Інтерфейс RS 485: опис

У цій статті ми розберемо широко застосовуваний стандарт для промислових мереж. Йдеться про інтерфейс RS 485. Представимо його опис, технічну характеристику, а також порівняння з двома іншими популярними інтерфейсами - RS 232, RS 422.

Визначення поняття

Інтерфейс RS 485 (розшифровка абревіатури: Recommended Standard 485) - стандарт фізичного рівня (електричне і фізичне середовище для передачі інформації) для асинхронного інтерфейсу (вузла обчислювальної техніки, призначеного для організації зв 'язку з іншими електронними, цифровими пристроями). У технічній літературі також можна зустріти наступне найменування інтерфейсу RS 485: Electronic Industries Alliance-485.

Цей стандарт регламентує електричні параметри багатоточкової напівдуплексної диференційної лінії зв 'язку (її тип - "" загальна шина "). Сьогодні інтерфейс досить популярний у відповідних областях промисловості. Що можна виділити насамперед? Він став базою для створення цілого комплексу-сімейства промислових мереж, які застосовуються у виробничій автоматизації.

Тепер що стосується подвійної назви. Інтерфейс RS 485 був розроблений в результаті співпраці двох корпорацій: Telecommunications Industry Association (Асоціації промислових засобів зв 'язку) і Electronic Industries Association (Асоціації електронного виробництва). Раніше EIA для своїх розробок використовувала маркування RS (у перекладі з англійської - "" рекомендований стандарт "").

Однак потім корпорація замінила цей префікс на EIA/TIA, щоб стало можливим легко ідентифікувати творців стандарту. Але все ж багато інженерів воліють використовувати в роботі, технічних статтях колишнє маркування RS.

Опис інтерфейсу

Щоб розібратися з перетворювачем інтерфейсу RS 485/RS 232 (останній ми коротко представимо у висновку статті), потрібно знати основні параметри. Розберемо найголовніші:

• Дальність і швидкість. Інтерфейс може забезпечити передачу інформації зі швидкістю до 10 Мбіт в секунду. Максимальна дальність тут буде залежати від швидкості.
• Кількість апаратів, що з 'єднуються. Кількість пристроїв, підключених до однієї лінії, залежить від різновиду застосовуваних приймачів. Один розрахований на управління 32 приймачами стандартного типу.
• Роз 'єми і протоколи. Розроблений стандарт не нормує протокол обміну та формати інформаційних кодів. Чому часто використовуються перетворювачі інтерфейсів RS 232/RS 485? Для передачі байтів інформації тут використовуються ідентичні фрейми: стоповий і стартовий біт, біти паритету і даних. У більшості систем протоколи функціонуватимуть за принципом "" ведучий-ведучий "". Як це виглядає? Один з пристроїв магістралі обирається провідним. Воно ініціює обмін, посилаючи відповідні запити підлеглим пристроям. Останні розрізняються за логічними адресами.

Технохарактеристики інтерфейсу

RS 485 - це одна витая пара проводів, яка і використовується для прийому і передачі даних. У деяких випадках її супроводжує загальний провід або екранізуюча обведення.

Дані тут передаються шляхом диференційованих сигналів. Логічна одиниця - різниця напружень між провідниками однієї полярності, нуль - відповідно, різниця напружень між провідниками іншої полярності.

Що важливо знати про розгалужувача інтерфейсу RS 485? Сам стандарт формує тільки електричні та тимчасові його (інтерфейсу) характеристики. При цьому стандарт не обумовлюватиме таке:

• Типи кабелів і сполучників.
• Протокол обміну.
• Різні протоколи якості сигналу (нормальний рівень відображень і спотворень у довгих лініях).
• Гальванічні розв 'язки лінії зв' язку.

Особливості часові та електричні

Наведемо важливі для інженерів характеристики популярного промислового інтерфейсу RS 485:

• В одному сегменті мережі - до 32 приймальників.
• Найбільша тривалість одного сегмента мережі: 1200 метрів.
• Одномоментно активним тут може бути тільки єдиний передавач.
• Максимально допустиме число вузлів у мережі - 256 (враховуючи кількість магістральних підсилювачів).
• Види приймачів: потенційний і диференційний.
• Зміна вихідних і вхідних напружень на лініях А і В представлені таким чином: Ua (Ub) від _ 7 В до -12 В (відповідно, + 7 В до + 12 В).

Характеристики за швидкістю обміну даними, що визначає довжину всієї лінії:

• 62,5 Кбіт/сек. - 1,2 тис. метрів (використовується одна віта пара).
• 375 Кбіт/сек. - 500 метрів (використовується одна віта пара).
• 500 Кбіт/сек.
• 1000 Кбіт/сек.
• 2400 Кбіт/сек. - 100 метрів (використовуються дві вітих пари).
• 10000 Кбіт/сек. - 10 метрів.

Важлива примітка для інтерфейсу RS 485. Стандарт обумовлює тільки такі швидкості: 62,5 Кбіт/сек, 2400 Кбіт/сек, 375 Кбіт/сек. На всіх інших (понад 500 Кбіт/сек) рекомендовано використання вітих пар з екраном.

Тепер перейдемо до вимог, встановлених для вихідного каскаду. Він повинен являти собою джерело напруги, що має малий опір: |U вых|=1,5:5,0 В (не менше 1,5 В і не більше 6,0 В). Звідси виходить наступне:

• Стан логічного "" 1 "": Ua менше Ub - MARK, OFF. Для даного випадку гістерезис 200 мВ.
• Стан логічного "" 0 "": Ua більше Ub - SPACE, ON. Для цього випадку гістерезис також 200 мВ. Треба сказати, що виробники пристроїв (драйверів, мікросхем) вибирають менші показники - гістерезу від 10 мВ.
• Вихідний каскад обов 'язково повинен витримувати режими короткого замикання, а також мати найбільший вихідний струм 259 мА, схеми обмеження вихідних потужностей, швидкість збільшення вихідних сигналів 1,2 В/мкс.

При використанні розгалужувача інтерфейсу RS 485 також важливо бути в курсі вимог, зазначених для вхідного каскаду. Він являє собою диференційний вхід, що має високий вхідний опір. Його порогові характеристики: від + 200 мВ до -200 мВ. Такі важливі відомості:

• Вхідний сигнал представляється диференційною напругою (Ui + 0,2 В і більше).
• Допустимий діапазон (відносно землі) вхідних напружень: проміжок від -7 до + 12 В.
• Щоб дізнатися рівні приймача вхідного каскаду, слід звернутися до стану передавача вихідного каскаду.

Характеристики сигналу

Розповідаючи про підключення RS 485, наведемо і цю інформацію. Для передачі сигналу стандартом визначаються такі лінії:

• Неінвертуюча А.
• Інвертуюча В.
• Нуль, необов 'язкова загальна лінія С.

Згідно зі стандартом, також визначається наступне:

• _{VA більше VB. Нерівність відповідає логічному 0. Це активний стан шини.}
• _{VA менше VB. Нерівність відповідає логічній 1. Відповідно, це неактивний стан шини.}

Тут при описі станів шини буде застосовуватися інверсна логіка. А логіка однополярних сигналів на виході приймача і вході передавача не визначатиметься.

Хоч наведене вище визначення досить недвозначне, нерідко виникає плутанина з приводу того, як слід правильно позначати неінвертуючі та інвертуючі лінії - А або В. Щоб уникнути її (при підключенні RS 485), інженерами використовуються інші позначення. Наприклад, "" мінус "" і "" плюс "".

Але при цьому більшість виробників все ж дотримуються приписів стандарту. Неінвертуюча лінія позначається символом А. Відповідно, високий сигнальний рівень на вході передавача стане відповідати стану VA > VB на шині. Також нерівність буде тотожно високому рівню сигналу, що спостерігається на виході приймача.

Зсув і узгодження

Що важливо знати в продовження теми про розгалужувача RS 485 ще? Пропонуємо вам торкнутися також інформації про перешкоди, які можуть виникнути в лінії зв 'язку.

І ось що важливо знати про спотворення. При великій тривалості лінії зв 'язку часто з' являються ефекти довгих ліній. Корінь проблеми криється в розподілених індуктивних і ємнісних властивостях кабелів. Що виходить в результаті? Сигнал, переданий у лінію будь-яким з вузлів, починає спотворюватися за тривалістю поширення в ній (лінії). З 'являються складні резонансні явища.

Оскільки кабель на своїй довжині відрізняється однаковою конструкцією, однаковими розподіленими параметрами погонної індуктивності та ємності, дана властивість буде характеризуватися спеціальним параметром. Це хвильовий опір.

Якщо на одному кінці кабелю буде підключений резистор з опором, ідентичним хвильовому опору лінії, то в результаті резонансні явища стануть значно слабшими. Назва подібного резистора - термінатор. Для мереж виду RS 485 він поміщається на кожній з віконечностей довгих ліній, так як обидві сторони можуть виявитися приймальними. Хвильовий опір найпопулярніших вітих пар САТ5 - 100 ОМ. Інші різновиди мають показники в 150 Ом і більше. А стрічкові плоскі кабелі - до 300 Ом.

На практиці номінал резистора вибирають і більшого значення, ніж хвильовий опір, оскільки омічний опір кабелю часом стає настільки великим, що сигнальна амплітуда на приймальному боці стає занадто малою для стійкого прийому. Тут знаходять рівновагу між резонансними та амплітудними спотвореннями, підвищуючи номінал термінатора і знижуючи швидкість інтерфейсу.

Розгалужувачі RS 485 - широко застосовувані пристрої. Знову ж варто бути в курсі того, що для передачі сигналу через приєднану віту пару характерне ще одне джерело його спотворення. Це різні швидкості поширення низькочастотних і високочастотних сигналів (останні будуть поширюватися дещо швидше).

Щоб не було перешкод, лінія зв 'язку повинна послідовно обходити всі передавачі. І ще важливий момент. У вітої пари не повинно бути довгих відводів (ділянок-відрізів кабелю для приєднання до вузла). Виняток: використання повторювачів інтерфейсу, низькі швидкості передачі даних (менше 9600 біт/с).

Якщо активний передавач відсутній, рівень сигналу в лініях не визначається. Щоб запобігти ситуації, коли різниця між виходами В і А менше 200 мВ (невизначений стан), можна застосувати зсув за допомогою спеціальної схеми або резисторів. Приймачі стануть приймати сигнал перешкоди в тому випадку, якщо стан ліній не визначено. Для їх стабілізації, якісного початку прийому часом застосовуються передачі службових послідовностей.

Особливості з "єднання

Крім перетворювачів RS 485, хочеться детальніше зупинитися на підключенні. На основі цього інтерфейсу конструюється локальна мережа, що об 'єднує в собі кілька приймальників.

Найважливіше тут - правильно під 'єднати сигнальні ланцюги, позначені А і В. Переполюсівка не буде страшною помилкою. Але пристрій у такому випадку функціонувати відмовиться.

При підключенні рекомендується мати на увазі такі рекомендації фахівців:

• Середовище передачі сигналу - кабель на базі витої пари.
• На кінцях кабелю обов 'язкова заглушка термінальними резисторами (в межах 120 Ом).
• Мережа прокладається без відгалужень, з топології шини.
• Пристрої підключаються до кабелю за допомогою проводів найменшої довжини.

Приклади використання

Перетворювачі RS 485 поширені в промисловій сфері. Розглянемо також мережеві протоколи, що використовують цей стандарт:

• High-Level Data Link Control.
• IEC 60870-5.

На основі RS 485 побудовані наступні промислові мережі:

• ProfiBus DP.

Рекомендації щодо програмування

Сфера застосування перетворювача інтерфейсу RS 485 широка. У даному пункті ми докладніше зупинимося на програмуванні тих програм для контролерів, що для зв 'язку використовують даний інтерфейс:

• Перед початком посилки відключається передавач. Необхідно витримати паузу, яка за тривалістю дорівнює одному фрейму (або ж перевищує його), включаючи при цьому як стартові, так і стопові біти. Чим це добре? Приймач встигне нормалізуватися і повністю підготується до першої передачі фрейму даних.
• Після видачі фінального байту інформації також рекомендується почекати паузу перед дезактивацією передавача. З чим це пов 'язано? У контролерів послідовного порту два регістри: зсувний вихідний для послідовного виводу і вхідної для передачі інформації. Переривання за передачею формується контролером тільки при спустошенні його вхідного регістру. Інформація тут, виходить, вже викладена в зрушений регістр, але ще не видана. Тому з моменту переривання до дезактивації передавача повинна витримуватися пауза. Її орієнтовна тривалість - на 0,5 біта більш фрейму. Щоб розрахувати точні значення, необхідно вивчити супровідну документацію контролера послідовного порту.
• Так як і приймач, і передавач даного інтерфейсу підключені до однієї і тієї ж лінії, то виникає своєрідна ситуація. Приймач чує передачу даних від власного ж передавача. Якщо для системи характерний довільний доступ до лінії, то така особливість застосовується для перевірки відсутності "" зіткнень "" між собою двох передавачів. Якщо система працює за принципом "ведучий-ведучий" ", на час передачі просто радиться закривати від приймача переривання.

Відзнаки інтерфейсів RS 232, 422, 485

Порівняймо ці популярні стандарти. Об 'єднує інтерфейси RS 232, RS 485, RS 422, які використовуються для передачі цифрової інформації. При цьому 232 більш відомий як СОМ-порт комп 'ютера. А інші два поширені в промисловому середовищі для з 'єднання між собою різного обладнання.

Відмінності RS 232, RS 485 можливо відстежити, представивши технічну характеристику цих інтерфейсів. Почнемо з 232:

• Тип передачі даних: повний дуплекс.
• Максимальна протяжність: 15 метрів при 9600 біт/с.
• Контакти, що задіяні в роботі: TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, GND.
• Топологія: "точка-точка" ".
• Найбільша кількість пристроїв з "єднання: одне.

Тепер у порівнянні з RS 232, RS 485, RS 422 наступний інтерфейс. Це 422:

• Тип передачі даних: повний дуплекс.
• Максимальна протяжність: 1200 метрів при 9600 біт/сек.
• Контакти, що задіяні в роботі: TxA, TxB, RxA, RxB, GND.
• Топологія: "точка-точка" ".
• Найбільша кількість підключених пристроїв: одне (десять у режимі прийому).

Порівнюються між собою перетворювачі RS 232, RS 485. Наведемо коротку характеристику останнього інтерфейсу, головного в нашому оповіданні:

• Тип передачі даних: напівдуплекс (тобто два дроти) або повний дуплекс (чотири дроти).
• Максимальна протяжність: 1200 метрів при 9600 біт/сек.
• Контакти, що задіяні в роботі: DataA, DataB, GND.
• Топологія: багатоточкова.
• Найбільша кількість підключених пристроїв: 32 (з повторювачами їх число може дорости до 256).

Ось і все, що ми хотіли розповісти про інтерфейс RS 485, широко застосовуваний сьогодні в промисловості для передачі інформації між пристроями, апаратурою. За якимись характеристиками він схожий з родинними стандартами, за якимись (підключення, передача даних, усунення перешкод) істотно відрізняється від них.