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RS-485串行数据通信协议及其应用

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串行数据通信的协议从RS-232到千兆位以太网，虽然每种协议都有特定的应用领域，但任何情况下我们都必须考虑成本和物理层(PHY)性能 。
本文主要介绍RS-485协议及该协议所适合的应用 。同时给出了根据电缆长度、系统设计以及元件选择来优化数据速率的方法 。
传输协议
什么是RS-485？Profibus又是什么？与其它串行协议相比，它们的性能如何？适用于哪些应用？为了回答这些问题，我们对RS-485物理层(PHY)、RS-232和RS-422的特性、功能进行了总体比较[1](本文中的RS表示ANSIEIA/TIA标准) 。
RS-232是一个最初用于调制解调器、打印机及其它PC外设的通讯标准，提供单端20kbps的波特率，后来速率提高至1Mbps 。RS-232的其它技术指标包括：标称±5V发送电平、±3V接收电平(间隔/符号)、2V共模抑制、2200pF最大电缆负载电容、300最大驱动器输出电阻、3k最小接收器(负载)阻抗、100英尺(典型值)最大电缆长度 。RS-232只用于点对点通信系统，不能用于多点通信系统，所有RS-232系统都必须遵从这些限制 。
RS-422是单向、全双工通信协议，适合嘈杂的工业环境 。RS-422规范答应单个驱动器与多个接收器通信，数据信号采用差分传输方式，速率最高可达50Mbps 。接收器共模范围为±7V，驱动器输出电阻最大值为100，接收器输入阻抗可低至4k 。
RS-485标准
RS-485是双向、半双工通信协议，答应多个驱动器和接收器挂接在总线上，其中每个驱动器都能够脱离总线 。该规范满足所有RS-422的要求，而且比RS-422稳定性更强 。具有更高的接收器输入阻抗和更宽的共模范围(-7V至 12V) 。
接收器输入灵敏度为±200mV，这就意味着若要识别符号或间隔状态，接收端电压必须高于 200mV或低于-200mV 。最小接收器输入阻抗为12k,驱动器输出电压为±1.5V(最小值)、±5V(最大值) 。
驱动器能够驱动32个单位负载，即答应总线上并联32个12k的接收器 。对于输入阻抗更高的接收器，一条总线上答应连接的单位负载数也较高 。RS-485接收器可随意组合，连接至同一总线，但要保证这些电路的实际并联阻抗不高于32个单位负载(375) 。
采用典型的24AWG双绞线时，驱动器负载阻抗的最大值为54，即32个单位负载并联2个120终端匹配电阻 。RS-485已经成为POS、工业以及电信应用中的最佳选择 。较宽的共模范围可实现长电缆、嘈杂环境(如工厂车间)下的数据传输 。更高的接收器输入阻抗还答应总线上挂接更多器件 。
Profibus和Fieldbus[2]总线主要用于工业设备，是RS-485总线的扩展 。用于工业环境的传感器测量、激励控制、数据采集/显示以及过程控制系统与传感器、激励源网络之间的数据通信 。
注重：老式或现有的工业设备布线架构比较复杂，不可替换 。
Profibus和Fieldbus是对系统的整体描述 。RS-485支持Profibus和Fieldbus协议的物理层接口标准 。Profibus与Fieldbus存在细微的差异，Profibus要求2.0V的最小差分输出电压，54的负载电阻；Fieldbus则要求1.5V的最小差分输出电压，54的负载电阻 。Profibus传输速率为12Mbps，Fieldbus的传输速率为500kbps 。Profibus应用对摆率和电容容限要求比较严格 。
最适合的应用领域？
RS-232：用于与调制解调器、打印机及其它PC外设之间的通信 。最大电缆长度为100英尺(典型值) 。
RS-422：适用于单主机(驱动器)工业环境 。典型应用包括：过程自动化(化工、酿造、造纸)、工厂自动化(汽车制造、金属加工)、HVAC、安防、电机控制、运动控制等 。
RS-485：适用于多主机/驱动器工业环境 。其典型应用与RS-422相似，包括：过程自动化(化工、酿造、造纸)、工厂自动化(汽车制造、金属加工)、HVAC、安防、电机控制、运动控制 。

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