Интерфейс RS 485: описание

В тази статия ще разгледаме широко използвания стандарт за индустриалните мрежи. Става дума за интерфейса RS 485. Представяме неговото описание, технически характеристики, както и сравнение с други два популярни интерфейса - RS 232, RS 422.

Дефиниция на концепцията

Интерфейсът RS 485 (декодиране на съкращения: Препоръчителен стандарт 485) е стандарт за физически слой (електрически и физически носител за предаване на информация) за асинхронен интерфейс (компютърен възел, предназначен за организиране на комуникация с други електронни, цифрови устройства). Техническата литература включва също и следното интерфейсно име RS 485: Electronic Industries Alliance-485.

Този стандарт регулира електрическите параметри на многоточковата полудуплексна диференциална комуникационна линия (нейният тип е "обща шина"). Днес, интерфейсът е доста популярен в съответните области на индустрията. Какво може да се разграничи преди всичко? Тя стана основа за създаването на цялото комплексно семейство от промишлени мрежи, които се използват в индустриалната автоматизация.

Сега за двойното име. Интерфейсът RS 485 е разработен в резултат на сътрудничеството на две корпорации: Асоциацията на телекомуникационната индустрия и Асоциацията за електронни индустрии. Преди това ОВОС използваше маркировката на RS за нейното развитие („препоръчан стандарт“ на английски език).

След това корпорацията заменя този префикс с EIA / TIA, за да направи възможно лесното идентифициране на създателите на стандарта. Но все пак, много инженери предпочитат да използват бившата маркировка RS в работата си, техническите статии.

Описание на интерфейса

За да се справим с интерфейса на преобразувателя RS 485 / RS 232 (последният накратко представяме в заключението на статията), трябва да знаете основните параметри. Да анализираме най-важните:

• Обхват и скорост. Интерфейсът може да осигури трансфер на информация със скорост до 10 Mbps. Максималният обхват тук ще зависи от скоростта.
• Броят на свързаните устройства. Броят на устройствата, свързани към един ред, зависи от вида на използвания трансивър. Единият е предназначен за управление на 32 стандартни приемника.
• Съединители и протоколи. Разработеният стандарт не стандартизира форматите на обменния протокол и информационния код. Защо често се използват конвертори интерфейси RS 232 / RS 485? Идентични кадри се използват за предаване на информационни байтове: стоп и начални битове, битове за паритет и битове на данни. В повечето системи протоколите ще работят като главен подчинен. Как изглежда това? Един от устройствата на магистралата е избран за водещ. Той инициира обмена чрез изпращане на съответните заявки към подчинените устройства. Последните се отличават с логически адреси.

Характеристики на интерфейсните технологии

RS 485 е една усукана двойка жици, която се използва за получаване и предаване на данни. В някои случаи то е придружено от общ проводник или инсулт.

Данните тук се предават чрез диференцирани сигнали. Логическата единица е разликата в напрежението между проводниците с един полярност, съответно нула е разликата в напрежението между проводниците на другата полярност.

Какво е важно да знаете за RS 485 интерфейсния сплитер? Самият стандарт формира само неговите електрически и временни (интерфейсни) характеристики. Стандартът обаче няма да уточнява следното:

• Видове кабели и конектори.
• Протокол за обмен
• Различни протоколи за качество на сигнала (нормално ниво на отражения и изкривяване в дългите линии).
• Галванична изолация на комуникационната линия.

Характеристики временни и електрически

Ето характеристиките на популярния индустриален интерфейс RS 485, който е важен за инженерите:

• В един мрежов сегмент - до 32 трансивъра.
• Най-дългата продължителност на един мрежов сегмент: 1200 метра.
• Само един предавател може да бъде активен в даден момент.
• Максимално допустимият брой възли в мрежата е 256 (като се вземе предвид броят на магистралните усилватели).
• Видове трансивери: потенциал и диференциал.
• Промяната в изходните и входните напрежения на линии А и В е представена, както следва: Ua (Ub) от -7 V до -12 V (съответно, +7 V до +12 V).

Характеристики на скоростта на обмен на данни, определящи дължината на цялата линия:

• 62,5 Kbps - 1,2 хиляди метра (използва се една усукана двойка).
• 375 Kbps - 500 метра (използва се една усукана двойка).
• 500 Kbps
• 1000 Kbps
• 2400 Kbps - 100 метра (използват се две усукани двойки).
• 10,000 Kbps - 10 метра.

Важна бележка за интерфейса RS 485. Стандартът определя само следните скорости: 62.5 Kbps, 2400 Kbps, 375 Kbps. При всички останали (повече от 500 Kbps) се препоръчва използването на усукани двойки с екран.

Сега се обръщаме към изискванията, определени за изходния етап. То трябва да бъде източник на напрежение с малко съпротивление: | U o | = 1.5: 5.0 V (не по-малко от 1.5 V и не повече от 6.0 V). Оттук идва следното:

• Състояние на логическо "1": Ua е по-малко от Ub - MARK, OFF. За този случай хистерезисът е 200 mV.
• Състоянието на логическото "0": Ua е по-голямо от Ub - SPACE, ON. За този случай хистерезисът също е 200 mV. Трябва да кажа, че производителите на устройства (водачи, микросхеми) избират по-малки показатели - хистерезис от 10 mV.
• Изходният етап трябва да е в състояние да издържа на режими на късо съединение, както и да има най-високия изходен ток от 259 mA, ограничителната схема на изходната мощност, скоростта на увеличаване на изходните сигнали от 1,2 V / μs.

Когато се използва RS 485 интерфейсен сплитер, също така е важно да сте наясно с изискванията, определени за входния етап. Това е диференциален вход с висок входен импеданс. Праговите му характеристики: от +200 mV до -200 mV. Следната важна информация:

• Входният сигнал е представен от диференциално напрежение (Ui +0.2 V и повече).
• Допустими граници (спрямо земната) входни напрежения: интервалът от -7 до +12 V.
• За да откриете нивата на входния приемник, обърнете се към състоянието на предавателя на изходния етап.

Сигнални характеристики

Описвайки връзката RS 485, ние даваме тази информация. За предаване на сигнала стандартът определя следните редове:

• Неинвертиращ A.
• Инвертиране на B.
• Нула, незадължителна обща линия C.

Съгласно стандарта се определя и следното:

• V _{A е} по-голямо от V _B. Неравенството съответства на логическо 0. Това е активното състояние на шината.
• V _{A е} по-малка от V _B. Неравенството съответства на логическо 1. Съответно, това е неактивно състояние на шината.

Тук, когато се описват условията на шината, ще се използва обратна логика. И логиката на еднополярните сигнали на изхода на приемника и на входа на предавателя няма да бъдат определени.

Въпреки че горната дефиниция е много недвусмислена, често има объркване относно правилното етикетиране на неинвертиращи и инвертиращи линии - А или Б. За да се избегне това (когато е свързан RS 485), инженерите използват различни обозначения. Например, "минус" и "плюс".

Но докато повечето производители все още спазват изискванията на стандарта. Неинвертиращата линия е обозначена със символа А. Съответно, високото ниво на сигнала при входа на предавателя ще съответства на състоянието V _A > V _B в шината. Също така, неравенството ще бъде идентично високото ниво на сигнала, наблюдаван на изхода на приемника.

Отместване и подравняване

Какво е важно да се знае в продължението на темата за RS 485 сплитер? Каним ви също да адресирате информация за смущения, които могат да възникнат в комуникационната линия.

И това е важно да се знае за изкривяването. Когато комуникационната линия е дълга, често се появяват ефектите на дългите линии. Коренът на проблема се състои в разпределените индуктивни и капацитивни свойства на кабелите. Какво излиза накрая? Предаваният към линията сигнал от който и да е от възлите започва да се изкривява от продължителността на разпространението в нея (линията). Има сложни резонансни явления.

Тъй като кабелът по своята дължина се различава по един и същ дизайн, същите разпределени параметри на линейната индуктивност и капацитет, това свойство ще се характеризира със специален параметър. Това е характерно съпротивление.

Ако на единия край на кабела е свързан резистор със съпротивление, идентичен на импеданса на линията, тогава резонансните явления ще станат много по-слаби. Името на такъв резистор е терминатор. За мрежи от тип RS 485, той се поставя на всеки от върховете на дългите линии, тъй като може да се приемат и двете страни. Устойчивост на вълните на най-популярните усукани двойки CAT5 - 100 Ohm. Другите типове имат индикатори от 150 ома или повече. А плоски кабели с лента - до 300 ома.

На практика стойността на резистора е избрана и по-голяма от характеристичното съпротивление, тъй като омичното съпротивление на кабела понякога става толкова голямо, че амплитудата на сигнала на приемащата страна става твърде малка за стабилно приемане. Съществува баланс между резонансното и амплитудното изкривяване, увеличавайки стойността на терминатора и намалявайки скоростта на интерфейса.

RS 485 сплитери са широко използвани устройства. Отново, заслужава да се осъзнае фактът, че друг сигнал източник на неговото изкривяване е характерен за предаване на сигнала през свързана усукана двойка. Това са различни скорости на разпространение на нискочестотни и високочестотни сигнали (последните ще се разпространяват малко по-бързо).

За да се избегнат смущения, комуникационната линия трябва последователно да прескача всички предаватели. И още един важен момент. Кабелът с усукана двойка не трябва да има дълги кранове (отрязани кабели за свързване към възел). Изключение: използване на интерфейсни повторители, ниски скорости прехвърляне на данни (по-малко от 9600 bps).

Ако няма активен предавател, нивото на сигнала в линиите не се открива. За да се предотврати ситуация, при която разликата между изходите В и А е по-малка от 200 mV (недефинирано състояние), може да се приложи отместване с помощта на специална верига или резистори. Приемниците ще получат смущаващия сигнал в случай, че състоянието на линиите не е дефинирано. За да ги стабилизира, за да получи качествен старт, понякога се използва предаване на служебни последователности.

Функции за свързване

В допълнение към преобразувателите RS 485, искам да изясня връзката. На базата на този интерфейс се изгражда локална мрежа, която комбинира няколко приемо-предавателя.

Най-важното тук е правилното свързване на сигналните вериги, обозначени с А и В. Полярността няма да е ужасна грешка. Но устройството в този случай ще откаже да функционира.

При свързване се препоръчва да имате предвид следните препоръки от експерти:

• Средата за предаване на сигнали е кабел с усукана двойка.
• В края на кабелния щепсел се изискват терминални резистори (в рамките на 120 ома).
• Мрежата се полага без разклонения, с топология на автобуса.
• Устройствата са свързани към кабела с възможно най-кратки кабели.

Примери за използване

Преобразувателите RS 485 са често срещани в промишлеността. Обмислете и мрежовите протоколи, които използват този стандарт:

• Контрол на връзките на високо ниво.
• ModBus.
• LanDrive.
• IEC 60870-5.
• DMX512.

Изградени са следните индустриални мрежи на базата на RS 485:

• ModBus.
• LanDrive.
• ProfiBus DP.

Препоръки за програмиране

Обхватът на приложение на RS 485 интерфейсния конвертор е широк. В този раздел ще се съсредоточим повече върху програмирането на тези приложения за контролери, които използват този интерфейс за комуникация:

• Преди началото на изпращането предавателят се изключва. Необходимо е да се поддържа пауза, която е равна по продължителност на един кадър (или надхвърля), включително началния и крайния бит. Какво е добро? Приемникът ще има време да се нормализира и напълно да се подготви за първото предаване на кадъра с данни.
• След издаването на последния байт от информация, също така се препоръчва да изчакате пауза, преди да деактивирате предавателя. Каква е причината? Серийните контролери за портове имат два регистъра: изход за смяна за серийния изход и вход за предаване на информация. Прекъсването на прехвърлянето се генерира от контролера само когато неговият входен регистър е празен. Оказва се, че информацията тук вече е изложена в регистъра на смените, но все още не е издадена. Следователно, от момента на прекъсването до деактивирането на предавателя, трябва да има пауза. Очакваната му продължителност е 0.5 бита над рамката. За да изчислите точните стойности, трябва да прегледате придружаващата документация на контролера на серийния порт.
• Тъй като и приемникът и предавателят на този интерфейс са свързани към една и съща линия, възниква особена ситуация. Приемникът чува предаването на данни от собствения си предавател. Ако системата се характеризира с произволен достъп до линията, тази функция се използва за проверка на отсъствието на "сблъсъци" между два предавателя. Ако системата работи на принципа master-slave, по време на предаването е препоръчително да се затвори прекъсването от приемника.

Разлики между интерфейсите RS 232, 422, 485

Да сравним тези популярни стандарти. Комбинира интерфейсите RS 232, RS 485, RS 422, които се използват за предаване на цифрова информация. В този случай, 232 е по-известен като COM порт на компютъра. А другите две са често срещани в индустриалната среда за свързване на различно оборудване.

Разликите в RS 232, RS 485 могат да бъдат проследени чрез представяне на техническите характеристики на тези интерфейси. Да започнем с 232:

• Тип на предаване на данни: пълен дуплекс.
• Максимална дължина: 15 метра при 9600 bps.
• Контакти, които участват в работата: TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, GND.
• Топология: точка до точка.
• Най-голям брой свързани устройства: един.

Сега в сравнение RS 232, RS 485, RS 422 следния интерфейс. Това е 422:

• Тип на предаване на данни: пълен дуплекс.
• Максимална дължина: 1200 метра при 9600 bps.
• Контакти, които участват в работата: TxA, TxB, RxA, RxB, GND.
• Топология: точка до точка.
• Най-голям брой свързани устройства: един (десет в режим на получаване).

Преобразувателите RS 232, RS 485 се сравняват едно с друго.Нека накратко опишем последния интерфейс, основният в нашата история:

• Тип на предаване на данни: полудуплекс (т.е. два проводника) или пълен дуплекс (четири проводника).
• Максимална дължина: 1200 метра при 9600 bps.
• Контакти, които участват в работата: DataA, DataB, GND.
• Топология: многоточкова.
• Най-голям брой свързани устройства: 32 (с ретранслатори, техният брой може да нарасне до 256).

Това е всичко, което искахме да кажем за интерфейса RS 485, който днес се използва широко в индустрията за пренос на информация между устройства и оборудване. За някои характеристики тя е подобна на съответните стандарти, за някои (свързване, пренос на данни, елиминиране на смущения) се различава значително от тях.