RS-485

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 15:21, 2 июня 2016.
RS-485
Стандарт EIA RS-485
Физическая среда Витая пара
Сетевая топология Сеть точка-точка
Максимальное количество устройств 32 — 256 устройств (32 нагруженных)
Максимальное расстояние 1200 метров
Режим передачи Дифференциальный сигнал (балансный)
Максимальная скорость передачи 100 кбит/с — 10 Мбит/с
Напряжение -7 В до +12 В
(1) Положительное напряжение (A-B > +200 мВ)
(0) Отрицательное напряжение (A-B < −200 мВ)
Сигналы Tx+/Rx+, Tx-/Rx- (Дуплекс (телекоммуникации)
Тип разъема Не специфицирован

RS-485 (англ. Recommended Standard 485), EIA-485 (англ. Electronic Industries Alliance-485) — стандарт физического уровня для асинхронного интерфейса. Регламентирует электрические параметры полудуплексной многоточечной дифференциальной линии связи типа «общая шина».

История

Стандарт RS-485 был совместно разработан двумя ассоциациями производителей: Ассоциацией электронной промышленности (EIA - Electronics Industries Association) и Ассоциацией промышленности средств связи (TIA - Telecommunications Industry Associastion). EIA некогда маркировала все свои стандарты префиксом "RS" (Рекомендованный стандарт). Многие инженеры продолжают использовать это обозначение, однако EIA/TIA официально заменил "RS" на "EIA/TIA" с целью облегчить идентификацию происхождения своих стандартов. На сегодняшний день, различные расширения стандарта RS-485 охватывают широкое разнообразие приложений.

Описание стандарта

Технические характеристики

  • Допустимое число приёмопередатчиков (драйверов) 32
  • Максимальная длина линии связи 1200 м (4000ft)
  • Максимальная скорость передачи 10 Мбит/с
  • Минимальный выходной сигнал драйвера ±1,5 В
  • Максимальный выходной сигнал драйвера ±5 В
  • Максимальный ток короткого замыкания драйвера 250 мА
  • Выходное сопротивление драйвера 54 Ом
  • Входное сопротивление драйвера 12 кОм
  • Допустимое суммарное входное сопротивление 375 Ом
  • Диапазон нечувствительности к сигналу ±200 мВ
  • Уровень логической единицы (Uab) >+200 мВ
  • Уровень логического нуля (Uab) <-200 мВ

Свойства интерфейса стандарта RS-485

  • Двунаправленная полудуплексная передача данных. Поток последовательных данных передаётся одновременно только в одну сторону, передача данных в другую сторону требует переключения приёмопередатчика. Приёмопередатчики принято называть "драйверами"(driver), это устройство или электрическая цепь, которая формирует физический сигнал на стороне передатчика.
  • Симметричный канал связи. Для приёма/передачи данных используются два равнозначных сигнальных провода. Провода означаются латинскими буквами "А" и "В". По этим двум проводам идет последовательный обмен данными в обоих направлениях (поочередно). При использовании витой пары симметричный канал существенно повышает устойчивость сигнала к синфазной помехе и хорошо подавляет электромагнитные излучения создаваемые полезным сигналом.
  • Дифференциальный (балансный способ передачи данных). При этом способе передачи данных на выходе приёмопередатчика изменяется разность потенциалов, при передаче "1" разность потенциалов между AB положительная при передаче "0" разность потенциалов между AB отрицательная. То есть, ток между контактами А и В, при передачи "0" и "1", течёт (балансирует) в противоположных направлениях.
  • Многоточечность. Допускает множественное подключение приёмников и приёмопередатчиков к одной линии связи. При этом допускается подключение к линии только одного передатчика в данный момент времени, и множество приёмников, остальные передатчики должны ожидать освобождения линии связи для передачи данных.
  • Низкоимпендансный выход передатчика. Буферный усилитель передатчика имеет низкоомный выход, что позволяет передавать сигнал ко многим приёмникам. Стандартная нагрузочная способность передатчика равна 32-м приёмникам на один передатчик. Кроме этого, токовый сигнал используется для работы "витой пары" (чем больше рабочий ток "витой пары", тем сильнее она подавляется синфазные помехи на линии связи).
  • Зона нечувствительности. Если дифференциальный уровень сигнала между контактами АВ не превышает ±200мВ, то считается, что сигнал в линии отсутствует. Это увеличивает помехоустойчивость передачи данных.

Описание обмена данными

Каждый приёмопередатчик (драйвер) RS-485 может находиться в одном из двух состояний: передача данных или приём данных. Переключение драйвера RS-485 происходит с помощью специального сигнала. Например, на рис.3 показан обмен данными с использованием преобразователя АС3 фирмы Овен. Режим преобразователя переключается сигналом RTS. Если RTS=1 (True) АС3 передает данные, которые поступают к нему от СОМ порта в сеть RS-485. При этом все остальные драйверы должны находиться в режиме приёма (RTS=0). По сути дела RS-485 является двунаправленным буферным мультиплексированным усилителем для сигналов RS-232. Ситуация когда в одно время будет работать более одного драйвера RS-485 в режиме передатчика приводит к потере данных. Эта ситуация называется "коллизией". Чтобы коллизии не возникали в каналах обмена данными необходимо использовать более высокие протоколы (OSI). Такие как MODBUS, DCON, DH485 и др. Либо программы, которые напрямую работают с RS-232 и решают проблемы коллизий. Обычно эти протоколы называют 485-тыми протоколами. Хотя на самом деле, аппаратной основой всех этих протоколов служит, конечно, RS-232. Он обеспечивает аппаратную обработку всего потока информации. Программную обработку потока данных и решение проблем с коллизиями занимаются протоколы высшего уровня (Modbus и др.) и ПО.

Рис. 1. Пример использования преобразователя Овен АС3.

Реализация приемопередатчиков(драйверов) RS-485

Многие фирмы изготовляют приемопередатчики RS485. Называют их обычно конверторы RS232 - RS485 или преобразователи RS232-RS485. Для реализации этих приборов выпускается специальные микросхемы. Роль этих микросхем сводится к преобразованию уровней сигналов RS232C к уровню сигналов RS485 (TTL/CMOS) и обратно, а также обеспечение работы полудуплексного режима.

По способу переключения в режим передачи различают приборы:

  1. Переключающиеся с помощью отдельного сигнала. Для перехода в режим передачи необходимо выставить активный сигнал на отдельном входе. Обычно это сигнал RST (СОМ порта). Эти приемопередатчики сейчас редко встречаются. Но, тем не менее, они иногда не заменимы. Допустим нужно прослушивать обмен данными между контроллерами промышленного оборудования. При этом, ваш приёмопередатчик не должен переходить в режим передачи, чтобы не создать коллизию в данной сети. Использование приёмопередатчика с автоматическим переключением здесь не допустимо.
  2. С автоматическим переключением и без проверки состояния линии. Наиболее распространённые конверторы, которые переключаются автоматически при появлении на их входе информационного сигнала. При этом они не контролируют занятость линии связи. Эти конверторы требуют осторожного применения из-за высокой вероятности возникновения коллизий.
  3. С автоматическим переключением и с проверкой состояния линии. Наиболее продвинутые конверторы, которые могут передавать данные в сеть только при условии, что сеть не занята другими приёмопередатчиками и на входе имеется информационный сигнал.

Описание работы RS-485

Так как стандарт, RS-485 описывает только физический уровень процедуры обмена данными, то все проблемы обмена, синхронизации и квитирования, возлагаются на более высокий протокол обмена. Наиболее часто, это стандарт RS-232 или другие верхние протоколы (ModBus , DCON и т.п.). Сам RS-485 выполняет только следующие действия:

  1. Преобразует входящую последовательность "1" и "0" в дифференциальный сигнал.
  2. Передает дифференциальный сигнал в симметричную линию связи.
  3. Подключает или отключает передатчик драйвера по сигналу высшего протокола.
  4. Принимает дифференциальный сигнал с линии связи.

Если подключить осциллограф к контактам А-В (RS-485) и контактам GND-TDx(RS-232), то вы не увидите разницы в форме сигналов передаваемых в линиях связи. На самом деле, форма сигнала RS-485 полностью повторяет форму сигнала RS-232, за исключением инверсии ( в RS-232 логическая единица передается напряжением -12 В, а в RS-485 +5 В).

3 2 01.gif

Рис.2 Форма сигналов RS-232 и RS-485 при передаче двух символов "0" и "0".

Достоинства и недостатки

Достоинства

  1. Хорошая помехоустойчивость.
  2. Большая дальность связи.
  3. Однополярное питание +5 В.
  4. Простая реализация драйверов.
  5. Возможность широковещательной передачи.
  6. Многоточечность соединения.

Недостатки

  1. Большое потребление энергии.
  2. Отсутствие сервисных сигналов.
  3. Возможность возникновения коллизий.

Стандарты основанные на стандарте RS-485

  • ISO/IEC 8482 (1993г. действующий)

Издатель: ISO, IEC Название: Information technology - Telecommunications and information exchange between Systems - Twisted pair multipoint interconnections. Старые редакции: ISO 8284 (1987г. не действующий)

  • ITU-T v.11 (1996г. действующий)

Издатель: INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION Название: Electrical characteristics for balanced double-current interchange circuits opertiong at data signalling rates up to 10 Mbit/s. Старые редакции: ITU-T v.11 (1993г. не действующий) CCITT v.11 (1988г. не действующий)

  • ANSI/TIA-485-A (1998г. действующий)

Издатель: American National Standards Institute, ANSI Название: Electrical Characteristics of Generators and Receivers for Use in Balanced Digital Multipoint Systems.

Промышленные сети, построенные на основе RS-485

  • LanDrive
  • ProfiBus DP
  • ModBus

Источники

http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/interface/rs485/app.htm

http://www.softelectro.ru/rs485.html