RS232/RS485 接口基礎(chǔ)知識

在臺式電腦上，一般都會有一個?9 針的串行接口（如圖1所示），這個串行接口叫做RS232 接口，通常 RS-232 接口以9個引腳 (DB-9) 或是25個引腳 (DB-25) 的形態(tài)出現(xiàn)。

如圖1所示的RS232 接口一共有 9個引腳，分別定義是：載波檢測 DCD、接收數(shù)據(jù) RXD、發(fā)送數(shù)據(jù) TXD、數(shù)據(jù)終端準備好 DTR、信號地線 SG、數(shù)據(jù)準備好 DSR、請求發(fā)送 RTS、清除發(fā)送 CTS、振鈴提示 RI。

RS-232標準接口（又稱EIA RS-232）是常用的串行通信接口標準之一，是1970年制定的“數(shù)據(jù)終端設(shè)備( DTE)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)之間串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標準”。?該標準規(guī)定采用一個25個腳的DB-25連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。后來IBM的PC機將RS232簡化成了DB-9連接器，從而成為事實標準。工業(yè)控制的RS-232口一般只使用RXD、TXD、GND三條線。RS232的特點是：

1、信號線少

RS-232總線規(guī)定了25條線，包含了兩個信號通道，即第一通道（稱為主通道）和第二通道（稱為副通道）。利用RS- 232總線可以實現(xiàn)全雙工通信，通常使用的是主通道，而副通道使用較少。在一般應(yīng)用中，使用3條～9條信號線就可以實現(xiàn)全雙工通信，采用三條信號線（接收、發(fā)送和信號地）能實現(xiàn)簡單的全雙工通信過程。

2、傳輸速率選擇靈活

RS-232規(guī)定的標準傳送速率有50b/s、75b/s、110b/s、150b/s、300b/s、600b/s、1200b/s、2400b/s、4800b/s、9600b/s、19200b/s。

3、采用負邏輯傳送

規(guī)定邏輯“1”的電平為-5V~-15 V，邏輯“0”的電平為+5 V～+15 V。可提高抗干擾能力，增大通信距離。RS -232的噪聲容限為2V，接收器將能識別高至+3V的信號作為邏輯“0”，將低到-3 V的信號作為邏輯“1”。

4、傳送距離較遠

采用串行傳送方式，傳送距離一般可達30 m。若采用光電隔離20 mA的電流環(huán)進行傳送，其傳送距離可以達到1000 m。

5、兩種物理接口

DB9或DB25。

串行通訊在通訊領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用 , 標準的RS232C接口是計算、外設(shè)、交換機和許多通訊設(shè)備的標準接口。計算機與計算機 、計算機與外設(shè)等都可以通RS232接口進行方便的連接 , 以實現(xiàn)監(jiān)視、控制外設(shè)和傳輸數(shù)據(jù)等目的。但是由于前文RS232的特點——外設(shè)采用的一般是負邏輯電平，而計算機采用的是TTL電平, 為了使兩者之間能夠通信 , 必須用芯片來轉(zhuǎn)換電平以滿足數(shù)據(jù)的傳輸 , 這就是RS2323接口芯片的作用。應(yīng)用RS232收發(fā)器芯片可以實現(xiàn)把 UART 電平轉(zhuǎn)換成 RS232 電平，也把 RS232 電平轉(zhuǎn)換成TTL電平，從而實現(xiàn)標準 RS232接口和例如UART接口之間的通信連接。?

3PEAK公司提供了一系列RS-232收發(fā)器以適合多種應(yīng)用。單電源供電 RS-232 收發(fā)器僅需一路供電電源即可實現(xiàn)RS-232通信。在較短的距離內(nèi)(長達 15米), RS-232 允許從發(fā)射機到接收機以高達 470kbps 數(shù)據(jù)速率提供可靠的數(shù)傳輸;在更短距離內(nèi)(1.5米), 3PEAK最新的 RS-232 收發(fā)器可使數(shù)據(jù)傳輸速率達1Mbps。3PEAK RS-232 收發(fā)器為單電源提供電的 EIA/TIARS-232 和 V.28/V.24 通信接口芯片,具有低功耗、高數(shù)據(jù)速率、外圍電路簡單等特性。RS-232 收發(fā)器采用優(yōu)化的電路拓撲結(jié)構(gòu)和專利技術(shù)的低壓差輸出。

TPT3232E 內(nèi)部邏輯

以經(jīng)常使用的TPT3232E為例，廣泛應(yīng)用于電腦、打印機、工業(yè)人機設(shè)備，滿足TIA/EIA-232-F和ITU V.28標準，具有兩個驅(qū)動和兩個接收器，操作速度可達250kbps，滿足IEC61000ESD保護，每個接收器將TIA/RS-232輸入轉(zhuǎn)換為TTL/CMOS。如圖2所示，TP3232E 包括兩個發(fā)送器和兩個接收器,確保標準工作模式下提供 250kbps 的數(shù)據(jù)速率、具有低至0.01μA的關(guān)斷模式,以降低電池供電便攜式系統(tǒng)的功耗，在關(guān)斷模式下接收器仍保持有效狀態(tài),允許監(jiān)視外設(shè),而且僅消耗1μA的電源。

選擇RS232接口芯片時，需要看系統(tǒng)工作電壓、需要驅(qū)動/接收器的數(shù)量，是否有低功耗模式、是否兼容部分邏輯電平、ESD防護能力等。由于RS232接口標準出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以下5點：

（1）接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與TTL 電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。（2）傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為20Kbps。（3）接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。（4）傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為50英尺，實際上也只能用在50米左右。（5）RS232接口在總線上只允許連接1個收發(fā)器，不能支持多站收發(fā)能力，所以只能點對點通信，不支持多點通訊。

針對RS232接口的不足，出現(xiàn)了一些新的接口標準，比如RS-485，它具有以下特點：

1. 電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（2—6） V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為?-（2—6）V表示。接口信號電平比RS-232降低了，就不易損壞接口電路的芯片， 且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL 電路連接。2.數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps 。3.接口采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強，即抗噪聲干擾性好。4. RS-485接口的最大傳輸距離標準值為4000英尺，實際上可達 3000米，另外RS-232接口在總線上只允許連接1個收發(fā)器， 即單站能力。而RS-485接口在總線上是允許連接多達128個收發(fā)器。即具有多站能力,這樣用戶可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。

因RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點就使其成為首選的串行接口。因為RS485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)(如圖3所示)，一般只需二根連線，所以RS485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。

RS485 半雙工

RS232 全雙工

在使用RS485接口時，對于特定的傳輸線經(jīng)，從發(fā)生器到負載其數(shù)據(jù)信號傳輸所允許的最大電纜長度是數(shù)據(jù)信號速率的函數(shù)，這個長度數(shù)據(jù)主要是受信號失真及噪聲等影響所限制。

在要求通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用RS-485 串行總線標準。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復(fù)。RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應(yīng)用RS-485 可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺驅(qū)動器和32臺接收器。

RS485 芯片已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制，安防系統(tǒng)，智能儀器儀表，多媒體網(wǎng)絡(luò)，機電一 體化產(chǎn)品及多個領(lǐng)域（如圖 4 所示）。

RS485 應(yīng)用

可用于 RS485 接口的芯片種類也越來越多。RS485 接口在不同的使用場合，對芯片的 要求和使用方法也有所不同。使用者在芯片的選型和電路的設(shè)計上應(yīng)考慮：電源電壓范圍、通訊速率、是否需要極性自速率器件、是否需要半雙工器件、組網(wǎng)數(shù)量，終端電容性負載， 電阻性負載數(shù)量、干擾、邏輯性電平兼容性、ESD 及浪涌測試問題等。

3PEAK 提供兩種類型的 RS-485 收發(fā)器:有極性的 TP8485E 可高性能兼容市面上的大 多數(shù)半雙工 485 芯片,無極性的 TP485E 內(nèi)置總線自適應(yīng)極性識別電路,用戶可任意連接 A/B 總線。

3PEAK 提供支持 3V/5V、半雙工、有極性和無極性的 RS-485 收發(fā)器芯片，內(nèi)部包含一 路驅(qū)動器和一路接收器,具有熱插拔功能,可消除上電或熱插入時總線上的故障瞬態(tài)信號。RS- 485 芯片提供的限擺率驅(qū)動器能降低 EMI 和不合適的電纜端接所引起的反射,實現(xiàn)速率高 達 250kbps 的無誤碼數(shù)據(jù)傳輸。同時,芯片接收器輸入阻抗為 1/8 位負載,允許多達 256 ?個收發(fā)器掛接在總線上,實現(xiàn)半雙工通信。

? 有極性的 TP8485E 可高性能兼容市面上大多數(shù)半雙工 RS485 芯片?

? 無極性的 TP485E 內(nèi)置總線自適應(yīng)極性識別電路,可任意連接 A/B 總線?

? 支持 250kbps 傳輸速率

? 具有 1/8 單位負載,多達 256 個收發(fā)器可掛接在同一總線上?

?輸出提供±18KV 以上的 HBM ESD 保護可保證在視頻監(jiān)控、電力電子、工業(yè)儀器 儀表等惡劣環(huán)境中正常使用，以下為選型表。

TP75176B 為低功耗、差分線路 RS485 收發(fā)器,采用 3.0~5.5V 單電源供電。這顆器件具有低功耗特性和關(guān)斷模式,非常適合對功耗敏感的應(yīng)用，傳輸速率最高可達 10Mbps。總線上 最多可以連接 32 個收發(fā)器。熱關(guān)斷電路可防止總線競爭或輸出短路導(dǎo)致功耗過大。故障條 件下,如果檢測到內(nèi)部驅(qū)動器電路的溫度顯著升高,熱關(guān)斷電路將強制驅(qū)動器輸岀進入高阻抗 狀態(tài)。如果輸入未連接(浮地)、短路的時候,接收器所具有的故障安全特性將使輸岀保持邏輯 高狀態(tài)。應(yīng)用于 PROFIBUS?DP 和 FMS 網(wǎng)絡(luò)、SCSI“快速 40”驅(qū)動程序和接收器、電機控制 器/位置編碼器系統(tǒng)、工廠自動化、現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)/過程控制網(wǎng)絡(luò)等場景。

3PEAK 提供的 RS322/485 收發(fā)器經(jīng)過市場驗證，具有不錯的安全性，可替代國際市場 較多產(chǎn)品，是國產(chǎn)收發(fā)器的佼佼者。

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