RS485總線的標(biāo)準(zhǔn)

　　rs-485采用平衡發(fā)送和差分接收方式實(shí)現(xiàn)通信：發(fā)送端將串行口的ttl電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)a，b兩路輸出，經(jīng)過(guò)線纜傳輸之后在接收端將差分信號(hào)還原成ttl電平信號(hào)。由于傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，所以有極強(qiáng)的抗共模干擾的能力，總線收發(fā)器靈敏度很高，可以檢測(cè)到低至200mv電壓。故傳輸信號(hào)在千米之外都是可以恢復(fù)。rs-485最大的通信距離約為1219m，最大傳輸速率為10mb/s，傳輸速率與傳輸距離成反比，在100kb/s的傳輸速率下，才可以達(dá)到最大的通信距離，如果需傳輸更長(zhǎng)的距離，需要加485中繼器。rs-485采用半雙工工作方式，支持多點(diǎn)數(shù)據(jù)通信。rs-485總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)。即采用一條總線將各個(gè)節(jié)點(diǎn)串接起來(lái)，不支持環(huán)形或星型網(wǎng)絡(luò)。如果需要使用星型結(jié)構(gòu)，就必須使用485中繼器或者485集線器才可以。rs-485總線一般最大支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果使用特制的485芯片，可以達(dá)到128個(gè)或者256個(gè)節(jié)點(diǎn)，最大的可以支持到400個(gè)節(jié)點(diǎn)。

　　RS-485總線芯片的選型

　　RS-485總線芯片的選型RS-485接口已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器、儀表、多媒體網(wǎng)絡(luò)、機(jī)電一體化產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域?？捎糜赗S-485接口的芯片種類也越來(lái)越多。如何在種類繁多的接口芯片中找到最合適的芯片，是擺在每一個(gè)使用者面前的一個(gè)問(wèn)題。RS-485接口在不同的使用場(chǎng)合，對(duì)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(jì)上應(yīng)考慮哪些因素，下面將給出這方面的一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

　　節(jié)點(diǎn)數(shù)

　　所謂節(jié)點(diǎn)數(shù)，即每個(gè)RS-485接口芯片的驅(qū)動(dòng)器能驅(qū)動(dòng)多少個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS-485負(fù)載。根據(jù)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)RS-485接口的輸入阻抗為≥12kΩ，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為32。為適應(yīng)更多節(jié)點(diǎn)的通信場(chǎng)合，有些芯片的輸入阻抗設(shè)計(jì)成1/2負(fù)載（≥24kΩ）、1/4負(fù)載（≥48kΩ）甚至1/8負(fù)載（≥96kΩ），相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)可增加到64、128和256。下圖為一些常見(jiàn)芯片的節(jié)點(diǎn)數(shù)。

　　半雙工和全雙工

　　RS-485接口可連接成半雙工和全雙工兩種通信方式。半雙工通信的芯片有SN75176、SN75276、SN75LBC184、MAX485、MAX1487、MAX3082、MAX1483等；全雙工通信的芯片有SN75179、SN75180、MAX488~MAX491、MAX1482等。

　　（半雙工通信方式）

　?。ㄈp工通信方式）

　　抗雷擊和抗靜電沖擊

　　RS-485接口芯片在使用、焊接或設(shè)備的運(yùn)輸途中都有可能受到靜電的沖擊而損壞。在傳輸線架設(shè)于戶外的使用場(chǎng)合，接口芯片乃至整個(gè)系統(tǒng)還有可能遭致雷電的襲擊。選用抗靜電或抗雷擊的芯片可有效避免此類損失，常見(jiàn)的芯片有MAX485E、MAX487E、MAX1487E等。尤其是SN75LBC184，它不但能抗雷電的沖擊而且能承受高達(dá)8kV的靜電放電沖擊。

　　限斜率驅(qū)動(dòng)

　　由于信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電磁干擾和終端反射，使有效信號(hào)和無(wú)效信號(hào)在傳輸線上相互迭加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使通信無(wú)法正常進(jìn)行。為解決這一問(wèn)題，某些芯片的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)成限斜率方式，使輸出信號(hào)邊沿不要過(guò)陡，以不致于在傳輸線上產(chǎn)生過(guò)多的高頻分量，從而有效地扼制干擾的產(chǎn)生。如MAX487、SN75LBC184等都具有此功能。

　　故障保護(hù)

　　一些RS-485芯片采用故障保護(hù)技術(shù)，如SN75276、MAX3080~MAX3089。什么是故障保護(hù)，為什么要有故障保護(hù)，如果沒(méi)有故障保護(hù)會(huì)產(chǎn)生什么后果？

　　眾所周知，RS-485接口采用的是一種差分傳輸方式，各節(jié)點(diǎn)之間的通信都是通過(guò)一對(duì)（半雙工）或兩對(duì)（全雙工）雙絞線作為傳輸介質(zhì)。根據(jù)RS-485的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，接收器的接收靈敏度為±200mV，即接收端的差分電壓大于、等于+200mV時(shí)，接收器輸出為高電平；小于、等于-200mV時(shí)，接收器輸出為低電平；介于±200mV之間時(shí)，接收器輸出為不確定狀態(tài)。在總線空閑即傳輸線上所有節(jié)點(diǎn)都為接收狀態(tài)以及在傳輸線開(kāi)路或短路故障時(shí)，若不采取特殊措施，則接收器可能輸出高電平也可能輸出低電平。一旦某個(gè)節(jié)點(diǎn)的接收器產(chǎn)生低電平就會(huì)使串行接收器（UART）找不到起始位，從而引起通信異常，解決此類問(wèn)題的方法有兩種：

　?。?）使用帶故障保護(hù)的芯片，它會(huì)在總線開(kāi)路、短路和空閑情況下，使接收器的輸出為高電平。確?？偩€空閑、短路時(shí)接收器輸出高電平是由改變接收器輸入門限來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例如，MAX3080～MAX3089輸入靈敏度為-50mV/-200mV，即差分接收器輸入電壓UA－B≥-50mV時(shí)，接收器輸出邏輯高電平；如果UA－B≤-200mV，則輸出邏輯低電平。當(dāng)接收器輸入端總線短路或總線上所有發(fā)送器被禁止時(shí)，接收器差分輸入端為0V，從而使接收器輸出高電平。同理，SN75276的靈敏度為0mV/-300mV，因而達(dá)到故障保護(hù)的目的。

　?。?）若使用不帶故障保護(hù)的芯片，如SN75176、MAX1487等時(shí)，可在軟件上作一些處理，從而避免通信異常。即在進(jìn)入正常的數(shù)據(jù)通信之前，由主機(jī)預(yù)先將總線驅(qū)動(dòng)為大于+200mV，并保持一段時(shí)間，使所有節(jié)點(diǎn)的接收器產(chǎn)生高電平輸出。這樣，在發(fā)出有效數(shù)據(jù)時(shí)，所有接收器能夠正確地接收到起始位，進(jìn)而接收到完整的數(shù)據(jù)。

　　RS-485芯片的三個(gè)應(yīng)用電路

　　1、基本的RS485電路

　　上圖是最基本的RS485電路，R/D為低電平時(shí)，發(fā)送禁止，接收有效，R/D為高電平時(shí)，則發(fā)送有效，接收截止。上拉電阻R7和下拉電阻R8，用于保證無(wú)連接的SP485R芯片處于空閑狀態(tài)，提供網(wǎng)絡(luò)失效保護(hù)，提高RS485節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)的可靠性，R7，R8，R9這三個(gè)電阻，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用改變大小，特別是使用120歐或更小的終端電阻時(shí)，R9就不需要了，此時(shí)R7，R8使用680歐電阻。正常情況下，一般R7=R8=4.7K，R9不要。

　　圖中鉗位于6.8V的管V4，V5，V6，都是為了保護(hù)RS485總線的，避免受外界干擾，也可以選擇集成的總線保護(hù)原件。另外圖中的L1，L2，C1，C2為可選安裝原件，用于提高電路的EMI性能。

　　2、帶隔離的RS485電路

　　根本原理與基本電路的原理相似。使用DC-DC器件可以產(chǎn)生1組與微處理器電路完全隔離的電源輸出，用于向RS485收發(fā)器提供+5V電源。電路中的光耦器件速率會(huì)影響RS485電路的通信速率。上圖中選用了NEC的光耦PS2501，受其影響，該電路的通訊速率控制在19200bps下。

　　3、自動(dòng)切換電路

　　上圖中，TX，RX引腳均需要上拉電阻，這一點(diǎn)特別重要。

　　接收：默認(rèn)沒(méi)有數(shù)據(jù)時(shí)，TX為高電平，三極管導(dǎo)通，RE為低電平使能，RO收數(shù)據(jù)有效，MAX485為接收態(tài)。

　　發(fā)送：發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，TX會(huì)先有一個(gè)下拉的電平（起始位-由高向低），表示開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)，此時(shí)三極管截止，DE為高電平發(fā)送使能。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)“0”時(shí)，由于DI接口相當(dāng)于接地，此時(shí)數(shù)據(jù)“0”就會(huì)傳輸?shù)紸B扣，A-B《0，則傳輸“0”，完成低電平傳輸，當(dāng)發(fā)送“1”時(shí)，此時(shí)三極管導(dǎo)通，按理說(shuō)RO會(huì)使能，此時(shí)由于還處于發(fā)送數(shù)據(jù)中，這種狀態(tài)下MAX485處于高阻太，此時(shí)的狀態(tài)通過(guò)A上來(lái)，B下拉電阻決定，此時(shí)A-B》0傳輸“1”，完成高電平的傳輸。

　　RS-485應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

　　1、收發(fā)時(shí)序不匹配：

　　485是半雙工的通信，收發(fā)轉(zhuǎn)換是需要一定的時(shí)間的，所以一般在收發(fā)轉(zhuǎn)換之間，和每發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)之后，都要有相應(yīng)的延時(shí)，如果出現(xiàn)收發(fā)不正常、或第一幀數(shù)據(jù)之后就出現(xiàn)誤碼現(xiàn)象，則可以適當(dāng)?shù)脑黾右幌卵訒r(shí)時(shí)間，以觀問(wèn)題是否解決。

　　2、R0接上拉電阻：

　　異步通信數(shù)據(jù)以字節(jié)的方式傳送，在每一個(gè)字節(jié)傳送之前，先要通過(guò)一個(gè)低電平起始位實(shí)現(xiàn)握手。為防止干擾信號(hào)誤觸發(fā)RO（接收器輸出）產(chǎn)生負(fù)跳變，使接收端MCU進(jìn)入接收狀態(tài)，建議RO外接10kΩ上拉電阻。

　　3、合理選用芯片。

　　例如，對(duì)外置設(shè)備為防止強(qiáng)電磁（雷電）沖擊，建議選用TI的75LBC184等防雷擊芯片，對(duì)節(jié)點(diǎn)數(shù)要求較多的可選用SIPEX的SP485R。此外經(jīng)我們實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，ADI的非隔離型485芯片ADM487E、隔離型芯片ADM2483、ADM2587在多節(jié)點(diǎn)、防雷擊方面也有著很好的表現(xiàn)。

　　RS-485布線施工的注意事項(xiàng)

　　485總線由于其布線簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠從而廣泛的應(yīng)用于視頻監(jiān)控，門禁對(duì)講，樓宇報(bào)警等各個(gè)領(lǐng)域中，但是，在485總線布線過(guò)程中由于有很多不完全準(zhǔn)確的概念導(dǎo)致出現(xiàn)很多問(wèn)題?，F(xiàn)在總結(jié)了一些常見(jiàn)的注意事項(xiàng)。

　　● 布線一定要布多股屏蔽雙絞線，多股是為了備用，屏蔽是為了出現(xiàn)特殊情況時(shí)調(diào)試，雙絞是因?yàn)?85通訊采用差模通訊原理，雙絞的抗干擾性最好。

　　● 因?yàn)镽S-485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)一般只需二根連線，所以RS-485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。485+和485-數(shù)據(jù)線一定要互為雙絞。不采用雙絞線，是極端錯(cuò)誤的。485總線一定要是手牽手式的總線結(jié)構(gòu)，堅(jiān)決杜絕星型連接和分叉連接。設(shè)備供電的交流電及機(jī)箱一定要真實(shí)接地，而且接地良好，有很多地方表面上有三角插座，其實(shí)根本沒(méi)有接地，要小心接地良好時(shí)，可以確保設(shè)備被雷擊、浪涌沖擊靜電累計(jì)時(shí)可以配合設(shè)備的防雷設(shè)計(jì)較好地釋放能量，保護(hù)485總線設(shè)備和相關(guān)芯片不受傷害，避免和強(qiáng)電走在一起，以免強(qiáng)電對(duì)其干擾。

　　● 現(xiàn)在市場(chǎng)上有很多設(shè)備都是用RS232接口與RS485接口，如果有一臺(tái)232接口的設(shè)備與一臺(tái)485接口的設(shè)備通信，那就需要一個(gè)轉(zhuǎn)換器，把232接口的設(shè)備的232信號(hào)轉(zhuǎn)換成485信號(hào)，然后再與485接口的設(shè)備通信，所以RS232轉(zhuǎn)RS485轉(zhuǎn)換器就成為485總線系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置。

　　● RS232轉(zhuǎn)RS485轉(zhuǎn)換器分為無(wú)源型，有源防雷型，有源防雷光隔離型。無(wú)源型485轉(zhuǎn)換器采用串口竊電技術(shù)供電，但是由于其體積小，很多保護(hù)電路不能做上去，導(dǎo)致對(duì)485設(shè)備以及電腦的保護(hù)不是很好。由于采用串口竊電技術(shù)，電源供給不足，導(dǎo)致負(fù)載較小。有源的轉(zhuǎn)換器除了實(shí)現(xiàn)232和485的轉(zhuǎn)換，還能保證兩者之間電氣隔離！因?yàn)?85的線路往往比較長(zhǎng)，線路上有干擾，采取隔離措施后即使485線路上有干擾也不會(huì)影響RS232接口。

　　● 485信號(hào)線不可以和電源線一同走線。在實(shí)際施工當(dāng)中，由于走線都是通過(guò)管線走的，施工方有的時(shí)候?yàn)榱藞D方便，直接將485信號(hào)線和電源線綁在一起，由于強(qiáng)電具有強(qiáng)烈的電磁信號(hào)對(duì)弱電進(jìn)行干擾，從而導(dǎo)致485信號(hào)不穩(wěn)定，導(dǎo)致通信不穩(wěn)定。

　　● 選擇使用普通的超五類屏蔽雙絞線即網(wǎng)線就可以。由于原材料價(jià)格上漲，導(dǎo)致現(xiàn)在市場(chǎng)上的線材魚龍混雜，有不良商人利用某種合金來(lái)頂替銅絲來(lái)做網(wǎng)線，在外面鍍銅以蒙混客戶。具體區(qū)別方法：看網(wǎng)線截面，如果是銅色的話，就是銅絲，如為白色，則是用合金以次充好。合金一般比較脆，容易斷，而且導(dǎo)電性遠(yuǎn)不如銅絲，很容易在工程施工中造成問(wèn)題。線材一般那建議選擇標(biāo)準(zhǔn)的485線，其為屏蔽雙絞線，傳輸線不是像網(wǎng)線那樣為單股的銅絲，而是多股銅絲絞在一起形成一根線，從而即使某根小銅絲斷掉，也不會(huì)影響整個(gè)的使用。

　　● 485布線借助485集線器和485中繼器可以任意布設(shè)成星型接線與樹形接線。485布線規(guī)范是必須要手牽手的布線，一旦沒(méi)有借助485集線器和485中繼器直接布設(shè)成星型連接和樹形連接，很容易造成信號(hào)反射導(dǎo)致總線不穩(wěn)定。很多施工方在485布線過(guò)程中，使用了星型接線和樹形接線，有的時(shí)候整個(gè)系統(tǒng)非常穩(wěn)定，但是有的時(shí)候則總是出現(xiàn)問(wèn)題，又很難查找原因，一般都是由于不規(guī)范布線所引起的。

　　● 485總線必須要接地。在很多技術(shù)文檔中，都提到485總線必須要接地，但是沒(méi)有詳細(xì)的提出如何接地。嚴(yán)格的說(shuō)，485總線必須要單點(diǎn)可靠接地。單點(diǎn)就是整個(gè)485總線上只能是有一個(gè)點(diǎn)接地，不能多點(diǎn)接地，因?yàn)閷⑵浣拥厥且驗(yàn)橐獙⒌鼐€（一般都是屏蔽線作地線）上的電壓保持一致，防止共模干擾，如果多點(diǎn)接地適得其反。可靠接地時(shí)整個(gè)485線路的地線必須要有良好的接觸，從而保證電壓一致，因?yàn)樵趯?shí)際施工中，為了接線方便，將線剪成多段再連接，但是沒(méi)有將屏蔽線作良好的連接，從而使得其地線分成了多段，電壓不能保持一致，導(dǎo)致共模干擾。