RS232/RS485 接口基礎知識

在臺式電腦上，一般都會有一個?9 針的串行接口（如圖1所示），這個串行接口叫做RS232 接口，通常 RS-232 接口以9個引腳 (DB-9) 或是25個引腳 (DB-25) 的形態出現。

如圖1所示的RS232 接口一共有 9個引腳，分別定義是：載波檢測 DCD、接收數據 RXD、發送數據 TXD、數據終端準備好 DTR、信號地線 SG、數據準備好 DSR、請求發送 RTS、清除發送 CTS、振鈴提示 RI。

RS-232標準接口（又稱EIA RS-232）是常用的串行通信接口標準之一，是1970年制定的“數據終端設備( DTE)和數據通信設備(DCE)之間串行二進制數據交換接口技術標準”。?該標準規定采用一個25個腳的DB-25連接器，對連接器的每個引腳的信號內容加以規定，還對各種信號的電平加以規定。后來IBM的PC機將RS232簡化成了DB-9連接器，從而成為事實標準。工業控制的RS-232口一般只使用RXD、TXD、GND三條線。RS232的特點是：

1、信號線少

RS-232總線規定了25條線，包含了兩個信號通道，即第一通道（稱為主通道）和第二通道（稱為副通道）。利用RS- 232總線可以實現全雙工通信，通常使用的是主通道，而副通道使用較少。在一般應用中，使用3條～9條信號線就可以實現全雙工通信，采用三條信號線（接收、發送和信號地）能實現簡單的全雙工通信過程。

2、傳輸速率選擇靈活

RS-232規定的標準傳送速率有50b/s、75b/s、110b/s、150b/s、300b/s、600b/s、1200b/s、2400b/s、4800b/s、9600b/s、19200b/s。

3、采用負邏輯傳送

規定邏輯“1”的電平為-5V~-15 V，邏輯“0”的電平為+5 V～+15 V?？商岣呖垢蓴_能力，增大通信距離。RS -232的噪聲容限為2V，接收器將能識別高至+3V的信號作為邏輯“0”，將低到-3 V的信號作為邏輯“1”。

4、傳送距離較遠

采用串行傳送方式，傳送距離一般可達30 m。若采用光電隔離20 mA的電流環進行傳送，其傳送距離可以達到1000 m。

5、兩種物理接口

DB9或DB25。

串行通訊在通訊領域被廣泛應用 , 標準的RS232C接口是計算、外設、交換機和許多通訊設備的標準接口。計算機與計算機 、計算機與外設等都可以通RS232接口進行方便的連接 , 以實現監視、控制外設和傳輸數據等目的。但是由于前文RS232的特點——外設采用的一般是負邏輯電平，而計算機采用的是TTL電平, 為了使兩者之間能夠通信 , 必須用芯片來轉換電平以滿足數據的傳輸 , 這就是RS2323接口芯片的作用。應用RS232收發器芯片可以實現把 UART 電平轉換成 RS232 電平，也把 RS232 電平轉換成TTL電平，從而實現標準 RS232接口和例如UART接口之間的通信連接。?

3PEAK公司提供了一系列RS-232收發器以適合多種應用。單電源供電 RS-232 收發器僅需一路供電電源即可實現RS-232通信。在較短的距離內(長達 15米), RS-232 允許從發射機到接收機以高達 470kbps 數據速率提供可靠的數傳輸;在更短距離內(1.5米), 3PEAK最新的 RS-232 收發器可使數據傳輸速率達1Mbps。3PEAK RS-232 收發器為單電源提供電的 EIA/TIARS-232 和 V.28/V.24 通信接口芯片,具有低功耗、高數據速率、外圍電路簡單等特性。RS-232 收發器采用優化的電路拓撲結構和專利技術的低壓差輸出。

TPT3232E 內部邏輯

以經常使用的TPT3232E為例，廣泛應用于電腦、打印機、工業人機設備，滿足TIA/EIA-232-F和ITU V.28標準，具有兩個驅動和兩個接收器，操作速度可達250kbps，滿足IEC61000ESD保護，每個接收器將TIA/RS-232輸入轉換為TTL/CMOS。如圖2所示，TP3232E 包括兩個發送器和兩個接收器,確保標準工作模式下提供 250kbps 的數據速率、具有低至0.01μA的關斷模式,以降低電池供電便攜式系統的功耗，在關斷模式下接收器仍保持有效狀態,允許監視外設,而且僅消耗1μA的電源。

選擇RS232接口芯片時，需要看系統工作電壓、需要驅動/接收器的數量，是否有低功耗模式、是否兼容部分邏輯電平、ESD防護能力等。由于RS232接口標準出現較早，難免有不足之處，主要有以下5點：

（1）接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與TTL 電平不兼容故需使用電平轉換電路方能與TTL電路連接。（2）傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為20Kbps。（3）接口使用一根信號線和一根信號返回線而構成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。（4）傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為50英尺，實際上也只能用在50米左右。（5）RS232接口在總線上只允許連接1個收發器，不能支持多站收發能力，所以只能點對點通信，不支持多點通訊。

針對RS232接口的不足，出現了一些新的接口標準，比如RS-485，它具有以下特點：

1. 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.數據最高傳輸速率為10Mbps 。3.接口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。

因RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等上述優點就使其成為首選的串行接口。因為RS485接口組成的半雙工網絡(如圖3所示)，一般只需二根連線，所以RS485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。

RS485 半雙工

RS232 全雙工

在使用RS485接口時，對于特定的傳輸線經，從發生器到負載其數據信號傳輸所允許的最大電纜長度是數據信號速率的函數，這個長度數據主要是受信號失真及噪聲等影響所限制。

在要求通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用RS-485 串行總線標準。RS-485采用平衡發送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發送狀態，因此，發送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應用RS-485 可以聯網構成分布式系統，其允許最多并聯32臺驅動器和32臺接收器。

RS485 芯片已經廣泛應用于工業控制，安防系統，智能儀器儀表，多媒體網絡，機電一 體化產品及多個領域（如圖 4 所示）。

RS485 應用

可用于 RS485 接口的芯片種類也越來越多。RS485 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：電源電壓范圍、通訊速率、是否需要極性自速率器件、是否需要半雙工器件、組網數量，終端電容性負載， 電阻性負載數量、干擾、邏輯性電平兼容性、ESD 及浪涌測試問題等。

3PEAK 提供兩種類型的 RS-485 收發器:有極性的 TP8485E 可高性能兼容市面上的大 多數半雙工 485 芯片,無極性的 TP485E 內置總線自適應極性識別電路,用戶可任意連接 A/B 總線。

3PEAK 提供支持 3V/5V、半雙工、有極性和無極性的 RS-485 收發器芯片，內部包含一 路驅動器和一路接收器,具有熱插拔功能,可消除上電或熱插入時總線上的故障瞬態信號。RS- 485 芯片提供的限擺率驅動器能降低 EMI 和不合適的電纜端接所引起的反射,實現速率高 達 250kbps 的無誤碼數據傳輸。同時,芯片接收器輸入阻抗為 1/8 位負載,允許多達 256 ?個收發器掛接在總線上,實現半雙工通信。

? 有極性的 TP8485E 可高性能兼容市面上大多數半雙工 RS485 芯片?

? 無極性的 TP485E 內置總線自適應極性識別電路,可任意連接 A/B 總線?

? 支持 250kbps 傳輸速率

? 具有 1/8 單位負載,多達 256 個收發器可掛接在同一總線上?

?輸出提供±18KV 以上的 HBM ESD 保護可保證在視頻監控、電力電子、工業儀器 儀表等惡劣環境中正常使用，以下為選型表。

TP75176B 為低功耗、差分線路 RS485 收發器,采用 3.0~5.5V 單電源供電。這顆器件具有低功耗特性和關斷模式,非常適合對功耗敏感的應用，傳輸速率最高可達 10Mbps?？偩€上 最多可以連接 32 個收發器。熱關斷電路可防止總線競爭或輸出短路導致功耗過大。故障條 件下,如果檢測到內部驅動器電路的溫度顯著升高,熱關斷電路將強制驅動器輸岀進入高阻抗 狀態。如果輸入未連接(浮地)、短路的時候,接收器所具有的故障安全特性將使輸岀保持邏輯 高狀態。應用于 PROFIBUS?DP 和 FMS 網絡、SCSI“快速 40”驅動程序和接收器、電機控制 器/位置編碼器系統、工廠自動化、現場總線網絡、工業/過程控制網絡等場景。

3PEAK 提供的 RS322/485 收發器經過市場驗證，具有不錯的安全性，可替代國際市場 較多產品，是國產收發器的佼佼者。

fqj