Transceiver MAXIM pentru interfețe industriale - prezentare generală a noilor produse. Interfețe fizice RS485 și RS422 Care este diferența dintre rs232 și rs485

24.05.2020

Acest articol oferă o introducere în interfețele RS-422 și RS-485 și explică de ce ați putea dori să le utilizați în proiectele dvs.

Informații conexe

De ce și cum să folosiți semnalizarea diferențială
Tehnologie de tamponare dublă UART cu întreruperi

Cei mai mulți dintre noi sunt familiarizați cu RS-232, un standard de încredere, dar incomod, care este asociat pentru totdeauna cu amintirile noastre despre portul serial din ce în ce mai învechit de pe computer. Este posibil să fiți mai puțin familiarizați cu RS-422 și RS-485, care sunt într-adevăr (după cum sugerează și numele) legate de RS-232.

Cu toate acestea, nu faceți greșeala de a crede că aceste standarde mai noi împărtășesc caracteristicile care fac ca RS-232 să fie atât de incompatibil cu cele moderne. sisteme electronice. RS-422 și RS-485 sunt îmbunătățiri majore ale temei RS-232; ambele pot fi alegere buna pentru următorul canal de comunicare digitală.

În primul rând, RS-422 sau RS-485

Aceste două standarde sunt de obicei grupate împreună, deoarece au atât de multe în comun. Dar, desigur, nu sunt identice, iar dispozitivele RS-422 și RS-485 nu sunt complet interschimbabile. În primul rând, voi vorbi despre diferențele semnificative dintre aceste două standarde. Apoi, în restul articolului, putem face o simplificare referindu-ne la ele ca „RS-422/485”.

Atât RS-422, cât și RS-485 vă permit să utilizați mai multe dispozitive pe o magistrală (adică nu sunteți limitat la un transmițător și un receptor). Cu toate acestea, RS-422 poate fi folosit doar pentru multi-abonat anvelope, adică o pereche diferențială poate avea mai multe receptoare, dar un singur transmițător.

Numărul maxim de receptoare pe o magistrală RS-422 cu două fire este de 10 (ei bine, un fel de... vezi discuția despre „încărcările unitare” de mai jos).

Pe de altă parte, cu RS-485 poți avea real multipunct un sistem în care „punct” în loc de „abonat” înseamnă că o pereche diferențială poate suporta mai multe transmițătoare, precum și mai multe receptoare.

De asemenea, RS-485 mărește capacitatea magistralei la 32 de dispozitive.

(De fapt, nu este atât de simplu - standardul specifică un maxim de 32 de „încărcări unitare”, dar puteți conecta mult mai mult de 32 de dispozitive folosind cipuri RS-485, care reprezintă doar o mică parte din sarcina unității de pe magistrală. Este cam complicat, și sincer, acesta este punctul în care încep să-mi pierd interesul... Dar dacă ești mai persistent decât mine, poți citi detaliile.)

Busul RS-485 complet echipat oferă o interfață de înaltă performanță. În plus față de beneficiile discutate mai târziu în acest articol, puteți avea mai multe transceiver care împart aceleași două fire și orice dispozitiv de pe magistrală poate trimite date către orice alt dispozitiv de pe magistrală.

Un alt punct important este că RS-485 este o extensie importantă a RS-422. Cu alte cuvinte, RS-485 adaugă și îmbunătățește funcționalitatea, dar nu intră în conflict cu nimic din standardul RS-422. Astfel, un dispozitiv RS-485 poate fi folosit pe o rețea RS-422, dar dispozitivele RS-422 nu sunt neapărat compatibile cu o rețea RS-485 existentă.

Bazele

RS-422/485 este o interfață serială cu patru sau două fire, full-sau semi-duplex, diferențială, de viteză medie, care acceptă arhitectura de magistrală multi-drop (RS-422) sau multi-drop (RS-485). Iată câteva comentarii despre aceste caracteristici:

Imi place

Caracteristicile RS-422/485 - lungimi lungi ale cablurilor, rezistență la zgomot etc. - îl face o alegere excelentă pentru aplicații industriale. Cu toate acestea, o parte a obiectivului meu în acest articol este să demonstrez că RS-422/485 este o alegere bună pentru multe electronice și sisteme electromecanice, chiar dacă nu ai nevoie de tot funcţionalitate pe care el oferă. Opinia mea favorabilă despre RS-422/485 se bazează în primul rând pe trei considerente: ușurința de proiectare, mare sprijinîn fișele IC și note de aplicare, imunitate la zgomot.

Păstrați-o simplu

În ciuda anilor de experiență cu diferite protocoale de comunicații seriale, UART este încă preferatul meu. Este simplu și fiabil, necesită o interconectare minimă și nu m-aș mira să-l găsesc suportat de fiecare microcontroler de pe piață. Poate fi puțin primitiv, dar puteți oricând să scrieți firmware pentru a implementa orice control al fluxului, identificarea dispozitivului sau verificarea erorilor în aplicația dvs. specifică.

Oricum, ideea mea este că îmi place să folosesc UART ori de câte ori pot, iar RS-422/485 este un strat fizic excelent pentru comunicarea UART.

Asistență de specialitate

Încorporarea RS-422/485 în proiectul dvs. este ușoară: aproape tot ce aveți nevoie este un cip convertor/transceiver și există multe dintre care să alegeți. Aceste dispozitive convertesc semnalele logice standard în semnale diferențiale RS-422/485 și, de asemenea, se ocupă de restul detaliilor deranjante necesare pentru a atinge conformitatea RS-422/485. Și dacă nu sunteți sigur cum să vă proiectați exact magistrala de comunicații, veți găsi o mulțime de îndrumări în notele de aplicație și fișele de date.

În lumea modernă, foarte număr mare Echipamentele industriale operează prin interfețe fizice pentru comunicare.

Stratul fizic este un canal de comunicare și o metodă de transmitere a semnalului (nivelul 1 al modelului de interconectare sisteme deschise OSI).

Să ne uităm la mai multe interfețe populare: RS-485 și RS422

1. Interfață RS-485

RS-485(Standard recomandat 485), de asemenea EIA-485(Electronic Industries Alliance-485) este unul dintre cele mai comune standarde de nivel fizic pentru interfața de comunicare asincronă.

Denumirea standard: ANSI TIA/EIA-485-A:1998 Caracteristicile electrice ale generatoarelor și receptoarelor pentru utilizare în sisteme multipunct digitale echilibrate.

Standardul a câștigat o mare popularitate și a devenit baza pentru crearea unei întregi familii de rețele industriale, utilizate pe scară largă în automatizarea industrială.

Standardul RS-485 a fost dezvoltat în comun de două asociații:

Asociația Industriei Electronice (EIA - Asociația Industriei Electronice)

Asociația Industriei Telecomunicațiilor (TIA)

Anterior, EIA a etichetat toate standardele sale cu prefixul „ R.S."

Mulți ingineri continuă să folosească această denumire, dar EIA/TIA a înlocuit oficial „ R.S."pe" EIA/TIA„ pentru a facilita identificarea originii standardelor sale.

Standardul definește următoarele linii pentru transmisia semnalului:

A - neinversabilă

B - inversare

C - linie comună opțională (zero)

Deși definiția este clară, uneori apare confuzie cu privire la ce denumiri ("A" sau "B") ar trebui utilizate pentru o linie inversabilă și o linie neinversătoare. Pentru a evita această confuzie, se folosesc adesea notații alternative, de exemplu: „+” / „-”

O rețea construită pe interfața RS-485 constă din transceiver conectate folosind o pereche răsucită - două fire răsucite.

Interfața RS-485 se bazează pe principiul transmisiei diferențiale (echilibrate) de date. Esența sa este de a transmite un semnal pe două fire. Mai mult, un fir (condițional A) poartă semnalul original, iar celălalt (condițional B) poartă copia sa inversă. Cu alte cuvinte, dacă există un „1” pe un fir, atunci un „0” pe celălalt și invers. Astfel, există întotdeauna o diferență de potențial între cele două fire ale unei perechi răsucite: la „1” este pozitiv, la „0” este negativ.

Această diferență de potențial este cea care transmite semnalul.

RS-485 - interfață semi-duplex. Recepția și transmisia au loc pe o pereche de fire cu o separare de timp. Pot exista multe transmițătoare într-o rețea, deoarece acestea pot fi oprite în modul de recepție.

În ciuda faptului că interfața RS-485 este cu două fire, există o implementare cu patru fire.

În acest caz, interfața nu devine full duplex, este si half duplex.

Versiunea cu patru fire alocă un nod master, al cărui transmițător funcționează pe receptoarele tuturor celorlalți.

Emițătorul nodului principal este întotdeauna activ - nu are nevoie de o tranziție la a treia stare.

Emițătoarele nodurilor slave rămase trebuie să aibă ieșiri tristabile, acestea sunt combinate pe o magistrală comună cu receptorul nodului master. În versiunea cu două fire, toate nodurile sunt egale.

O rețea construită pe baza RS-485 acceptă până la 32 de dispozitive „încărcare unitară” conform standardului

Dispozitivele cu alte valori de „încărcare” sunt disponibile pe scară largă pe piață - 1/2 (adică deja 64 de dispozitive), 1/4 (128 de dispozitive) dintr-o unitate de sarcină.

La construirea unor astfel de linii, apar destul de multe dificultăți, așa că este necesar să aveți cunoștințele adecvate pentru a le proiecta.

2. Interfață RS-422

Interfața diferențială serială RS-422 (Standard recomandat 422) este foarte asemănătoare prin caracteristici cu o altă interfață de transfer de date din rețea - RS-485.

Ele pot fi compatibile electric între ele, dar există încă o serie de diferențe semnificative.

RS-422 este interfață complet duplex(full duplex), astfel încât datele pot fi transmise în ambele direcții simultan. De exemplu, confirmarea primirii pachetelor de date are loc simultan cu primirea pachetelor ulterioare.

Duplexarea este asigurată datorită faptului că se folosesc simultan două transceiver, dintre care unul funcționează pentru recepție, celălalt pentru transmisie.

În timp ce RS-485 este folosit pentru a organiza o rețea cu mulți abonați, RS-422 este de obicei folosit pentru a stabili transferul de date între două dispozitive pe distanțe lungi.

Acest lucru se datorează faptului că RS-422 acceptă crearea de rețele cu un singur master, în care un singur dispozitiv poate acționa ca transmițător, iar restul sunt capabili doar să primească un semnal.

Raza maximă de operare a interfeței RS-422 este exact aceeași cu cea a RS-485 și este de 1200 de metri.

Interfața RS-422 este folosită mult mai puțin frecvent decât RS-485 și, de regulă, nu pentru crearea unei rețele, ci pentru conectarea a două dispozitive pe distanțe lungi.

Fiecare transmițător RS-422 poate fi încărcat cu 10 receptoare.

2.1. Conectarea interfeței contorului Alpha A1800 cu interfață full duplex la modemRX.

Aceste contoare sunt conectate la modemul RX printr-o interfață RS422 cu 4 fire. Dar, în ciuda faptului că în documentația pentru acest contor, interfața se numește RS485 cu 4 fire, de fapt este RS422.

Contoarele au fost echipate cu un tip de interfață full-duplex până în 2008. Pe în acest moment Aproape toate aceste contoare sunt semi-duplex, dar pentru acuratețe este mai bine să verificați cu furnizorul sau producătorul.

3. Caracteristici

În ciuda asemănării interfețelor RS-485 și RS-422, acestea nu sunt compatibile între ele.

Nu puteți conecta dispozitive sau dispozitive cu alt tip de interfață la un dispozitiv cu un tip de interfață.

În acest articol ne vom uita la un standard utilizat pe scară largă pentru rețelele industriale. Vorbim despre interfața RS 485 Să vă prezentăm descrierea: caracteristici tehnice, precum și comparație cu alte două interfețe populare - RS 232, RS 422.

Interfața RS 485 (abreviere: Recommended Standard 485) este un standard de nivel fizic (mediu electric și fizic pentru transmiterea informațiilor) pentru o interfață asincronă (un nod de computer conceput pentru a organiza comunicarea cu alte componente electronice, dispozitive digitale). În literatura tehnică puteți găsi și următorul nume pentru interfața RS 485: Electronic Industries Alliance-485.

Acest standard reglează parametrii electrici ai unei linii de comunicație diferențială semi-duplex multipunct (tipul acesteia este „bus comun”). Astăzi, interfața este destul de populară în industriile relevante. Ce poți evidenția mai întâi? A devenit baza pentru crearea unui întreg complex-familie de rețele industriale care sunt utilizate în automatizarea industrială.

Acum referitor la numele dublu. Interfața RS 485 a fost dezvoltată ca rezultat al cooperării dintre două corporații: Asociația Industriei Telecomunicațiilor și Asociația Industrielor Electronice. Anterior, EIA folosea marcajul RS (tradus din engleză ca „standard recomandat”) pentru dezvoltarea sa.

Cu toate acestea, corporația a înlocuit ulterior acest prefix cu EIA/TIA pentru a face posibilă identificarea cu ușurință a creatorilor standardului. Dar totuși, mulți ingineri preferă să folosească marcajul RS anterior în articolele de lucru și tehnice.

Descrierea interfeței

Pentru a înțelege convertorul de interfață RS 485/RS 232 (pe acesta din urmă îl vom prezenta pe scurt la încheierea articolului), trebuie să cunoașteți parametrii de bază. Să ne uităm la cele mai importante:

Raza de acțiune și viteza. Interfața poate oferi transfer de informații la viteze de până la 10 Mbit pe secundă. Intervalul maxim aici va depinde de viteza.
Numărul de dispozitive conectate. Numărul de dispozitive conectate la o linie depinde de tipul de transceiver utilizat. Unul este proiectat pentru a controla 32 de receptoare de tip standard.
Conectori și protocoale. Standardul dezvoltat nu standardizează protocolul de schimb și formatele codurilor de informații. De ce sunt folosite adesea convertoarele de interfață RS 232/RS 485? Pentru a transmite octeți de informații, aici sunt utilizate cadre identice: biți de oprire și de pornire, biți de paritate și de date. În majoritatea sistemelor, protocoalele vor funcționa pe bază de master-slave. Cum arată? Unul dintre dispozitivele portbagaj este ales ca stăpân. Acesta inițiază schimbul prin trimiterea cererilor corespunzătoare către dispozitivele slave. Acestea din urmă diferă prin adrese logice.

Specificațiile interfeței

RS 485 este unul pereche răsucită fire, care este folosit pentru a primi și transmite date. În unele cazuri, este însoțit de un fir comun sau buclă de ecranare.

Datele sunt transmise aici folosind semnale diferențiate. Unul logic este diferența de tensiune dintre conductorii de aceeași polaritate, zero este, respectiv, diferența de tensiune dintre conductorii de cealaltă polaritate.

Ce este important de știut despre splitter-ul de interfață RS 485? Standardul în sine formează doar caracteristicile sale electrice și temporare (ale interfeței). Cu toate acestea, standardul nu va prevedea următoarele:

Tipuri de cabluri și conectori.
Protocol de schimb.
Diverse protocoale de calitate a semnalului (nivel normal de reflexii și distorsiuni în linii lungi).
Izolarea galvanică a liniei de comunicație.

Caracteristici temporare și electrice

Iată care sunt caracteristicile populare interfețe industriale RS 485 care sunt importante pentru ingineri:

Caracteristici pentru viteza de schimb de date, care determină lungimea întregii linii:

62,5 Kbps. - 1,2 mii de metri (se folosește o pereche răsucită).
375 Kbps. — 500 de metri (se folosește o pereche răsucită).
500 Kbps.
1000 Kbps.
2400 Kbps. - 100 de metri (se folosesc două perechi răsucite s).
10000 Kbps. - 10 metri.

Notă importantă pentru interfața RS 485 Standardul specifică doar următoarele viteze: 62,5 Kbps, 2400 Kbps, 375 Kbps. Pentru toate celelalte (mai mult de 500 Kbps), se recomandă utilizarea cablurilor perechi răsucite cu ecran.

Acum să trecem la cerințele stabilite pentru etapa de ieșire. Ar trebui să fie o sursă de tensiune cu rezistență scăzută: |U out|=1,5:5,0 V (nu mai puțin de 1,5 V și nu mai mult de 6,0 V). Acest lucru duce la următoarele:

Starea „1” logic: Ua este mai mică decât Ub - MARK, OFF. În acest caz, histerezisul este de 200 mV.
Stare logică „0”: Ua este mai mare decât Ub - SPACE, ON. Pentru acest caz, histerezisul este de asemenea de 200 mV. Trebuie spus că producătorii de dispozitive (drivere, microcircuite) aleg valori mai mici - histerezis de la 10 mV.
Etapa de ieșire trebuie să reziste la condiții scurt-circuitși au, de asemenea, cel mai mare curent de ieșire de 259 mA, circuite de limitare a puterii de ieșire și o rată de creștere a semnalelor de ieșire de 1,2 V/μs.

Când utilizați un splitter de interfață RS 485, este, de asemenea, important să fiți conștienți de cerințele specificate pentru etapa de intrare. Este o intrare diferențială cu impedanță de intrare mare. Caracteristicile sale de prag: de la +200 mV la -200 mV. Următoarele informații importante:

Semnalul de intrare este reprezentat de o tensiune diferenţială (Ui +0,2 V sau mai mult).
Domeniu acceptabil (față de masă) de tensiuni de intrare: interval de la -7 la +12 V.
Pentru a afla nivelurile receptorului etajului de intrare, ar trebui să vă referiți la starea emițătorului etajului de ieșire.

Caracteristicile semnalului

În timp ce vorbim despre conectarea RS 485, vom oferi și aceste informații. Pentru transmisia semnalului, standardul definește următoarele linii:

A non-inversoare.
inversarea V.
Zero, linie comună opțională C.

Standardul definește, de asemenea, următoarele:

V A este mai mare decât V B. Inegalitatea corespunde unui 0 logic. Aceasta este starea activă a magistralei.
V A este mai mică decât V B. Inegalitatea corespunde unui 1 logic. În consecință, aceasta este o stare de magistrală inactivă.

Aici, când se descrie stările magistralei, se va folosi logica inversă. Și logica semnalelor unipolare la ieșirea receptorului și intrarea emițătorului nu va fi determinată.

Deși definiția de mai sus este foarte clară, există adesea confuzii cu privire la modul de desemnare corectă a liniilor neinversoare și inversoare - A sau B. Pentru a evita acest lucru (când conectează RS 485), inginerii folosesc alte denumiri. De exemplu, „minus” și „plus”.

Dar, în același timp, majoritatea producătorilor încă aderă la cerințele standardului. Linia neinversoare este desemnată prin simbolul A. În consecință, nivelul ridicat al semnalului la intrarea emițătorului va corespunde stării V A > V B pe magistrală. De asemenea, inegalitatea va fi identică cu nivelul ridicat al semnalului observat la ieșirea receptorului.

Compensare și potrivire

Ce altceva este important de știut în continuarea subiectului despre splitter-ul RS 485? Vă sugerăm să atingeți și informații despre interferențele care pot apărea în linia de comunicație.

Și iată ce este important de știut despre distorsiuni. Când linia de comunicare este lungă, apar adesea efecte de linie lungă. Rădăcina problemei constă în proprietățile inductive și capacitive distribuite ale cablurilor. Ce iese până la urmă? Semnalul transmis liniei de către oricare dintre noduri începe să fie distorsionat în funcție de durata de propagare în ea (linia). Apar fenomene de rezonanță complexe.

Deoarece cablul de-a lungul lungimii sale are același design, aceiași parametri distribuiți de inductanță liniară și capacitate, această proprietate va fi caracterizat printr-un parametru special. Aceasta este rezistența la val.

Dacă la un capăt al cablului este conectat un rezistor cu o rezistență identică cu impedanța caracteristică a liniei, atunci, ca urmare, fenomenele de rezonanță vor deveni mult mai slabe. Numele unui astfel de rezistor este terminator. Pentru rețele precum RS 485, acesta este plasat la fiecare capăt al liniilor lungi, deoarece ambele părți pot primi. Impedanța caracteristică a celor mai populare perechi răsucite CAT5 este de 100 ohmi. Alte soiuri au valori de 150 ohmi sau mai mult. Și cabluri plate tip panglică - până la 300 ohmi.

În practică, valoarea rezistenței este aleasă să fie mai mare decât impedanța caracteristică, deoarece rezistența ohmică a cablului devine uneori atât de mare încât amplitudinea semnalului pe partea de recepție devine prea mică pentru o recepție stabilă. Aici se găsește un echilibru între distorsiunile de rezonanță și amplitudine, crescând ratingul terminatorului și reducând viteza interfeței.

Splitterele RS 485 sunt dispozitive utilizate pe scară largă. Din nou, ar trebui să știți că transmisia semnalului printr-un cablu cu pereche răsucită conectată este caracterizată de o altă sursă de distorsiune. Acest viteze diferite propagarea frecvenței joase și semnale de înaltă frecvență(acesta din urmă se va răspândi ceva mai repede).

Pentru a evita interferențele, linia de comunicație trebuie să ocolească succesiv toate transmițătoarele. Și încă un punct important. Cablul torsadat nu trebuie să aibă ramuri lungi (secțiuni de cablu pentru conectarea la nod). Excepție: utilizarea repetoarelor de interfață, rate scăzute de date (mai puțin de 9600 bps).

Dacă nu există un transmițător activ, nivelul semnalului în linii nu este determinat. Pentru a preveni o situație în care diferența dintre ieșirile B și A este mai mică de 200 mV (condiție nedefinită), polarizarea poate fi aplicată folosind circuite sau rezistențe speciale. Receptoarele vor începe să primească un semnal de interferență dacă starea liniilor nu este determinată. Pentru a le stabiliza și a începe recepția cu o calitate înaltă, se folosesc uneori transmisii de secvențe de servicii.

Caracteristici de conectare

Pe lângă convertoarele RS 485, aș dori să mă opresc mai detaliat asupra conexiunii. Pe baza acestei interfețe, se construiește o rețea locală care combină mai multe transceiver.

Cel mai important lucru aici este să conectați corect circuitele de semnal, desemnate A și B. Inversarea polarității nu va fi o greșeală teribilă. Dar în acest caz, dispozitivul va refuza să funcționeze.

Mediul de transmisie a semnalului este un cablu torsadat.
Capetele cablului trebuie conectate cu rezistențe terminale (în limita a 120 ohmi).
Rețeaua este așezată fără ramificații, conform topologiei magistralei.
Dispozitivele sunt conectate la cablu folosind fire de cea mai scurtă lungime.

Exemple de utilizare

Convertoarele RS 485 sunt comune în aplicațiile industriale. Să luăm în considerare și protocoalele de rețea care utilizează acest standard:

Control de legături de date la nivel înalt.
ModBus.
LanDrive.
IEC 60870-5.
DMX512.

Următoarele rețele industriale sunt construite pe baza RS 485:

ModBus.
LanDrive.
ProfiBus DP.

Domeniul de aplicare al convertorului de interfață RS 485 este larg. În acest paragraf, ne vom opri în detaliu asupra programării acelor aplicații pentru controlere care utilizează această interfață pentru comunicare:

Înainte de a începe trimiterea, emițătorul este oprit. Este necesar să se mențină o pauză, care este egală ca durată cu un cadru (sau o depășește), incluzând atât biții de pornire, cât și de oprire. De ce este bine asta? Receptorul va avea timp să se normalizeze și să fie complet pregătit pentru prima transmisie a cadrului de date.
După emiterea ultimului octet de informație, se recomandă de asemenea să așteptați o pauză înainte de a dezactiva transmițătorul. Cu ce este legat asta? Controlerele cu port serial au două registre: o ieșire de deplasare pentru ieșirea serial și o intrare pentru transmiterea informațiilor. O întrerupere a transmisiei este generată de controler numai atunci când registrul său de intrare este gol. Se pare că informațiile de aici au fost deja înscrise în registrul de schimburi, dar nu au fost încă emise. Prin urmare, trebuie să existe o pauză din momentul întreruperii până la dezactivarea emițătorului. Durata sa aproximativă este cu 0,5 biți mai mult decât un cadru. Pentru a calcula valorile exacte, trebuie să consultați documentația însoțitoare pentru controlerul portului serial.
Deoarece atât receptorul, cât și transmițătorul acestei interfețe sunt conectate la aceeași linie, apare o situație particulară. Receptorul aude transmisia de date de la propriul emițător. Dacă sistemul este caracterizat de acces aleatoriu la linie, atunci această caracteristică este utilizată pentru a verifica absența „coliziunilor” între două transmițătoare. Dacă sistemul funcționează pe principiul „master-slave”, pur și simplu este recomandat să închideți întreruperile de la receptor în timpul transmisiei.

Diferențele între interfețele RS 232, 422, 485

Să comparăm aceste standarde populare. Ceea ce unește interfețele RS 232, RS 485, RS 422 este faptul că acestea sunt utilizate pentru transmisie informatii digitale. În același timp, 232 este mai bine cunoscut ca portul COM al unui computer. Iar celelalte două sunt comune în mediile industriale pentru interconectarea diverselor echipamente.

Diferențele dintre RS 232 și RS 485 pot fi urmărite prin prezentarea caracteristicilor tehnice ale acestor interfețe. Să începem cu 232:

Lungime maximă: 15 metri la 9600 bps.
Contacte care sunt implicate în lucrare: TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, GND.
Topologie: punct la punct.
Numărul maxim de dispozitive conectate: unul.

Acum, în comparație RS 232, RS 485, RS 422, următoarea interfață. Acesta este 422:

Tip transmisie de date: full duplex.
Contacte care sunt implicate în lucrare: TxA, TxB, RxA, RxB, GND.
Topologie: punct la punct.
Numărul maxim de dispozitive conectate: unul (zece în modul recepție).

Convertoarele RS 232, RS 485 sunt comparate între ele scurtă descriere ultima interfață, cea principală din povestea noastră:

Tip de transmisie de date: half-duplex (adică două fire) sau full duplex (patru fire).
Lungime maximă: 1200 de metri la 9600 bps.
Contacte care sunt implicate în lucrare: DataA, DataB, GND.
Topologie: multipunct.
Numărul maxim de dispozitive conectate: 32 (cu repetoare, numărul acestora poate crește la 256).

Asta este tot ce am vrut să vă spunem despre interfața RS 485, care este utilizată pe scară largă astăzi în industrie pentru transmiterea de informații între dispozitive și echipamente. În unele caracteristici este similar cu standardele aferente, în altele (conectare, transfer de date, eliminarea interferențelor) diferă semnificativ de acestea.

Interfață RS 485: descriere pe site.

Viața noastră constă în lucruri mici de zi cu zi care ne afectează într-un fel sau altul bunăstarea, starea de spirit și productivitatea. Nu am dormit suficient - mă doare capul; Am băut cafea pentru a îmbunătăți situația și a mă înveseli – dar am devenit iritabil. Chiar vreau să prevăd totul, dar pur și simplu nu pot. În plus, toată lumea din jur, ca de obicei, oferă sfaturi: gluten în pâine - nu vă apropiați de el, vă va ucide; Un baton de ciocolată în buzunar este o cale directă către pierderea dinților. Colectăm cele mai populare întrebări despre sănătate, nutriție, boli și oferim răspunsuri la ele care vă vor permite să înțelegeți mai bine ce este bun pentru sănătatea dumneavoastră.

În aplicații industriale linii de date fără fir nu le va putea niciodată înlocui complet pe cele cu fir. Dintre acestea din urmă, cea mai comună și de încredere este încă interfața serială RS-485. Iar producătorul transceiver-urilor cele mai protejate de influențele externe și variate ca configurație și grad de integrare pentru el rămâne, la rândul său, compania Maxim Integrated.

În ciuda popularității în creștere rețele fără fir, cea mai fiabilă și stabilă comunicare, mai ales în condiții grele de funcționare, este asigurată de cele cu fir. Rețelele cu fir proiectate corespunzător fac posibilă implementarea comunicare eficientăîn aplicații și sisteme industriale control automatizat procesele de producție, oferind imunitate la interferențe, descărcări electrostatice și supratensiuni. Caracteristici distinctive Interfața RS-485 a dus la utilizarea sa pe scară largă în industrie.

Comparație între interfețele RS-485 și RS-422

Transceiver-ul RS-485 este cea mai comună interfață de nivel fizic pentru implementarea rețelelor seriale pentru medii dure în aplicații industriale și sisteme de automatizare a clădirilor. Acest standard de interfață serială oferă schimb de date de mare viteză pe o distanță relativ lungă pe o singură linie diferențială (pereche răsucită). Principala problemă cu utilizarea RS-485 în industrie și în sistemele de automatizare a clădirilor este că tranzitorii electrici care apar în timpul comutării rapide. sarcini inductive, descărcări electrostatice, precum și supratensiuni de impuls, care afectează rețelele sisteme automatizate controalele pot distorsiona datele transmise sau pot duce la eșecul acestora.

În prezent, există mai multe tipuri de interfețe de transfer de date, fiecare dintre acestea fiind proiectată pentru aplicații specifice, ținând cont de setul necesar de parametri și de structura protocolului. Interfețele de comunicație seriale includ CAN, RS-232, RS-485/RS-422, I2 C, I2 S, LIN, SPI și SMBus, dar RS-485 și RS-422 sunt încă cele mai fiabile, mai ales în condiții dure de operare.

Sunt similare din multe puncte de vedere, dar au unele diferențe semnificative care trebuie luate în considerare la proiectarea sistemelor de transmisie a datelor. Conform standardului TIA/EIA-422, interfața RS-422 este specificată pentru aplicații industriale cu un dispozitiv master magistrală de date la care pot fi conectate până la 10 dispozitive slave (Fig. 1). Oferă viteze de transmisie de până la 10 Mbit/s folosind un cablu torsadat, care îmbunătățește imunitatea la zgomot și atinge cea mai mare rază posibilă și viteză de transfer de date. Aplicațiile tipice pentru RS-422 sunt automatizarea proceselor (producția chimică, prelucrarea alimentelor, fabricile de hârtie), automatizarea producției complexe (industriile auto și de prelucrare a metalelor), sistemele de ventilație și aer condiționat, sistemele de securitate, controlul motoarelor și controlul mișcării obiectelor.

Orez. 1. Interfață RS-422 cu conectarea mai multor dispozitive de recepție la unul comun linie cu două fire comunicatii

RS-485 oferă o flexibilitate mai mare datorită capacității de a utiliza mai multe dispozitive master pe o magistrală comună, precum și creșterea numărului maxim de dispozitive pe magistrală de la 10 la 32. Conform standardului TIA/EIA-485, RS- Interfața 485 are mai mult o gamă largă de tensiune în mod comun (-7...12 V în loc de ± 7 V) și o gamă puțin mai mică de tensiune diferențială (± 1,5 V în loc de ± 2 V), ceea ce asigură un nivel suficient de semnalul receptorului la sarcina maximă a liniei. Folosind capabilitățile avansate ale magistralei de date multidrop, puteți crea rețele de dispozitive conectate la un singur port serial RS-485. Datorită imunității sale ridicate la zgomot și conectivității multi-drop, RS-485 este cea mai bună interfață serială pentru utilizarea în sistemele industriale distribuite care se conectează la un controler logic programabil (PLC), un controler grafic (HMI) sau alte controlere de achiziție de date. Deoarece RS-485 este o extensie a RS-422, toate dispozitivele RS-422 pot fi conectate la o magistrală controlată de un master RS-485. Aplicațiile tipice pentru RS-485 sunt similare cu cele enumerate mai sus pentru RS-422, cu utilizarea mai frecventă a RS-485 datorită capabilităților sale avansate.

RS-485 este cea mai populară interfață industrială

Standardul TIA/EIA-485 permite utilizarea RS-485 la o distanță de până la 1200 m La distanțe mai scurte, ratele de transfer de date sunt mai mari de 40 Mbit/s. Utilizarea unui semnal diferențial oferă interfeței RS-485 o rază mai mare, dar rata de transfer de date scade pe măsură ce lungimea liniei crește. Viteza de transfer de date este, de asemenea, afectată de aria secțiunii transversale a firelor de linie și de numărul de dispozitive conectate la aceasta. Dacă este necesar să se obţină atât raza lungă cât şi de mare viteză Pentru transmisia de date, se recomandă utilizarea transceiver-urilor RS-485 cu o funcție de egalizare de înaltă frecvență încorporată, de exemplu, MAX3291. Interfața RS-485 poate fi utilizată în modul half-duplex folosind o pereche de fire răsucite, sau în modul full-duplex cu transmisie și recepție simultană a datelor, care este asigurată prin utilizarea a două perechi răsucite (patru fire). Într-o configurație multidrop în modul half-duplex, RS-485 este capabil să accepte până la 32 de transmițătoare și până la 32 de receptoare. Cu toate acestea, circuitele integrate transceiver de generație mai nouă au o impedanță de intrare mai mare, ceea ce permite ca sarcina liniei receptorului să fie redusă cu 1/4 până la 1/8 din valoarea standard. De exemplu, folosind transceiver-ul MAX13448E, numărul de receptoare conectate la magistrala RS-485 poate fi crescut la 256. Cu interfața extinsă RS-485 multidrop, este posibilă conectarea în rețea diverse dispozitive, conectat la un port serial, așa cum se arată în Fig. 2.

Orez. 2. Sistem transceiver semi-duplex multipunct utilizat în aplicații industriale

Sensibilitatea receptorului este de ±200 mV. Prin urmare, pentru a recunoaște un bit de date, nivelurile semnalului la punctul de conectare al receptorului trebuie să fie mai mari de +200 mV pentru zero și mai mici de -200 mV pentru unul (Figura 3). În acest caz, receptorul va suprima interferențele, al căror nivel este în intervalul de ±200 mV. Linia diferențială oferă, de asemenea, respingerea eficientă a modului comun. Impedanța minimă de intrare a receptorului este de 12 kOhm, tensiunea de ieșire a transmițătorului este în intervalul ± 1,5…± 5 V.

Orez. 3. Niveluri minime ale semnalului pe linia RS-485

Probleme asociate cu utilizarea unei interfețe seriale într-un mediu industrial

Dezvoltatorii de sisteme industriale se confruntă cu provocarea de a asigura o funcționare fiabilă în medii electromagnetice care pot deteriora echipamentele sau pot perturba operațiunile. sisteme digitale transfer de date. Un exemplu sisteme similare este control automat echipamente tehnologice la o întreprindere industrială automatizată. Controlerul care controlează procesul măsoară parametrii acestuia, precum și parametrii de mediu și transmite comenzi către actuatoare sau generează alarme. Controlerele industriale sunt, de regulă, dispozitive cu microprocesor a căror arhitectură este optimizată pentru a rezolva problemele unei întreprinderi industriale date. Liniile de transmisie de date punct la punct din astfel de sisteme sunt supuse unor interferențe electromagnetice puternice din mediu.

Convertoarele DC-DC utilizate în producția industrială funcționează cu tensiuni de intrare ridicate și oferă tensiuni izolate de intrare pentru a alimenta sarcina. Pentru alimentarea dispozitivelor sistem distribuit, care nu au o sursă de alimentare proprie, utilizează tensiuni de 24 sau 48 V DC. Sarcina terminală este alimentată de o tensiune de 12 sau 5 V, obținută prin conversia tensiunii de intrare. Sistemele care comunică cu senzori sau actuatori la distanță necesită protecție împotriva tranzitorii, interferențe electromagnetice și diferențe de potențial la masă.

Multe companii, cum ar fi Maxim Integrated, lucrează din greu pentru a se asigura că circuitele integrate pentru aplicații industriale sunt foarte fiabile și rezistente la medii electromagnetice dure. Transceiverele RS-485 de la Maxim au circuite încorporate de înaltă tensiune ESD și de protecție la supratensiune și pot fi schimbate la cald fără a pierde date pe linie.

Protecția sistemelor de transmisie a datelor de influențe externe negative

Protecție ESD îmbunătățită

Descărcarea electrostatică (ESD) apare atunci când două materiale încărcate opus vin în contact, ceea ce duce la transferul sarcinilor statice și formarea unei descărcări de scânteie. ESD apare adesea atunci când oamenii vin în contact cu obiectele din jur. Descărcări de scântei rezultate din manipularea neatentă dispozitive semiconductoare, le pot deteriora semnificativ caracteristicile sau pot duce la distrugerea completă a structurii semiconductoare. ESD poate apărea, de exemplu, atunci când înlocuiți un cablu sau pur și simplu atingeți un port I/O și duce la dezactivarea portului din cauza defecțiunii unuia sau mai multor cipuri de interfață (Fig. 4).

Orez. 4. Rezultatul impactului descărcării electrostatice asupra unui cristal de microcircuit cu un nivel de protecție insuficient

Orez. 5. Schema simplificată a circuitului de protecție ESD al portului I/O încorporat

Astfel de accidente pot duce la pierderi semnificative, deoarece cresc costul reparațiilor în garanție și sunt percepute de consumatori ca o consecință a calității scăzute a produsului. În producția industrială, ESD este o problemă serioasă care poate provoca pierderi de miliarde de dolari anual. În condiții reale de funcționare, ESD poate duce la defectarea componentelor individuale și, uneori, la defecțiunea întregului sistem. Diodele externe pot fi folosite pentru a proteja interfețele de date, dar unele circuite integrate de interfață conțin componente de protecție ESD încorporate și nu necesită circuite de protecție externe suplimentare. În fig. Figura 5 prezintă o diagramă funcțională simplificată a unui circuit integrat tipic de protecție ESD. Surgențele pe linia de semnal sunt limitate de circuitul de protecție a diodei la nivelul VCC și la sol și astfel protejează circuitele interne de deteriorare. Circuitele integrate de interfață și comutatoarele analogice fabricate în prezent cu protecție ESD încorporată respectă, în general, standardul IEC 61000-4-2.

Maxim Integrated a investit masiv în dezvoltarea circuitelor integrate cu protecție ESD robustă încorporată și este în prezent lider în transceiver-uri RS-232 până la RS-485. Aceste dispozitive sunt proiectate să reziste la impulsurile de testare ESD IEC 61000-4-2 și JEDEC JS-001 aplicate direct la porturile I/O. Soluțiile ESD de la Maxim sunt fiabile, accesibile, nu necesită componente externe suplimentare și sunt mai puțin costisitoare decât majoritatea concurenților. Toate cipurile de interfață produse de această companie conțin elemente încorporate care protejează fiecare pin de ESD care apar în timpul producției și al funcționării. Familia de transceiver MAX3483AE/MAX3485AE protejează ieșirile transmițătorului și intrările receptorului de supratensiuni de înaltă tensiune de până la ±20 kV. În același timp, funcționarea normală a produselor este menținută, nu este nevoie să opriți și să porniți din nou. În plus, funcțiile de protecție ESD încorporate asigură o funcționare la consum redus în timpul modurilor de pornire, oprire și standby.

Protecție la supratensiune

În aplicațiile industriale, intrările și ieșirile driverelor RS-485 sunt susceptibile la defecțiuni rezultate din supratensiuni. Parametrii supratensiunilor de supratensiune diferă de ESD - în timp ce durata ESD este de obicei în intervalul de până la 100 ns, durata supratensiunilor impulsului poate fi de 200 μs sau mai mult. Cauzele supratensiunilor pot fi erori de cablare, contacte proaste, cabluri deteriorate sau defecte și picături de lipire care pot forma o conexiune conductivă între liniile de alimentare și de semnal de pe placa de circuit imprimat sau în conector. Deoarece sistemele de alimentare industriale folosesc tensiuni mai mari de 24 V, expunerea transceiverelor standard RS-485 care nu au protecție la supratensiuni la astfel de tensiuni le va face să se defecteze în câteva minute sau chiar secunde. Pentru a proteja împotriva supratensiunilor de tensiune, microcircuitele convenționale de interfață RS-485 necesită costisitoare dispozitive externe, realizat pe componente discrete. Transceiverele RS-485 cu protecție la supratensiune încorporată pot rezista la zgomot în mod comun de până la ±40, ±60 și ±80 V pe linia de date Maxim produce linia de transceiver RS-485/RS-422 MAX13442E/MAX13444E. rezistă la tensiuni de intrare și ieșiri DC de până la ±80 V față de masă. Elementele de protecție funcționează indiferent de starea actuală a cipul - indiferent dacă este pornit, oprit sau în modul standby - făcând aceste transceiver-uri cele mai fiabile din industrie, ideale pentru aplicații industriale. Transceiver-urile Maxim rămân operaționale la supratensiuni cauzate de scurtcircuitarea liniilor de alimentare și de semnal, erori de cablare, conexiuni incorecte ale conectorilor, cabluri defecte și funcționare necorespunzătoare.

Rezistența receptorului la condiții incerte de linie

Caracteristica importanta Chipurile de interfață RS-485 sunt proiectate pentru a face receptoarele imune la condiții de linie nedefinite, ceea ce garantează că la ieșirea receptorului este setat un nivel logic ridicat atunci când intrările sunt deschise sau închise, precum și atunci când toate transmițătoarele conectate la linie intră în modul inactiv (starea de înaltă impedanță a ieșirilor). Problema receptorului care percepe corect semnalele de la o linie de date închisă este rezolvată prin deplasarea pragurilor semnalului de intrare la tensiuni negative de -50 și -200 mV. Dacă tensiunea diferențială de intrare a receptorului VA - VB este mai mare sau egală cu -50 mV - ieșirea R0 este setată nivel înalt. Dacă VA - VB este mai mic sau egal cu -200 mV, ieșirea R0 este setată la un nivel scăzut. Când toți transmițătoarele intră într-o stare inactivă și există o terminație în linie, tensiunea diferenţială de intrare a receptorului este aproape de zero, drept urmare ieșirea receptorului este setată la un nivel ridicat. În acest caz, marja de imunitate la zgomot la intrare este de 50 mV. Spre deosebire de transceiverele din generația anterioară, pragurile -50 și -200 mV corespund valorilor de ±200 mV specificate de standardul EIA/TIA-485.

Interschimbabil la cald

Orez. 6. Schema bloc simplificată a protecției intrării DE în timpul schimbului la cald

Distribuie la:
Interfața standard EIA RS232C este proiectată pentru comunicarea în serie a două
dispozitive. Este în general acceptat și utilizat pe scară largă în sistemele hardware cu
conectarea echipamentelor externe la computer personal. Interfață
RS/232C implică utilizarea unor transmițătoare „single-ended” și
receptori, în timp ce transmisia datelor se realizează folosind „asimetrice”
semnal de-a lungul a două linii - ТхD și RxD, iar amplitudinea semnalului este măsurată în raport cu linia
GND („zero”). O unitate logică corespunde unui interval de valori de amplitudine
semnal (tensiune) de la –12 la –3 V, zero logic – de la +3 la +12 V. Interval de la
–3 până la +3 V corespunde zonei moarte, care determină histerezisul receptorului.
Asimetria semnalului determină o imunitate scăzută la zgomot
interfață, în special cu interferențe industriale. Disponibilitatea liniilor de recepție (RxD) și transmisie
Datele (TxD) vă permit să acceptați transmisia de informații full-duplex, de ex.
informațiile pot fi atât transmise, cât și primite în același timp.

Avantaje - simplitate.

Dezavantaje - doar un dispozitiv este conectat la un port, raza de transmisie a semnalului fără gadgeturi suplimentare este de doar câțiva metri

Hardware-ul este metoda cea mai utilizată pentru controlul fluxului de date.
management. Pentru transmiterea corectă a datelor, este necesar ca receptorul să fie conectat
starea de pregătire pentru a primi informații. La metoda hardware management
Semnalul RTS/CTS este utilizat pentru a opri transmisia de date dacă
receptorul nu este pregătit să le primească. Controlul fluxului hardware oferă cel mai mult
răspuns rapid al emițătorului la starea receptorului.
La proiectarea sistemelor de automatizare industrială, cel mai bun
s-a răspândit retele de informatii, bazat pe interfața standard
EIA RS485. Spre deosebire de RS/232, această interfață asigură transmisia de date de la
folosind un semnal „simetric” (diferențial) pe două linii (A și B)
(vezi figura) și utilizarea unei linii suplimentare pentru egalizarea potențialului
împământarea dispozitivelor conectate la o rețea RS/485. Nivelul semnalului logic
determinată de diferența de tensiune pe linii (A - B), cu o unitate logică
corespunde unui interval de valori ale tensiunii de la +0,2 la +5 V și la zero logic - un interval
valori de la –0,2 la –5 V. Intervalul de la –0,2 la +0,2 V corespunde zonei moarte
receptor Când utilizați această interfață, lungimea maximă a liniei de comunicație între
dispozitivele extreme pot fi de până la 1200 m Mai mult, în cele mai îndepărtate
Se recomandă instalarea rezistențelor terminale de terminare la punctele de rețea unele de altele
(terminatoare) care vă permit să compensați impedanța caracteristică a cablului și
minimizați amplitudinea semnalului reflectat.

Rezistența rezistențelor de potrivire depinde de lungimea liniei și de numărul de dispozitive. Ar trebui să fie în intervalul de la 100 la 620 ohmi.

Ambele interfețe acceptă modul de transfer asincron. Date
sunt trimise în blocuri (cadre), al căror format este prezentat în Fig. 1.2. Transferul fiecăruia
cadrul începe cu un start/bit, semnalând receptorul despre începutul transmisiei, pt
urmat de biți de date și un bit de paritate. Finalizează trimiterea unui stop/bit, garantând
pauză între trimiteri.
Pentru modul asincron, sunt adoptate un număr de cursuri de schimb standard: 50, 75, 110, 150,
300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 bps. Numărul de biți de date
poate fi 5, 6, 7 sau 8 (formatele 5/ și 6/biți nu sunt foarte comune).
Numărul de opriri/biți poate fi 1, 1,5 sau 2 („un biți și jumătate” înseamnă doar
durata intervalului de oprire).

Capitol.