关于RS232/RS485接口相关基础知识的详细介绍

骆欣茹 2020-10-13 9448

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RS232/RS485 接口基础知识

在台式电脑上，一般都会有一个 9 针的串行接口（如图1所示），这个串行接口叫做RS232 接口，通常 RS-232 接口以9个引脚 (DB-9) 或是25个引脚 (DB-25) 的形态出现。

如图1所示的RS232 接口一共有 9个引脚，分别定义是：载波检测 DCD、接收数据 RXD、发送数据 TXD、数据终端准备好 DTR、信号地线 SG、数据准备好 DSR、请求发送 RTS、清除发送 CTS、振铃提示 RI。

RS-232标准接口（又称EIA RS-232）是常用的串行通信接口标准之一，是1970年制定的“数据终端设备( DTE)和数据通信设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”。该标准规定采用一个25个脚的DB-25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。后来IBM的PC机将RS232简化成了DB-9连接器，从而成为事实标准。工业控制的RS-232口一般只使用RXD、TXD、GND三条线。RS232的特点是：

1、信号线少

RS-232总线规定了25条线，包含了两个信号通道，即第一通道（称为主通道）和第二通道（称为副通道）。利用RS- 232总线可以实现全双工通信，通常使用的是主通道，而副通道使用较少。在一般应用中，使用3条～9条信号线就可以实现全双工通信，采用三条信号线（接收、发送和信号地）能实现简单的全双工通信过程。

2、传输速率选择灵活

RS-232规定的标准传送速率有50b/s、75b/s、110b/s、150b/s、300b/s、600b/s、1200b/s、2400b/s、4800b/s、9600b/s、19200b/s。

3、采用负逻辑传送

规定逻辑“1”的电平为-5V~-15 V，逻辑“0”的电平为+5 V～+15 V。可提高抗干扰能力，增大通信距离。RS -232的噪声容限为2V，接收器将能识别高至+3V的信号作为逻辑“0”，将低到-3 V的信号作为逻辑“1”。

4、传送距离较远

采用串行传送方式，传送距离一般可达30 m。若采用光电隔离20 mA的电流环进行传送，其传送距离可以达到1000 m。

5、两种物理接口

DB9或DB25。

串行通讯在通讯领域被广泛应用 , 标准的RS232C接口是计算、外设、交换机和许多通讯设备的标准接口。计算机与计算机、计算机与外设等都可以通RS232接口进行方便的连接 , 以实现监视、控制外设和传输数据等目的。但是由于前文RS232的特点——外设采用的一般是负逻辑电平，而计算机采用的是TTL电平, 为了使两者之间能够通信 , 必须用芯片来转换电平以满足数据的传输 , 这就是RS2323接口芯片的作用。应用RS232收发器芯片可以实现把 UART 电平转换成 RS232 电平，也把 RS232 电平转换成TTL电平，从而实现标准 RS232接口和例如UART接口之间的通信连接。

3PEAK公司提供了一系列RS-232收发器以适合多种应用。单电源供电 RS-232 收发器仅需一路供电电源即可实现RS-232通信。在较短的距离内(长达 15米), RS-232 允许从发射机到接收机以高达 470kbps 数据速率提供可靠的数传输;在更短距离内(1.5米), 3PEAK最新的 RS-232 收发器可使数据传输速率达1Mbps。3PEAK RS-232 收发器为单电源提供电的 EIA/TIARS-232 和 V.28/V.24 通信接口芯片,具有低功耗、高数据速率、外围电路简单等特性。RS-232 收发器采用优化的电路拓扑结构和专利技术的低压差输出。

TPT3232E 内部逻辑

以经常使用的TPT3232E为例，广泛应用于电脑、打印机、工业人机设备，满足TIA/EIA-232-F和ITU V.28标准，具有两个驱动和两个接收器，操作速度可达250kbps，满足IEC61000ESD保护，每个接收器将TIA/RS-232输入转换为TTL/CMOS。如图2所示，TP3232E 包括两个发送器和两个接收器,确保标准工作模式下提供 250kbps 的数据速率、具有低至0.01μA的关断模式,以降低电池供电便携式系统的功耗，在关断模式下接收器仍保持有效状态,允许监视外设,而且仅消耗1μA的电源。

选择RS232接口芯片时，需要看系统工作电压、需要驱动/接收器的数量，是否有低功耗模式、是否兼容部分逻辑电平、ESD防护能力等。由于RS232接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下5点：

（1）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL 电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。（2）传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps。（3）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。（4）传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在50米左右。（5）RS232接口在总线上只允许连接1个收发器，不能支持多站收发能力，所以只能点对点通信，不支持多点通讯。

针对RS232接口的不足，出现了一些新的接口标准，比如RS-485，它具有以下特点：

1. 电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+（2—6） V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为 -（2—6）V表示。接口信号电平比RS-232降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。2.数据最高传输速率为10Mbps 。3.接口采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。4. RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达 3000米，另外RS-232接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。

因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。因为RS485接口组成的半双工网络(如图3所示)，一般只需二根连线，所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。

RS485 半双工

RS232 全双工

在使用RS485接口时，对于特定的传输线经，从发生器到负载其数据信号传输所允许的最大电缆长度是数据信号速率的函数，这个长度数据主要是受信号失真及噪声等影响所限制。

在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485 串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485 可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。

RS485 芯片已经广泛应用于工业控制，安防系统，智能仪器仪表，多媒体网络，机电一体化产品及多个领域（如图 4 所示）。

RS485 应用

可用于 RS485 接口的芯片种类也越来越多。RS485 接口在不同的使用场合，对芯片的要求和使用方法也有所不同。使用者在芯片的选型和电路的设计上应考虑：电源电压范围、通讯速率、是否需要极性自速率器件、是否需要半双工器件、组网数量，终端电容性负载，电阻性负载数量、干扰、逻辑性电平兼容性、ESD 及浪涌测试问题等。

3PEAK 提供两种类型的 RS-485 收发器:有极性的 TP8485E 可高性能兼容市面上的大多数半双工 485 芯片,无极性的 TP485E 内置总线自适应极性识别电路,用户可任意连接 A/B 总线。

3PEAK 提供支持 3V/5V、半双工、有极性和无极性的 RS-485 收发器芯片，内部包含一路驱动器和一路接收器,具有热插拔功能,可消除上电或热插入时总线上的故障瞬态信号。RS- 485 芯片提供的限摆率驱动器能降低 EMI 和不合适的电缆端接所引起的反射,实现速率高达 250kbps 的无误码数据传输。同时,芯片接收器输入阻抗为 1/8 位负载,允许多达 256 个收发器挂接在总线上,实现半双工通信。

• 有极性的 TP8485E 可高性能兼容市面上大多数半双工 RS485 芯片

• 无极性的 TP485E 内置总线自适应极性识别电路,可任意连接 A/B 总线

• 支持 250kbps 传输速率

• 具有 1/8 单位负载,多达 256 个收发器可挂接在同一总线上

•输出提供±18KV 以上的 HBM ESD 保护可保证在视频监控、电力电子、工业仪器仪表等恶劣环境中正常使用，以下为选型表。

TP75176B 为低功耗、差分线路 RS485 收发器,采用 3.0~5.5V 单电源供电。这颗器件具有低功耗特性和关断模式,非常适合对功耗敏感的应用，传输速率最高可达 10Mbps。总线上最多可以连接 32 个收发器。热关断电路可防止总线竞争或输出短路导致功耗过大。故障条件下,如果检测到内部驱动器电路的温度显著升高,热关断电路将强制驱动器输岀进入高阻抗状态。如果输入未连接(浮地)、短路的时候,接收器所具有的故障安全特性将使输岀保持逻辑高状态。应用于 PROFIBUS®DP 和 FMS 网络、SCSI“快速 40”驱动程序和接收器、电机控制器/位置编码器系统、工厂自动化、现场总线网络、工业/过程控制网络等场景。

3PEAK 提供的 RS322/485 收发器经过市场验证，具有不错的安全性，可替代国际市场较多产品，是国产收发器的佼佼者。

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