S-485

（1）基本概念

RS485總線傳輸協(xié)議是一種串行總線通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，RS485總線采用平衡發(fā)送，差分接收的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此具有抑制共模干擾的能力。RS485總線的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá) ，最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)1000米左右。RS485不是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式的總線結(jié)構(gòu)，而是分布式架構(gòu)，其總線能夠連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器。

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。RS-485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號(hào)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(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器。在RS232或RS485設(shè)備聯(lián)成的設(shè)備網(wǎng)中，如果設(shè)備數(shù)量超過2臺(tái)，就必須使用RS485做通訊介質(zhì)，RS485網(wǎng)的設(shè)備間要想互通信息只有通過“主（Master）”設(shè)備中轉(zhuǎn)才能實(shí)現(xiàn)，這個(gè)主設(shè)備通常是PC，而這種設(shè)備網(wǎng)中只允許存在一個(gè)主設(shè)備，其余全部是從（Slave）設(shè)備。

RS-485 （ EIA-485 標(biāo)準(zhǔn)）是RS-422的改進(jìn)，因?yàn)樗黾恿嗽O(shè)備的個(gè)數(shù)，從10個(gè)增加到32個(gè)，同時(shí)定義了在最大設(shè)備個(gè)數(shù)情況下的電氣特性，以保證足夠的信號(hào)電壓。有了多個(gè)設(shè)備的能力，你可以使用一個(gè)單個(gè)RS-485口建立設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。出色抗噪和多設(shè)備能力，在工業(yè)應(yīng)用中建立連向PC機(jī)的分布式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)、其他 數(shù)據(jù)收集 控制器、HMI或者其他操作時(shí)，串行連接會(huì)選擇RS-485。RS-485是RS-422的超集，因此所有的RS-422設(shè)備可以被RS-485控制。RS-485可以用超過4000英尺的線進(jìn)行串行通行。

為改進(jìn)RS232通信距離短、速率低的缺點(diǎn)，EIA在基于RS422的基礎(chǔ)上制定了RS485接口標(biāo)準(zhǔn)。RS485是平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力，它的最大傳輸距離為1200米，實(shí)際可達(dá)3000米，傳輸速率最高可達(dá)10Mbit/s。所以，一般在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，會(huì)廣泛采用RS-485串行通信。

RS-485采用半雙工工作方式，允許在簡單的一對(duì)屏蔽雙絞線上進(jìn)行多點(diǎn)、雙向通信，不過任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。

與RS232不同的是，RS485的工作方式是差分工作方式，所謂差分工作方式，是指在一堆雙絞線中，一條定義為A，一條定義為B。RS485采用差分信號(hào)負(fù)邏輯，+2V～+6V表示“0”，- 6V～- 2V表示“1”。RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制是全雙工通訊方式，兩線制是半雙工通訊方式。

RS485和RS232一樣都是基于串口的通訊接口，數(shù)據(jù)收發(fā)的操作是一致的，但是它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中通訊模式卻有著很大的區(qū)別，RS232接口為全雙工數(shù)據(jù)通訊模式，而RS485接口為半雙工數(shù)據(jù)通訊模式，數(shù)據(jù)的收發(fā)不能同時(shí)進(jìn)行，為了保證數(shù)據(jù)收發(fā)的不沖突，在RS485中還有一個(gè)使能端，使能端是用于控制發(fā)送驅(qū)動(dòng)器與傳輸線的切斷與連接，可以認(rèn)為是一個(gè)開關(guān)。當(dāng)開關(guān)即使能端信號(hào)為1時(shí)，信號(hào)就輸出，當(dāng)使能端信號(hào)是0時(shí)，信號(hào)就無法輸出。相應(yīng)也要求軟件上必須將收發(fā)的過程嚴(yán)格地分開。

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滿足所有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10Mbps。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100Kbps速率以下，才可能使用規(guī)定最長的電纜長度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長雙絞線最大傳輸速率僅為1Mbps。

RS485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般是兩線制（以前有四線制接法，只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用），多采用屏蔽雙絞線傳輸。這種接線方式為總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接32個(gè)結(jié)點(diǎn)。在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。很多情況下，連接RS-485通信鏈路時(shí)只是簡單地用一對(duì)雙絞線將各個(gè)接口的“A”、“B”端連接起來。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），與鍵盤連接的鍵盤接口RS485采用DB-9（針）

(2) RS-485引腳定義

RS-485的兩線制引腳定義：

RS-485的四線制引腳定義：

RS485標(biāo)準(zhǔn)物理接口也是9個(gè)引腳的，對(duì)于引腳定義有不同的標(biāo)識(shí)：

英式標(biāo)識(shí)為 TDA(-) 、TDB(+) 、RDA(-) 、RDB(+) 、GND

美式標(biāo)識(shí)為 Y 、Z 、 A 、 B 、 GND

中式標(biāo)識(shí)為 TXD(+)/A 、TXD(-)/B 、RXD(-) 、RXD(+)、GND

RS485兩線一般定義為：“A、B"或"Date+、Date-” ，也就是我們即常說的485+、485- 。

具體還要根據(jù)廠家的使用信號(hào)針腳而定，有的RS485也可能使用了RTS或DTR等針腳。其中支持RS485接口的芯片（MAX481,MAX483,MAX485,MAX487,MAX1487等）。

（3）通信

在 RS485 通信網(wǎng)絡(luò)中，通常會(huì)使用 485 收發(fā)器來轉(zhuǎn)換 TTL 電平和 RS485 電平。各路節(jié)點(diǎn)連接到 485 收發(fā)器上，而收發(fā)器通過差分線連接到網(wǎng)絡(luò)總線，串口控制器與收發(fā)器之間一般使用 TTL 信號(hào)傳輸，收發(fā)器與總線則使用差分信號(hào)來傳輸。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，串口控制器的 TX 信號(hào)經(jīng)過收發(fā)器轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)傳輸?shù)娇偩€上，而接收數(shù)據(jù)時(shí)，收發(fā)器把總線上的差分信號(hào)轉(zhuǎn)化成 TTL 信號(hào)通過 RX 引腳傳輸?shù)酱诳刂破髦?。通常在這些節(jié)點(diǎn)中只能有一個(gè)主機(jī)，剩下的全為從機(jī)。在總線的起止端分別加了一個(gè)120 歐的匹配電阻。

（4）硬件設(shè)計(jì)

RS485 與RS422 均采用差分平衡傳輸?shù)姆绞?，所以他們的電平方式，一般采用A、B 引腳的方式。
電平定義：
以U = A - B 的電壓值為劃分依據(jù)
發(fā)送端：邏輯1：+2V ~ +6V；邏輯0：-6V ~ -2V
接收端：邏輯1：>= 200mv；邏輯0：<= -200mv

信號(hào)電平轉(zhuǎn)換：
在單片機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，常把信號(hào)電平在TTL 與485 之間轉(zhuǎn)換，獲得良好的傳輸質(zhì)量，并使MCU更好的處理信號(hào)。
下圖是485通信的應(yīng)用電路設(shè)計(jì)：

3V3與+5V是兩組不共地的電源，一般用隔離型的DC-DC來實(shí)現(xiàn)。通過光耦隔離來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離傳輸，MAX485與MCU系統(tǒng)不共地，完全隔離則有效的抑制了高共模電壓的產(chǎn)生，大大降低485的損壞率，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。但也存在電路體積過大、電路繁瑣、分立器件過多，傳輸速率受光電器件限制等缺點(diǎn)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性也有一定影響。

RS485_DIR：為控制位，控制發(fā)送還是接收數(shù)據(jù)；

當(dāng)RS485_DIR=1（高電平時(shí)），光耦電路U3截止，/RE=1（無效），DE=1（有效），即發(fā)送數(shù)據(jù)；

當(dāng)RS485_DIR=0 （低電平時(shí)），光耦電路U3導(dǎo)通，/RE=0（有效），DE=0（無效），即接收數(shù)據(jù)；

MAX485芯片管腳定義：

RO ：串口接收端

DI ：串口傳輸端

/RE：485接收端

DE: 485發(fā)送端

（5） RS485通信缺點(diǎn)

RS485總線是一種常規(guī)的通信總線，它不能夠做總線的自動(dòng)仲裁，也就是不能夠同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)以避免總線競爭，所以整個(gè)系統(tǒng)的通信效率必然較低，數(shù)據(jù)冗余量較大，對(duì)于速度要求高的應(yīng)用場所不適應(yīng)用RS485總線。同時(shí)由于RS485總線上通常只有一臺(tái)主機(jī)，所以這種總線方式是典型的集中—分散型控制系統(tǒng)。一旦主機(jī)出現(xiàn)故障，會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的通信限于癱瘓狀態(tài)，因此做好主機(jī)的在線備份是一個(gè)重要措施。

RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)在多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓樸結(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接32個(gè)結(jié)點(diǎn)。在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。很多情況下，連接RS-485通信鏈路時(shí)只是簡單地用一對(duì)雙絞線將各個(gè)接口的“A”、“B”端連接起來。而忽略了信號(hào)地的連接，這種連接方法在許多場合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，有二個(gè)原因：

（1）共模干擾問題：RS-485接口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)來檢測信號(hào)，系統(tǒng)只需檢測兩線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，RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7～+12V，只有滿足上述條件，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。

（2）EMI問題：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)總線就會(huì)像一個(gè)巨大的天線向外輻射電磁波。

由于PC機(jī)默認(rèn)的只帶有RS232接口，有兩種方法可以得到PC上位機(jī)的RS485電路：

（1）通過RS232/RS485轉(zhuǎn)換電路將PC機(jī)串口RS232信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS485信號(hào)，對(duì)于情況比較復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境最好是選用防浪涌帶隔離珊的產(chǎn)品。（2）通過PCI多串口卡，可以直接選用輸出信號(hào)為RS485類型的擴(kuò)展卡。

因?yàn)椴捎脙删€制，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收都要用到這對(duì)差分信號(hào)線，發(fā)送和接收不能同時(shí)進(jìn)行，所以只能采用半雙工的方式工作。

（6）優(yōu)點(diǎn)

RS485標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用差分信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，兩線間的電壓差為+2v到+6v表示邏輯“1”，兩線間的電壓差為-2v到-6v表示邏輯“0”。使用差分信號(hào)能有效的減少噪音信號(hào)的干擾，延長通信距離，RS485的通信距離可以達(dá)到1500m，RS485接口信號(hào)的電平比RS232降低了，所以不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便地與TTL電路連接。

RS485采用兩線制，這種接線方式為總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在同一總線上，可以同時(shí)存在多個(gè)節(jié)點(diǎn)。

由于RS-485是從RS-422基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，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、都需要在傳輸線上接終接電阻等。RS-485可以采用二線與四線方式，二線制可實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙向通信。RS-485總線，在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用RS-485 串行總線標(biāo)準(zhǔn)。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(hào)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(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號(hào)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(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器。

RS-485使用該標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)能在遠(yuǎn)距離條件下以及電子噪聲大的環(huán)境下有效傳輸信號(hào)。RS-485使得連接本地網(wǎng)絡(luò)以及多支路通信鏈路的配置成為可能。

該標(biāo)準(zhǔn)允許連接多個(gè)收發(fā)器，即具有多站能力，這樣可以利用單一的RS485接口方便地建立起一個(gè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。

審核編輯 黃宇