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第12章RS-485通信协议及其实现方法

本章主要内容包括：

RS-485通信协议

常用RS-485转换芯片

单片机与RS-485接口电路

RS-485的典型应用

本章介绍了RS-485通信协议，包括协议的由来、电气特性等，另外介绍了常用RS-485转换芯片的原理及工作电路，并给出了单片机与RS-485接口的硬件电路，最后分析了RS-485总线负载能力与信号传输距离之间的关系及RS-485的组网、布线及接地等问题。

12.1RS-485通信协议概述

RS-232作为串行通信接口的电气标准，定义了数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)之间串行传输的接口信息，安排了接口的电气信号和机械要求，在世界范围内得到了广泛的应用。但随着社会的发展，其不足之处也日渐明显，比如接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，且与TTL电平不兼容，需使用电平转换电路方能与TTL电路连接；接口使用一根信号线和一根信号返回线构成共地的传输形式，易产生共模干扰，抗干扰能力弱；采用单端驱动非差分接收电路，因而传输距离不远（最大传输距离15m）并且传送速率不高（异步传输时最高速率为20kb/s），若进行远距离通信则须使用调制解调器（Modem）等等。在分布式控制系统中，数据传输距离通常介于近距离(＜20m)和远距离(＞2km)之间，这时RS-232无能为力，使用Modem则成本过高，因而RS-449、RS-422及RS-485等一系列串行通信接口标准便应运而生了，其中以RS-485应用最为广泛。

美国的电子工业协会（EIA）于1977年制定了RS-449标准，除了保留与RS-232兼容的特点外，还在提高传输速率，增加传输距离及改进电气特性等方面作了很大努力，并增加了10个控制信号。与RS-449同时推出的还有RS-422和RS-423，它们是RS-449的标准子集。另外，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，它是RS-422的变形。RS-422和RS-423是全双工的，而RS-485是半双工的。

RS-422标准定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到4000英尺（速率低于100kb/s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。RS-423标准规定采用单端驱动差分接收电路，其电气性能与RS-232几乎相同，并设计成可连接RS-232和RS-422。它一端可与RS-422连接，另一端则可与RS-232连接，提供了一种从旧技术到新技术过渡的手段。同时又提高了传输速率(最大为300Kb/s)和传输距离(最大为600m

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。RS-485为半双工的，当用于多站互连时可节省信号线，便于高速、远距离传送。许多智能仪器设备均配有RS-485总线接口，将它们联网也十分方便。

RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、传输电缆或应用层通信协议，在此基础上用户可以建立自己的应用层通信协议。下面对RS-485标准做简要介绍。

12.1.1RS-485串行接口标准

RS-485与RS-232不同，其采用了差分方式传输信号，因此在通信速率、传输距离、抗干扰性能等方面均有所提高。由于RS-422和RS-485标准原理基本相同，因此这里不再单独加以介绍。

1.平衡线驱动器

RS-485的数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线传输一个信号，将其中一根线定义为A，另一根线定义为B。若发送驱动器A、B之间的电平在+2V～+6V之间为正电平（逻辑1），A、B之间的电平在-2V～-6V之间为负电平（逻辑0）。另外有一个信号地C，如图12.1所示。图中有一个“使能”端（EN），这在RS-485中是必须的，而在RS-422中是可选的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻态。

RS-422andRS-485ApplicationNote.BBElectronicsManufacturingCompany.2006

图12.1平衡差分输出驱动器

2.平衡线接收器

RS-485的接收器也作了与发送端相对的规定。在使用时，收、发端通过平衡双绞线将AA与BB分别对应连接。当接收端AB之间有大于+200mV的电平时，输出正逻辑电平，小于-200mV时，输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6V之间。如图12.2