答：由于RS-232-C接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以下四點(diǎn)：

 

（1）接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕cTTL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(shí)，波特率為20Kbps。

 

（3）接口使用一根信號(hào)線(xiàn)和一根信號(hào)返回線(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)值為50英尺，實(shí)際上也只能用在50米左右。針對(duì)RS-232-C的不足，于是就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標(biāo)準(zhǔn)，RS-485就是其中之一，它具有以下特點(diǎn)：

 

 

1）RS-485的電氣特性：邏輯“1”以?xún)删€(xiàn)間的電壓差為+（2-6）V表示；邏輯“0”以?xún)删€(xiàn)間的電壓差為-（2-6）V表示。接口信號(hào)電平比RS-232-C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）RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps

 

3）RS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。

 

4）RS-485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為4000英尺，實(shí)際上可達(dá)3000米，另外RS-232-C接口在總線(xiàn)上只允許連接1個(gè)收發(fā)器，即單站能力。而RS-485接口在總線(xiàn)上是允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器。即具有多站能力，這樣用戶(hù)可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。

 

5）因RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長(zhǎng)的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點(diǎn)就使其成為首選的串行接口。因?yàn)镽S485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般只需二根連線(xiàn)，所以RS485接口均采用屏蔽雙絞線(xiàn)傳輸。RS485接口連接器采用DB-9的9芯插頭座，與智能終端RS485接口采用DB-9（孔），與鍵盤(pán)連接的鍵盤(pán)接口RS485采用DB-9（針）。

 

1、平衡傳輸

 

RS-422、RS-485與RS-232不一樣，數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式，也稱(chēng)作平衡傳輸，它使用一對(duì)雙絞線(xiàn)，將其中一線(xiàn)定義為A，另一線(xiàn)定義為B

 

通常情況下，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器A、B之間的正電平在+2～+6V，是一個(gè)邏輯狀態(tài)，負(fù)電平在-2～6V，是另一個(gè)邏輯狀態(tài)。另有一個(gè)信號(hào)地C，在RS-485中還有一“使能”端，而在RS-422中這是可用可不用的。“使能”端是用于控制發(fā)送驅(qū)動(dòng)器與傳輸線(xiàn)的切斷與連接。當(dāng)“使能”端起作用時(shí)，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器處于高阻狀態(tài)，稱(chēng)作“第三態(tài)”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態(tài)。

 

接收器也作與發(fā)送端相對(duì)的規(guī)定，收、發(fā)端通過(guò)平衡雙絞線(xiàn)將AA與BB對(duì)應(yīng)相連，當(dāng)在收端AB之間有大于+200mV的電平時(shí)，輸出正邏輯電平，小于-200mV時(shí)，輸出負(fù)邏輯電平。接收器接收平衡線(xiàn)上的電平范圍通常在200mV至6V之間。

 

2、RS-422電氣規(guī)定

 

RS-422標(biāo)準(zhǔn)全稱(chēng)是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。圖2是典型的RS-422四線(xiàn)接口。實(shí)際上還有一根信號(hào)地線(xiàn)，共5根線(xiàn)。圖1是其DB9連接器引腳定義。由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動(dòng)器比RS232更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，故允許在相同傳輸線(xiàn)上連接多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)，最多可接10個(gè)節(jié)點(diǎn)。即一個(gè)主設(shè)備（Master），其余為從設(shè)備（Salve），從設(shè)備之間不能通信，所以RS-422支持點(diǎn)對(duì)多的雙向通信。接收器輸入阻抗為4k，故發(fā)端最大負(fù)載能力是10×4k+100Ω（終接電阻）。RS-422四線(xiàn)接口由于采用單獨(dú)的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置之間任何必須的信號(hào)交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一對(duì)單獨(dú)的雙絞線(xiàn)）實(shí)現(xiàn)。RS-422的最大傳輸距離為4000英尺（約1219米），最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線(xiàn)的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達(dá)到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長(zhǎng)的雙絞線(xiàn)上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mb/s。

 

RS-422需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時(shí)可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸電纜的最遠(yuǎn)端。

 

3、RS-485電氣規(guī)定

 

由于RS-485是從RS-422基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，所以RS-485許多電氣規(guī)定與RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線(xiàn)上接終接電阻等。RS-485可以采用二線(xiàn)與四線(xiàn)方式，二線(xiàn)制可實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙向通信。

 

而采用四線(xiàn)連接時(shí)，與RS-422一樣只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多的通信，即只能有一個(gè)主（Master）設(shè)備，其余為從設(shè)備，但它比RS-422有改進(jìn)，無(wú)論四線(xiàn)還是二線(xiàn)連接方式總線(xiàn)上可多接到32個(gè)設(shè)備。

 

RS-485與RS-422的不同還在于其共模輸出電壓是不同的，RS-485是-7V至+12V之間，而RS-422在-7V至+7V之間，RS-485接收器最小輸入阻抗為12k劍鳵S-422是4k?。慌f峽梢運(yùn)礡S-485滿(mǎn)足所有RS-422的規(guī)范，所以RS-485的驅(qū)動(dòng)器可以用在RS-422網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。

 

RS-485與RS-422一樣，其最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s。平衡雙絞線(xiàn)的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用規(guī)定最長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長(zhǎng)雙絞線(xiàn)最大傳輸速率僅為1Mb/s。

 

RS-485需要2個(gè)終接電阻，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時(shí)可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸總線(xiàn)的兩端。

 

 

RS-422可支持10個(gè)節(jié)點(diǎn)，RS-485支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，因此多節(jié)點(diǎn)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線(xiàn)型結(jié)構(gòu)，不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡(luò)。在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：

 

 

1、采用一條雙絞線(xiàn)電纜作總線(xiàn)，將各個(gè)節(jié)點(diǎn)串接起來(lái)，從總線(xiàn)到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的引出線(xiàn)長(zhǎng)度應(yīng)盡量短，以便使引出線(xiàn)中的反射信號(hào)對(duì)總線(xiàn)信號(hào)的影響最低。所示為實(shí)際應(yīng)用中常見(jiàn)的一些錯(cuò)誤連接方式（a，c，e）和正確的連接方式（b，d，f）。a，c，e這三種網(wǎng)絡(luò)連接盡管不正確，在短距離、低速率仍可能正常工作，但隨著通信距離的延長(zhǎng)或通信速率的提高，其不良影響會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，主要原因是信號(hào)在各支路末端反射后與原信號(hào)疊加，會(huì)造成信號(hào)質(zhì)量下降。

 

2、應(yīng)注意總線(xiàn)特性阻抗的連續(xù)性，在阻抗不連續(xù)點(diǎn)就會(huì)發(fā)生信號(hào)的反射。下列幾種情況易產(chǎn)生這種不連續(xù)性：總線(xiàn)的不同區(qū)段采用了不同電纜，或某一段總線(xiàn)上有過(guò)多收發(fā)器緊靠在一起安裝，再者是過(guò)長(zhǎng)的分支線(xiàn)引出到總線(xiàn)。

 

總之，應(yīng)該提供一條單一、連續(xù)的信號(hào)通道作為總線(xiàn)。

 

 

對(duì)RS-422與RS-485總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)一般要使用終接電阻進(jìn)行匹配。但在短距離與低速率下可以不用考慮終端匹配。那么在什么情況下不用考慮匹配呢？理論上，在每個(gè)接收數(shù)據(jù)信號(hào)的中點(diǎn)進(jìn)行采樣時(shí)，只要反射信號(hào)在開(kāi)始采樣時(shí)衰減到足夠低就可以不考慮匹配。但這在實(shí)際上難以掌握，美國(guó)MAXIM公司有篇文章提到一條經(jīng)驗(yàn)性的原則可以用來(lái)判斷在什么樣的數(shù)據(jù)速率和電纜長(zhǎng)度時(shí)需要進(jìn)行匹配：當(dāng)信號(hào)的轉(zhuǎn)換時(shí)間（上升或下降時(shí)間）超過(guò)電信號(hào)沿總線(xiàn)單向傳輸所需時(shí)間的3倍以上時(shí)就可以不加匹配。例如具有限斜率特性的RS-485接口MAX483輸出信號(hào)的上升或下降時(shí)間最小為250ns，典型雙絞線(xiàn)上的信號(hào)傳輸速率約為0.2m/ns（24AWGPVC電纜），那么只要數(shù)據(jù)速率在250kb/s以?xún)?nèi)、電纜長(zhǎng)度不超過(guò)16米，采用MAX483作為RS-485接口時(shí)就可以不加終端匹配。

 

一般終端匹配采用終接電阻方法，前文已有提及，RS-422在總線(xiàn)電纜的遠(yuǎn)端并接電阻，RS-485則應(yīng)在總線(xiàn)電纜的開(kāi)始和末端都需并接終接電阻。終接電阻一般在RS-422網(wǎng)絡(luò)中取100Ω，在RS-485網(wǎng)絡(luò)中取120Ω。相當(dāng)于電纜特性阻抗的電阻，因?yàn)榇蠖鄶?shù)雙絞線(xiàn)電纜特性阻抗大約在100～120Ω。這種匹配方法簡(jiǎn)單有效，但有一個(gè)缺點(diǎn)，匹配電阻要消耗較大功率，對(duì)于功耗限制比較嚴(yán)格的系統(tǒng)不太適合。

 

另外一種比較省電的匹配方式是RC匹配，利用一只電容C隔斷直流成分可以節(jié)省大部分功率。但電容C的取值是個(gè)難點(diǎn)，需要在功耗和匹配質(zhì)量間進(jìn)行折衷。

 

還有一種采用二極管的匹配方法，這種方案雖未實(shí)現(xiàn)真正的“匹配”，但它利用二極管的鉗位作用能迅速削弱反射信號(hào)，達(dá)到改善信號(hào)質(zhì)量的目的。節(jié)能效果顯著。

 

 

電子系統(tǒng)接地是很重要的，但常常被忽視。接地處理不當(dāng)往往會(huì)導(dǎo)致電子系統(tǒng)不能穩(wěn)定工作甚至危及系統(tǒng)安全。RS-422與RS-485傳輸網(wǎng)絡(luò)的接地同樣也是很重要的，因?yàn)榻拥叵到y(tǒng)不合理會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，尤其是在工作環(huán)境比較惡劣和傳輸距離較遠(yuǎn)的情況下，對(duì)于接地的要求更為嚴(yán)格。否則接口損壞率較高。很多情況下，連接RS-422、RS-485通信鏈路時(shí)只是簡(jiǎn)單地用一對(duì)雙絞線(xiàn)將各個(gè)接口的“A”、“B”端連接起來(lái)。而忽略了信號(hào)地的連接，這種連接方法在許多場(chǎng)合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有下面二個(gè)原因：

 

1、共模干擾問(wèn)題：正如前文已述，RS-422與RS-485接口均采用差分方式傳輸信號(hào)方式，并不需要相對(duì)于某個(gè)參照點(diǎn)來(lái)檢測(cè)信號(hào)，系統(tǒng)只需檢測(cè)兩線(xiàn)之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍，如RS-422共模電壓范圍為-7～+7V，而RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7～+12V，只有滿(mǎn)足上述條件，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)路中共模電壓超出此范圍時(shí)就會(huì)影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。以圖1為例，當(dāng)發(fā)送驅(qū)動(dòng)器A向接收器B發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器A的輸出共模電壓為VOS，由于兩個(gè)系統(tǒng)具有各自獨(dú)立的接地系統(tǒng)，存在著地電位差VGPD。那么，接收器輸入端的共模電壓VCM就會(huì)達(dá)到VCM=VOS+VGPD。RS-422與RS-485標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定VOS≤3V，但VGPD可能會(huì)有很大幅度（十幾伏甚至數(shù)十伏），并可能伴有強(qiáng)干擾信號(hào)，致使接收器共模輸入VCM超出正常范圍，并在傳輸線(xiàn)路上產(chǎn)生干擾電流，輕則影響正常通信，重則損壞通信接口電路。

 

2、（EMI）問(wèn)題：發(fā)送驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)中的共模部分需要一個(gè)返回通路，如沒(méi)有一個(gè)低阻的返回通道（信號(hào)地），就會(huì)以輻射的形式返回源端，整個(gè)總線(xiàn)就會(huì)像一個(gè)巨大的天線(xiàn)向外輻射電磁波。

 

由于上述原因，RS-422、RS-485盡管采用差分平衡傳輸方式，但對(duì)整個(gè)RS-422或RS-485網(wǎng)絡(luò)，必須有一條低阻的信號(hào)地。一條低阻的信號(hào)地將兩個(gè)接口的工作地連接起來(lái)，使共模干擾電壓VGPD被短路。

 

這條信號(hào)地可以是額外的一條線(xiàn)（非屏蔽雙絞線(xiàn)），或者是屏蔽雙絞線(xiàn)的屏蔽層。這是最通常的接地方法。

 

值得注意的是，這種做法僅對(duì)高阻型共模干擾有效，由于干擾源內(nèi)阻大，短接后不會(huì)形成很大的接地環(huán)路電流，對(duì)于通信不會(huì)有很大影響。當(dāng)共模干擾源內(nèi)阻較低時(shí)，會(huì)在接地線(xiàn)上形成較大的環(huán)路電流，影響正常通信。筆者認(rèn)為，可以采取以下三種措施：

 

（1）如果干擾源內(nèi)阻不是非常小，可以在接地線(xiàn)上加限流電阻以限制干擾電流。接地電阻的增加可能會(huì)使共模電壓升高，但只要控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)就不會(huì)影響正常通信。

 

（2）采用浮地技術(shù)，隔斷接地環(huán)路。這是較常用也是十分有效的一種方法，當(dāng)共模干擾內(nèi)阻很小時(shí)上述方法已不能奏效，此時(shí)可以考慮將引入干擾的節(jié)點(diǎn)（例如處于惡劣的工作環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備）浮置起來(lái)（也就是系統(tǒng)的電路地與機(jī)殼或大地隔離），這樣就隔斷了接地環(huán)路，不會(huì)形成很大的環(huán)路電流。

 

（3）采用隔離接口。有些情況下，出于安全或其它方面的考慮，電路地必須與機(jī)殼或大地相連，不能懸浮，這時(shí)可以采用隔離接口來(lái)隔斷接地回路，但是仍然應(yīng)該有一條地線(xiàn)將隔離側(cè)的公共端與其它接口的工作地相連。

 

 

RS-422與RS-485標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了接收器門(mén)限為±200mV。這樣規(guī)定能夠提供比較高的噪聲抑制能力，如前文所述，當(dāng)接收器A電平比B電平高+200mV以上時(shí)，輸出為正邏輯，反之，則輸出為負(fù)邏輯。但由于第三態(tài)的存在，即在主機(jī)在發(fā)端發(fā)完一個(gè)信息數(shù)據(jù)后，將總線(xiàn)置于第三態(tài)，即總線(xiàn)空閑時(shí)沒(méi)有任何信號(hào)驅(qū)動(dòng)總線(xiàn)，使AB之間的電壓在-200～+200mV直至趨于0V，這帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題：接收器輸出狀態(tài)不確定。如果接收機(jī)的輸出為0V，網(wǎng)絡(luò)中從機(jī)將把其解釋為一個(gè)新的啟動(dòng)位，并試圖讀取后續(xù)字節(jié)，由于永遠(yuǎn)不會(huì)有停止位，產(chǎn)生一個(gè)幀錯(cuò)誤結(jié)果，不再有設(shè)備請(qǐng)求總線(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)陷于癱瘓狀態(tài)。除上述所述的總線(xiàn)空閑會(huì)造成兩線(xiàn)電壓差低于200mV的情況外，開(kāi)路或短路時(shí)也會(huì)出現(xiàn)這種情況。故應(yīng)采取一定的措施避免接收器處于不確定狀態(tài)。

 

通常是在總線(xiàn)上加偏置，當(dāng)總線(xiàn)空閑或開(kāi)路時(shí)，利用偏置電阻將總線(xiàn)偏置在一個(gè)確定的狀態(tài)（差分電壓≥-200mV）。如圖1。將A上拉到地，B下拉到5V，電阻的典型值是1kΩ，具體數(shù)值隨電纜的電容變化而變化。

 

上述方法是比較經(jīng)典的方法，但它仍然不能解決總線(xiàn)短路時(shí)的問(wèn)題，有些廠(chǎng)家將接收門(mén)限移到-200mV/-50mV，可解決這個(gè)問(wèn)題。

 

 

前文提到的信號(hào)接地措施，只對(duì)低頻率的共模干擾有保護(hù)作用，對(duì)于頻率很高的瞬態(tài)干擾就無(wú)能為力了。由于傳輸線(xiàn)對(duì)高頻信號(hào)而言就是相當(dāng)于電感，因此對(duì)于高頻瞬態(tài)干擾，接地線(xiàn)實(shí)際等同于開(kāi)路。這樣的瞬態(tài)干擾雖然持續(xù)時(shí)間短暫，但可能會(huì)有成百上千伏的電壓。

 

實(shí)際應(yīng)用環(huán)境下還是存在高頻瞬態(tài)干擾的可能。一般在切換大功率感性負(fù)載如電機(jī)、變壓器、繼電器等或閃電過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生幅度很高的瞬態(tài)干擾，如果不加以適當(dāng)防護(hù)就會(huì)損壞RS-422或RS-485通信接口。對(duì)于這種瞬態(tài)干擾可以采用隔離或旁路的方法加以防護(hù)。

 

1、隔離保護(hù)方法。這種方案實(shí)際上將瞬態(tài)高壓轉(zhuǎn)移到隔離接口中的電隔離層上，由于隔離層的高絕緣電阻，不會(huì)產(chǎn)生損害性的浪涌電流，起到保護(hù)接口的作用。通常采用高頻變壓器、光耦等元件實(shí)現(xiàn)接口的電氣隔離，已有器件廠(chǎng)商將所有這些元件集成在一片IC中，使用起來(lái)非常簡(jiǎn)便。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是可以承受高電壓、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的瞬態(tài)干擾，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較容易，缺點(diǎn)是成本較高。

 

2、旁路保護(hù)方法。這種方案利用瞬態(tài)抑制元件（如TVS、MOV、氣體放電管等）將危害性的瞬態(tài)能量旁路到大地，優(yōu)點(diǎn)是成本較低，缺點(diǎn)是保護(hù)能力有限，只能保護(hù)一定能量以?xún)?nèi)的瞬態(tài)干擾，持續(xù)時(shí)間不能很長(zhǎng)，而且需要有一條良好的連接大地的通道，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難。實(shí)際應(yīng)用中是將上述兩種方案結(jié)合起來(lái)靈活加以運(yùn)用，如圖1。在這種方法中，隔離接口對(duì)大幅度瞬態(tài)干擾進(jìn)行隔離，旁路元件則保護(hù)隔離接口不被過(guò)高的瞬態(tài)電壓擊穿。

 

 

在使用RS485接口時(shí)，對(duì)于特定的傳輸線(xiàn)經(jīng)，從發(fā)生器到負(fù)載其數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸所允許的最大電纜長(zhǎng)度是數(shù)據(jù)信號(hào)速率的函數(shù)，這個(gè)長(zhǎng)度數(shù)據(jù)主要是受信號(hào)失真及噪聲等影響所限制。最大電纜長(zhǎng)度與信號(hào)速率的關(guān)系曲線(xiàn)是使用24AWG銅芯雙絞電話(huà)電纜（線(xiàn)徑為0。51mm），線(xiàn)間旁路電容為52。5PF/M，終端負(fù)載電阻為100歐時(shí)所得出。當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)速率降低到90Kbit/S以下時(shí)，假定最大允許的信號(hào)損失為6dBV時(shí)，則電纜長(zhǎng)度被限制在1200M。在實(shí)用時(shí)是完全可以取得比它大的電纜長(zhǎng)度。當(dāng)使用不同線(xiàn)徑的電纜。則取得的最大電纜長(zhǎng)度是不相同的。

 

 

RS-485總線(xiàn)上任何時(shí)候只能有一發(fā)送器發(fā)送。半雙工方式，主從只能一個(gè)發(fā)。全雙工方式，主站總可發(fā)送，從站只能有一個(gè)發(fā)送。

 

 

在長(zhǎng)線(xiàn)信號(hào)傳輸時(shí)，一般為了避免信號(hào)的反射和回波，需要在接收端接入終端匹配電阻。其終端匹配電阻值取決于電纜的阻抗特性，與電纜的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。

 

RS-485/RS-422一般采用雙絞線(xiàn)（屏蔽或非屏蔽）連接，終端電阻一般介于100至140Ω之間，典型值為120Ω。在實(shí)際配置時(shí)，在電纜的兩個(gè)終端節(jié)點(diǎn)上，即最近端和最遠(yuǎn)端，各接入一個(gè)終端電阻，而處于中間部分的節(jié)點(diǎn)則不能接入終端電阻，否則將導(dǎo)致通訊出錯(cuò)。

 

 

會(huì)出現(xiàn)這種情況，是由于用戶(hù)組成RS-485網(wǎng)時(shí)，沒(méi)有遵循站點(diǎn)至總線(xiàn)的連線(xiàn)應(yīng)盡可能短的原則。如果總線(xiàn)布線(xiàn)遵循這一原則，就不存在不知道哪個(gè)站點(diǎn)是最遠(yuǎn)的問(wèn)題。而且要注意，這樣的布線(xiàn)，系統(tǒng)將會(huì)工作得不好。

 

由于RS-485/RS-422在發(fā)送數(shù)據(jù)完成后，要求所有的發(fā)送使能控制信號(hào)關(guān)閉且保持接收使能有效，此時(shí)，總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)入高阻狀態(tài)且接收器能夠監(jiān)測(cè)總線(xiàn)上是否有新的通信數(shù)據(jù)。但是由于此時(shí)總線(xiàn)處于無(wú)源驅(qū)動(dòng)狀態(tài)（若總線(xiàn)有終端匹配電阻時(shí)，A和B線(xiàn)的差分電平為0，接收器的輸出不確定，且對(duì)AB線(xiàn)上的差分信號(hào)的變化很敏感；若無(wú)終端匹配，則總線(xiàn)處于高阻態(tài)，接收器的輸出不確定），容易受到外界的噪聲干擾。當(dāng)噪聲電壓超過(guò)輸入信號(hào)門(mén)限時(shí)（典型值±200mV），接收器將輸出數(shù)據(jù)，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的UART接收無(wú)效的數(shù)據(jù)，使緊接著的正常通訊出錯(cuò)；另外一種情況可能發(fā)生在打開(kāi)/關(guān)閉發(fā)送使能控制的瞬間，使接收器輸出信號(hào)，也會(huì)導(dǎo)致UART錯(cuò)誤地接收。

 

解決方法：

 

1）在通訊總線(xiàn)上采用同相輸入端上拉（A線(xiàn)）、反相輸入端下拉（B線(xiàn)）的方法對(duì)總線(xiàn)進(jìn)行鉗位，保證接收器輸出為固定的“1”電平；

 

2）采用內(nèi)置防故障模式的MAX308x系列的接口產(chǎn)品替換該接口電路；

 

3）通過(guò)軟件方式消除，即在通信數(shù)據(jù)包內(nèi)增加2-5個(gè)起始同步字節(jié)，只有在滿(mǎn)足同步頭后才開(kāi)始真正的數(shù)據(jù)通訊。

 

 

1、在通信電纜中的信號(hào)反射

 

在通信過(guò)程中，有兩種信號(hào)因?qū)е滦盘?hào)反射：阻抗不連續(xù)和阻抗不匹配。阻抗不連續(xù)，信號(hào)在傳輸線(xiàn)末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒(méi)有，信號(hào)在這個(gè)地方就會(huì)引起反射，如圖1所示。這種信號(hào)反射的原理，與光從一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)要引起反射是相似的。消除這種反射的方法，就必須在電纜的末端跨接一個(gè)與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續(xù)。由于信號(hào)在電纜上的傳輸是雙向的，因此，在通訊電纜的另一端可跨接一個(gè)同樣大小的終端電阻從理論上分析，在傳輸電纜的末端只要跨接了與電纜特性阻抗相匹配的終端電阻，就再也不會(huì)出現(xiàn)信號(hào)反射現(xiàn)象。但是，在實(shí)現(xiàn)應(yīng)用中，由于傳輸電纜的特性阻抗與通訊波特率等應(yīng)用環(huán)境有關(guān)，特性阻抗不可能與終端電阻完全相等，因此或多或少的信號(hào)反射還會(huì)存在。

 

引起信號(hào)反射的另個(gè)原因是數(shù)據(jù)收發(fā)器與傳輸電纜之間的阻抗不匹配。這種原因引起的反射，主要表現(xiàn)在通訊線(xiàn)路處在空閑方式時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)混亂。

 

信號(hào)反射對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?，歸根結(jié)底是因?yàn)榉瓷湫盘?hào)觸發(fā)了接收器輸入端的比較器，使接收器收到了錯(cuò)誤的信號(hào)，導(dǎo)致CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤或整個(gè)數(shù)據(jù)幀錯(cuò)誤。

 

在信號(hào)分析，衡量反射信號(hào)強(qiáng)度的參數(shù)是RAF（RefectionAttenuationFactor反射衰減因子）。它的計(jì)算公式如式（1）。

 

RAF=20lg（Vref/Vinc）（1）

 

式中：Vref-反射信號(hào)的電壓大??；Vinc-在電纜與收發(fā)器或終端電阻連接點(diǎn)的入射信號(hào)的電壓大小。

 

具體的測(cè)量方法如圖3所示。例如，由實(shí)驗(yàn)測(cè)得2.5MHz的入射信號(hào)正弦波的峰-峰值為+5V，反射信號(hào)的峰-峰值為+0.297V，則該通訊電纜在2.5MHz的通訊速率時(shí)，它的反射衰減因子為：RAF=20lg（0.297/2.5）=-24.52dB

 

要減弱反射信號(hào)對(duì)通訊線(xiàn)路的影響，通常采用噪聲抑制和加偏置電阻的方法。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于比較小的反射信號(hào)，為簡(jiǎn)單方便，經(jīng)常采用加偏置電阻的方法。在通訊線(xiàn)路中，如何通過(guò)加偏置電阻提高通訊可靠性的原理，后面將做詳細(xì)介紹。

 

第二個(gè)影響信號(hào)傳輸?shù)囊蛩厥切盘?hào)在電纜的傳輸過(guò)程中衰減。一條傳輸電纜可以把它看出由分布電容、分布電感和電阻聯(lián)合組成的等效電路。

 

電纜的分布電容C主要是由雙絞線(xiàn)的兩條平行導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生。導(dǎo)線(xiàn)的電阻在這里對(duì)信號(hào)的影響很小，可以忽略不計(jì)。信號(hào)的損失主要是由于電纜的分布電容和分布電感組成的LC低通濾波器。PROFIBUS用的LAN標(biāo)準(zhǔn)型二芯電感（西門(mén)子為DP總線(xiàn)選用的標(biāo)準(zhǔn)電纜），在不同波特率時(shí)的衰減系數(shù)。

 

 

影響通訊性能的第三個(gè)因素是純阻性負(fù)載（也叫直流負(fù)載）的大小。這里指的純阻性負(fù)載主要由終端電阻、偏置電阻和RS-485收發(fā)器三者構(gòu)成。

 

在敘述EIARS-485規(guī)范時(shí)曾提到過(guò)RS-485驅(qū)動(dòng)器在帶了32個(gè)節(jié)點(diǎn)，配置了150Ω終端電阻的情況下，至少能輸出1.5V的差分電壓。一個(gè)接收器的輸入電阻為12kΩ，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的等效電路如圖5所示。按這樣計(jì)算，RS-485驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載能力為：RL=32個(gè)輸入電阻并聯(lián)||2個(gè)終端電阻=（（12000/32）×（150/2））/（12000/32）+（150/2））≈51.7Ω

 

現(xiàn)在比較常用的RS-485驅(qū)動(dòng)器有MAX485、DS3695、MAX1488/1489以及和利時(shí)公司使用的SN75176A/D等，其中有的RS-485驅(qū)動(dòng)器負(fù)載能力可以達(dá)到20Ω。在不考慮其它諸多因素的情況下，按照驅(qū)動(dòng)能力和負(fù)載的關(guān)系計(jì)算，一個(gè)驅(qū)動(dòng)器可帶節(jié)點(diǎn)的最大數(shù)量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于32個(gè)。

 

 

在通訊波特率比較高的時(shí)候，在線(xiàn)路上偏置電阻是很有必要的。偏置電阻的連接方法。它的作用是在線(xiàn)路進(jìn)入空閑狀態(tài)后，把總線(xiàn)上沒(méi)有數(shù)據(jù)時(shí)（空閑方式）的電平拉離0電平。這樣一來(lái)，即使線(xiàn)路中出現(xiàn)了比較小的反射信號(hào)或干擾，掛接在總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)接收器也不會(huì)由于這些信號(hào)的到來(lái)而產(chǎn)生誤動(dòng)作。通過(guò)下面后例子了，可以計(jì)算出偏置電阻的大小：終端電阻Rt1=Rr2=120Ω；

 

假設(shè)反射信號(hào)最大的峰-峰值Vref≤0.3Vp-p，則負(fù)半周的電壓Vref≤0.15V;終端的電阻上由反射信號(hào)引起的反射電流Iref≤0.15/（120||120）=2.5mA。一般RS-485收發(fā)器（包括SN75176）的滯后電壓值（hysteresisvalue）為50mV，即：

 

（Ibias-Iref）×（Rt1||Rt2）≥50mV

 

于是可以計(jì)算出偏置電阻產(chǎn)生的偏置電流Ibias≥3.33mA

 

+5V=Ibias（R上拉+R下拉+（Rt1||Rt2））（2）

 

通過(guò)式2可以計(jì)算出R上拉=R下拉=720Ω

 

在實(shí)際應(yīng)用中，RS-485總線(xiàn)加偏置電阻有兩種方法：

 

（1）把偏置電阻平衡分配給總線(xiàn)上的每一個(gè)收發(fā)器。這種方法給掛接在RS-485總線(xiàn)上的每一個(gè)收發(fā)器加了偏置電阻，給每一個(gè)收發(fā)器都加了一個(gè)偏置電壓。

 

（2）在一段總線(xiàn)上只用一對(duì)偏置電阻。這種方法對(duì)總線(xiàn)上存在大的反射信號(hào)或干擾信號(hào)比較有效。值得注意的是偏置電阻的加入，增加了總線(xiàn)的負(fù)載。

 

 

在設(shè)計(jì)RS-485總線(xiàn)組成的網(wǎng)絡(luò)配置（總線(xiàn)長(zhǎng)度和帶負(fù)載個(gè)數(shù)）時(shí)，應(yīng)該考慮到三個(gè)參數(shù)：純阻性負(fù)載、信號(hào)衰減和噪聲容限。純阻性負(fù)載、信號(hào)衰減這兩個(gè)參數(shù)，在前面已經(jīng)討論過(guò)，現(xiàn)在要討論的是噪聲容限（NoiseMargin）。RS-485總線(xiàn)接收器的噪聲容限至少應(yīng)該大于200mV。前面的論述者是在假設(shè)噪聲容限為0的情況下進(jìn)行的。

 

在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高總線(xiàn)的抗干擾能力，總希望系統(tǒng)的噪聲容限比EIARS-485標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的好一些。從下面的公式能看出總線(xiàn)帶負(fù)載的多少和通訊電纜長(zhǎng)度之間的關(guān)系：Vend=0.8（Vdriver-Vloss-Vnoise-Vbias）（3）

 

其中：Vend為總線(xiàn)末端的信號(hào)電壓，在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定時(shí)規(guī)定為0.2V；Vdriver為驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓（與負(fù)載數(shù)有關(guān)。負(fù)載數(shù)在5～35個(gè)之間，Vdriver=2.4V；當(dāng)負(fù)載數(shù)小于5，Vdriver=2.5V；當(dāng)負(fù)載數(shù)大于35，Vdriver≤2.3V）；Vloss為信號(hào)在總線(xiàn)中的傳輸過(guò)程中的損耗（與通訊電纜的規(guī)格和長(zhǎng)度有關(guān)），由表1提供的標(biāo)準(zhǔn)電纜的衰減系數(shù)，根據(jù)公式衰減系數(shù)b=20lg（Vout/Vin）可以計(jì)算出Vloss=Vin-Vout=0.6V（注：通訊波特率為9.6kbps，電纜長(zhǎng)度1km，如果特率增加，Vloss會(huì)相應(yīng)增大）；Vnoise為噪聲容限，在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定時(shí)規(guī)定為0.1V；Vbias是由偏置電阻提供的偏置電壓（典型值為0.4V）。

 

式（3）中乘以0.8是為了使通信電纜不進(jìn)入滿(mǎn)載狀態(tài)。從式（3）可以看出，Vdriver的大小和總線(xiàn)上帶負(fù)載數(shù)的多少成反比，Vloss的大小和總線(xiàn)長(zhǎng)度成反比，其他幾個(gè)參數(shù)只和用的驅(qū)動(dòng)器類(lèi)型有關(guān)。因此，在選定了驅(qū)動(dòng)器的RS-495總線(xiàn)上，在通信波特率一定的情況下，帶負(fù)載數(shù)的多少，與信號(hào)能傳輸?shù)淖畲缶嚯x是直接相關(guān)的。具體關(guān)系是：

 

在總線(xiàn)允許的范圍內(nèi)，帶負(fù)載數(shù)越多，信號(hào)能傳輸?shù)木嚯x就越?。粠ж?fù)載數(shù)據(jù)少，信號(hào)能傳輸?shù)木嚯x就發(fā)越遠(yuǎn)。

 

 

電纜的分布電容主是由雙絞線(xiàn)的兩條平行導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生。另外，導(dǎo)線(xiàn)和地之間也存在分布電容，雖然很小，但在分析時(shí)也不能忽視。分布電容對(duì)總線(xiàn)傳輸性能的影響，主要是因?yàn)榭偩€(xiàn)上傳輸?shù)氖腔ㄐ盘?hào)，信號(hào)的表達(dá)方式只有“1”和“0”。在特殊的字節(jié)中，例如0x01，信號(hào)“0”使得分布電容有足夠的充電時(shí)間，而信號(hào)“1”到來(lái)時(shí)，由于分布電容中的電荷，來(lái)不及放電，（Vin+）-（Vin-）-還大于200mV，結(jié)果使接愛(ài)誤認(rèn)為是“0”，而最終導(dǎo)致CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤，整個(gè)數(shù)據(jù)幀傳輸錯(cuò)誤。

 

由于總線(xiàn)上分布影響，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤，從而使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能降低。解決這個(gè)問(wèn)題有兩種方法：

 

（1）降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈剩?/div>