RS-485总线扫盲之物理层

**1 **RS-485概述

RS-485和RS-232一样，都是串行通信标准，现在的标准名称是TIA485/EIA-485-A，但是人们会习惯称为RS-485标准，RS-485常用在工业、自动化、汽车和建筑物管理等领域。在EIA的标准系列中，RS485协议被认为是最通用的，在串口通讯的4个标准上均显示出良好的性能。

RS-485总线弥补了RS-232通信距离短，速率低的缺点，RS-485的速率可高达10Mbit/s，理论通讯距离可达1200米；RS-485和RS-232的单端传输不一样，是差分传输，使用一对双绞线，其中一根线定义为A，另一个定义为B。

**2 **RS-485物理层

RS-485的物理层负责在设备和物理传输介质之间传输原始数据。它处理电信号到数字数据的转换，同时定义电压、时序、数据速率等。

① 差分信号

长距离布线会有信号衰减，而且引入噪声和干扰的可能性更大，在线缆A和B上的表现就是电压幅度的变化，但是，采用差分线的好处就是，差值相减就会忽略掉干扰依旧能输出正常的信号，把这种差分接收器忽略两条信号线上相同电压的能力称为共模抑制。

图1

标准规定了，逻辑1：+2V to +6V；逻辑0：-6V to -2V。

RS-485不需要使用特定的总线电压，只看最小差分电压，在较长的电缆长度上，接收器接收到的电压可能会降低到+/- 200 mV，这对于RS-485仍然是完全可以接受的，这也是RS-485的优点之一。

图2

很多收发器的标准达到甚至超过TIA/EIA-485A规范，在实际使用中，以器件的SPEC参数为主，如下某收发器的负输入阈值最小也是-200mV。

图3

② 信号定义

RS485信号线定义

图4 DB9针公母头示意图

图5 DB9针引脚指示图

载波检测(CD) 此控制信号在调制解调器通知计算机它已检测到计算机可以用于数据传输的载波时使用。

接收数据(RXD) 这条线用于两个源之间的数据传输。一个例子是从调制解调器接收的数据传输到计算机。

传输数据(TXD) 这是实际承载传输数据的线路。

数据终端就绪(DTR) ，这是表明计算机已准备好进行传输的信号。

系统接地(GND) 是指与地面的物理连接，用于测量电路中电压的基线或用于返回电流的共享路径。

与DTR信号相比， 数据准备就绪(DSR) ，该信号通知计算机或终端调制解调器正在运行并且能够接收数据。

对于此信号，需要 发送请求(RTS) 正电压，以允许执行 发送请求(RTS) 。这表明在数据集和数据终端之间可以进行无干扰的传输。

在数据终端和调制解调器之间建立连接后， 清除发送(CTS) 发送此信号，以确认数据终端已确认可以开始通信。

振铃指示器(RI) 的作用是提醒运行数据集的调制解调器已检测到低频。该信号只是警告数据终端，而不会影响设备之间的数据传输。

引脚分配通过2和4个触点连接到DB9和DB25连接器

图6 是RS485引脚DB9连接器的RS485接线图

图7 是25针RS485引脚半双工和全双工引脚连接器的引脚图

DB25针的TxD +和TxD-线传输发送数据，而RxD +和RxD-线包含接收数据。由于差分信号原因，这些信号的传输距离更大。

RS485接口实现在更远的距离和更好的数据速率的性能上，比RS232协议传输方式更优越。最长10米的距离支持30-35 Mbps的传输速度。在长达1200米的距离上可以实现100Kbps的数据速率。RS485主要用于利用其平衡差分接口的多点配置中。

如RS485电缆引脚排列中所示，该接口具有差分配置的所有信号。

● CTS +和CTS-以及RTS +和RTS-信号都被用作握手控制信号。

●TxD +和TxD-执行数据传输。

●RxD +和RxD-是用于收集数据的行。

多点配置可将多达32个设备与一个控制主设备连接。VSAT NMS(网络管理系统)就是一个例子。在此实现中，在PC上运行的软件可以监视和控制各种子系统。其中包括MUX，调制解调器，RF上/下变频器以及其他网络组件。为了使这种类型的实施正常工作，在运行NMS应用程序的PC以及所有连接的子系统上，需要正确接线的RS485连接器。

RS485接口说明

RS485(EIA485)接口已被证明具有极强的鲁棒性，并且由于其多点拓扑结构而成为工业上最流行的通信协议。RS422协议与RS485的相似之处在于两者都使用差分信号进行数据传输。

RS485有两种类型：

● 半双工RS485具有2个触点

● 在全双工模式下使用RS485 4个触点。

当您需要能够同时发送和接收数据时，可以使用全双工模式。在半双工模式下，您只能在任何给定时间发送或接收数据。

线路上的电压范围为-7 V至+12V。

没有用于实现RS485协议的特定连接器类型，但是在大多数情况下，都使用DB9连接器或端子块。

特定的RS485连接器可能具有不同的引脚排列。您将能够根据设备随附的文档确定实际配置。

图8：用2个触点连接RS485设备——RS485引脚半双工分配

图9：用4个触点连接RS485设备——RS485引脚全双工分配

现在很多的RS-485转换器都是兼容RS-422的，所以看到很多转换器上面的信号都是T/R+、T/R-，即对应RS-485的A+和B-。

图10

对于DB9针型的母头，RS-485有如下的接线定义示意，Pin6~Pin9为N/A不接。

③拓扑结构

RS485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线拓扑结构，在同一总线上最多可以挂接32个节点。

RS-485总线同I2C，也是主从模式，支持点对点单从机模式，也支持多从机模式，不支持多主机模式。

图11