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  RS-485接口簡介

  RS-485CAN總線芯片是目前最常用的一種串行通信接口，由于它具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站連接能力等優(yōu)點，使其成為工業(yè)應用中首選的串行接口。

  說到RS-485，就不得不提RS-232。RS-232接口標準出現(xiàn)較早，由于在傳輸速率及傳輸距離上等特性上有很多不足，后來又推出了RS-485，可以說是RS-232的升級。

  RS-485接口特點

  1. RS-485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+(2—6)V表示;邏輯“0”以兩線間的電壓差為-(2—6)V表示。接口信號電平比RS-232降低了，就不易損壞接口電路的芯片， 且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL 電路連接。

  2. RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps 。

  3. RS-485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強，即抗噪聲干擾性好。

  4. RS-485接口的最大傳輸距離標準值為4000英尺，實際上可達 3000米，另外RS-232接口在總線上只允許連接1個收發(fā)器， 即單站能力。而RS-485接口在總線上是允許連接多達128個收發(fā)器。即具有多站能力,這樣用戶可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設備網絡。

  RS-485布線施工的注意事項

  485總線由于其布線簡單，穩(wěn)定可靠從而廣泛的應用于視頻監(jiān)控，門禁對講，樓宇報警等各個領域中，但是，在485總線布線過程中由于有很多不完全準確的概念導致出現(xiàn)很多問題?，F(xiàn)在總結了一些常見的注意事項。

  ● 布線一定要布多股屏蔽雙絞線，多股是為了備用，屏蔽是為了出現(xiàn)特殊情況時調試，雙絞是因為485通訊采用差模通訊原理，雙絞的抗干擾性最好。

  ● 因為RS-485接口組成的半雙工網絡一般只需二根連線，所以RS-485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。485+和485-數(shù)據(jù)線一定要互為雙絞。不采用雙絞線，是極端錯誤的。485總線一定要是手牽手式的總線結構，堅決杜絕星型連接和分叉連接。設備供電的交流電及機箱一定要真實接地，而且接地良好，有很多地方表面上有三角插座，其實根本沒有接地，要小心接地良好時，可以確保設備被雷擊、浪涌沖擊靜電累計時可以配合設備的防雷設計較好地釋放能量，保護485總線設備和相關芯片不受傷害，避免和強電走在一起，以免強電對其干擾。

  ● 現(xiàn)在市場上有很多設備都是用RS232接口與RS485接口，如果有一臺232接口的設備與一臺485接口的設備通信，那就需要一個轉換器，把232接口的設備的232信號轉換成485信號，然后再與485接口的設備通信，所以RS232轉RS485轉換器就成為485總線系統(tǒng)的標準配置。

  ● RS232轉RS485轉換器分為無源型，有源防雷型，有源防雷光隔離型。無源型485轉換器采用串口竊電技術供電，但是由于其體積小，很多保護電路不能做上去，導致對485設備以及電腦的保護不是很好。由于采用串口竊電技術，電源供給不足，導致負載較小。有源的轉換器除了實現(xiàn)232和485的轉換，還能保證兩者之間電氣隔離!因為485的線路往往比較長，線路上有干擾，采取隔離措施后即使485線路上有干擾也不會影響RS232接口。

  ● 485信號線不可以和電源線一同走線。在實際施工當中，由于走線都是通過管線走的，施工方有的時候為了圖方便，直接將485信號線和電源線綁在一起，由于強電具有強烈的電磁信號對弱電進行干擾，從而導致485信號不穩(wěn)定，導致通信不穩(wěn)定。

  ● 選擇使用普通的超五類屏蔽雙絞線即網線就可以。由于原材料價格上漲，導致現(xiàn)在市場上的線材魚龍混雜，有不良商人利用某種合金來頂替銅絲來做網線，在外面鍍銅以蒙混客戶。具體區(qū)別方法：看網線截面，如果是銅色的話，就是銅絲，如為白色，則是用合金以次充好。合金一般比較脆，容易斷，而且導電性遠不如銅絲，很容易在工程施工中造成問題。線材一般那建議選擇標準的485線，其為屏蔽雙絞線，傳輸線不是像網線那樣為單股的銅絲，而是多股銅絲絞在一起形成一根線，從而即使某根小銅絲斷掉，也不會影響整個的使用。

  ● 485布線借助485集線器和485中繼器可以任意布設成星型接線與樹形接線。485布線規(guī)范是必須要手牽手的布線，一旦沒有借助485集線器和485中繼器直接布設成星型連接和樹形連接，很容易造成信號反射導致總線不穩(wěn)定。很多施工方在485布線過程中，使用了星型接線和樹形接線，有的時候整個系統(tǒng)非常穩(wěn)定，但是有的時候則總是出現(xiàn)問題，又很難查找原因，一般都是由于不規(guī)范布線所引起的。

  ● 485總線必須要接地。在很多技術文檔中，都提到485總線必須要接地，但是沒有詳細的提出如何接地。嚴格的說，485總線必須要單點可靠接地。單點就是整個485總線上只能是有一個點接地，不能多點接地，因為將其接地是因為要將地線(一般都是屏蔽線作地線)上的電壓保持一致，防止共模干擾，如果多點接地適得其反。可靠接地時整個485線路的地線必須要有良好的接觸，從而保證電壓一致，因為在實際施工中，為了接線方便，將線剪成多段再連接，但是沒有將屏蔽線作良好的連接，從而使得其地線分成了多段，電壓不能保持一致，導致共模干擾。

  RS-485芯片選型經驗

  RS-485接口已廣泛應用于工業(yè)控制、儀器、儀表、多媒體網絡、機電一體化產品等諸多領域?？捎糜赗S-485接口的芯片種類也越來越多。如何在種類繁多的接口芯片中找到最合適的芯片，是擺在每一個使用者面前的一個問題。RS-485接口在不同的使用場合，對芯片的要求和使用方法也有所不同。使用者在芯片的選型和電路的設計上應考慮哪些因素，下面將給出這方面的一些經驗總結。

  節(jié)點數(shù)

  所謂節(jié)點數(shù)，即每個RS-485接口芯片的驅動器能驅動多少個標準RS-485負載。根據(jù)規(guī)定，標準RS-485接口的輸入阻抗為≥12kΩ，相應的標準驅動節(jié)點數(shù)為32。為適應更多節(jié)點的通信場合，有些芯片的輸入阻抗設計成1/2負載(≥24kΩ)、1/4負載(≥48kΩ)甚至1/8負載(≥96kΩ)，相應的節(jié)點數(shù)可增加到64、128和256。下圖為一些常見芯片的節(jié)點數(shù)。

  半雙工和全雙工

  RS-485接口可連接成半雙工和全雙工兩種通信方式。半雙工通信的芯片有SN75176、SN75276、SN75LBC184、MAX485、MAX 1487、MAX3082、MAX1483等;全雙工通信的芯片有SN75179、SN75180、MAX488~MAX491、MAX1482等。

  (半雙工通信方式)

  (全雙工通信方式)

  抗雷擊和抗靜電沖擊

  RS-485接口芯片在使用、焊接或設備的運輸途中都有可能受到靜電的沖擊而損壞。在傳輸線架設于戶外的使用場合，接口芯片乃至整個系統(tǒng)還有可能遭致雷電的襲擊。選用抗靜電或抗雷擊的芯片可有效避免此類損失，常見的芯片有MAX485E、MAX487E、MAX1487E等。尤其是SN75LBC184，它不但能抗雷電的沖擊而且能承受高達8kV的靜電放電沖擊。

  限斜率驅動

  由于信號在傳輸過程中會產生電磁干擾和終端反射，使有效信號和無效信號在傳輸線上相互迭加，嚴重時會使通信無法正常進行。為解決這一問題，某些芯片的驅動器設計成限斜率方式，使輸出信號邊沿不要過陡，以不致于在傳輸線上產生過多 的高頻分量，從而有效地扼制干擾的產生。如MAX487、SN75LBC184等都具有此功能。

  故障保護

  一些RS-485芯片采用故障保護技術，如SN75276、MAX3080~MAX3089。什么是故障保護，為什么要有故障保護，如果沒有故障保護會產生什么后果?

  眾所周知，RS-485接口采用的是一種差分傳輸方式，各節(jié)點之間的通信都是通過一對(半雙工)或兩對(全雙工)雙絞線作為傳輸介質。根據(jù)RS-485的標準規(guī)定，接收器的接收靈敏度為±200mV，即接收端的差分電壓大于、等于+200 mV時，接收器輸出為高電平;小于、等于-200mV時，接收器輸出為低電平;介于±200mV之間時，接收器輸出為不確定狀態(tài)。在總線空閑即傳輸線上所有節(jié)點都為接收狀態(tài)以及在傳輸線開路或短路故障時，若不采取特殊措施，則接收器可能輸出高電平也可能輸出低電平。一旦某個節(jié)點的接收器產生低電平就會使串行接收器(UART)找不到起始位，從而引起通信異常，解決此類問題的方法有兩種：

  (1)使用帶故障保護的芯片，它會在總線開路、短路和空閑情況下，使接收器的輸出為高電平。確?？偩€空閑、短路時接收器輸出高電平是由改變接收器輸入門限來實現(xiàn)的。例如，MAX3080～MAX 3089輸入靈敏度為-50mV/-200mV，即差分接收器輸入電壓UA-B≥-50mV時，接收器輸出邏輯高電平;如果UA-B≤-200mV，則輸出邏輯低電平。當接收器輸入端總線短路或總線上所有發(fā)送器被禁止時，接收器差分輸入端為0V，從而使接收器輸出高電平。同理，SN75276的靈敏度為0mV/-300mV，因而達到故障保護的目的。

  (2)若使用不帶故障保護的芯片，如SN75176、MAX1487等時，可在軟件上作一些處理，從而避免通信異常。即在進入正常的數(shù)據(jù)通信之前，由主機預先將總線驅動為大于+200mV，并保持一段時間，使所有節(jié)點的接收器產生高電平輸出。這樣，在發(fā)出有效數(shù)據(jù)時，所有接收器能夠正確地接收到起始位，進而接收到完整的數(shù)據(jù)。

  RS-485應用的一些小經驗

  1、收發(fā)時序不匹配：

  485是半雙工的通信，收發(fā)轉換是需要一定的時間的，所以一般在收發(fā)轉換之間，和每發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)之后，都要有相應的延時，如果出現(xiàn)收發(fā)不正常、或第一幀數(shù)據(jù)之后就出現(xiàn)誤碼現(xiàn)象，則可以適當?shù)脑黾右幌卵訒r時間，以觀問題是否解決。

  2、R0接上拉電阻：

  異步通信數(shù)據(jù)以字節(jié)的方式傳送，在每一個字節(jié)傳送之前，先要通過一個低電平起始位實現(xiàn)握手。為防止干擾信號誤觸發(fā)RO(接收器輸出)產生負跳變，使接收端MCU進入接收狀態(tài)，建議RO外接10kΩ上拉電阻。

  3、合理選用芯片。

  例如，對外置設備為防止強電磁(雷電)沖擊，建議選用TI的75LBC184等防雷擊芯片，對節(jié)點數(shù)要求較多的可選用SIPEX的SP485R。此外經我們實驗發(fā)現(xiàn)，ADI的非隔離型485芯片ADM487E、隔離型芯片ADM2483、ADM2587在多節(jié)點、防雷擊方面也有著很好的表現(xiàn)。

  維護RS-485的常用方法

  1)若出現(xiàn)系統(tǒng)完全癱瘓，大多因為某節(jié)點芯片的VA、VB對電源擊穿，使用萬用表測VA、VB間差模電壓為零，而對地的共模電壓大于3V，此時可通過測共模電壓大小來排查，共模電壓越大說明離故障點越近，反之越遠;

  2)總線連續(xù)幾個節(jié)點不能正常工作。一般是由其中的一個節(jié)點故障導致的。一個節(jié)點故障會導致鄰近的2～3個節(jié)點(一般為后續(xù))無法通信，因此將其逐一與總線脫離，如某節(jié)點脫離后總線能恢復正常，說明該節(jié)點故障;

  3)集中供電的RS-485系統(tǒng)在上電時常常出現(xiàn)部分節(jié)點不正常，但每次又不完全一樣。這是由于對RS-485的收發(fā)控制端TC設計不合理，造成微系統(tǒng)上電時節(jié)點收發(fā)狀態(tài)混亂從而導致總線堵塞。改進的方法是將各微系統(tǒng)加裝電源開關然后分別上電;

  4)系統(tǒng)基本正常但偶爾會出現(xiàn)通信失敗。一般是由于網絡施工不合理導致系統(tǒng)可靠性處于臨界狀態(tài)，最好改變走線或增加中繼模塊。應急方法之一是將出現(xiàn)失敗的節(jié)點更換成性能更優(yōu)異的芯片;

  5)因MCU故障導致TC端處于長發(fā)狀態(tài)而將總線拉死一片。提醒讀者不要忘記對TC端的檢查。盡管RS-485規(guī)定差模電壓大于200mV即能正常工作。但實際測量：一個運行良好的系統(tǒng)其差模電壓一般在1.2V左右(因網絡分布、速率的差異有可能使差模電壓在0.8~1.5V范圍內)。