RS232-422-485特性比较

RS-232/422/485特性比较

接口种类繁多，从传统的通用外围电路、RS-232、RS-422、RS-485、MODEM到现在的USB、

IEEE 1394、Internet网络等，它们在不同的领域得到了广泛的应用。

数字信号的传输随着距离的增加和信号传输速率的提高，在 传输线上的反射、串扰、衰减和共地噪声等影响将引起信号的畸变，从而限制了通信距离。普通的TTL电路，由于驱动能力差，输入电阻小，灵敏度不高以及抗干 扰能力差，因而信号传输的距离短。借助接口电路，可以进行较长距离的数据传输。

通信接口按电气标准及协议来分包括RS-232、RS-422、RS485、USB等。 RS-232、RS-422、RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，不涉及接插件、电缆或协议。USB是近几年发展起来的新型接口标准，主要应用 于高速数据传输领域。

MODEM芯片通常配合串行口实现数字信号与模拟信号之间的相互转换，从而可以利用电话线或电力线进行远程通信。 RS-232串行总线接口

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 串行通信中增加通信距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通信。 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。 RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通信而设计的，其驱动器负载为3～7kΩ。由于RS-232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。 所以RS-232适合本地设备之间的通信。有关电气参数参见表1。 RS-422串行总线接口

RS-422由RS-232发展而来。为改进RS-232通信距离短、速度低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到 10Mbit/s,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。

平衡传输: RS-422的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2。

通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2～+6V，是一个逻辑状态，负电平在-2～6V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地C，在RS-422中还有一“使能”端， “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应的规定，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。 RS-422电气特性

RS-422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3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。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，其 余为从设备，从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多的双向通信。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软件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）实现。

RS-422的最大传输距离为4000英尺（约1200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 ） RS-485串行总线接 口

为扩展应用范围，EIA在RS-422的基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，通常在要求通信距离为几十米至上千米时，广泛采用 RS-485收发器。

RS-485收发器采用平衡发送和差分接收，即在发送端，驱动器将TTL电平信号转换成差分信号输出；在接收端，接收器将差分信号变成TTL电平，因此具 有抑制共模干扰的能力，加上接收器具有高的灵敏度，能检测低达200mV的电压，故数据传输可达千米以外。

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。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连接多达32个设备，SIPEX公司新推出的SP485R最多可支持400个节点。

RS-485与RS-422的共模输出电压是不同的。RS-485共模输出电压在-7V至+12V之间， RS-422在-7V至+7V之间，RS-485接收器最小输入阻抗为12KΩ；RS-422是4kΩ；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。但RS-422的驱动器并不完全适用于RS-485网络。

RS-485与RS-422一样，最大传输速率为10Mb/s。当波特率为1200bps时，最大传输距离理论上可达15千米。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。

RS-485需要2个终接电阻，接在传输总线的两端，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（RS-485有关电气参数见表1 ）。

表 1 RS-232 /422/485接口电路特性比较

规定 工作方式 节点数 最大传输电缆长度 最大传输速率 最大驱动输出电压 值) 驱动器输出信号电平(空载最大空载 +/-25V 值) 驱动器负载阻抗(Ω) 摆率(最大 值) 接收器输入电压范围 接收器输入门限 接收器输入电阻(Ω) 驱动器共模电压 接收器共模电压 RS-232 单端 1收、1发 50英尺 20Kb/S +/-25V RS-422 差分 1发10收 400英尺 10Mb/s -0.25V～+6V RS-485 差分 1发32收 400英尺 10Mb/s -7V～+12V +/-1.5V +/-6V 54 N/A -7V～+12V +/-200mV ≥12K -1V～+3V -7V～+12V 驱动器输出信号电平(负载最小负载 +/-5V～+ /-15V +/-2.0V +/-6V 100 N/A -10V～+10V +/-200mV 4K（最 小） -3V～+3V -7V～+7V 3K～7K 30V/μs +/-15V +/-3V 3K～7K 即使是采用串口通讯，不同的外部设备其通讯协议也各不相同，比如OMRON的HOST LINK协议、MODICON的MODBUS协 议等。 DDE的通讯方式

软件系统支持外部设备DDE方 式的通讯驱动，采用DDE读/写外部设备（PLC、DCS等）

的过程变量，此时外部设备在计算机 上运行一个DDE Server程序。软件系统提供一个独立的驱动程序完成与DDE Server程序通讯工作。

DDE 是一种Mircosoft数据交换标准。原则上，符合DDE规范的DDE Server程序都可以与系统的DDE驱动程序通讯。 OPC标准的通讯接口

OPC是OLE for Process Control的缩写，即把OLE应用于工业 控制领域。

OLE原意是对象链接和嵌入，随着OLE 2的发行，其范围已远远超出了这个概念。现在的OLE包含了许多新的特 征，如统一数据传输、结构化存储和自动化，已经成为独立于计算机语言、操作系统甚至硬件平台的一种规范，是面向对象程序设计概念的进一步推广。OPC建立OLE规范之上，它为工业控制领域提供了一 种标准的数据访问机制。

OPC规范包括OPC服务器和OPC客户两个部分，其实质是在硬件供应 商和软件开发商之间建立了一套完整的“规则”，只要遵循这套规则，数据交互对两者来说都是透明的，硬件供应商无需考虑应用程序的多种需求和传输 协议，软件开发商也无需了解硬件的实质和操作过程。 这些设备数量较多，分布较远，现场的各种干扰也较大，所以往往通信 的可靠性及质量不高，再加上软硬件设计的不完善，使得实际工程应用中485总线的通信问题是厂家的一块心病。 在使用RS-485总线时,如果简单地按常规方式设计电路，在实际工程中可能有以下两个问题出现。一 是通信数据收发的可靠性问题；二是在多机通信方式下，一个节点的故障（如死机），往往会使得整个系统的通信框架崩溃，而且给故障的排查带来困难。 硬件电路的设计

为了充分考虑现场的复杂环 境，在电路设计中注意了以下2个问题。 1、SN75176 485芯片DE控制端的设计

主机与分机相隔较远，通信线路的总长度往往超过400米，而分机系统上电或复位又常常不在同一个时刻完成。如果在此时某个75176的DE端电位为 “１”，那么它的485总线输出将会处于发送状态，也就是占用了通信总线，这样其它的分机就无法与主机进行通信。这种情况尤其表现在某个分机出现异常情况 下（死机），会使整个系统通信崩溃。因此在电路设计时，应保证系统上电复位时75176的DE端电位为“0”。由于8031在复位期间，I/O口输出高电 平，故图2电路的接法有效地解决复位期间分机“咬”总线的问题。 2、隔离光耦电路的参数 选取

通信数据的波特率往往做得较高（通常都在4800波特以上）。限制通信波特率提高的“瓶颈”，并不是现场的导线（现场施工一般使用5类非屏蔽的双绞线）， 而是在与单片机系统进行信号隔离的光耦电路上。此处采用TIL117。电路设计中可以考虑采用高速光耦，如6N137、6N136等芯片，也可以优化普通 光耦电路参数的设计，使之能工作在最佳状态。例如：电阻R2、R3 如果选取得较大，将会使光耦的发光管由截止进入饱和变得较慢；如果选取得过小，退出饱和也会很慢，所以这两只电阻的数值要精心选取，不同型号的光耦及驱动 电路使得这两个电阻的数值略有差异，这一点在电路设计中要特别慎重，不能随意，通常可以由实验来定。 485总线输出电路部分 的设计

输出电路的设计要充分考虑到线路上的各种干扰及线路特性阻抗的匹配。由于工程环境比较复杂，现场常有各种形式的干扰源，所以485总线的传输端一定要加有 保护措施。在电路设计中采用稳压管D1、D2组成的吸收回路，也可以选用能够抗浪涌的TVS瞬态杂波抑制器 件，或者直接选用能抗雷击的485芯片（如SN75LBC184等）。

考虑到线路的特殊情况（如某一台分机的485芯片被击穿短路），为防止总线中其它分机的通信受到影响，在75176的485信号输出端串联了两个20Ω的 电阻R10、R11。这样本机的硬件故障就不会使整个总线的 通信受到影响。

现场施工中，由于 通信载体是双绞线，它的特性阻抗为120Ω左右，所以线路设计时，在485网络传输线的始端和末端各应接1只120Ω的匹配电阻（如图2中R8），以减少线路上传输信号的反射。

由于RS-485芯片的特性，接收器的检测灵敏度为± 200mV，即差分输入端VA－VB ≥+200mV，输出逻辑1，VA－VB ≤－200mV， 输出逻辑0；而A、B端电位差的绝对值小于200mV时，输出为不确定。如果在总线上所有发送器被禁止时，接收器输出逻辑0，这会误认为通信帧的起始引起 工作不正常。解决这个问题的办法是人为地使A端电位高于B两端电位，这样RXD的电平在485总线不发送期间（总线悬浮时）呈现唯一的高电平，8031单 片机就不会被误中断而收到乱字符。通过在485电路的A、B输出端加接上拉、下拉电阻R7、R9，即可很好地解决这个问题。 软件的编程

485芯片的软件编程对产品的可靠性也有很大影响。由于485总线是异步半双工的通信总线，在某一个时刻，总线只可能呈现一种状态，所以这种方式一般适用 于主机对分机的查询方式通信，总线上必然有一台始终处于主机地位的设备在巡检其它的分机，所以需要制定一套合理的通信协议来协调总线的分时共用。这里采用 的是数据包通信方式。通信数据是成帧成包发送的，每包数据都有引导码、长度码、地址码、命令码、内容、校验码等部分组成。其中引导码是用于

同步每一包数据 的引导头；长度码是这一包数据的总长度；命令码是主机对分机（或分机应答主机）的控制命令；地址码是分机的本机地址号；“内容”是这一包数据里的各种信 息；校验码是这一包数据的校验标志，可以采用奇偶校验、和校验等不同的方式。

在485芯片的通信中，尤其要注意对485控制端DE的软件编程。为了可靠的工作，在485总 线状态切换时需要做适当延时，再进行数据的收发。具体的做法是在数据发送状态下，先将控制端置“1”，延时1ms左右的时间，再发送有效的数据，一包数据 发送结束后再延时1ms后，将控制端置“0”。这样的处理会使总线在状态切换时，有一个稳定的工作过程。 但是485总线仍然只是一种常规的通信总线，它不能够做总线的自动仲裁，也就是不能够同时发送数据以避免总线竞争，所以整个系统的通信效率必然较低，数据 的冗余量较大，对于速度要求高的应用场所不适宜用485总线。同时由于485总线上通常只有一台主机，所以这种总线方式是典型的集中－分散型控制系统。一 旦主机出现故障，会使整个系统的通信陷于瘫痪状态，因此做好主机的在线热备份是一个重要措施。

尽管485总线存在这样那样的问题，但由于它的线路设计简单、价格低廉、控制方便，只要合理的使用在某些场所仍然能发挥良好的作用。

同步每一包数据 的引导头；长度码是这一包数据的总长度；命令码是主机对分机（或分机应答主机）的控制命令；地址码是分机的本机地址号；“内容”是这一包数据里的各种信 息；校验码是这一包数据的校验标志，可以采用奇偶校验、和校验等不同的方式。

在485芯片的通信中，尤其要注意对485控制端DE的软件编程。为了可靠的工作，在485总 线状态切换时需要做适当延时，再进行数据的收发。具体的做法是在数据发送状态下，先将控制端置“1”，延时1ms左右的时间，再发送有效的数据，一包数据 发送结束后再延时1ms后，将控制端置“0”。这样的处理会使总线在状态切换时，有一个稳定的工作过程。 但是485总线仍然只是一种常规的通信总线，它不能够做总线的自动仲裁，也就是不能够同时发送数据以避免总线竞争，所以整个系统的通信效率必然较低，数据 的冗余量较大，对于速度要求高的应用场所不适宜用485总线。同时由于485总线上通常只有一台主机，所以这种总线方式是典型的集中－分散型控制系统。一 旦主机出现故障，会使整个系统的通信陷于瘫痪状态，因此做好主机的在线热备份是一个重要措施。

尽管485总线存在这样那样的问题，但由于它的线路设计简单、价格低廉、控制方便，只要合理的使用在某些场所仍然能发挥良好的作用。

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