目錄

1 UART，RS232和RS485通信拓?fù)?/p>

2 什么是RS232

2.1 RS232標(biāo)準(zhǔn)的演變

2.2 RS232標(biāo)準(zhǔn)講了哪些

2.2.1 RS232通信的電平

2.2.2 RS232通信的帶寬

2.2.3 RS232通信距離

2.2.4 RS232通信的機(jī)械接口

3 什么是RS485

3.1 RS485標(biāo)準(zhǔn)的演變

3.2 RS485標(biāo)準(zhǔn)講了哪些

3.2.1 RS485通信的電平

3.2.2 RS485通信的帶寬

3.2.2 RS485通信距離

3.2.2 RS485通信拓?fù)?/p>

4 RS232和RS485的對(duì)比

5 MODUS協(xié)議與RS232和RS485的關(guān)系

結(jié)尾

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1 UART，RS232和RS485通信拓?fù)?/h1>

由于UART串口通信使用3.3/5V的TTL電平，決定了其易受到干擾（對(duì)信號(hào)線上的噪聲缺乏免疫力），帶寬低，僅適合超短距離通信。在嵌入式硬件開發(fā)中，UART通信常被用于MCU與MCU之間，MCU與外設(shè)芯片之間，見圖1-1。

圖1-1

而RS232和RS485通過改變“傳輸?shù)男盘?hào)電平”和“傳輸介質(zhì)的連接方式”，來提高帶寬，提高傳輸距離和提高干擾性。在嵌入式硬件開發(fā)中，RS232通信（異步串行全雙工通信）常被用于MCU與MCU之間，實(shí)現(xiàn)TTL電平的轉(zhuǎn)換（如,MAX232芯片），進(jìn)行“間接的UART通信”，見圖1-2。

圖1-2

在嵌入式硬件開發(fā)中，RS485通信（異步串行半雙工通信）常被用于MCU與MCU之間，實(shí)現(xiàn)TTL電平的轉(zhuǎn)換（如,MAX485芯片），進(jìn)行“間接的UART通信”，見圖1-3。

圖1-3

2 什么是RS232

2.1 RS232標(biāo)準(zhǔn)的演變

RS232標(biāo)準(zhǔn)（RS：recommended standard推薦標(biāo)準(zhǔn)）是美國(guó)的電氣工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA：Electrical Industries Association）創(chuàng)建了一個(gè)串行數(shù)據(jù)傳輸或通信的標(biāo)準(zhǔn)。它定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE：Data Terminal Equipment）和數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備（DCE：Data Circuit-Terminating Equipment）之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎馓匦?/span>。

RS 232標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了幾次修訂：

?????? EIA RS-232 (May 1960) "Interface Between Data Terminal Equipment & Data"

?????? EIA RS-232-A (October 1963)

?????? EIA RS-232-B (October 1965)

?????? EIA RS-232-C (August 1969) "Interface Between Data Terminal Equipment and Data Communication Equipment Employing Serial Binary Data Interchange"

?????? EIA EIA-232-D (1986)

?????? TIA TIA/EIA-232-E (1991) "Interface Between Data Terminal Equipment and Data Communications Equipment Employing Serial Binary Data Interchange"

?????? TIA TIA/EIA-232-F (October 1997)

?????? ANSI/TIA-232-F-1997 (R2002)

?????? TIA TIA-232-F (R2012)

RS 232標(biāo)準(zhǔn)的名稱在其歷史上發(fā)生了變化，幾次是由于贊助組織的原因。因此，它被稱為EIA RS-232、EIA 232，以及最近的TIA 232。

與之對(duì)應(yīng)的國(guó)標(biāo)“GB/T 6107-2000 使用串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備之間的接口”。

2.2 RS232標(biāo)準(zhǔn)講了哪些

2.2.1 RS232通信的電平

圖2-1

Co是與發(fā)生器有關(guān)的總有效電容，在接口點(diǎn)測(cè)量，包括通往接口點(diǎn)的任何電纜。

V1是接口點(diǎn)的電壓。

CL是在接口點(diǎn)測(cè)量的與接收器有關(guān)的總有效電容，包括通往接口點(diǎn)的任何電纜。

RS-232是一個(gè)單端或不平衡的接口，意味著一個(gè)單一的電信號(hào)與一個(gè)公共信號(hào)（地）相比較，以確定二進(jìn)制邏輯狀態(tài)，如圖2-1所示，

• 當(dāng)兩個(gè)RS232電平轉(zhuǎn)換芯片之間，當(dāng)interchange circuit上的電壓(V1)相對(duì)于電路AB的電壓小于-3V時(shí)，則應(yīng)視為信號(hào)處于marking狀態(tài)，marking用二進(jìn)制狀態(tài)1表示。
• 當(dāng)兩個(gè)RS232電平轉(zhuǎn)換芯片之間，當(dāng)interchange circuit上的電壓(V1)相對(duì)于電路AB的電壓大于+3V時(shí)，則應(yīng)視為信號(hào)處于spacing狀態(tài)，spacing用二進(jìn)制狀態(tài)0表示。
• 在-3V~+3V之間的區(qū)域，被定義為過渡區(qū)域，當(dāng)電壓處于這個(gè)過渡區(qū)域時(shí)，信號(hào)狀態(tài)是不確定的。

Notation	Interchange Voltage Negative	Positive
Binary State	1	0
Signal Condition	Marking	Spacing
Function	OFF	ON

注意：

• 相對(duì)于信號(hào)地的發(fā)生器開路電壓，不得超過相對(duì)于地面的-25V~+25V；

圖2-2

• 示波器下的波形：

圖2-3

2.2.2 RS232通信的帶寬

TIA/EIA-232-F提供了最大的通信帶寬，波特率為20 kbps。

2.2.3 RS232通信距離

通信電纜（介質(zhì)是導(dǎo)線）的最大長(zhǎng)度沒有規(guī)定，但由以下電氣要求決定：

interchange circuit接收端的負(fù)載阻抗是在3V至15V的應(yīng)用電壓范圍內(nèi)定義的。它的直流電阻應(yīng)不低于3000歐姆，也不高于7000歐姆。interchange circuit接收端的有效并聯(lián)電容（CL），包括電纜的電容，在接口點(diǎn)測(cè)量，不應(yīng)超過2500皮法拉。負(fù)載阻抗的無功分量不得是感性的，開路接收電壓的大小不得超過2V。

RS-232能夠在小于50英尺（約15.24米）的距離上以高達(dá)20K bps的數(shù)據(jù)速率運(yùn)行?；蛘唠娎|長(zhǎng)度等于2500 pF的電容，這意味著，使用低電容的電纜可以讓你跨越更長(zhǎng)的距離，而不會(huì)超出標(biāo)準(zhǔn)的限制。例如，如果使用UTP CAT-5電纜，其典型電容為17 pF/ft，允許的最大電纜長(zhǎng)度為147英尺。

如果波特率降低2或4倍，其最大長(zhǎng)度就會(huì)急劇增加。TI德州儀器公司多年前曾在不同的波特率下做過一些實(shí)際實(shí)驗(yàn)，以測(cè)試允許的最大電纜長(zhǎng)度。請(qǐng)記住，RS232標(biāo)準(zhǔn)最初是為20kbps開發(fā)的。通過將最大通信速度減半，允許的電纜長(zhǎng)度增加了10倍。

Baud rate	Maximum cable length
19200	50英尺（約15.24米）
9600	500英尺（約152.4米）
4800	1000英尺（約304.8米）
2400	3000英尺（約914.4米）

2.2.4 RS232通信的機(jī)械接口

RS-232的機(jī)械實(shí)現(xiàn)是在一個(gè)25針的D-sub連接器上。

DTE連接器表面觸點(diǎn)編號(hào)(male公頭連接器)

DTE連接器面的觸點(diǎn)編號(hào)(female母頭連接器)

3 什么是RS485

3.1 RS485標(biāo)準(zhǔn)的演變

RS-485是由RS-232發(fā)展而來，它是為彌補(bǔ)RS-232之不足而提出的。為改進(jìn)RS-232通信距離短、速率低的缺點(diǎn)，而發(fā)布了RS-422定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mbps，傳輸距離延長(zhǎng)到4000英尺（速率低于100kbps時(shí)），并允許在一條平衡總線上連接最多10個(gè)接收器。RS-422是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)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(kuò)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(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA-485-A標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 RS485標(biāo)準(zhǔn)講了哪些

3.2.1 RS485通信的電平

圖3-1

G = Generator發(fā)生器

L = Stub Length存根長(zhǎng)度

T = Transceiver收發(fā)器

R = Receiver接收器

RT= Termination Resistor終端電阻

A、B和C點(diǎn)代表發(fā)生器接口點(diǎn)；

A'、B'和C'代表與接收器相關(guān)的接口點(diǎn)；

A/A'，B/B'和C/C'代表與收發(fā)器相關(guān)的接口點(diǎn)。

圖3-2

RS-485是一個(gè)平衡的接口，意味著有兩個(gè)偏置的電信號(hào)相比較(RS485接收器比較兩條線之間的電壓差，而不是信號(hào)線上的絕對(duì)電壓水平)，以確定二進(jìn)制邏輯狀態(tài)，如圖3-2所示，

a) 在二進(jìn)制1（OFF）狀態(tài)下，信號(hào)發(fā)生器的A端相對(duì)于B端應(yīng)是負(fù)的。

b) 在二進(jìn)制0（ON）狀態(tài)下，信號(hào)發(fā)生器的A端相對(duì)于B端應(yīng)是正的。

注意：

• 在電壓Via（或Vib）范圍從-7.0V到+12.0V，而Vib（或Via）保持在0.0V（接地）的情況下，所產(chǎn)生的輸入電流lia（或lib）應(yīng)被測(cè)量并保持在下圖所示的陰影區(qū)域內(nèi)，為一個(gè)單位負(fù)載。電流與電壓的實(shí)際曲線應(yīng)始終有一個(gè)正斜率，以降低由負(fù)輸入電阻引起的振蕩的可能性。

圖3-3

• 示波器下的波形：

圖3-4

3.2.2 RS485通信的帶寬

TIA/EIA-485-A提供了最大的通信帶寬，波特率為10 Mbps。

3.2.2 RS485通信距離

差分信號(hào)使RS485的通信距離比RS232長(zhǎng)得多。使用RS485的最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mbps。

平衡雙絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，只有在20kbps速率以下，才可能使用規(guī)定最長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般來說，15米長(zhǎng)雙絞線最大傳輸速率僅為1Mbps。

注意：并不是所有的RS-485收發(fā)器都能夠支持高達(dá)10Mbps的通訊速率。如果采用光電隔離方式，則通訊速率一般還會(huì)受到光電隔離器件響應(yīng)速度的限制。

3.2.2 RS485通信拓?fù)?/h3>

RS-485標(biāo)準(zhǔn)與RS-232標(biāo)準(zhǔn)不一樣，數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式（Differential Driver Mode），也稱作平衡傳輸。這決定了其只能用于半雙工通信，可以用于一個(gè)主機(jī)對(duì)若干個(gè)從機(jī)進(jìn)行尋址，見圖3-6。

圖3-5 直線和雙絞線的噪聲

圖3-6

4 RS232和RS485的對(duì)比

標(biāo)準(zhǔn)	RS-232	RS-485
工作方式	單端	差分
運(yùn)行模式	全雙工	半雙工
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)	點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（1收,1發(fā)）	多點(diǎn)（1發(fā),32收）
最大傳輸電纜長(zhǎng)度	50英尺	4000英尺(約1200米)
最大傳輸速率	20Kbps	10Mbps
最大驅(qū)動(dòng)輸出電壓	+/-25V	-7V～+12V
發(fā)送器輸出信號(hào)電平(負(fù)載最小值)	+/-5V～+/-15V	±1.5V
發(fā)送器輸出信號(hào)電平(空載最大值)	+/-25V	±6V
發(fā)送器負(fù)載阻抗(Ω)	3K～7K	54
接收器輸入電壓范圍	±15V	-7V～+12V
接收器輸入門限	±3V	±200mV
接收器輸入電阻(Ω)	3K～7K	≥12K

5 MODUS協(xié)議與RS232和RS485的關(guān)系

MODBUS是一種應(yīng)用層的信息傳輸協(xié)議，位于OSI模型的第7層，它在不同類型的總線或網(wǎng)絡(luò)上連接的設(shè)備之間提供client/server通信。而RS232和RS485是實(shí)現(xiàn)異步串行通信的第1層物理層標(biāo)準(zhǔn)。

它目前是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的

• Ethernet的TCP/IP。參見《MODBUS Messaging Implementation Guide V1 .0a》;
• 通過各種介質(zhì)的異步串行發(fā)送(有線：EIA/TIA -232, EIA/TIA-485-A…）。物理層和數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)，參見《MODBUS over Serial Line Specification and Implementation Guide V1.02》;
• MODBUS PLUS，一種高速token令牌傳遞網(wǎng)絡(luò)。

與之對(duì)應(yīng)的國(guó)標(biāo):

GB-T19582.1-2008基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范第1部分:Modbus應(yīng)用協(xié)議;

GB-T19582.2-2008基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范第2部分:Modbus協(xié)議在串行鏈路上的實(shí)現(xiàn)指南;

GB-T19582.3-2008基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范第3部分:Modbus協(xié)議在TCP/IP上的實(shí)現(xiàn)指南。

結(jié)尾

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