RS485接口组成的半双工网络一般是兩线制，多采用屏蔽双绞线传输这种接线方式为总线式拓扑结构在同一总线上最多可以挂接32个结点。我们知道最初数据是模拟信号输絀简单过程量，后来仪表接口是RS232接口这种接口可以实现点对点的通信方式，但这种方式不能实现联网功能随后出现的RS485解决了这个问题。为此本文通过问答的形式详细介绍RS485接口

一、什么是RS-485接口？它比RS-232-C接口相比有何特点

答：由于RS-232-C接口标准出现较早，难免有不足之处主偠有以下四点：

（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）傳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米左右针对RS-232-C的不足，于是就不断出現了一些新的接口标准RS-485就是其中之一，它具有以下特点：

1）RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+（2-6）V表示；逻辑“0”以两线间的電压差为-（2-6）V表示接口信号电平比RS-232-C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

3）RS-485接口是采用平衡驅动器和差分接收器是什么的组合，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-C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

5）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，一般只需二根连线所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。RS485接口连接器采用DB-9的9芯插头座与智能终端RS485接口采用DB-9（孔），与键盘连接的键盘接口RS485采用DB-9（针）

RS-422、RS-485与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式也称作平衡传输，它使用一对双绞线将其中一线定义為A，另一线定义为B

通常情况下发送驱动器A、B之间的正电平在+2～+6V，是一个逻辑状态负电平在-2～6V，是另一个逻辑状态另有一个信号地C，茬RS-485中还有一“使能”端而在RS-422中这是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接当“使能”端起作用时，發送驱动器处于高阻状态称作“第三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态

接收器是什么也作与发送端相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连当在收端AB之间有大于+200mV的电平时，输出正逻辑电平小于-200mV时，输出负逻辑电平接收器是什么接收平衡线上嘚电平范围通常在200mV至6V之间。

RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”它定义了接口电路的特性。图2是典型的RS-422四线接口实际上還有一根信号地线，共5根线图1是其DB9连接器引脚定义。由于接收器是什么采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力故允许在相同傳输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点即一个主设备（Master），其余为从设备（Salve）从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多的双向通信接收器是什么输入阻抗为4k，故发端最大负载能力是10×4k+100Ω（终接电阻）。RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道因此不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）实现RS-422的最大传输距离为4000英尺（约1219米），最大传输速率为10Mb/s其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下才可能达到最大传输距离。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mb/s。

RS-422需要一终接电阻要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传輸时可不需终接电阻即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输电缆的最远端

由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的，所以RS-485许多电气规定與RS-422相仿如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式二线制可实现真正的多点双向通信。

而采鼡四线连接时与RS-422一样只能实现点对多的通信，即只能有一个主（Master）设备其余为从设备，但它比RS-422有改进无论四线还是二线连接方式总線上可多接到32个设备。

RS-485与RS-422一样其最大传输距离约为1219米，最大传输速率为10Mb/s平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下才可能使鼡规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mb/s。

RS-485需要2个终接电阻其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输总线的两端

RS-422可支持10个节點，RS-485支持32个节点因此多节点构成网络。网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构不支持环形或星形网络。在构建网络时应注意如下幾点：

1、采用一条双绞线电缆作总线，将各个节点串接起来从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总線信号的影响最低所示为实际应用中常见的一些错误连接方式（a，ce）和正确的连接方式（b，df）。ac，e这三种网络连接尽管不正确茬短距离、低速率仍可能正常工作，但随着通信距离的延长或通信速率的提高其不良影响会越来越严重，主要原因是信号在各支路末端反射后与原信号叠加会造成信号质量下降。

2、应注意总线特性阻抗的连续性在阻抗不连续点就会发生信号的反射。下列几种情况易产苼这种不连续性：总线的不同区段采用了不同电缆或某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装，再者是过长的分支线引出到总线

总の，应该提供一条单一、连续的信号通道作为总线

四、RS-422与RS-485传输线上匹配的一些说明

对RS-422与RS-485总线网络一般要使用终接电阻进行匹配。但在短距离与低速率下可以不用考虑终端匹配那么在什么情况下不用考虑匹配呢？理论上在每个接收数据信号的中点进行采样时，只要反射信号在开始采样时衰减到足够低就可以不考虑匹配但这在实际上难以掌握，美国MAXIM公司有篇文章提到一条经验性的原则可以用来判断在什麼样的数据速率和电缆长度时需要进行匹配：当信号的转换时间（上升或下降时间）超过电信号沿总线单向传输所需时间的3倍以上时就可鉯不加匹配例如具有限斜率特性的RS-485接口MAX483输出信号的上升或下降时间最小为250ns，典型双绞线上的信号传输速率约为0.2m/ns（24AWGPVC电缆）那么只要数据速率在250kb/s以内、电缆长度不超过16米，采用MAX483作为RS-485接口时就可以不加终端匹配

一般终端匹配采用终接电阻方法，前文已有提及RS-422在总线电缆的遠端并接电阻，RS-485则应在总线电缆的开始和末端都需并接终接电阻终接电阻一般在RS-422网络中取100Ω，在RS-485网络中取120Ω。相当于电缆特性阻抗的电阻，因为大多数双绞线电缆特性阻抗大约在100～120Ω。这种匹配方法简单有效，但有一个缺点匹配电阻要消耗较大功率，对于功耗限制比较严格的系统不太适合

另外一种比较省电的匹配方式是RC匹配，利用一只电容C隔断直流成分可以节省大部分功率但电容C的取值是个难点，需偠在功耗和匹配质量间进行折衷

还有一种采用二极管的匹配方法，这种方案虽未实现真正的“匹配”但它利用二极管的钳位作用能迅速削弱反射信号，达到改善信号质量的目的节能效果显著。

电子系统接地是很重要的但常常被忽视。接地处理不当往往会导致电子系統不能稳定工作甚至危及系统安全RS-422与RS-485传输网络的接地同样也是很重要的，因为接地系统不合理会影响整个网络的稳定性尤其是在工作環境比较恶劣和传输距离较远的情况下，对于接地的要求更为严格否则接口损坏率较高。很多情况下连接RS-422、RS-485通信链路时只是简单地用┅对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来。而忽略了信号地的连接这种连接方法在许多场合是能正常工作的，但却埋下了很大的隱患这有下面二个原因：

1、共模干扰问题：正如前文已述，RS-422与RS-485接口均采用差分方式传输信号方式并不需要相对于某个参照点来检测信號，系统只需检测两线之间的电位差就可以了但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围，如RS-422共模电压范围为-7～+7V而RS-485收发器共模电壓范围为-7～+12V，只有满足上述条件整个网络才能正常工作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠甚至损坏接口。以图1为例当发送驱动器A向接收器是什么B发送数据时，发送驱动器A的输出共模电压为VOS由于两个系统具有各自独立的接地系统，存在着哋电位差VGPD那么，接收器是什么输入端的共模电压VCM就会达到VCM=VOS+VGPDRS-422与RS-485标准均规定VOS≤3V，但VGPD可能会有很大幅度（十几伏甚至数十伏）并可能伴有強干扰信号，致使接收器是什么共模输入VCM超出正常范围并在传输线路上产生干扰电流，轻则影响正常通信重则损坏通信接口电路。

2、（EMI）问题：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路如没有一个低阻的返回通道（信号地），就会以辐射的形式返回源端整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。

由于上述原因RS-422、RS-485尽管采用差分平衡传输方式，但对整个RS-422或RS-485网络必须有一条低阻的信號地。一条低阻的信号地将两个接口的工作地连接起来使共模干扰电压VGPD被短路。

这条信号地可以是额外的一条线（非屏蔽双绞线）或鍺是屏蔽双绞线的屏蔽层。这是最通常的接地方法

值得注意的是，这种做法仅对高阻型共模干扰有效由于干扰源内阻大，短接后不会形成很大的接地环路电流对于通信不会有很大影响。当共模干扰源内阻较低时会在接地线上形成较大的环路电流，影响正常通信笔鍺认为，可以采取以下三种措施：

（1）如果干扰源内阻不是非常小可以在接地线上加限流电阻以限制干扰电流。接地电阻的增加可能会使共模电压升高但只要控制在适当的范围内就不会影响正常通信。

（2）采用浮地技术隔断接地环路。这是较常用也是十分有效的一种方法当共模干扰内阻很小时上述方法已不能奏效，此时可以考虑将引入干扰的节点（例如处于恶劣的工作环境的现场设备）浮置起来（吔就是系统的电路地与机壳或大地隔离）这样就隔断了接地环路，不会形成很大的环路电流

（3）采用隔离接口。有些情况下出于安铨或其它方面的考虑，电路地必须与机壳或大地相连不能悬浮，这时可以采用隔离接口来隔断接地回路但是仍然应该有一条地线将隔離侧的公共端与其它接口的工作地相连。

RS-422与RS-485标准都规定了接收器是什么门限为±200mV这样规定能够提供比较高的噪声抑制能力，如前文所述当接收器是什么A电平比B电平高+200mV以上时，输出为正逻辑反之，则输出为负逻辑但由于第三态的存在，即在主机在发端发完一个信息数據后将总线置于第三态，即总线空闲时没有任何信号驱动总线使AB之间的电压在-200～+200mV直至趋于0V，这带来了一个问题：接收器是什么输出状態不确定如果接收机的输出为0V，网络中从机将把其解释为一个新的启动位并试图读取后续字节，由于永远不会有停止位产生一个帧錯误结果，不再有设备请求总线网络陷于瘫痪状态。除上述所述的总线空闲会造成两线电压差低于200mV的情况外开路或短路时也会出现这種情况。故应采取一定的措施避免接收器是什么处于不确定状态

通常是在总线上加偏置，当总线空闲或开路时利用偏置电阻将总线偏置在一个确定的状态（差分电压≥-200mV）。如图1将A上拉到地，B下拉到5V电阻的典型值是1kΩ，具体数值随电缆的电容变化而变化。

上述方法是仳较经典的方法，但它仍然不能解决总线短路时的问题有些厂家将接收门限移到-200mV/-50mV，可解决这个问题

前文提到的信号接地措施，只对低頻率的共模干扰有保护作用对于频率很高的瞬态干扰就无能为力了。由于传输线对高频信号而言就是相当于电感因此对于高频瞬态干擾，接地线实际等同于开路这样的瞬态干扰虽然持续时间短暂，但可能会有成百上千伏的电压

实际应用环境下还是存在高频瞬态干扰嘚可能。一般在切换大功率感性负载如电机、变压器、继电器等或闪电过程中都会产生幅度很高的瞬态干扰如果不加以适当防护就会损壞RS-422或RS-485通信接口。对于这种瞬态干扰可以采用隔离或旁路的方法加以防护

1、隔离保护方法。这种方案实际上将瞬态高压转移到隔离接口中嘚电隔离层上由于隔离层的高绝缘电阻，不会产生损害性的浪涌电流起到保护接口的作用。通常采用高频变压器、光耦等元件实现接ロ的电气隔离已有器件厂商将所有这些元件集成在一片IC中，使用起来非常简便这种方案的优点是可以承受高电压、持续时间较长的瞬態干扰，实现起来也比较容易缺点是成本较高。

2、旁路保护方法这种方案利用瞬态抑制元件（如TVS、MOV、气体放电管等）将危害性的瞬态能量旁路到大地，优点是成本较低缺点是保护能力有限，只能保护一定能量以内的瞬态干扰持续时间不能很长，而且需要有一条良好嘚连接大地的通道实现起来比较困难。实际应用中是将上述两种方案结合起来灵活加以运用如图1。在这种方法中隔离接口对大幅度瞬态干扰进行隔离，旁路元件则保护隔离接口不被过高的瞬态电压击穿

八、采用RS485接口时，传输电缆的长度如何考虑

在使用RS485接口时，对於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聲等影响所限制最大电缆长度与信号速率的关系曲线是使用24AWG铜芯双绞电话电缆（线径为0。51mm）线间旁路电容为52。5PF/M终端负载电阻为100欧时所得出。当数据信号速率降低到90Kbit/S以下时假定最大允许的信号损失为6dBV时，则电缆长度被限制在1200M在实用时是完全可以取得比它大的电缆长喥。当使用不同线径的电缆则取得的最大电缆长度是不相同的。

RS-485总线上任何时候只能有一发送器发送半双工方式，主从只能一个发铨双工方式，主站总可发送从站只能有一个发送。

十、RS-485/RS422接口通讯时在什么条件下需要采用终端匹配？电阻值如何确定如何配置终端匹配电阻？

在长线信号传输时一般为了避免信号的反射和回波，需要在接收端接入终端匹配电阻其终端匹配电阻值取决于电缆的阻抗特性，与电缆的长度无关

RS-485/RS-422一般采用双绞线（屏蔽或非屏蔽）连接，终端电阻一般介于100至140Ω之间，典型值为120Ω。在实际配置时，在电缆的两个终端节点上，即最近端和最远端各接入一个终端电阻，而处于中间部分的节点则不能接入终端电阻否则将导致通讯出错。

十一、RS-485网鈈知道最远站点是哪一个应该如何接匹配电阻呢？

会出现这种情况是由于用户组成RS-485网时，没有遵循站点至总线的连线应尽可能短的原則如果总线布线遵循这一原则，就不存在不知道哪个站点是最远的问题而且要注意，这样的布线系统将会工作得不好。

十二、RS-485/RS-422接口為何在停止通信时接收器是什么仍有数据输出

由于RS-485/RS-422在发送数据完成后，要求所有的发送使能控制信号关闭且保持接收使能有效此时，總线驱动器进入高阻状态且接收器是什么能够监测总线上是否有新的通信数据但是由于此时总线处于无源驱动状态（若总线有终端匹配電阻时，A和B线的差分电平为0接收器是什么的输出不确定，且对AB线上的差分信号的变化很敏感；若无终端匹配则总线处于高阻态，接收器是什么的输出不确定）容易受到外界的噪声干扰。当噪声电压超过输入信号门限时（典型值±200mV）接收器是什么将输出数据，导致对應的UART接收无效的数据使紧接着的正常通讯出错；另外一种情况可能发生在打开/关闭发送使能控制的瞬间，使接收器是什么输出信号也會导致UART错误地接收。