以RS-485的驅(qū)動器可以用在RS-422網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。
RS-485有關(guān)電氣規(guī)定參見表1。
RS-485與RS-422一樣,其zui大傳輸距離約為1219米,zui大傳輸速率為10Mb/s。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比,在100kb/s速率以下,才可能使用規(guī)定zui長的電纜長度。只有在很短的距離下才能獲得zui高速率傳輸。一般100米長雙絞線zui大傳輸速率僅為1Mb/s。
RS-485需要2個終接電阻,其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時可不需終接電阻,即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸總線的兩端。
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