RS485接口、電纜、布網(wǎng)、終端電阻

RS485采用差分信號負邏輯，＋2V～＋6V表示“0”，- 6V～- 2V表示“1”。RS485有兩線(xiàn)制和四線(xiàn)制兩種接線(xiàn)，四線(xiàn)制只能實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，現很少采用，現在多采用的是兩線(xiàn)制接線(xiàn)方式，這種接線(xiàn)方式為總線(xiàn)式拓樸結構在同一總線(xiàn)上最多可以?huà)旖?2個(gè)結點(diǎn)。在RS485通信網(wǎng)絡(luò )中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機帶多個(gè)從機。很多情況下，連接RS-485通信鏈路時(shí)只是簡(jiǎn)單地用一對雙絞線(xiàn)將各個(gè)接口的“A”、“B”端連接起來(lái)。而忽略了信號地的連接，這種連接方法在許多場(chǎng)合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有二個(gè)原因：(1)共模干擾問(wèn)題： RS-485接口采用差分方式傳輸信號方式，并不需要相對于某個(gè)參照點(diǎn)來(lái)檢測信號，系統只需檢測兩線(xiàn)之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍，RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7～+12V，只有滿(mǎn)足上述條件，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )才能正常工作。當網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)路中共模電壓超出此范圍時(shí)就會(huì )影響通信的穩定可靠，甚至損壞接口。(2)EMI問(wèn)題：發(fā)送驅動(dòng)器輸出信號中的共模部分需要一個(gè)返回通路，如沒(méi)有一個(gè)低阻的返回通道（信號地），就會(huì )以輻射的形式返回源端，整個(gè)總線(xiàn)就會(huì )像一個(gè)巨大的天線(xiàn)向外輻射電磁波。

由于PC機默認的只帶有RS232接口，有兩種方法可以得到PC上位機的RS485電路：（1）通過(guò)RS232/RS485轉換電路將PC機串口RS232信號轉換成RS485信號，對于情況比較復雜的工業(yè)環(huán)境最好是選用防浪涌帶隔離珊的產(chǎn)品。（2）通過(guò)PCI多串口卡，可以直接選用輸出信號為RS485類(lèi)型的擴展卡。

RS485電纜

在一般場(chǎng)合采用普通的雙絞線(xiàn)就可以，在要求比較高的環(huán)境下可以采用帶屏蔽層的同軸電纜。在使用RS485接口時(shí)，對于特定的傳輸線(xiàn)路，從RS485接口到負載其數據信號傳輸所允許的最大電纜長(cháng)度與信號傳輸的波特率成反比，這個(gè)長(cháng)度數據主要是受信號失真及噪聲等影響所影響。理論上RS485的最長(cháng)傳輸距離能達到1200米，但在實(shí)際應用中傳輸的距離要比1200米短，具體能傳輸多遠視周?chē)h(huán)境而定。在傳輸過(guò)程中可以采用增加中繼的方法對信號進(jìn)行放大，最多可以加八個(gè)中繼，也就是說(shuō)理論上RS485的最大傳輸距離可以達到9.6公理。如果真需要長(cháng)距離傳輸，可以采用光纖為傳播介質(zhì)，收發(fā)兩端各加一個(gè)光電轉換器，多模光纖的傳輸距離是5~10公里，而采用單模光纖可達50公里的傳播距離。

RS485布網(wǎng)

網(wǎng)絡(luò )拓撲一般采用終端匹配的總線(xiàn)型結構，不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡(luò )。在構建網(wǎng)絡(luò )時(shí)，應注意如下幾點(diǎn)：

（1）采用一條雙絞線(xiàn)電纜作總線(xiàn)，將各個(gè)節點(diǎn)串接起來(lái)，從總線(xiàn)到每個(gè)節點(diǎn)的引出線(xiàn)長(cháng)度應盡量短，以便使引出線(xiàn)中的反射信號對總線(xiàn)信號的影響最低。有些網(wǎng)絡(luò )連接盡管不正確，在短距離、低速率仍可能正常工作，但隨著(zhù)通信距離的延長(cháng)或通信速率的提高，其不良影響會(huì )越來(lái)越嚴重，主要原因是信號在各支路末端反射后與原信號疊加，會(huì )造成信號質(zhì)量下降。

（2）應注意總線(xiàn)特性阻抗的連續性，在阻抗不連續點(diǎn)就會(huì )發(fā)生信號的反射。下列幾種情況易產(chǎn)生這種不連續性：總線(xiàn)的不同區段采用了不同電纜，或某一段總線(xiàn)上有過(guò)多收發(fā)器緊靠在一起安裝，再者是過(guò)長(cháng)的分支線(xiàn)引出到總線(xiàn)。

總之，應該提供一條單一、連續的信號通道作為總線(xiàn)。

在RS485組網(wǎng)過(guò)程中另一個(gè)需要主意的問(wèn)題是終端負載電阻問(wèn)題，在設備少距離短的情況下不加終端負載電阻整個(gè)網(wǎng)絡(luò )能很好的工作但隨著(zhù)距離的增加性能將降低。理論上，在每個(gè)接收數據信號的中點(diǎn)進(jìn)行采樣時(shí)，只要反射信號在開(kāi)始采樣時(shí)衰減到足夠低就可以不考慮匹配。但這在實(shí)際上難以掌握，美國MAXIM公司有篇文章提到一條經(jīng)驗性的原則可以用來(lái)判斷在什么樣的數據速率和電纜長(cháng)度時(shí)需要進(jìn)行匹配：當信號的轉換時(shí)間（上升或下降時(shí)間）超過(guò)電信號沿總線(xiàn)單向傳輸所需時(shí)間的3倍以上時(shí)就可以不加匹配。

一般終端匹配采用終端電阻方法， RS-485應在總線(xiàn)電纜的開(kāi)始和末端都并接終端電阻。終接電阻在RS-485網(wǎng)絡(luò )中取120Ω。相當于電纜特性阻抗的電阻，因為大多數雙絞線(xiàn)電纜特性阻抗大約在100～120Ω。這種匹配方法簡(jiǎn)單有效，但有一個(gè)缺點(diǎn)，匹配電阻要消耗較大功率，對于功耗限制比較嚴格的系統不太適合。另外一種比較省電的匹配方式是RC匹配。利用一只電容C隔斷直流成分可以節省大部分功率。但電容C的取值是個(gè)難點(diǎn)，需要在功耗和匹配質(zhì)量間進(jìn)行折衷。還有一種采用二極管的匹配方法，這種方案雖未實(shí)現真正的“匹配”，但它利用二極管的鉗位作用能迅速削弱反射信號，達到改善信號質(zhì)量的目的，節能效果顯著(zhù)。

終端電阻是為了消除在通信電纜中的信號反射在通信過(guò)程中，有兩種信號因導致信號反射：阻抗不連續和阻抗不匹配。
阻抗不連續，信號在傳輸線(xiàn)末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒(méi)有，信號在這個(gè)地方就會(huì )引起反射。這種信號反射的原理，與光從一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)要引起反射是相似的。消除這種反射的方法，就必須在電纜的末端跨接一個(gè)與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續。由于信號在電纜上的傳輸是雙向的，因此，在通訊電纜的另一端可跨接一個(gè)同樣大小的終端電阻。
引起信號反射的另個(gè)原因是數據收發(fā)器與傳輸電纜之間的阻抗不匹配。這種原因引起的反射，主要表現在通訊線(xiàn)路處在空閑方式時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )數據混亂。
要減弱反射信號對通訊線(xiàn)路的影響，通常采用噪聲抑制和加偏置電阻的方法。在實(shí)際應用中，對于比較小的反射信號，為簡(jiǎn)單方便，經(jīng)常采用加偏置電阻的方法。