RS-485接口电路完全指南

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1、RS-485接口电路完全指南来源：21ic整理摘要：本设计指南讨论如何设计RS-485接口电路。文中讨论了平衡传输线标准的必要性，并给出了一个过程控制设计例子。文中还分标题讨论了线路负载、信号衰减、失效保护和电流隔离。1.为什么需要平衡传输线标准本文的重点在于工业最广泛使用的平衡传输线标准：ANSI/TIA/EIA-485-A(以下简称RS-485)。在回顾一些RS-485标准的关键方面后，通过一个工厂自动化例子，介绍实际项目中如何实施差分传输结构。远距离、高噪声环境下，计算机组件和外设之间的数据传输通常是困难的，如果

2、有可能的话，尽量使用单端驱动器和接收器。对于这种需要远距离通讯的系统，推荐使用平衡数字电压接口。RS-485是一个平衡(差分)数字传输线接口，是为了改善TIA/EIA-232(以下简称232)的局限性而开发出来的。RS-485具有以下特性：l通讯速率高–可达到50Mbits/sl通讯距离远–可达到1200米(注：100Kbps情况下)l差分传输–较小的噪声辐射l多驱动器和接收器在实际应用中，如果两个或更多计算机之间需要价格低廉、连接可靠的数据通讯，都可以使用RS-485驱动器、接收器或收发器。一个典型的例子是销售终端机

3、和中心计算机之间使用RS-485传输信息。使用双绞线传输平衡信号具有较低的噪声耦合，加上RS-485具有很宽的共模电压范围，所以RS-485允许高达50Mbit/s的速率通讯，或者在低速情况下具有数千米通讯距离。由于RS-485用途广泛，越来越多的标准委员会将RS-485标准作为它们通讯标准的物理层规范。包括ANSI的SCSI(小型计算机系统接口)、Profibus标准、DIN测量总线以及中国的的多功能电能表通讯协议标准DL/T645。平衡传输线标准RS-485于1983年开发，用于主机与外设之间的数据、时钟或控制线的

4、数据传输接口。标准仅规定了电气层，其它的像协议、时序、串行或并行数据以及链接器全部由设计者或更高层协议定义。最初，RS-485标准被定义为是对TIA/EIA-422标准(以下简称422)的灵活性方面升级。鉴于422仅是单工通讯(注：422使用两对差分通讯线，发送使用一对，接收使用一对，所以数据在一条线上是单向传输的)，RS-485允许在一对信号线上有多个驱动器和接收器，有利于半双工通讯(见图1)。和422一样，RS-485没有规定最大电缆长度，但是在使用24-AWG电缆、100kbps条件下，可以传输1.2km；RS-

5、485同样没有限制最大信号速率，而是由上升沿时间和位时间的比率限制，这和232相似。在大多数情况下，因为传输线效应和外界噪声影响，电缆长度比驱动器更能限制信号速率。2.系统设计注意事项2.1线负载在RS-485标准中，线负载要考虑线路终端和传输线上的负载。是否对传输线终端匹配取决于系统设计，也受传输线长度和信号速率的影响(一般情况下，低速短距离可以不进行终端匹配)。2.1.1传输线终端匹配可以将传输线划分为两种模型：分布式参数模型[1]和集总参数模型[2]。测试传输线属于哪种模型取决于信号的渡越(上升/下降)时间tt与

6、驱动器输出到线缆末端的传播时间tpd。如果2tpd≥tt/5，则传输线必须按照分布式参数模型处理，并且必须处理好传输线终端匹配;其它情况下，传输线看作节点参数模型，这时传输线终端匹配不是必须的。注1：分布式参数模型-电路中的电压和电流是时间的函数而且与器件的几何尺寸和空间位置有关。注2：集总参数模型-电路中任意两个端点间的电压和流入任一器件端点的电流完全确定，与器件的几何尺寸和空间位置无关。2.1.2单位负载概念挂接在同一RS-485通讯总线上的驱动器和接收器，其最大数量取决于它们的负载特性。驱动器和接收器的负载都是相

7、对单位负载而衡量的。RS-485标准规定一根传输总线上最多可以挂接32个单位负载。单位负载定义为：在12V共模电压环境中，允许通过稳态负载1mA电流，或者是在-7V共模电压环境中，允许通过稳态负载0.8mA电流。单位负载可能由驱动器、接收器和失效保护电阻组成，但不包括AC终端匹配电阻。图2给出了SN75LBC176A收发器单位负载计算的例子。因为这款设备将驱动器和接收器集成到一起构成了收发器(即驱动器输出和接收器输入连接到了同一根总线上)，因此很难分别获取驱动器泄漏电流和接收器输入电流。为了便于计算，将接收器输入阻抗看

8、作12kΩ并给收发器1mA电流。这可以代表一个单位负载，一跟传输总线上允许32个这样的负载。只要接收器的输入阻抗大于12kΩ，那么可以在一根传输总线上使用多于32个这样的收发器。2.2信号衰减和失真一个有用的常识是：在最大信号速率(单位：Hz)通讯的条件下，允许信号衰减-6dB。一般情况下，电缆供应商会提供信号衰减图表。图3所示的