串行通信是指使用一条数据线, 将数据一位一位地依次传输, 每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息, 特别使用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。最被人们熟悉的串行通信技术标准是RS-232、RS-422和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。
1 RS-232总线
1.1 RS-232标准
RS-232是在1970年由美国电子工业协会 (EIA) 联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。传统的RS-232接口标准有22根线, 采用标准25芯D型插头座 (DB25) , 后来使用简化为9芯D型插座 (DB9) 。
1.2 RS-232的传输方式
RS-2 32采取不平衡传输方式, 即所谓单端通讯。由于其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15m, 最高速率为20kb/s。RS-232是为点对点 (即只用一对收、发设备) 通讯而设计的, 其驱动器负载为3kΩ~7kΩ, 所以RS-232适合本地设备之间的通信。
1.3 RS-232接口的不足
由于RS-232接口标准出现较早, 难免有不足之处, 主要有以下四点。
(1) 接口的信号电平值较高, 易损坏接口电路的芯片, 又因为与TTL电平不兼容, 故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。
(2) 传输速率较低, 在异步传输时, 波特率为20kbps.现在由于采用新的芯片, 波特率达到115.2kbps。
(3) 接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式, 容易产生共模干扰, 所以抗噪声干扰性弱。
(4) 传输距离有限, 理论最大传输距离标准值为50m, 实际上也只能用在15m左右。
(5) RS-232只允许一对一通信, 严重限制了它的应用。
2 RS-422总线
2.1 RS-422标准
RS-422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。典型的RS-422是四线接口, 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。接收器输入阻抗为4k, 故发端最大负载能力是10×4k+100Ω (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软件方式或硬件方式实现。
2.2 RS-422的特点
(1) 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。
(2) RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范。
(3) RS-4 22的数据信号采用差分传输方式, 也称作平衡传输。
(4) RS-42 2的电气特性:发送端:逻辑“1”两线间的电压差为+2至6V表示;逻辑“0”以两线间的电压差为-2至6V表示。
(5) 和RS232不同的是, RS232只能点到点通信, 不能组成串行总线。在RS422总线上可以挂接多台设备组网, 实现点到多点的通信。但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, RS-422可支持10个节点设备。
(6) RS-4 22的最大传输距离为121 9m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100m长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mb/s。
3 RS-485总线
3.1 RS-485标准
R S-4 8是从R S-4 2 2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, 而采用四线连接时, 与RS-422一样只能实现点对多的通信, 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。为扩展应用范围, 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总线。
3.2 RS-485特点
(1) RS-4 85收发器采用平衡发送和差分接收, 具有抑制共模干扰的能力, 加上总线收发器具有高灵敏度, 能检测低至200m V的电压, 故传输信号能在千米以外得到恢复。
(2) RS485总线上可以挂接多台设备, 用于组网, 实现点到多点及多点到多点的通信 (多点到多点是指总线上所接的所有设备及上位机任意两台之间均能通信) , RS-485支持32个节点。
(3) RS485接口组成的网络一般只需二根连线, 所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。
(4) 一般应用都是用的是485接口进行通信, 但是电脑上只有RS-232接口, 需要转换器将其转换才可以将数据送入到电脑中。
3.3 RS-422与RS-485的使用注意要点
RS-4 22可支持10个节点, R S-48 5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。
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。
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, 或某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装, 再者是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。
4 结语
R S-2 3 2、R S-4 2 2与R S-4 8 5标准等串行通信技术应用很广, 如录像机、计算机以及许多工业控制设备上都配备有串行通信接口。RS-232、RS-422与RS-485标准只对接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。
摘要：本文介绍了RS-232、RS-422和RS-485几种串行通信总线接口的协议标准与电气特性, 总结了他们的技术特点和使用注意事项。
关键词：串行通信,总线接口,RS-232,RS-422,RS-485
参考文献
[1] 弋沛琦, 鞠建波.RS-485总线通信可靠性的分析与研究[J].海军航空工程学院学报, 2009, 2.
[2] 徐海刚, 赵新蕖.RS-232串口设备与PROFIBUS总线通信设计[J].河南机电高等专科学校学报, 2009, 6.