Физические интерфейсы RS485 и RS422. Приемопередатчики MAXIM для индустриальных интерфейсов – обзор новинок Поддержка со стороны экспертов

Интерфейс стандарта EIA RS232C предназначен для последовательной связи двух
устройств. Он является общепринятым и широко используется в аппаратных комплексах с
подсоединением внешнего оборудования к персональному компьютеру. Интерфейс
RS/232C предусматривает использование «несимметричных» передатчиков и
приемников, при этом передача данных осуществляется с помощью «несимметричного»
сигнала по двум линиям – ТхD и RxD, а амплитуда сигнала измеряется относительно линии
GND («нуля»). Логической единице соответствует диапазон значений амплитуды
сигнала (напряжения) от –12 до –3 В, логическому нулю – от +3 до +12 В. Диапазон от
–3 до +3 В соответствует зоне нечувствительности, определяющей гистерезис приемника.
Несимметричность сигнала обуславливает низкую помехозащищенность данного
интерфейса, особенно при промышленных помехах. Наличие линий приема (RxD) и передачи
(TxD) данных позволяет поддерживать полнодуплексную передачу информации, т.е.
одновременно информация может как передаваться, так и приниматься.

Достоинства - простота.

Недостатки - к одному порту подключается только одно устройство, дальность передачи сигналов без дополнительных примочек - всего несколько метров

Для управления потоком данных наиболее широко используется аппаратный способ
управления. Для корректной передачи данных необходимо, чтобы приемник находился в
состоянии готовности к приему информации. При аппаратном способе управления
используется сигнал RTS/CTS, который позволяет остановить передачу данных, если
приемник не готов к их приему. Аппаратное управление потоком данных обеспечивает самую
быструю реакцию передатчика на состояние приемника.
При проектировании промышленных систем автоматизации наибольшее
распространение получили информационные сети, основанные на интерфейсе стандарта
EIA RS485. В отличие от RS/232, этот интерфейс предусматривает передачу данных с
помощью «симметричного» (дифференциального) сигнала по двум линиям (А и В)
(см.рисунок) и использование дополнительной линии для выравнивания потенциалов
заземления устройств, объединенных в сеть стандарта RS/485. Логический уровень сигнала
определяется разностью напряжений на линиях (А – В), при этом логической единице
соответствует диапазон значений напряжения от +0,2 до +5 В, а логическому нулю – диапазон
значений от –0,2 до –5 В. Диапазон от –0,2 до +0,2 В соответствует зоне нечувствительности
приемника. При использовании данного интерфейса максимальная длина линии связи между
крайними устройствами может составлять до 1200 м. При этом в максимально удаленных
друг от друга точках сети рекомендуется устанавливать оконечные согласующие резисторы
(терминаторы), позволяющие компенсировать волновое сопротивление кабеля и
минимизировать амплитуду отраженного сигнала.

Сопротивления согласующих резисторов зависит от длины линии и колличества приборов. Оно должно быть в пределах от 100 до 620 ОМ.

Оба указанных интерфейса поддерживаютасинхронный режим передачи. Данные
посылаются блоками (кадрами), формат которых представлен на рис. 1.2. Передача каждого
кадра начинается со старт/бита, сигнализирующего приемнику о начале передачи, за
которым следуют биты данных и бит четности. Завершает посылку стоп/бит, гарантирующий
паузу между посылками.
Для асинхронного режима принят ряд стандартных скоростей обмена: 50, 75, 110, 150,
300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с. Количество бит данных
может составлять 5, 6, 7 или 8 (5/ и 6/битные форматы распространены незначительно).
Количество стоп/бит может составлять 1, 1,5 или 2 («полтора бита» означает только
длительность стопового интервала).

Интерфейсы RS-485 и RS-422 описаны в стандартах ANSI EIA/TIA -485-А и EIA/TIA-422. Интерфейс RS-485 является наиболее распространенным в промышленной автоматизации. Его используют промышленные сети Modbus , Profibus DP, ARCNET, BitBus, WorldFip, LON, Interbus и множество нестандартных сетей. Связано это с тем, что по всем основным показателям данный интерфейс является наилучшим из всех возможных при современном уровне развития технологии. Основными его достоинствами являются:

• двусторонний обмен данными всего по одной витой паре проводов;
• работа с несколькими трансиверами, подключенными к одной и той же линии, т. е. возможность организации сети;
• большая длина линии связи;
• достаточно высокая скорость передачи.

2.3.1. Принципы построения

Дифференциальная передача сигнала

В основе построения интерфейса RS -485 лежит дифференциальный способ передачи сигнала, когда напряжение, соответствующее уровню логической единицы или нуля, отсчитывается не от "земли", а измеряется как разность потенциалов между двумя передающими линиями: Data + и Data - (рис. 2.1). При этом напряжение каждой линии относительно "земли" может быть произвольным, но не должно выходить за диапазон -7...+12 В [ - TIA ].

Приемники сигнала являются дифференциальными, т.е. воспринимают только разность между напряжениями на линии Data + и Data -. При разности напряжений более 200 мВ, до +12 В считается, что на линии установлено значение логической единицы, при напряжении менее -200 мВ, до -7 В - логического нуля. Дифференциальное напряжение на выходе передатчика в соответствии со стандартом должно быть не менее 1,5 В, поэтому при пороге срабатывания приемника 200 мВ помеха (в том числе падение напряжения на омическом сопротивлении линии) может иметь размах 1,3 В над уровнем 200 мВ. Такой большой запас необходим для работы на длинных линиях с большим омическим сопротивлением. Фактически, именно этот запас по напряжению и определяет максимальную длину линии связи (1200 м) при низких скоростях передачи (менее 100 кбит/с).

Благодаря симметрии линий относительно "земли" в них наводятся помехи, близкие по форме и величине. В приемнике с дифференциальным входом сигнал выделяется путем вычитания напряжений на линиях, поэтому после вычитания напряжение помехи оказывается равным нулю. В реальных условиях, когда существует небольшая асимметрия линий и нагрузок, помеха подавляется не полностью, но ослабляется существенно.

Для минимизации чувствительности линии передачи к электромагнитной наводке используется витая пара проводов. Токи, наводимые в соседних витках вследствие явления электромагнитной индукции, по "правилу буравчика" оказываются направленными навстречу друг-другу и взаимно компенсируются. Степень компенсации определяется качеством изготовления кабеля и количеством витков на единицу длины.

"Третье" состояние выходов

Рис. 2.1. Соединение трех устройств с интерфейсом RS -485 по двухпроводной схеме

Второй особенностью передатчика D (D - "Driver ") интерфейса RS -485 является возможность перевода выходных каскадов в "третье" (высокоомное) состояние сигналом (Driver Enable ) (рис. 2.1). Для этого запираются оба транзистора выходного каскада передатчика. Наличие третьего состояния позволяет осуществить полудуплексный обмен между любыми двумя устройствами, подключенными к линии, всего по двум проводам. Если на рис. 2.1 передачу выполняет устройство , а прием - устройство , то выходы передатчиков и переводятся в высокоомное состояние, т. е. фактически к линии оказываются подключены только приемники, при этом выходное сопротивление передатчиков и не шунтирует линию.

Перевод передатчика интерфейса в третье состояние осуществляется обычно сигналом RTS (Request To Send ) СОМ-порта.

Четырехпроводной интерфейс

Интерфейс RS -485 имеет две версии: двухпроводную и четырехпроводную . Двухпроводная используется для полудуплексной передачи (рис. 2.1), когда информация может передаваться в обоих направлениях, но в разное время. Для полнодуплексной (дуплексной ) передачи используют четыре линии связи: по двум информация передается в одном направлении, по двум другим - в обратном (рис. 2.2).

Недостатком четырехпроводной (рис. 2.2) схемы является необходимость жесткого указания ведущего и ведомых устройств на стадии проектирования системы, в то время как в двухпроводной схеме любое устройство может быть как в роли ведущего, так и ведомого. Достоинством четырехпроводной схемы является возможность одновременной передачи и приема данных, что бывает необходимо при реализации некоторых сложных протоколов обмена.

Режим приема эха

Рис. 2.2. Четырехпроводное соединение устройств с интерфейсом RS -485

Если приемник передающего узла включен во время передачи, то передающий узел принимает свои же сигналы. Этот режим называется "приемом эха" и обычно устанавливается микропереключателем на плате интерфейса. Прием эха иногда используется в сложных протоколах передачи, но чаще этот режим выключен.

Заземление, гальваническая изоляция и защита от молнии

Если порты RS -485, подключенные к линии передачи, расположены на большом расстоянии один от другого, то потенциалы их "земель" могут сильно различаться. В этом случае для исключения пробоя выходных каскадов микросхем трансиверов (приемопередатчиков) интерфейса следует использовать гальваническую изоляцию между портом RS -485 и землей. При небольшой разности потенциалов "земли" для выравнивания потенциалов, в принципе, можно использовать проводник, однако такой способ на практике не применяется, поскольку практически все коммерческие интерфейсы RS -485 имеют гальваническую изоляцию (см. например, преобразователь NL-232C или повторитель интерфейсов NL-485C фирмы RealLab!).

Защита интерфейса от молнии выполняется с помощью газоразрядных и полупроводниковых устройств защиты, см. раздел "Защита от помех" .

2.3.2. Стандартные параметры

В последнее время появилось много микросхем трансиверов интерфейса RS -485, которые имеют более широкие возможности, чем установленные стандартом. Однако для обеспечения совместимости устройств между собой необходимо знать параметры, описанные в стандарте (см. табл. 2.2).

2.3.5. Устранение состояния неопределенности линии

Когда передатчики всех устройств, подключенных к лини, находятся в третьем (высокоомном) состоянии, логическое состояние линии и входов всех приемников не определено. Чтобы устранить эту неопределенность, неинвертирующий вход приемника соединяют через резистор с шиной питания, а инвертирующий - с шиной "земли". Величины резисторов выбирают такими, чтобы напряжение между входами стало больше порога срабатывания приемника (+200 мВ).

Поскольку эти резисторы оказываются подключенными параллельно линии передачи, то для обеспечения согласования линии с интерфейсом необходимо, чтобы эквивалентное сопротивление на входе линии было равно 120 Ом.

Например, если резисторы, используемые для устранения неопределенности состояния линии, имеют сопротивление 450 Ом каждое, то резистор для согласования линии должен иметь номинал 130 Ом, тогда эквивалентное сопротивление цепи будет равно 114120 Ом. Для того, чтобы найти дифференциальное напряжение линии в третьем состоянии всех передатчиков (см. рис. 2.6), нужно учесть, что к противоположному концу линии в стандартной конфигурации подключен еще один резистор сопротивлением 120 Ом и до 32 приемников с входным дифференциальным сопротивлением 12 кОм. Тогда при напряжении питания (рис. 2.6) дифференциальное напряжение линии будет равно +272 мВ, что удовлетворяет требованию стандарта.

2.3.6. Сквозные токи

В сети на основе интерфейса RS -485 может быть ситуация, когда включены два передатчика одновременно. Если при этом один из них находится в состоянии логической единицы, а второй - в состоянии логического нуля, то от источника питания на землю течет "сквозной" ток большой величины, ограниченный только низким сопротивлением двух открытых транзисторных ключей. Этот ток может вывести из строя транзисторы выходного каскада передатчика или вызвать срабатывание их схемы защиты.

Такая ситуация возможна не только при грубых ошибках в программном обеспечении, но и в случае, если неправильно установлена задержка между моментом выключения одного передатчика и включением другого. Ведомое устройство не должно передавать данные до тех пор, пока передающее не закончит передачу. Повторители интерфейса должны определять начало и конец передачи данных и в соответствии ними переводить передатчик в активное или третье состояние.

2.3.7. Выбор кабеля

В зависимости от скорости передачи и необходимой длины кабеля можно использовать либо специально спроектированный для интерфейса RS -485 кабель, либо практически любую пару проводов. Кабель, спроектированный специально для интерфейса RS -485, является витой парой с волновым сопротивлением 120 Ом.

Для хорошего подавления излучаемых и принимаемых помех важно большое количество витков на единицу длины кабеля, а также идентичность параметров всех проводов.

При использовании неизолированных трансиверов интерфейса кроме сигнальных проводов в кабеле необходимо предусмотреть еще одну витую пару для соединения цепей заземления соединяемых интерфейсов. При наличии гальванической изоляции интерфейсов этого делать не нужно.

Кабели могут быть экранированными или нет. Без эксперимента очень трудно решить, нужен ли экран. Однако, учитывая, что стоимость экранированного кабеля не намного выше, лучше всегда использовать кабель с экраном.

При низкой скорости передачи и на постоянном токе большую роль играет падение напряжения на омическом сопротивлении кабеля. Так, стандартный кабель для интерфейса RS -485 сечением 0,35 кв.мм имеет омическое сопротивление 48,5 * 2 = 97 Ом при длине 1 км. При терминальном резисторе 120 Ом кабель будет выполнять роль делителя напряжения с коэффициентом деления 0,55, т. е. напряжение на выходе кабеля будет примерно в 2 раза меньше, чем на его входе. Этим ограничивается допустимая длина кабеля при скорости передачи менее 100 кбит/с.

На более высоких частотах допустимая длина кабеля уменьшается с ростом частоты (рис. 2.7) и ограничивается потерями в кабеле и эффектом дрожания фронта импульсов. Потери складываются из падения напряжения на омическом сопротивлении проводников, которое на высоких частотах возрастает за счет вытеснения тока к поверхности (скин-эффект) и потерь в диэлектрике. К примеру, ослабление сигнала в кабеле Belden 9501PVC составляет 10 дБ (3,2 раза) на частоте 20 МГц и 0,4 дБ (на 4,7%) на частоте 100 кГц при длине кабеля 100 м.

2.3.8. Расширение предельных возможностей

Стандарт RS -485 допускает подключение не более 32 приемников к одному передатчику. Эта величина ограничивается мощностью выходного каскада передатчика при стандартном входном сопротивлением приемника 12 кОм. Количество нагрузок (приемников) может быть увеличено с помощью более мощных передатчиков, приемников с большим входным сопротивлением и промежуточных ретрансляторов сигнала (повторителей интерфейса). Все эти методы используются на практике, когда это необходимо, хотя они выходят за рамки требований стандарта.

В некоторых случаях требуется соединить устройства на расстоянии более 1200 м или подключить к одной сети более 32 устройств. Это можно сделать с помощью повторителей (репитеров , ретрансляторов) интерфейса. Повторитель устанавливается между двумя сегментами линии передачи, принимает сигнал одного сегмента, восстанавливает фронты импульсов и передает его с помощью стандартного передатчика во второй сегмент (рис. 2.5). Такие повторители обычно являются двунаправленными и имеют гальваническую изоляцию. Примером может служить повторитель NL-485C фирмы RealLab! . Каждый повторитель позволяет добавить к линии 31 стандартное устройство и увеличить длину линии на 1200 м.

Распространенным методом увеличения числа нагрузок линии является использование приемников с более высокоомным входом, чем предусмотрено стандартом EIA/TIA-485 (12 кОм). Например, при входном сопротивлении приемника 24 кОм к стандартному передатчику можно подключить 64 приемника. Уже выпускаются микросхемы трансиверов для интерфейса RS-485 с возможностью подключения 64, 128 и 256 приемников в одном сегменте сети (www.analog.com/RS485). Отметим, что увеличение количества нагрузок путем увеличения входного сопротивления приемников приводит к уменьшению мощности передаваемого по линии сигнала, и, как следствие, к снижению помехоустойчивости.

2.3.9. Интерфейсы RS-232 и RS-422

Интерфейс RS -422 используется гораздо реже, чем RS -485 и, как правило, не для создания сети, а для соединения двух устройств на большом расстоянии (до 1200 м), поскольку интерфейс RS Рис. 2.9. Соединение двух модулей преобразователей интерфейса RS-232/RS-422Дифференциальный

Дифференциальный

Максимальное количество приемников

Максимальная длина кабеля

Максимальная скорость передачи

30 Мбит/с**

Синфазное напряжение на выходе

Напряжение в линии под нагрузкой

Импеданс нагрузки

Ток утечки в "третьем" состоянии

Допустимый диапазон сигналов на входе приемника

Чувствительность приемника

Входное сопротивление приемника

Примечание . **Скорость передачи 30 Мбит/с обеспечивается современной элементной базой, но не является стандартной.

* EIA - Electronic Industries Association - ассоциация электронной промышленности. TIA - Telecommunications Industry Association - ассоциация телекоммуникационной промышленности. Обе организации занимаются разработкой стандартов.

RS-232 и RS-485

RS-232 и RS-485 являются двумя стандартами для электропередачи, которые предшествовали современным компьютерам. И, несмотря на их возраст, они все еще в значительной степени используются сегодня. Основное различие между ними - это количество проводов, которые они используют. RS-232 использует 9 отдельных проводов; хотя некоторые разъемы, такие как DB25, имеют больше контактов; дополнительные контакты не используются и только что соединены с землей. С другой стороны, RS-485 использует только 3 провода; 2 для передачи данных и 1 для общей площадки. Использование меньшего количества проводов означает, что RS-485 более экономичен, чем RS-232, поскольку затраты на проводку меньше.

Одно из преимуществ RS-232 состоит в том, что он уже совместим с полным дуплексом. RS-485 может работать только в полудуплексном режиме, если не используется второй набор проводов, так что один набор используется для передачи, а другой используется для приема.

Существует также разница между RS-232 и RS-485, когда речь идет о напряжениях, которые они используют. RS-485 использует только положительные и отрицательные 5V для создания дифференциального напряжения, который приемник затем распознает как единицы и нули. С другой стороны, RS-232 рекомендует напряжение передачи ± 12 В, хотя максимум составляет ± 15 В. Уровень напряжения может ухудшаться до ± 3 В на приемном конце и все же быть понятным для приемника.

Другим преимуществом RS-485 является его превосходный диапазон. Единственное соединение RS-485 может достигать 4000 футов. или 1200 м. Для сравнения, кабели RS-232 имеют типичный диапазон 50 футов. или 15 м. С использованием специализированных кабелей диапазон кабелей RS-232 может быть расширен, но только до 1000 футов. или примерно 300 м.

Хотя оба эти стандарта электропередачи не были предназначены для компьютерной индустрии, в какой-то момент они видели широкое использование. RS-485 когда-то использовался с SCSI, а RS-232 был распространенным интерфейсом для модемов, клавиатур, мышей и многих других компьютерных периферийных устройств. В настоящее время RS-232 уже устарел и постепенно прекращается в пользу других стандартов, таких как USB и Firewire. Но многие компьютеры по-прежнему имеют порт RS-232 для обеспечения совместимости. RS-485 также постепенно прекращается в компьютерном оборудовании, но широко используется в других электронных устройствах; примером которого является контроль камер видеонаблюдения.

1.RS-232 использует 9 проводов, в то время как RS-485 использует только 3. 2.RS-232 является полнодуплексным, а RS-485 - полудуплексным. 3.RS-232 работает при ± 15 В, а RS-485 работает только при ± 5 В. 4.RS-485 имеет больший диапазон, чем RS-232. 5.RS-232 чаще встречается в компьютерах, чем RS-485.

В данной статье представлено введение в интерфейсы RS-422 и RS-485 и объясняется, почему вы можете захотеть использовать их в своих проектах.

Связанная информация

• Зачем и как использовать дифференциальную передачу сигналов
• Технология двойной буферизации UART, дружественная к прерываниям

Большинство из нас знакомы с RS-232 - надежным, но неудобным стандартом, который навсегда связан с нашими воспоминаниями обо всё более устаревающем последовательном порте на компьютере. Вы можете быть менее знакомы с RS-422 и RS-485, которые действительно (как следует из названия) связаны с RS-232.

Однако не делайте ошибку, полагая, что эти более новые стандарты разделяют с ним характеристики, которые делают RS-232 настолько несовместимым с современными электронными системами. RS-422 и RS-485 являются основными улучшениями в теме RS-232; и тот, и другой может быть хорошим выбором для вашего следующего канала цифровой связи.

Во-первых, RS-422 или RS-485

Эти два стандарта обычно группируются вместе потому, что у них очень много общего. Но они, конечно, не идентичны, а устройства RS-422 и RS-485 не являются полностью взаимозаменяемыми. Во-первых, я расскажу о значительных различиях между этими двумя стандартами. Затем, в остальной части статьи, мы сможем сделать упрощение, ссылаясь к ним как «RS-422/485».

Оба стандарта (и RS-422, и RS-485) позволяют использовать несколько устройств на шине (т.е. вы не ограничены одним передатчиком и одним приемником). Однако RS-422 может использоваться только для многоабонентской шины, т.е. дифференциальная пара может иметь несколько приемников, но только один передатчик.

Максимальное количество приемников на двухпроводной шине RS-422 равно 10 (ну, вроде... смотрите ниже обсуждение «единичных нагрузок»).

С другой стороны, с RS-485 вы можете иметь реальную многоточечную систему, где «точка» вместо «абонента» означает, что одна дифференциальная пара может поддерживать несколько передатчиков, а также несколько приемников.

RS-485 также увеличивает емкость шины до 32 устройств.

(На самом деле, это не так просто - стандарт указывает максимум 32 «единичные нагрузки», но вы можете подключить гораздо больше 32 устройств, используя микросхемы RS-485, которые представляют собой на шине лишь малую долю единичной нагрузки. Это немного сложно, и честно говоря, это тот момент, когда я начинаю терять интерес... Но если вы более упорны, чем я, то можете прочитать подробности .)

Полностью укомплектованная шина RS-485 представляет собой высокопроизводительный интерфейс. В дополнение к преимуществам, рассмотренным далее в этой статье, вы можете иметь множество приемопередатчиков, которые используют одни и те же два провода, а любое устройство на шине может отправлять данные на любое другое устройство на шине.

Другим важным моментом является то, что RS-485 является важным расширением RS-422. Другими словами, RS-485 добавляет и улучшает функциональность, но не конфликтует ни с чем в стандарте RS-422. Таким образом, устройство RS-485 может использоваться в сети RS-422, но устройства RS-422 не обязательно совместимы с существующей сетью RS-485.

Основы

RS-422/485 представляет собой четырех- или двухпроводный, полнодуплексный или полудуплексный, дифференциальный, среднескоростной последовательный интерфейс, который поддерживает многоабонентскую (RS-422) или многоточечную (RS-485) архитектуру шины. Вот некоторые комментарии к этим характеристикам:

Мне это нравится

Характеристики RS-422/485 - большие длины кабелей, устойчивость к шуму и т.д. - делают его отличным выбором для промышленного применения. Однако часть моей задачи в данной статье - продемонстрировать, что RS-422/485 является хорошим выбором для многих электронных и электромеханических систем, даже если вам не нужны все функциональные возможности, которые он предлагает. Мой благосклонный взгляд на RS-422/485 основан, прежде всего, на трех соображениях: простота проектирования, отличная поддержка в технических описаниях микросхем и в примечаниях к применению, устойчивость к шуму.

Будь проще

Несмотря на многолетний опыт работы с различными протоколами последовательной связи, UART по-прежнему остается моим любимым. Он прост и надежен, он требует минимальных взаимосвязей, и я не удивлюсь, если обнаружу, что он поддерживается каждым микроконтроллером на рынке. Он может быть немного примитивен, но вы всегда можете написать прошивку для реализации любого управления потоком данным, идентификации устройства или проверки ошибок в вашем конкретном приложении.

В любом случае, я хочу сказать, что мне нравится использовать UART каждый раз, когда я могу, и RS-422/485 - отличный физический уровень для связи UART.

Поддержка со стороны экспертов

RS-422/485 включить в ваш проект просто: практически всё, что вам нужно, это микросхема конвертера/приемопередатчика, а их выбор велик. Эти устройства преобразуют типовые логические сигналы в дифференциальные сигналы RS-422/485, а также обрабатывают остальные докучливые детали, необходимые для обеспечения соответствия стандарту RS-422/485. И если вы не уверены в том, как точно спроектировать вашу конкретную шину связи, вы найдете множество рекомендаций в примечаниях к применению и в технических описаниях.

В этой статье мы разберем широко применяемый стандарт для промышленных сетей. Речь идет об интерфейсе RS 485. Представим его описание, техническую характеристику, а также сравнение с двумя другими популярными интерфейсами — RS 232, RS 422.

Интерфейс RS 485 (расшифровка аббревиатуры: Recommended Standard 485) — стандарт физического уровня (электрическая и физическая среда для передачи информации) для асинхронного интерфейса (узла вычислительной техники, предназначенного для организации связи с иными электронными, цифровыми устройствами). В технической литературе также можно встретить следующее наименование интерфейса RS 485: Electronic Industries Alliance-485.

Данный стандарт регламентирует электрические параметры многоточечной полудуплексной дифференциальной линии связи (ее тип — «общая шина»). Сегодня интерфейс достаточно популярен в соответствующих областях промышленности. Что можно выделить прежде всего? Он стал базой для создания целого комплекса-семейства промышленных сетей, которые применяются в производственной автоматизации.

Теперь что касается двойного названия. Интерфейс RS 485 был разработан в результате сотрудничества двух корпораций: Telecommunications Industry Association (Ассоциации промышленных средств связи) и Electronic Industries Association (Ассоциации электронного производства). Раньше EIA для своих разработок использовала маркировку RS (в переводе с английского — «рекомендованный стандарт»).

Однако потом корпорация заменила данный префикс на EIA/TIA, чтобы стало возможным легко идентифицировать создателей стандарта. Но все же многие инженеры предпочитают использовать в работе, технических статьях прежнюю маркировку RS.

Описание интерфейса

Чтобы разобраться с преобразователем интерфейса RS 485/RS 232 (последний мы кратко представим в заключении статьи), нужно знать основные параметры. Разберем самые главные:

• Дальность и скорость. Интерфейс может обеспечить передачу информации со скоростью до 10 Мбит в секунду. Максимальная дальность тут будет зависеть от скорости.
• Количество соединяемых аппаратов. Число устройств, подключенных к одной линии, зависит от разновидности применяемых приемопередатчиков. Один рассчитан на управление 32 приемниками стандартного типа.
• Разъемы и протоколы. Разработанный стандарт не нормирует протокол обмена и форматы информационных кодов. Почему часто используются преобразователи интерфейсов RS 232/RS 485? Для передачи байтов информации здесь используются идентичные фреймы: стоповый и стартовый бит, биты паритета и данных. В большинстве систем протоколы будут функционировать по принципу «ведущий-ведомый». Как это выглядит? Одно из устройств магистрали избирается ведущим. Оно инициирует обмен, посылая соответствующие запросы подчиненным устройствам. Последние различаются по логическим адресам.

Технохарактеристики интерфейса

RS 485 — это одна витая пара проводов, которая и используется для приема и передачи данных. В некоторых случаях ее сопровождает общий провод или экранизирующая обводка.

Данные тут передаются путем дифференцированных сигналов. Логическая единица — разница напряжений между проводниками одной полярности, ноль — соответственно, разница напряжений между проводниками другой полярности.

Что важно знать о разветвителе интерфейса RS 485? Сам стандарт формирует только электрические и временные его (интерфейса) характеристики. При этом стандарт не будет оговаривать следующее:

• Типы кабелей и соединителей.
• Протокол обмена.
• Различные протоколы качества сигнала (нормальный уровень отражений и искажений в длинных линиях).
• Гальванические развязки линии связи.

Особенности временные и электрические

Приведем важные для инженеров характеристики популярного промышленного интерфейса RS 485:

Характеристики по скорости обмена данными, определяющей длину всей линии:

• 62,5 Кбит/сек. — 1,2 тыс. метров (используется одна витая пара).
• 375 Кбит/сек. — 500 метров (используется одна витая пара).
• 500 Кбит/сек.
• 1000 Кбит/сек.
• 2400 Кбит/сек. — 100 метров (используются две витых пары).
• 10000 Кбит/сек. — 10 метров.

Важное примечание для интерфейса RS 485. Стандарт оговаривает только следующие скорости: 62,5 Кбит/сек, 2400 Кбит/сек, 375 Кбит/сек. На всех иных (более 500 Кбит/сек) рекомендовано использование витых пар с экраном.

Теперь перейдем к требованиям, установленным для выходного каскада. Он должен представлять собой источник напряжения, имеющий малое сопротивление: |U вых|=1,5:5,0 В (не меньше 1,5 В и не больше 6,0 В). Отсюда выходит следующее:

• Состояние логического «1»: Ua меньше Ub — MARK, OFF. Для данного случая гистерезис 200 мВ.
• Состояние логического «0»: Ua больше Ub — SPACE, ON. Для данного случая гистерезис также 200 мВ. Надо сказать, что производители устройств (драйверов, микросхем) выбирают меньшие показатели — гистерезис от 10 мВ.
• Выходной каскад обязательно должен выдерживать режимы короткого замыкания, а также иметь наибольший выходной ток 259 мА, схемы ограничения выходных мощностей, быстроту увеличения выходных сигналов 1,2 В/мкс.

При использовании разветвителя интерфейса RS 485 также важно быть в курсе требований, указанных для входного каскада. Он представляет собой дифференциальный вход, имеющий высокое входное сопротивление. Его пороговые характеристики: от +200 мВ до -200 мВ. Следующие важные сведения:

• Входной сигнал представляется дифференциальным напряжением (Ui +0,2 В и больше).
• Допустимый диапазон (относительно земли) входных напряжений: промежуток от -7 до +12 В.
• Чтобы узнать уровни приемника входного каскада, следует обратиться к состоянию передатчика выходного каскада.

Характеристики сигнала

Повествуя о подключении RS 485, приведем и эту информацию. Для передачи сигнала стандартом определяются следующие линии:

• Неинвертирующая А.
• Инвертирующая В.
• Ноль, необязательная общая линия С.

Согласно стандарту, также определяется следующее:

• V A больше V B. Неравенство соответствует логическому 0. Это активное состояние шины.
• V A меньше V B. Неравенство соответствует логической 1. Соответственно, это неактивное состояние шины.

Здесь при описании состояний шины будет применяться инверсная логика. А логика однополярных сигналов на выходе приемника и входе передатчика не будет определяться.

Хоть приведенное выше определение весьма недвусмысленное, нередко возникает путаница по поводу того, как следует правильно обозначать неинвертирующие и инвертирующие линии — А или В. Чтобы избежать ее (при подключении RS 485), инженерами используются иные обозначения. Например, «минус» и «плюс».

Но при этом большинство производителей все же придерживаются предписаний стандарта. Неинвертирующая линия обозначается символом А. Соответственно, высокий сигнальный уровень на входе передатчика станет соответствовать состоянию V A > V B на шине. Также неравенство будет тождественно высокому уровню сигнала, наблюдаемого на выходе приемника.

Смещение и согласование

Что важно знать в продолжение темы о разветвителе RS 485 еще? Предлагаем вам затронуть также информацию о помехах, которые могут возникнуть в линии связи.

И вот что важно знать об искажениях. При большой продолжительности линии связи часто появляются эффекты длинных линий. Корень проблемы кроется в распределенных индуктивных и емкостных свойствах кабелей. Что выходит в итоге? Сигнал, переданный в линию каким-либо из узлов, начинает искажаться по продолжительности распространения в ней (линии). Появляются сложные резонансные явления.

Так как кабель на своей длине отличается одинаковой конструкцией, одинаковыми распределенными параметрами погонной индуктивности и емкости, данное свойство будет характеризоваться специальным параметром. Это волновое сопротивление.

Если на одном конце кабеля будет подключен резистор с сопротивлением, идентичным волновому сопротивлению линии, то в итоге резонансные явления станут значительно слабее. Название подобного резистора — терминатор. Для сетей вида RS 485 он помещается на каждой из оконечностей длинных линий, так как обе стороны могут оказаться приемными. Волновое сопротивление самых популярных витых пар САТ5 — 100 ОМ. Иные разновидности имеют показатели в 150 Ом и более. А ленточные плоские кабели — до 300 Ом.

На практике номинал резистора выбирают и большего значения, нежели волновое сопротивление, так как омическое сопротивление кабеля порой становится настолько большим, что сигнальная амплитуда на приемной стороне становится слишком малой для устойчивого приема. Тут находят равновесие между резонансными и амплитудными искажениями, повышая номинал терминатора и снижая скорость интерфейса.

Разветвители RS 485 — широко применяемые устройства. Опять же стоит быть в курсе того, что для передачи сигнала через подсоединяемую витую пару характерен еще один источник его искажения. Это разные скорости распространения низкочастотных и высокочастотных сигналов (последние будут распространяться несколько быстрее).

Чтобы не было помех, линия связи должна последовательно обходить все передатчики. И еще важный момент. У витой пары не должно быть длинных отводов (участков-отрезов кабеля для подсоединения к узлу). Исключение: использование повторителей интерфейса, низкие скорости передачи данных (менее 9600 бит/с).

Если активный передатчик отсутствует, то уровень сигнала в линиях не определяется. Чтобы предотвратить ситуацию, когда разница между выходами В и А менее 200 мВ (неопределенное состояние), можно применить смещение с помощью специальной схемы или резисторов. Приемники станут принимать сигнал помехи в том случае, если состояние линий не определено. Для их стабилизации, качественного начала приема порой применяются передачи служебных последовательностей.

Особенности подключения

Кроме преобразователей RS 485, хочется подробнее остановиться на подключении. На основе этого интерфейса конструируется локальная сеть, объединяющая в себе несколько приемопередатчиков.

Самое важное здесь — правильно подсоединить сигнальные цепи, обозначенные А и В. Переполюсовка не будет страшной ошибкой. Но устройство в таком случае функционировать откажется.

• Среда передачи сигнала — кабель на базе витой пары.
• На концах кабеля обязательна заглушка терминальными резисторами (в пределах 120 Ом).
• Сеть прокладывается без ответвлений, по топологии шины.
• Устройства подключаются к кабелю при помощи проводов наименьшей длины.

Примеры использования

Преобразователи RS 485 распространены в промышленной сфере. Рассмотрим также сетевые протоколы, использующие данный стандарт:

• High-Level Data Link Control.
• ModBus.
• LanDrive.
• IEC 60870-5.
• DMX512.

На основе RS 485 построены следующие промышленные сети:

• ModBus.
• LanDrive.
• ProfiBus DP.

Сфера применения преобразователя интерфейса RS 485 широка. В данном пункте мы подробнее остановимся на программировании тех приложений для контроллеров, что для связи используют данный интерфейс:

• Перед началом посылки отключается передатчик. Необходимо выдержать паузу, которая по длительности равна одному фрейму (или же превышает его), включая при этом как стартовые, так и стоповые биты. Чем это хорошо? Приемник успеет нормализоваться и полностью подготовится к первой передаче фрейма данных.
• После выдачи финального байта информации также рекомендуется выждать паузу перед дезактивацией передатчика. С чем это связано? У контроллеров последовательного порта два регистра: сдвиговый выходной для последовательного вывода и входной для передачи информации. Прерывание по передаче формируется контроллером только при опустошении его входного регистра. Информация здесь, получается, уже выложена в сдвиговой регистр, но еще не выдана. Поэтому с момента прерывания до дезактивации передатчика должна выдерживаться пауза. Ее ориентировочная продолжительность — на 0,5 бита более фрейма. Чтобы рассчитать точные значения, необходимо изучить сопроводительную документацию контроллера последовательного порта.
• Так как и приемник, и передатчик данного интерфейса подключены к одной и той же линии, то возникает своеобразная ситуация. Приемник слышит передачу данных от собственного же передатчика. Если для системы характерен произвольный доступ к линии, то такая особенность применяется для проверки отсутствия «столкновений» между собой двух передатчиков. Если система работает по принципу «ведущий-ведомый», на время передачи просто советуется закрывать от приемника прерывания.

Отличия интерфейсов RS 232, 422, 485

Давайте сравним эти популярные стандарты. Объединяет интерфейсы RS 232, RS 485, RS 422 то, что они используются для передачи цифровой информации. При этом 232 более известен как СОМ-порт компьютера. А другие два распространены в промышленной среде для соединения между собой различного оборудования.

Различия RS 232, RS 485 возможно отследить, представив техническую характеристику этих интерфейсов. Начнем с 232:

• Максимальная протяженность: 15 метров при 9600 бит/сек.
• Контакты, что задействованы в работе: TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, GND.
• Топология: «точка-точка».
• Наибольшее число подключаемых устройств: одно.

Теперь в сравнении RS 232, RS 485, RS 422 следующий интерфейс. Это 422:

• Тип передачи данных: полный дуплекс.
• Контакты, что задействованы в работе: TxA, TxB, RxA, RxB, GND.
• Топология: «точка-точка».
• Наибольшее число подключенных устройств: одно (десять в режиме приема).

Сравниваются между собой преобразователи RS 232, RS 485. Приведем краткую характеристику последнего интерфейса, главного в нашем рассказе:

• Тип передачи данных: полудуплекс (то есть два провода) или полный дуплекс (четыре провода).
• Максимальная протяженность: 1200 метров при 9600 бит/сек.
• Контакты, что задействованы в работе: DataA, DataB, GND.
• Топология: многоточечная.
• Наибольшее число подключенных устройств: 32 (с повторителями их число может дорасти до 256).

Вот и все, что мы хотели рассказать об интерфейсе RS 485, широко применяемом сегодня в промышленности для передачи информации между устройствами, аппаратурой. По каким-то характеристикам он схож с родственными стандартами, по каким-то (подключение, передача данных, устранение помех) существенно отличается от них.

Интерфейс RS 485: описание на сайт.

Наша жизнь состоит из будничных мелочей, которые так или иначе влияют на наше самочувствие, настроение и продуктивность. Не выспался - болит голова; выпил кофе, чтобы поправить ситуацию и взбодриться - стал раздражительным. Предусмотреть всё очень хочется, но никак не получается. Да ещё и вокруг все, как заведённые, дают советы: глютен в хлебе - не подходи, убьёт; шоколадка в кармане - прямой путь к выпадению зубов. Мы собираем самые популярные вопросов о здоровье, питании, заболеваниях и даем на них ответы, которые позволят чуть лучше понимать, что полезно для здоровья.