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1 UART#xff0c;RS232和RS485通信拓扑
2 什么是RS232
2.1 RS232标准的演变
2.2 RS232标准讲了哪些
2.2.1 RS232通信的电平
2.2.2 RS232通信的带宽
2.2.3 RS232通信距离
2.2.4 RS232通信的机械接口
3 什么是RS485
3.1 RS485标准的演变
3.2 RS485标准讲了哪些…目录
1 UARTRS232和RS485通信拓扑
2 什么是RS232
2.1 RS232标准的演变
2.2 RS232标准讲了哪些
2.2.1 RS232通信的电平
2.2.2 RS232通信的带宽
2.2.3 RS232通信距离
2.2.4 RS232通信的机械接口
3 什么是RS485
3.1 RS485标准的演变
3.2 RS485标准讲了哪些
3.2.1 RS485通信的电平
3.2.2 RS485通信的带宽
3.2.2 RS485通信距离
3.2.2 RS485通信拓扑
4 RS232和RS485的对比
5 MODUS协议与RS232和RS485的关系
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点击返回《嵌入式软件开发》专栏 1 UARTRS232和RS485通信拓扑
由于UART串口通信使用3.3/5V的TTL电平决定了其易受到干扰对信号线上的噪声缺乏免疫力带宽低仅适合超短距离通信。在嵌入式硬件开发中UART通信常被用于MCU与MCU之间MCU与外设芯片之间见图1-1。 图1-1
而RS232和RS485通过改变“传输的信号电平”和“传输介质的连接方式”来提高带宽提高传输距离和提高干扰性。在嵌入式硬件开发中RS232通信异步串行全双工通信常被用于MCU与MCU之间实现TTL电平的转换如,MAX232芯片进行“间接的UART通信”见图1-2。 图1-2
在嵌入式硬件开发中RS485通信异步串行半双工通信常被用于MCU与MCU之间实现TTL电平的转换如,MAX485芯片进行“间接的UART通信”见图1-3。 图1-3
2 什么是RS232
2.1 RS232标准的演变
RS232标准RSrecommended standard推荐标准是美国的电气工业协会EIAElectrical Industries Association创建了一个串行数据传输或通信的标准。它定义了数据终端设备DTEData Terminal Equipment和数据电路终端设备DCEData Circuit-Terminating Equipment之间数据传输的电气特性。
RS 232标准经历了几次修订
• EIA RS-232 (May 1960) Interface Between Data Terminal Equipment Data
• EIA RS-232-A (October 1963)
• EIA RS-232-B (October 1965)
• EIA RS-232-C (August 1969) Interface Between Data Terminal Equipment and Data Communication Equipment Employing Serial Binary Data Interchange
• EIA EIA-232-D (1986)
• TIA TIA/EIA-232-E (1991) Interface Between Data Terminal Equipment and Data Communications Equipment Employing Serial Binary Data Interchange
• TIA TIA/EIA-232-F (October 1997)
• ANSI/TIA-232-F-1997 (R2002)
• TIA TIA-232-F (R2012) RS 232标准的名称在其历史上发生了变化几次是由于赞助组织的原因。因此它被称为EIA RS-232、EIA 232以及最近的TIA 232。 与之对应的国标“GB/T 6107-2000 使用串行二进制数据交换的数据终端设备和数据电路终接设备之间的接口”。 2.2 RS232标准讲了哪些
2.2.1 RS232通信的电平 图2-1
Co是与发生器有关的总有效电容在接口点测量包括通往接口点的任何电缆。
V1是接口点的电压。
CL是在接口点测量的与接收器有关的总有效电容包括通往接口点的任何电缆。 RS-232是一个单端或不平衡的接口意味着一个单一的电信号与一个公共信号地相比较以确定二进制逻辑状态如图2-1所示
当两个RS232电平转换芯片之间当interchange circuit上的电压(V1)相对于电路AB的电压小于-3V时则应视为信号处于marking状态marking用二进制状态1表示。当两个RS232电平转换芯片之间当interchange circuit上的电压(V1)相对于电路AB的电压大于3V时则应视为信号处于spacing状态spacing用二进制状态0表示。在-3V~3V之间的区域被定义为过渡区域当电压处于这个过渡区域时信号状态是不确定的。 Notation Interchange Voltage Negative Positive Binary State 1 0 Signal Condition Marking Spacing Function OFF ON
注意
相对于信号地的发生器开路电压不得超过相对于地面的-25V~25V 图2-2
示波器下的波形 图2-3
2.2.2 RS232通信的带宽
TIA/EIA-232-F提供了最大的通信带宽波特率为20 kbps。 2.2.3 RS232通信距离
通信电缆介质是导线的最大长度没有规定但由以下电气要求决定
interchange circuit接收端的负载阻抗是在3V至15V的应用电压范围内定义的。它的直流电阻应不低于3000欧姆也不高于7000欧姆。interchange circuit接收端的有效并联电容CL包括电缆的电容在接口点测量不应超过2500皮法拉。负载阻抗的无功分量不得是感性的开路接收电压的大小不得超过2V。
RS-232能够在小于50英尺约15.24米的距离上以高达20K bps的数据速率运行。或者电缆长度等于2500 pF的电容这意味着使用低电容的电缆可以让你跨越更长的距离而不会超出标准的限制。例如如果使用UTP CAT-5电缆其典型电容为17 pF/ft允许的最大电缆长度为147英尺。
如果波特率降低2或4倍其最大长度就会急剧增加。TI德州仪器公司多年前曾在不同的波特率下做过一些实际实验以测试允许的最大电缆长度。请记住RS232标准最初是为20kbps开发的。通过将最大通信速度减半允许的电缆长度增加了10倍。 Baud rate Maximum cable length 19200 50英尺约15.24米 9600 500英尺约152.4米 4800 1000英尺约304.8米 2400 3000英尺约914.4米 2.2.4 RS232通信的机械接口
RS-232的机械实现是在一个25针的D-sub连接器上。 DTE连接器表面触点编号(male公头连接器) DTE连接器面的触点编号(female母头连接器) 3 什么是RS485
3.1 RS485标准的演变
RS-485是由RS-232发展而来它是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点而发布了RS-422定义了一种平衡通信接口将传输速率提高到10Mbps传输距离延长到4000英尺速率低于100kbps时并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准增加了多点、双向通信能力即允许多个发送器连接到同一条总线上同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性扩展了总线共模范围后命名为TIA/EIA-485-A标准。 3.2 RS485标准讲了哪些
3.2.1 RS485通信的电平 图3-1
G Generator发生器
L Stub Length存根长度
T Transceiver收发器
R Receiver接收器
RT Termination Resistor终端电阻
A、B和C点代表发生器接口点
A、B和C代表与接收器相关的接口点
A/AB/B和C/C代表与收发器相关的接口点。 图3-2
RS-485是一个平衡的接口意味着有两个偏置的电信号相比较(RS485接收器比较两条线之间的电压差而不是信号线上的绝对电压水平)以确定二进制逻辑状态如图3-2所示
a) 在二进制1OFF状态下信号发生器的A端相对于B端应是负的。
b) 在二进制0ON状态下信号发生器的A端相对于B端应是正的。 注意
在电压Via或Vib范围从-7.0V到12.0V而Vib或Via保持在0.0V接地的情况下所产生的输入电流lia或lib应被测量并保持在下图所示的阴影区域内为一个单位负载。电流与电压的实际曲线应始终有一个正斜率以降低由负输入电阻引起的振荡的可能性。 图3-3
示波器下的波形 图3-4 3.2.2 RS485通信的带宽
TIA/EIA-485-A提供了最大的通信带宽波特率为10 Mbps。 3.2.2 RS485通信距离
差分信号使RS485的通信距离比RS232长得多。使用RS485的最大传输距离约为1219米最大传输速率为10Mbps。
平衡双绞线的长度与传输速率成反比只有在20kbps速率以下才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般来说15米长双绞线最大传输速率仅为1Mbps。
注意并不是所有的RS-485收发器都能够支持高达10Mbps的通讯速率。如果采用光电隔离方式则通讯速率一般还会受到光电隔离器件响应速度的限制。 3.2.2 RS485通信拓扑
RS-485标准与RS-232标准不一样数据信号采用差分传输方式Differential Driver Mode也称作平衡传输。这决定了其只能用于半双工通信可以用于一个主机对若干个从机进行寻址见图3-6。 图3-5 直线和双绞线的噪声 图3-6 4 RS232和RS485的对比 标准 RS-232 RS-485 工作方式 单端 差分 运行模式 全双工 半双工 网络拓扑结构 点对点1收,1发 多点1发,32收 最大传输电缆长度 50英尺 4000英尺(约1200米) 最大传输速率 20Kbps 10Mbps 最大驱动输出电压 /-25V -7V12V 发送器输出信号电平(负载最小值) /-5V/-15V ±1.5V 发送器输出信号电平(空载最大值) /-25V ±6V 发送器负载阻抗(Ω) 3K7K 54 接收器输入电压范围 ±15V -7V12V 接收器输入门限 ±3V ±200mV 接收器输入电阻(Ω) 3K7K ≥12K 5 MODUS协议与RS232和RS485的关系
MODBUS是一种应用层的信息传输协议位于OSI模型的第7层它在不同类型的总线或网络上连接的设备之间提供client/server通信。而RS232和RS485是实现异步串行通信的第1层物理层标准。 它目前是通过以下方式实现的
Ethernet的TCP/IP。参见《MODBUS Messaging Implementation Guide V1 .0a》;通过各种介质的异步串行发送(有线EIA/TIA -232, EIA/TIA-485-A…。物理层和数据链路层标准参见《MODBUS over Serial Line Specification and Implementation Guide V1.02》;MODBUS PLUS一种高速token令牌传递网络。 与之对应的国标:
GB-T19582.1-2008基于Modbus协议的工业自动化网络规范第1部分:Modbus应用协议;
GB-T19582.2-2008基于Modbus协议的工业自动化网络规范第2部分:Modbus协议在串行链路上的实现指南;
GB-T19582.3-2008基于Modbus协议的工业自动化网络规范第3部分:Modbus协议在TCP/IP上的实现指南。
结尾
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