三種常見的串行數據標準：RS-232、RS-422和RS-485

摘要：按照技術指標和電氣接口介紹三種常見的串行數據標準：RS-232、RS-422和RS-485。介紹電纜端接技術、多個負載的使用、RS-232菊花鏈連接、RS-232至RS-485的轉換、RS-485至RS-232的轉換，以及RS-232端口供電的RS-485轉換。
?

引言

“標準的奇妙之處在于有如此之多的選擇?！边@句話出現在最近一次關于光纜的會議中，但同樣也適用于電氣接口標準。隨著不同行業內串行數據標準的獨立發展，我們擁有的標準從未如此之多。

PC和電信應用領域最成功的串行數據標準可能就是RS-232。相類似，RS-485和RS-422也在工業應用領域最成功的標準之列。這些標準并不直接兼容。然而，對于控制和儀器儀表應用，往往必須在不同標準之間進行通信。本文討論不同的標準(物理層指標)，介紹如何將一種標準轉換為另一種標準，并演示如何在相同應用中組合不同的標準。

RS-232電氣指標和典型連接

RS-232鏈路最初用于支持IBM PC上的調制解調器和打印機應用。然而，該標準現在支持各種外設與PC通信。RS-232標準定義為單端標準，用于以較低波特率(<20kbps)提高串行通信距離。多年以來，該標準幾經變化，以支持較快的驅動器，例如MAX3225E，該器件能提供1Mbps數據傳輸速率。為了兼容RS-232，MAX3225E等收發器必須滿足表1所列的電氣指標。從典型連接(圖1)可看出，利用硬件握手來控制數據流。

表 1. RS-232標準的主要電氣指標匯總

參數條件最小最大單位
驅動器輸出電壓，開路?????25?V?
驅動器輸出電壓，帶載?3kΩ < RL < 7kΩ?±5?±15?V?
驅動器輸出電阻，關斷?-2V < V < 2V???300???
電壓變化率???4?30?V/μs?
最大負載電容?????2500?pF?
接收器輸入電阻???3?7?kΩ?
接收器輸入門限：?
輸出 = 串號(邏輯1)???-3???V?
輸出 = 空號(邏輯0)?????3?V?

圖1. 典型的RS-232連接。

典型RS-232信號(圖2，CH1)的擺動范圍為正和負。注意左側坐標軸上0V蹤跡標記的相對位置。盡管RS-232數據為反相，從TTL/CMOS到RS-232然后再返回至TTL/CMOS的轉換恢復了數據的原始極性。RS-232的典型傳輸距離很少超過100英尺。原因有兩個：首先，發送電平(±5V)和接收電平(±3V)之差只允許有2V的共模抑制；第二，較長電纜的分布電容可能超過規定的最大負載(2500pF)，從而降低擺率。由于RS-232被設計為點對點接口，并非多節點接口，所以其驅動器的指標為3kΩ至7kΩ單負載。因此，多節點接口應用通常采用菊鏈的連接方法(圖3)。

圖2. RS-232接收器支持雙極性輸入信號(上部蹤跡，CH1)，輸出反相的TTL/CMOS信號(底部蹤跡，CH2)。

圖3. 菊鏈方法允許在單個RS-232鏈路上掛接多個從機接收器。

菊鏈設備及其限制

在菊鏈配置中，RS-232信號經過第一個接收器，并環回至發送器。對數據發送線中之后的器件重復該配置。該項技術的主要問題是電纜斷裂。如果從機1和從機2之間發生斷裂，妨礙所有下行器件發送或接收數據。另一種多節點RS-232技術涉及到預緩沖或RS-232輸出升壓驅動(使其驅動多個并聯的5kΩ輸入)。