RS-232和RS-485有何不同?常用的RS-485芯片有哪些?

百科   2024-10-26 22:10   北京  
一、RS-232与RS-485间的不同
下面看一下RS-232和RS-485之间最重要的区别:
RS-232是一种点对点的通信方式,其传输距离有限,通常不超过15米,并且只能连接一台发送设备和一台接收设备。相比之下,RS-485可以支持多点通信,最长传输距离可达1200米,最多可以连接32个节点,这使得它非常适合用于分布式系统中的数据采集和远程控制。
1.点对点 vs. 多点
RS-232是一个点对点的规范,意味着一个RS-232设备只能与另一个RS-232设备通信。RS-485是多点规范,要灵活得多;多个RS-485设备可以在没有任何特殊修改或接口电路的情况下进行通信,如图1所示。一个RS-485驱动器必须能够维持 32 个“单位负载”,意味着32个接收器具有12kΩ的输入阻抗。
图1. 这个图表展示了多个收发器使用的RS-485总线的关键特性

2.电压水平

原始的RS-232标准规定了+25V和-25V的逻辑电平;标准的后续修订将信号摆动降低到±12V,然后再降低到±5V。RS-485中的电压水平要低得多——这是这两个标准之间最明显的区别之一。图2中的图表描绘了一个逻辑电平数据流和该数据流的RS-232版本。注意,除了电压级转换外,极性也被反转。一个+5V的逻辑高电平变成了-5V,而一个0V的逻辑低电平变成了+5V。
图2. 逻辑电平数据(顶部)和由RS-232线驱动器生成的相应RS-232信号(底部)。图片由MIT提供。

3.单端 vs. 差分信号

典型的逻辑电平信号和RS-232信号是单端的,意味着一个信息信号需要一个电信号。电信号是参考0V地电位。RS-485信号是差分的,意味着一个信息信号需要两个互补的电信号。接收器通过比较两个信号来提取信息。
图3. 单端信号和差分信号
RS-485兼容驱动器产生的信号具有最小的差分幅度为1.5V;RS-485接收器的最小差分检测阈值为200mV。这样,即使信号在从发射器传输到接收器的过程中显著衰减,仍然有足够的余量可靠地检测到数字数据。
图4提供了RS-485的最小驱动器和接收器幅度的视觉表示。图像来源:一个名为“The RS-485 Design Guide”的Texas Instruments应用笔记。
图4. RS-485驱动器和接收器的最小幅度

4.信号摆动

RS-485总线的信号摆动远低于RS-232接口。这是RS-485的一个重要优点,因为较小幅度的信号允许简化电路设计并提高效率。由于较低的幅度与差分信号结合在一起,它们并未增加设备对电磁干扰的敏感性。实际上,RS-485通信比RS-232通信更为稳健。
与较小幅度信号相关的另一个好处是更高的数据速率。RS-232的最大数据速率约为 1Mbps。理论上,RS-485的最大值是10Mbps。
图5. 随着电缆长度的减小,RS-485的最大数据速率增加

5.信号编码

RS-232描述了串行通信的完整解决方案,包括对以下内容的要求:电气特性、信号特性、连接方案、机械接口。相比之下,RS-485只规定了电气特性。这两个标准都没有定义信号编码方法。RS-232通常使用通用异步接收/发送(UART)信号方案,该方案定义了起始和停止位、奇偶校验和数据编码等。RS-485通常也使用UART。
如图6所示,一个UART数据字节包含:一个起始位;八个数据位;一个停止位。
图6. 一个UART数据字节
如果接收器知道发送器的数据传输速率,或波特率,它可以使用内部定时器正确地采样进来的数据位。UART通信不需要额外的信号来组织二进制数据块。它甚至不需要外部时钟信号——电压级别是由发送器和接收器的内部定时器生成和解释的,这些定时器被配置为相同的波特率。
二、232转485的必要性
随着工业自动化水平的提高,系统需要具备更高的灵活性和可扩展性。在这种背景下,232到485的转换变得尤为重要。通过转换,不仅可以利用485接口的多点通信能力,还能够显著提升数据传输的稳定性和可靠性,尤其是在电磁干扰较强的工业环境中。

232转485的工作原理

要实现从RS-232到RS-485的转换,关键在于解决电平差异和驱动能力的问题。RS-232使用的是相对地线的单端信号,而RS-485采用的是差分信号;转换器需要包含以下几个部分:

1.电平转换:RS-232的逻辑1通常为+3V~+15V,逻辑0为-3V~-15V,而RS-485则是通过正负两个信号线上的电压差来表示逻辑状态(一般+2V~+6V表示1,-2V~-6V表示0),因此必须有电路来调整这些电平。

2.驱动能力增强:RS-232的驱动能力较弱,不能直接驱动RS-485网络。转换器内部需要集成一个驱动器,以提供足够的电流来驱动RS-485总线上连接的所有设备。

3.半双工管理:RS-485网络通常采用半双工模式工作,即同一时刻只能有一个节点进行数据传输。因此,转换器还需要具备一定的控制逻辑,以确保在适当的时候切换收发状态。

三、常用的RS-485芯片

1.Maxim/美信
Maxim公司成立于1983年,总部在美国加州;该公司在设计、发展、生产线性和混合信号集成电路产品方面处于世界领先地位。MAX485是市面上最为常见的RS485芯片,还有MAX481、MAX483、MAX487–MAX491以及MAX1487等。
MAX3485框图
MAX3485参考电路
2.TI(德州仪器)
TI的RS-485/RS-422收发器比较出名的有:
SN75176、SN75276、SN75LBC184、SN75179、SN75180等。
特别值得一提的是SN75LBC184,它不但能抗雷电的冲击而且能承受高达8kV的静电放电冲击,是目前市场上不可多得的一款产品。
3.ADI(亚德诺)
亚德诺半导体技术有限公司主营放大器和线性产品、数据转换器等,在RS-485/RS-422收发器它也占有一席之地,这些芯片有:
ADM3068ENEW、ADM3064E、ADM3063E、ADM3067E、ADM3062E、LTC2879X、ADM3061E、ADM3066E、ADM3485等。
4.Intersil(英特矽尔)
Intersil的RS-485/RS-422收发器芯片有:
ISL3152、ISL81487、ISL3172、ISL83485、ISL3176等。
5.HGSEMI(华冠)

广东华冠半导体有限公司成立于2011年,是一家专业从事半导体器件的企业。目前产品有电源管理,运算放大器,音频放大器,接口与驱动,逻辑器件,存储器,时基与时钟,数据采集,MOSFT以及专用电路,主要应用于汽车电子、医疗电子,物联网,仪器仪表、安防,网络通讯、工业自动化、LED照明、开关电源、智能家电、金卡工程、智能交通等领域。RS-485/RS-422收发器芯片有:HGX485、HGV483、HGV483、HG65LBC184、HGX3485等。

6.除了上面的五家以外,RS-485/RS-422收发器还有其他的公司,比如:SIT(芯力特)、EXAR(艾科嘉)、ST(意法半导体)、BL(上海贝岭)、XINLUDA(信路达)等,这些在市场份额不是很大。

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