串行通信接口标准详解.doc

1、 几种串行通信接口标准详解 在数据通信、计算机网络以及分布式工业控制系统中，经常采用串行通信来交换数据和信息。1969 年，美国电子工业协会(EIA)公布了RS-232C 作为串行通信接口的电气标准，该标准定义了数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)间按位串行传输的接口信息，合理安排了接口的电气信号和机械要求，在世界范围内得到了广泛的应用。但它采用单端驱动非差分接收电路，因而存在着传输距离不太远(最大传输距离15m) 和传送速率不太高( 最大位速率为20Kb/s)的问题。远距离串行通信必须使用Modem，增加了成本。在分布式控制系统和工业局部网络中，传输距离常介于近距离( 20m 和远

2、距离(2km) 之间的情况，这时RS-232C （25脚连接器）不能采用，用Modem又不经济，因而需要制定新的串行通信接口标准。 1977年EIA制定了RS-449。它除了保留与RS-232C兼容的特点外，还在提高传输速率，增加传输距离及改进电气特性等方面作了很大努力，并增加了10个控制信号。与RS-449 同时推出的还有RS-422 和RS-423，它们是RS-449的标准子集。另外，还有RS-485，它是RS-422的变形。RS-422 、RS-423 是全双工的，而 RS-485是半双工的。 RS-422标准规定采用平衡驱动差分接收电路，提高了数据传输速率(最大位速率为10Mb/s)，

3、增加了传输距离(最大传输距离 1200m)。 RS-423标准规定采用单端驱动差分接收电路，其电气性能与RS-232C 几乎相同，并设计成可连接RS-232C和RS-422。它一端可与RS-422连接，另一端则可与RS-232C连接，提供了一种从旧技术到新技术过渡的手段。同时又提高位速率(最大为300Kb/s)和传输距离( 最大为600m)。 因RS-485为半双工的，当用于多站互连时可节省信号线，便于高速、远距离传送。许多智能仪器设备均配有RS-485总线接口，将它们联网也十分方便。 串行通信由于接线少、成本低，在数据采集和控制系统中得到了广泛的应用，产品也多种多样 一. RS-232-C详

4、解 串行通信接口标准经过使用和发展，目前已经有几种。但都是在RS-232标准的基础上经过改进而形成的。所以，以RS-232C 为主来讨论。RS-323C标准是美国EIA(电子工业联合会）与BELL 等公司一起开发的1969年公布的通信协议。它适合于数据传输速率在020000b/s 范围内的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通行设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在微机通信接口中广泛采用。 在讨论RS-232C接口标准的内容之前，先说明两点： 首先，RS-232-C标准最初是远程通信连接数据终端设备DTE(

5、Data Terminal Equipment)与数据通信设备DCE（Data Communication Equipment)而制定的。因此这个标准的制定，并未考虑计算机系统的应用要求。但目前它又广泛地被借来用于计算机（更准确的说，是计算机接口）与终端或外设之间的近端连接标准。显然，这个标准的有些规定及和计算机系统是不一致的，甚至是相矛盾的。有了对这种背景的了解，我们对RS-232C标准与计算机不兼容的地方就不难理解了。 其次，RS-232C标准中所提到的 “发送”和“ 接收”，都是站在DTE立场上，而不是站在DCE的立场来定义的。由于在计算机系统中，往往是CPU和I/O 设备之间传送信息，

6、两者都是DTE，因此双方都能发送和接收。 1. RS-232-C RS-232C标准（协议）的全称是 EIA-RS-232C标准，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美国电子工业协会， RS（ecommeded standard）代表推荐标准，232是标识号，C代表RS232的最新一次修改（1969），在这之前，有RS232B、RS232A。它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。常用物理标准还有有EIARS-232-C、EIARS-422-A、 EIARS-423A、EIARS-485。 这里只介绍EIARS-232-C （简称232，

7、RS232）。 例如，目前在IBM PC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。 1) 电气特性 EIA-RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。 在TxD和RxD 上： 逻辑1(MARK)=-3V-15V 逻辑0(SPACE)=+315V 在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上： 信号有效（接通，ON状态，正电压）+3V+15V 信号无效（断开，OFF状态，负电压）=-3V-15V 以上规定说明了RS-323C标准对逻辑电平的定义。对于数据（信息码）：逻辑“1”（传号）的电平低于-3V，逻辑“0”（空号）的电平告语+3V；对于控制信号；接通状态

8、（ON）即信号有效的电平高于+3V，断开状态(OFF) 即信号无效的电平低于-3V，也就是当传输电平的绝对值大于3V时，电路可以有效地检查出来，介于 -3+3V之间的电压无意义，低于-15V或高于+15V的电压也认为无意义，因此，实际工作时，应保证电平在(3 15)V之间。 图1 EIA-RS-232C与 TTL转换：EIA-RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑 状态的规定不同。因此，为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在EIA-RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换的方法可用分立元件，也可用集成电路芯片。目前较为广泛地

9、使用集成电路转换器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL电平到EIA电平的转换，而MC1489、SN75154 可实现EIA电平到TTL电平的转换。MAX232 芯片可完成TTLEIA双向电平转换，图1显示了1488和1489的内部结构和引脚。MC1488的引脚(2) 、(4,5)、(9,10)和(12,13) 接 TTL输入。引脚3、6、8、11输出端接EIA-RS-232C 。MC1498的14的1、4、10、13脚接 EIA输入，而3、6 、8、11脚接TTL输出。具体连接方法如图 2所示。图中的左边是微机串行接口电路中的主芯片 UART，它是TTL器件，右边是EIA-RS-

10、232C连接器，要求EIA高电压。因此， RS-232C所有的输出、输入信号都要分别经过MC1488和MC1498转换器，进行电平转换后才能送到连接器上去或从连接器上送进来。 2) 连接器的机械特性： 连接器：由于RS-232C并未定义连接器的物理特性，因此，出现了DB-25 、DB-15和DB-9各种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同。下面分别介绍两种连接器。 a. DB-25： PC和XT机采用DB-25型连接器。DB-25连接器定义了25根信号线，分为4组：异步通信的9个电压信号（含信号地SG）2，3，4 ，5，6，7，8，20 ，22 20mA电流环信号 9个（12，13，14，15

11、，16，17，19,23，24 ） 空6个（9，10，11，18，21，25） 保护地（PE）1个，作为设备接地端（1脚） DB-25型连接器的外形及信号线分配如图3 所示。注意，20mA电流环信号仅IBM PC和IBM PC/XT机提供，至 AT机及以后，已不支持。 图2 图3 电缆长度：在通信速率低于20kb/s时，RS-232C所直接连接的最大物理距离为15m（50英尺）。 最大直接传输距离说明：RS-232C 标准规定，若不使用MODEM，在码元畸变小于4%的情况下，DTE和DCE之间最大传输距离为15m（50英尺）。可见这个最大的距离是在码元畸变小于4% 的前提下给出的。为了保证码元

12、畸变小于4%的要求，接口标准在电气特性中规定，驱动器的负载电容应小于2500pF。 3) RS-232C的接口信号 RS-232C规标准接口有25条线，4条数据线、11条控制线、 3条定时线、7 条备用和未定义线，常用的只有9根，它们是： a. 联络控制信号线： 数据装置准备好（Data set ready-DSR）有效时（ON）状态，表明MODEM处于可以使用的状态。 数据终端准备好(Data set ready-DTR)有效时（ON）状态，表明数据终端可以使用。 这两个信号有时连到电源上，一上电就立即有效。这两个设备状态信号有效，只表示设备本身可用，并不说明通信链路可以开始进行通信了，能否

13、开始进行通信要由下面的控制信号决定。 请求发送(Request to send-RTS)用来表示DTE请求 DCE发送数据，即当终端要发送数据时，使该信号有效（ON状态），向MODEM请求发送。它用来控制MODEM是否要进入发送状态。 允许发送（Clear to send-CTS）用来表示DCE 准备好接收DTE发来的数据，是对请求发送信号RTS的响应信号。当MODEM 已准备好接收终端传来的数据，并向前发送时，使该信号有效，通知终端开始沿发送数据线TxD 发送数据。 这对RTS/CTS请求应答联络信号是用于半双工 MODEM系统中发送方式和接收方式之间的切换。在全双工系统中作发送方式和接收方

14、式之间的切换。在全双工系统中，因配置双向通道，故不需要RTS/CTS 联络信号，使其变高。 接收线信号检出(Received Line detection-RLSD)用来表示 DCE已接通通信链路，告知DTE准备接收数据。当本地的MODEM 收到由通信链路另一端（远地）的MODEM送来的载波信号时，使 RLSD信号有效，通知终端准备接收，并且由MODEM将接收下来的载波信号解调成数字两数据后，沿接收数据线RxD 送到终端。此线也叫做数据载波检出(Data Carrier dectection-DCD）线。 振铃指示(Ringing-RI)当 MODEM收到交换台送来的振铃呼叫信号时，使该信号有

15、效（ON状态），通知终端，已被呼叫。 b. 数据发送与接收线： 发送数据(Transmitted data-TxD)通过TxD终端将串行数据发送到MODEM，(DTEDCE)。 接收数据(Received data-RxD)通过RxD线终端接收从MODEM发来的串行数据，(DCEDTE) 。 c. 地线 有两根线SG 、 PG信号地和保护地信号线，无方向。 上述控制信号线何时有效，何时无效的顺序表示了接口信号的传送过程。例如，只有当DSR和DTR都处于有效（ON）状态时，才能在DTE 和DCE之间进行传送操作。若DTE要发送数据，则预先将DTR线置成有效(ON) 状态，等 CTS线上收到有效(

16、ON)状态的回答后，才能在TxD线上发送串行数据。这种顺序的规定对半双工的通信线路特别有用，因为半双工的通信才能确定DCE已由接收方向改为发送方向，这时线路才能开始发送。 2个数据信号：发送TXD；接收RXD。 1个信号地线：SG 。 6个控制信号： I) DSR�：振铃信号 Ringing当DCE收到交换机送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效，通知DTE已被呼叫。 2. 远距离通信 第1和第2中情况是属于远距离通信（传输距离大于15m 的通信）的例子，故一般要加调制解调器MODEM，因此使用的信号线较多。注意：在以下各图中，DTE信号为RS-232-C信号，DTE与计算机间的电平转换电路未

17、画出。 采用Modem(DCE)和电话网通信时的信号连接： 若在双方MODEM之间采用普通电话交换线进行通信，除了需要28号信号线外还要增加RI(22 号 )和DTR(20 号 )两个信号线进行联络，如图4 所示。 图4 DSR、DTR：数传机（DCE）准备好、数据终端（DTE）准备好，只表示设备本身可用。 首先，通过电话机拔号呼叫对方，电话交换台向对方发出拔号呼叫信号，当对方DCE收到该信号后，使RI（振铃信号）有效，通知DTE，已被呼叫。当对方“ 摘机”后，两方建立了通信链路。 若计算机要发送数据至对方，首先通过接口电路（DTE）发出RTS（请求发送）信号。此时，若DCE（Modem）允许

18、传送，则向DTE回答CTS（允许发送）信号。一般可直接将RTS/CTS接高电平，即只要通信链路已建立，就可传送信号。（RTS/CTS可只用于半双工系统中作发送方式和接收方式的切换。 当DTE获得CTS信号后，通过TXD线向DCE发出串行信号，DCE（Modem）将这些数字信号调制成模拟信号（又称载波信号），传向对方。 计算机向DTE“数据输出寄存器 ”传送新的数据前，应检查 Modem状态和数据输出寄存器为空。当对方的DCE收到载波信号后，向对方的DTE发出DCD信号（数据载波检出），通知其DTE准备接收，同时，将载波信号解调为数据信号，从RXD线上送给DTE，DTE通过串行接收移位寄存器对接

19、收到的位流进行移位，当收到1个字符的全部位流后，把该字符的数据位送到数据输入寄存器，CPU可以从数据输入寄存器读取字符。 3. 近距离通信 当通信距离较近时，可不需要Modem，通信双方可以直接连接，这种情况下，只需使用少数几根信号线。最简单的情况，在通信中根本不需要RS-232C的控制联络信号，只需三根线（发送线、接收线、信号地线）便可实现全双工异步串行通信，即是这里要讨论的第一种情况。 无Modem时，最大通信距离按如下方式计算： RS-232C标准规定：当误码率小于 4%时，要求导线的电容值应小于2500PF。对于普通导线，其电容值约为170PF/M 。则允许距离L=2500PF/（17

20、0PF/M）=15M 这一距离的计算，是偏于保守的，实际应用中，当使用9600bps，普通双绞屏蔽线时，距离可达3035米。 4. 串口通信应用说明 1) 串口通信基本接线方法 目前较为常用的串口有9针串口（DB9 ）和25针串口（DB25 ），通信距离较近时( - A-B A-B A-B - 单工 半双工 全双工 4) 奇偶校验 串行数据在传输过程中，由于干扰可能引起信息的出错，例如，传输字符E，其各位为： 0100，0101=45H D7 D0 由于干扰，可能使位变为1，这种情况，我们称为出现了“误码”。我们把如何发现传输中的错误，叫“检错”。发现错误后，如何消除错误，叫 “纠错”。 最简

21、单的检错方法是“奇偶校验 ”，即在传送字符的各位之外，再传送 1位奇/偶校验位。可采用奇校验或偶校验。 奇校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，“1”的个数为奇数，如： 1 0110，0101 0 0110，0001 偶校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，“1”的个数为偶数，如： 1 0100，0101 0 0100，0001 奇偶校验能够检测出信息传输过程中的部分误码（1位误码能检出，2位及2位以上误码不能检出），同时，它不能纠错。在发现错误后，只能要求重发。但由于其实现简单，仍得到了广泛使用。 有些检错方法，具有自动纠错能力。如循环冗余码（CRC）检错等。 5)

22、串口通讯流控制 我们在串行通讯处理中，常常看到RTS/CTS 和XON/XOFF这两个选项，这就是两个流控制的选项，目前流控制主要应用于调制解调器的数据通讯中，但对普通RS232编程，了解一点这方面的知识是有好处的。那么，流控制在串行通讯中有何作用，在编制串行通讯程序怎样应用呢？这里我们就来谈谈这个问题。 a. 流控制在串行通讯中的作用 这里讲到的“流”，当然指的是数据流。数据在两个串口之间传输时，常常会出现丢失数据的现象，或者两台计算机的处理速度不同，如台式机与单片机之间的通讯，接收端数据缓冲区已满，则此时继续发送来的数据就会丢失。现在我们在网络上通过MODEM进行数据传输，这个问题就尤为突

23、出。流控制能解决这个问题，当接收端数据处理不过来时，就发出“不再接收 ”的信号，发送端就停止发送，直到收到 “可以继续发送”的信号再发送数据。因此流控制可以控制数据传输的进程，防止数据的丢失。 PC机中常用的两种流控制是硬件流控制（包括RTS/CTS、DTR/CTS等）和软件流控制XON/XOFF（继续/停止），下面分别说明。 b. 硬件流控制 硬件流控制常用的有RTS/CTS 流控制和DTR/DSR （数据终端就绪/数据设置就绪）流控制。 硬件流控制必须将相应的电缆线连上，用RTS/CTS （请求发送/ 清除发送）流控制时，应将通讯两端的RTS、CTS线对应相连，数据终端设备（如计算机）使用

24、RTS来起始调制解调器或其它数据通讯设备的数据流，而数据通讯设备（如调制解调器）则用CTS来起动和暂停来自计算机的数据流。这种硬件握手方式的过程为：我们在编程时根据接收端缓冲区大小设置一个高位标志（可为缓冲区大小的75）和一个低位标志（可为缓冲区大小的25），当缓冲区内数据量达到高位时，我们在接收端将 CTS线置低电平（送逻辑0），当发送端的程序检测到CTS为低后，就停止发送数据，直到接收端缓冲区的数据量低于低位而将CTS置高电平。RTS则用来标明接收设备有没有准备好接收数据。 常用的流控制还有还有DTR/DSR（数据终端就绪/ 数据设置就绪）。我们在此不再详述。由于流控制的多样性，我个人认为

25、，当软件里用了流控制时，应做详细的说明，如何接线，如何应用。 c. 软件流控制 由于电缆线的限制，我们在普通的控制通讯中一般不用硬件流控制，而用软件流控制。一般通过XON/XOFF来实现软件流控制。常用方法是：当接收端的输入缓冲区内数据量超过设定的高位时，就向数据发送端发出XOFF字符（十进制的19 或Control-S，设备编程说明书应该有详细阐述），发送端收到XOFF字符后就立即停止发送数据；当接收端的输入缓冲区内数据量低于设定的低位时，就向数据发送端发出XON字符（十进制的17或Control-Q ），发送端收到XON字符后就立即开始发送数据。一般可以从设备配套源程序中找到发送的是什么字

26、符。 应该注意，若传输的是二进制数据，标志字符也有可能在数据流中出现而引起误操作，这是软件流控制的缺陷，而硬件流控制不会有这个问题。 二. RS-232、RS-422 与RS-485的由来 RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的， RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。RS-422由RS-232 发展而来，它是为弥补 RS-232之不足而提出的。为改进RS-232 通信距离短、速率低的缺点， RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离

27、延长到4000英尺（速率低于 100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422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RS-422 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/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。 RS-232、RS-422与RS-485标准只对接

28、口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。因此在视频界的应用，许多厂家都建立了一套高层通信协议，或公开或厂家独家使用。如录像机厂家中的Sony与松下对录像机的RS-422 控制协议是有差异的，视频服务器上的控制协议则更多了，如Louth、 Odetis协议是公开的，而 ProLINK则是基于Profile上的。 1. RS-232串行接口标准 目前RS-232是 PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232 被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232 采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。 收、发端的数据信号是

29、相对于信号地，如从DTE设备发出的数据在使用DB25连接器时是2脚相对7脚（信号地）的电平，DB25 各引脚定义参见图5。典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5+15V，负电平在-5-15V电平。当无数据传输时，线上为TTL，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回 TTL电平。接收器典型的工作电平在 +3+12V与-3 -12V 。由于发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15米，最高速率为20kb/s。 RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）

30、通讯而设计的，其驱动器负载为37k 。所以 RS-232适合本地设备之间的通信。其有关电气参数参见表1。 图5 规定 RS232 RS422 R485 工作方式 单端 差分 差分 节点数 1收、1发 1发10收 1发32收 最大传输电缆长度 50英尺 400英尺 400英尺 最大传输速率 20Kb/S 10Mb/s 10Mb/s 最大驱动输出电压 +/-25V -0.25V+6V -7V+12V驱动器输出信号电平 (负载最小值) 负载 +/-5V+/-15V +/-2.0V +/-1.5V 驱动器输出信号电平 (空载最大值) 空载 +/-25V +/-6V +/-6V 驱动器负载阻抗() 3K

31、7K 100 54 摆率(最大值) 30V/s N/A N/A 接收器输入电压范围 +/-15V -10V+10V -7V+12V接收器输入门限 +/-3V +/-200mV +/-200mV 接收器输入电阻() 3K7K 4K(最小) 12K 驱动器共模电压 -3V+3V -1V+3V 接收器共模电压 -7V+7V -7V+12V表1 2. RS-422与RS-485串行接口标准 1) 平衡传输 RS-422、RS-485与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B，如图6。 通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+

32、2+6V，是一个逻辑状态，负电平在-26V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地C ，在RS-485中还有一“使能”端，而在 RS-422中这是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作“第三态 ”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。 接收器也作与发送端相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连，当在收端AB 之间有大于+200mV 的电平时，输出正逻辑电平，小于-200mV时，输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6V 之间。参见图7 。 图7 2) RS-422电气规定 RS-4

33、22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。图9 是典型的RS-422四线接口。实际上还有一根信号地线，共5根线。图8是其 DB9连接器引脚定义。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RS-422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）。RS-422 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

34、软件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）实现。 图8 图9 RS-422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 。 RS-422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。 RS-422有关电气参数见表 1 。 3) RS-485电气规定 由于RS

35、-485是从 RS-422基础上发展而来的，所以 RS-485许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信，参见图10 。 而采用四线连接时，与RS-422一样只能实现点对多的通信，即只能有一个主（Master）设备，其余为从设备，但它比RS-422有改进， 无论四线还是二线连接方式总线上可多接到32个设备。参见图11。 图10 图11 RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的，RS-485是-7V至+12V之间，而RS-422在-7V至+7V之间， RS-485接收器

36、最小输入阻抗为 12k，RS-422是4k ；RS-485满足所有RS-422 的规范，所以 RS-485的驱动器可以用在 RS-422网络中应用。 RS-485有关电气规定参见表1。 RS-485与RS-422一样，其最大传输距离约为 1219米，最大传输速率为10Mb/s。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100 米长双绞线最大传输速率仅为1Mb/s。 RS-485需要2个终接电阻，其阻值要求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，即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在

37、传输总线的两端。 3. RS-422与RS-485 的网络安装注意要点 RS-422可支持 10个节点，RS-485支持32个节点，因此多节点构成网络。网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，不支持环形或星形网络。在构建网络时，应注意如下几点：1) 采用一条双绞线电缆作总线，将各个节点串接起来，从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。图12所示为实际应用中常见的一些错误连接方式（a，b，c）和正确的连接方式（d，e，f ）。a，b，c这三种网络连接尽管不正确，在短距离、低速率仍可能正常工作，但随着通信距离的延长或通信速率的提高，其不良影响会越来越严重，

38、主要原因是信号在各支路末端反射后与原信号叠加，会造成信号质量下降。 2) 应注意总线特性阻抗的连续性，在阻抗不连续点就会发生信号的反射。下列几种情况易产生这种不连续性： 总线的不同区段采用了不同电缆 某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装 过长的分支线引出到总线。 总之，应该提供一条单一、连续的信号通道作为总线。 图12 3) RS-422与RS-485传输线上匹配的一些说明 对RS-422与RS-485总线网络一般要使用终接电阻进行匹配。但在短距离与低速率下可以不用考虑终端匹配。那么在什么情况下不用考虑匹配呢？理论上，在每个接收数据信号的中点进行采样时，只要反射信号在开始采样时衰减到足够低就

39、可以不考虑匹配。但这在实际上难以掌握，美国MAXIM 公司有篇文章提到一条经验性的原则可以用来判断在什么样的数据速率和电缆长度时需要进行匹配：当信号的转换时间（上升或下降时间）超过电信号沿总线单向传输所需时间的3倍以上时就可以不加匹配。例如具有限斜率特性的RS-485接口MAX483输出信号的上升或下降时间最小为250ns，典型双绞线上的信号传输速率约为0.2m/ns（24AWG PVC电缆），那么只要数据速率在250kb/s以内、电缆长度不超过16 米，采用MAX483 作为 RS-485接口时就可以不加终端匹配。 一般终端匹配采用终接电阻方法，前文已有提及，RS-422在总线电缆的远端并接

40、电阻，RS-485则应在总线电缆的开始和末端都需并接终接电阻。终接电阻一般在RS-422 网络中取100，在RS-485网络中取120。相当于电缆特性阻抗的电阻，因为大多数双绞线电缆特性阻抗大约在100120 。这种匹配方法简单有效，但有一个缺点，匹配电阻要消耗较大功率，对于功耗限制比较严格的系统不太适合。 另外一种比较省电的匹配方式是RC匹配，如图13。利用一只电容C隔断直流成分可以节省大部分功率。但电容C 的取值是个难点，需要在功耗和匹配质量间进行折衷。 还有一种采用二极管的匹配方法，如图14。这种方案虽未实现真正的 “匹配”，但它利用二极管的钳位作用能迅速削弱反射信号，达到改善信号质量的

41、目的。节能效果显著。 图13 图14 4) RS-422与RS-485的接地问题 电子系统接地是很重要的，但常常被忽视。接地处理不当往往会导致电子系统不能稳定工作甚至危及系统安全。RS-422与RS-485 传输网络的接地同样也是很重要的，因为接地系统不合理会影响整个网络的稳定性，尤其是在工作环境比较恶劣和传输距离较远的情况下，对于接地的要求更为严格。否则接口损坏率较高。很多情况下，连接RS-422、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，这有下面二个原因： a. 共模干

42、扰问题：正如前文已述，RS-422 与RS-485接口均采用差分方式传输信号方式，并不需要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，如RS-422共模电压范围为-7+7V，而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。以图15为例，当发送驱动器A向接收器 B发送数据时，发送驱动器 A的输出共模电压为VOS，由于两个系统具有各自独立的接地系统，存在着地电位差VGPD。那么，接收器输入端的共模电压VCM就会达到VCM=V

43、OS+VGPD。RS-422与RS-485标准均规定VOS3V，但VGPD可能会有很大幅度（十几伏甚至数十伏），并可能伴有强干扰信号，致使接收器共模输入VCM超出正常范围，并在传输线路上产生干扰电流，轻则影响正常通信，重则损坏通信接口电路。 图15 b. 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。 由于上述原因，RS-422 、RS-485尽管采用差分平衡传输方式，但对整个 RS-422或RS-485网络，必须有一条低阻的信号地。一条低阻的信号地将两个接口的工作地连接起

44、来，使共模干扰电压VGPD被短路。这条信号地可以是额外的一条线（非屏蔽双绞线），或者是屏蔽双绞线的屏蔽层。这是最通常的接地方法。 值得注意的是，这种做法仅对高阻型共模干扰有效，由于干扰源内阻大，短接后不会形成很大的接地环路电流，对于通信不会有很大影响。当共模干扰源内阻较低时，会在接地线上形成较大的环路电流，影响正常通信。笔者认为，可以采取以下三种措施： 如果干扰源内阻不是非常小，可以在接地线上加限流电阻以限制干扰电流。接地电阻的增加可能会使共模电压升高，但只要控制在适当的范围内就不会影响正常通信。 采用浮地技术，隔断接地环路。这是较常用也是十分有效的一种方法，当共模干扰内阻很小时上述方法已不能

45、奏效，此时可以考虑将引入干扰的节点（例如处于恶劣的工作环境的现场设备）浮置起来（也就是系统的电路地与机壳或大地隔离），这样就隔断了接地环路，不会形成很大的环路电流。 采用隔离接口。有些情况下，出于安全或其它方面的考虑，电路地必须与机壳或大地相连，不能悬浮，这时可以采用隔离接口来隔断接地回路，但是仍然应该有一条地线将隔离侧的公共端与其它接口的工作地相连。参见图16 。 图16 c. RS-422与RS-485的网络失效保护 RS-422与RS-485标准都规定了接收器门限为 200mV。这样规定能够提供比较高的噪声抑制能力，如前文所述，当接收器A电平比B 电平高+200mV 以上时，输出为正逻辑

46、，反之，则输出为负逻辑。但由于第三态的存在，即在主机在发端发完一个信息数据后，将总线置于第三态，即总线空闲时没有任何信号驱动总线，使AB之间的电压在-200+200mV直至趋于0V，这带来了一个问题：接收器输出状态不确定。如果接收机的输出为0V ，网络中从机将把其解释为一个新的启动位，并试图读取后续字节，由于永远不会有停止位，产生一个帧错误结果，不再有设备请求总线，网络陷于瘫痪状态。除上述所述的总线空闲会造成两线电压差低于200mV的情况外，开路或短路时也会出现这种情况。故应采取一定的措施避免接收器处于不确定状态。 图17 通常是在总线上加偏置，当总线空闲或开路时，利用偏置电阻将总线偏置在一个

47、确定的状态（差分电压-200mV）。如图17。将A上拉到地， B下拉到5V，电阻的典型值是1k，具体数值随电缆的电容变化而变化。 上述方法是比较经典的方法，但它仍然不能解决总线短路时的问题，有些厂家将接收门限移到-200mV/-50mV，可解决这个问题。例如Maxim 公司的MAX3080系列RS-485 接口，不仅省去了外部偏置电阻，而且解决了总线短路情况下的失效保护问题。 d. RS-422与RS-485 的瞬态保护 前文提到的信号接地措施，只对低频率的共模干扰有保护作用，对于频率很高的瞬态干扰就无能为力了。由于传输线对高频信号而言就是相当于电感，因此对于高频瞬态干扰，接地线实际等同于开路

48、。这样的瞬态干扰虽然持续时间短暂，但可能会有成百上千伏的电压。 实际应用环境下还是存在高频瞬态干扰的可能。一般在切换大功率感性负载如电机、变压器、继电器等或闪电过程中都会产生幅度很高的瞬态干扰，如果不加以适当防护就会损坏RS-422或 RS-485通信接口。对于这种瞬态干扰可以采用隔离或旁路的方法加以防护。a) 隔离保护方法。这种方案实际上将瞬态高压转移到隔离接口中的电隔离层上，由于隔离层的高绝缘电阻，不会产生损害性的浪涌电流，起到保护接口的作用。通常采用高频变压器、光耦等元件实现接口的电气隔离，已有器件厂商将所有这些元件集成在一片IC中，使用起来非常简便，如Maxim公司的MAX1480/MAX1490，隔离电压可达2500V。这种方案的优点是可以承受高电压、持续时间较长的瞬态干扰，实现起来也比较容易，缺点是成本较高。 b) 旁路保护方法。这种方案利用瞬态抑制元件（如TVS、MOV、气体放电管等）将危害性的瞬态能量旁路到大地，优点是成本较低，缺点是保护能力有限，只能保护一定能量以内的瞬态干扰，持续时间不能很长，而且需要有一条良好的连接大地的通道，实现起来比较困难。实际应用中是将上述两种方案结合起来灵活加以运用，如图18。在这种方法中，隔离接口对大幅度瞬态干扰进行隔离，旁路元件则保护隔离接口不被过高的瞬态电压击穿。 图18