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      關于RS485通訊
       

      RS-485標準回顧

          RS-485是一個電氣接口規范,它只規定了平衡驅動器和接收器的電特性,而沒有規定接插件、傳輸電纜和通信協議。RS-485標準定義了一個基于單對平衡線的多點、雙向(半雙工)通信鏈路,是一種極為經濟、并具有相當高噪聲抑制、傳輸速率、傳輸距離和寬共模范圍的通信平臺。RS-485接口的主要特點如下:

      ·         平衡傳輸

      ·         多點通信

      ·         驅動器輸出電壓(帶載):|1.5V|

      ·         接收器輸入門限:±200MV

      ·         7V+12V總線共模范圍

      ·         最大輸入電流:1.0MA/-0.8MA(12VIN/7VIN)

      ·         最大總線負載:32個單位負載(UL)

      ·         最大傳輸速率:10MBPS

      ·         最大電纜長度:4000英尺

      網絡配置

          RS-485支持半雙工或全雙工模式,網絡拓撲一般采用終端匹配的總線型結構,不支持環形或星型網絡。最好采用一條總線將各個節點串接起來,從總線到每個節點的引出線長度應盡量短,以便使引出線中的反射信號對總線信號的影響最低。但隨著通信距離的延長或通信速率的提高,其不良影響會越來越嚴重,主要原因是信號在各支路末端反射后與原信號疊加,造成信號質量下降。除此之外還應注意總線特性阻抗的連續性,在阻抗不連續點也會發生信號的反射。例如,總線的不同區段采用不同電纜、某一段總線上有過多收發器緊靠在一起安裝、或者是有過長分支線引出總線時都會出現阻抗不連續點?傊,應該提供一條單一、連續的信號通道作為總線。

          有關總線上允許連接的收發器數標準并沒有做出規定,但規定了最大總線負載為32個單位負載(UL)。每單位負載的最大輸入電流為1.0MA/-0.8MA,相當于約12KΩ。為了擴展總線節點數,器件生產廠商增大收發器輸入電阻。例如MAX487,MAX1487的輸入電阻增加至48 KΩ以上(1/4UL),節點數就可增加至128個,96 KΩ輸入電阻的MAX1483允許節點數可到256個。

          是否對RS-485總線進行終端匹配取決于數據傳輸速率、電纜長度及信號轉換速率。UART是在每個數據位的中點采樣數據的,只要反射信號在開始采樣時衰減到足夠低就可以不考慮匹配。有一條經驗性的準則可以用來判斷在什么樣的數據速率和電纜長度時需要進行匹配;當信號的轉換時間(上升或下降時間)超過電信號沿總線單向傳輸所需時間的3倍以上時就可以不加匹配。例如具有限斜率特性的RS-485接口MAX483輸出信號的上升或下降時間最小為250NS,典型雙絞線上的信號傳輸速率約為0.2M/NS24AWG  PVC電纜),那么只要數據速率在250KBPS以內、電纜長度不超過16,采用MAX483作為RS-485接口時就可以不加終端匹配。

          當考慮終端匹配時,有多種匹配方案可以選擇。最簡單的就是在總線兩端各接一只阻值等于電纜特性阻抗的電阻。大多數雙絞線特性阻抗大約在100Ω120Ω之間。這種匹配方法簡單有效,但有一個缺點,匹配電阻要消耗較大電流,對于功耗電量限制比較嚴格的系統不太適合。另外一種比較省電的匹配方案是RC匹配。利用一只電容C隔斷直流成分可以節省大部分功率。但電容C的取值是個難點,需要在功耗和匹配質量間進行折中。除上述兩種外,還有一種采用二極管的匹配方案。這種方案雖未實現真正的匹配,但它利用二極管的鉗位作用迅速削弱反射信號,達到改善信號質量的目的,節能效果顯著。

      RS-485/RS-232接口相比有何特點?

        由于RS-232接口標準出現較早,難免有不足之處,主要有以下幾點:

      1.    接口的信號電平值較高,易損壞接口電路的芯片,又因為與TTL 電平不兼容故需使用電平轉換電路方能與TTL電路連接。

      2.    傳輸速率較低,在異步傳輸時,波特率為20Kbps。

      3.    接口使用一根信號線和一根信號返回線而構成共地的傳輸形式,這種共地傳輸容易產生共模干擾,所以抗噪聲干擾性弱。

      4.    傳輸距離有限,最大傳輸距離標準值為50英尺,實際上也只能 用在50左右。

      5.    RS-232接口在總線上只允許連接1個收發器, 即單站能力。

      關于RS-485傳輸線路

          在使用RS-485接口時,對于特定的傳輸線經,從發生器到負載其數據信號傳輸所允許的最大電纜長度是數據信號速率的函數,這個長度數據主要是受信號失真及噪聲等影響所限制。最大電纜長度與信號速率的關系曲線是使用24AWG銅芯雙絞電話電纜(線 徑為0.51mm),線間旁路電容為52.5PF/M,終端負載電阻為100歐時所得出。(曲線引自GB11014-89附錄A)?芍,當數據信 號速率降低到90Kbit/S以下時,假定最大允許的信號損失為6dBV時,則電纜長度被限制在1200M。實際上,曲線是很保守的,在實 用時是完全可以取得比它大的電纜長度。當使用不同線徑的電纜.則取得的最大電纜長度是不相同的。例 如:當數據信號速率為600Kbit/S,采用24AWG電纜,最 大電纜長度是200m,若采用19AWG電纜(線徑為0.91mm)則電纜長度將可以大于200m;若采用28AWG 電纜(線徑為0.32mm)則電纜 長度只能小于200m。

        通訊線須采用國際上通行的屏蔽雙絞線。采用屏蔽雙絞線有助于減少和消除兩根485通信線之間產生的分布電容以及來自于通訊線周圍產生的共模干擾。工程商大都習慣采用5類網線或超5類網線作為485通信線,這是錯誤的。這是因為:

      1.    普通網線沒有屏蔽層,不能防止共模干擾。

      2.    網線只有0.2mm平方,線徑太細,會導致傳輸距離降低和可掛接的設備減少。

      3.    網絡線為單股的銅線,相比多芯線而言容易斷裂。

        RS485收發器在規定的共模電壓-7V+12V之間時,才能正常工作。如果超出此范圍會影響通訊,嚴重的會損壞通訊接口。共模干擾會增大上述共模電壓。消除共模干擾的有效手段之一是將485通訊線的屏蔽層用作地線,將機具、電腦等網絡中的設備地連接在一起,并由一點可靠地接入大地。

      關于RS-485接線方式

        星形結構會產生反射信號,從而影響到485通信?偩到每個終端設備的分支線長度應盡量短,一般不要超出5。分支線如果沒有接終端,會有反射信號,對通訊產生較強的干擾,應將其去掉。

        在同一個網絡系統中,使用同一種電纜,盡量減少線路中的接點。接點處確保焊接良好,包扎緊密,避免松動和氧化。保證一條單一的、連續的信號通道作為總線。

      如何消除線路的干擾

        485通信線由兩根雙絞的線組成,它是通過兩根通信線之間的電壓差的方式來傳遞信號,因此稱之為差分電壓傳輸。差模干擾在兩根信號線之間傳輸,屬于對稱性干擾。消除差模干擾的方法是在電路中增加一個偏值電阻,并采用雙絞線;共模干擾是在信號線與地之間傳輸,屬于非對稱性干擾。消除共模干擾的方法包括:

      1.    采用屏蔽雙絞線并有效接地;

      2.    強電場的地方還要考慮采用鍍鋅管屏蔽;

      3.    布線時遠離高壓線,更不能將高壓電源線和信號線捆在一起走線;

      4.    采用線性穩壓電源或高品質的開關電源(紋波干擾小于50mV)

        一般情況下不需要增加終端電阻,只有在485通信距離超過300的情況下,且使用效果明顯的情況下,要在485通訊的開始端和結束端增加終端電阻。

      如何延長485的通訊距離

        485網絡的規范之一是1.2公里長度,32個節點數。如果超出了這個限制,那么必須采用485中繼器或485集線器來拓展網絡距離或節點數。利用485中繼器或485集線器,可以將一個大型485網絡分隔成若干個網段。485中繼器或485集線器就如同485網段之間連接的橋梁。當然每個網段還是遵循上面的485規范,即1.2公里長度,32個節點數。