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  RS-485接口简介

  RS-485CAN总线芯片是目前最常用的一种串行通信接口，由于它具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站连接能力等优点，使其成为工业应用中首选的串行接口。

  说到RS-485，就不得不提RS-232。RS-232接口标准出现较早，由于在传输速率及传输距离上等特性上有很多不足，后来又推出了RS-485，可以说是RS-232的升级。

  RS-485接口特点

  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. RS-485的数据最高传输速率为10Mbps 。

  3. RS-485接口是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。

  RS-485布线施工的注意事项

  485总线由于其布线简单，稳定可靠从而广泛的应用于视频监控，门禁对讲，楼宇报警等各个领域中，但是，在485总线布线过程中由于有很多不完全准确的概念导致出现很多问题。现在总结了一些常见的注意事项。

  ● 布线一定要布多股屏蔽双绞线，多股是为了备用，屏蔽是为了出现特殊情况时调试，双绞是因为485通讯采用差模通讯原理，双绞的抗干扰性最好。

  ● 因为RS-485接口组成的半双工网络一般只需二根连线，所以RS-485接口均采用屏蔽双绞线传输。485+和485-数据线一定要互为双绞。不采用双绞线，是极端错误的。485总线一定要是手牵手式的总线结构，坚决杜绝星型连接和分叉连接。设备供电的交流电及机箱一定要真实接地，而且接地良好，有很多地方表面上有三角插座，其实根本没有接地，要小心接地良好时，可以确保设备被雷击、浪涌冲击静电累计时可以配合设备的防雷设计较好地释放能量，保护485总线设备和相关芯片不受伤害，避免和强电走在一起，以免强电对其干扰。

  ● 现在市场上有很多设备都是用RS232接口与RS485接口，如果有一台232接口的设备与一台485接口的设备通信，那就需要一个转换器，把232接口的设备的232信号转换成485信号，然后再与485接口的设备通信，所以RS232转RS485转换器就成为485总线系统的标准配置。

  ● RS232转RS485转换器分为无源型，有源防雷型，有源防雷光隔离型。无源型485转换器采用串口窃电技术供电，但是由于其体积小，很多保护电路不能做上去，导致对485设备以及电脑的保护不是很好。由于采用串口窃电技术，电源供给不足，导致负载较小。有源的转换器除了实现232和485的转换，还能保证两者之间电气隔离!因为485的线路往往比较长，线路上有干扰，采取隔离措施后即使485线路上有干扰也不会影响RS232接口。

  ● 485信号线不可以和电源线一同走线。在实际施工当中，由于走线都是通过管线走的，施工方有的时候为了图方便，直接将485信号线和电源线绑在一起，由于强电具有强烈的电磁信号对弱电进行干扰，从而导致485信号不稳定，导致通信不稳定。

  ● 选择使用普通的超五类屏蔽双绞线即网线就可以。由于原材料价格上涨，导致现在市场上的线材鱼龙混杂，有不良商人利用某种合金来顶替铜丝来做网线，在外面镀铜以蒙混客户。具体区别方法：看网线截面，如果是铜色的话，就是铜丝，如为白色，则是用合金以次充好。合金一般比较脆，容易断，而且导电性远不如铜丝，很容易在工程施工中造成问题。线材一般那建议选择标准的485线，其为屏蔽双绞线，传输线不是像网线那样为单股的铜丝，而是多股铜丝绞在一起形成一根线，从而即使某根小铜丝断掉，也不会影响整个的使用。

  ● 485布线借助485集线器和485中继器可以任意布设成星型接线与树形接线。485布线规范是必须要手牵手的布线，一旦没有借助485集线器和485中继器直接布设成星型连接和树形连接，很容易造成信号反射导致总线不稳定。很多施工方在485布线过程中，使用了星型接线和树形接线，有的时候整个系统非常稳定，但是有的时候则总是出现问题，又很难查找原因，一般都是由于不规范布线所引起的。

  ● 485总线必须要接地。在很多技术文档中，都提到485总线必须要接地，但是没有详细的提出如何接地。严格的说，485总线必须要单点可靠接地。单点就是整个485总线上只能是有一个点接地，不能多点接地，因为将其接地是因为要将地线(一般都是屏蔽线作地线)上的电压保持一致，防止共模干扰，如果多点接地适得其反。可靠接地时整个485线路的地线必须要有良好的接触，从而保证电压一致，因为在实际施工中，为了接线方便，将线剪成多段再连接，但是没有将屏蔽线作良好的连接，从而使得其地线分成了多段，电压不能保持一致，导致共模干扰。

  RS-485芯片选型经验

  RS-485接口已广泛应用于工业控制、仪器、仪表、多媒体网络、机电一体化产品等诸多领域。可用于RS-485接口的芯片种类也越来越多。如何在种类繁多的接口芯片中找到最合适的芯片，是摆在每一个使用者面前的一个问题。RS-485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哪些因素，下面将给出这方面的一些经验总结。

  节点数

  所谓节点数，即每个RS-485接口芯片的驱动器能驱动多少个标准RS-485负载。根据规定，标准RS-485接口的输入阻抗为≥12kΩ，相应的标准驱动节点数为32。为适应更多节点的通信场合，有些芯片的输入阻抗设计成1/2负载(≥24kΩ)、1/4负载(≥48kΩ)甚至1/8负载(≥96kΩ)，相应的节点数可增加到64、128和256。下图为一些常见芯片的节点数。

  半双工和全双工

  RS-485接口可连接成半双工和全双工两种通信方式。半双工通信的芯片有SN75176、SN75276、SN75LBC184、MAX485、MAX 1487、MAX3082、MAX1483等;全双工通信的芯片有SN75179、SN75180、MAX488~MAX491、MAX1482等。

  (半双工通信方式)

  (全双工通信方式)

  抗雷击和抗静电冲击

  RS-485接口芯片在使用、焊接或设备的运输途中都有可能受到静电的冲击而损坏。在传输线架设于户外的使用场合，接口芯片乃至整个系统还有可能遭致雷电的袭击。选用抗静电或抗雷击的芯片可有效避免此类损失，常见的芯片有MAX485E、MAX487E、MAX1487E等。尤其是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。

  限斜率驱动

  由于信号在传输过程中会产生电磁干扰和终端反射，使有效信号和无效信号在传输线上相互迭加，严重时会使通信无法正常进行。为解决这一问题，某些芯片的驱动器设计成限斜率方式，使输出信号边沿不要过陡，以不致于在传输线上产生过多 的高频分量，从而有效地扼制干扰的产生。如MAX487、SN75LBC184等都具有此功能。

  故障保护

  一些RS-485芯片采用故障保护技术，如SN75276、MAX3080~MAX3089。什么是故障保护，为什么要有故障保护，如果没有故障保护会产生什么后果?

  众所周知，RS-485接口采用的是一种差分传输方式，各节点之间的通信都是通过一对(半双工)或两对(全双工)双绞线作为传输介质。根据RS-485的标准规定，接收器的接收灵敏度为±200mV，即接收端的差分电压大于、等于+200 mV时，接收器输出为高电平;小于、等于-200mV时，接收器输出为低电平;介于±200mV之间时，接收器输出为不确定状态。在总线空闲即传输线上所有节点都为接收状态以及在传输线开路或短路故障时，若不采取特殊措施，则接收器可能输出高电平也可能输出低电平。一旦某个节点的接收器产生低电平就会使串行接收器(UART)找不到起始位，从而引起通信异常，解决此类问题的方法有两种：

  (1)使用带故障保护的芯片，它会在总线开路、短路和空闲情况下，使接收器的输出为高电平。确保总线空闲、短路时接收器输出高电平是由改变接收器输入门限来实现的。例如，MAX3080～MAX 3089输入灵敏度为-50mV/-200mV，即差分接收器输入电压UA-B≥-50mV时，接收器输出逻辑高电平;如果UA-B≤-200mV，则输出逻辑低电平。当接收器输入端总线短路或总线上所有发送器被禁止时，接收器差分输入端为0V，从而使接收器输出高电平。同理，SN75276的灵敏度为0mV/-300mV，因而达到故障保护的目的。

  (2)若使用不带故障保护的芯片，如SN75176、MAX1487等时，可在软件上作一些处理，从而避免通信异常。即在进入正常的数据通信之前，由主机预先将总线驱动为大于+200mV，并保持一段时间，使所有节点的接收器产生高电平输出。这样，在发出有效数据时，所有接收器能够正确地接收到起始位，进而接收到完整的数据。

  RS-485应用的一些小经验

  1、收发时序不匹配：

  485是半双工的通信，收发转换是需要一定的时间的，所以一般在收发转换之间，和每发送完一帧数据之后，都要有相应的延时，如果出现收发不正常、或第一帧数据之后就出现误码现象，则可以适当的增加一下延时时间，以观问题是否解决。

  2、R0接上拉电阻：

  异步通信数据以字节的方式传送，在每一个字节传送之前，先要通过一个低电平起始位实现握手。为防止干扰信号误触发RO(接收器输出)产生负跳变，使接收端MCU进入接收状态，建议RO外接10kΩ上拉电阻。

  3、合理选用芯片。

  例如，对外置设备为防止强电磁(雷电)冲击，建议选用TI的75LBC184等防雷击芯片，对节点数要求较多的可选用SIPEX的SP485R。此外经我们实验发现，ADI的非隔离型485芯片ADM487E、隔离型芯片ADM2483、ADM2587在多节点、防雷击方面也有着很好的表现。

  维护RS-485的常用方法

  1)若出现系统完全瘫痪，大多因为某节点芯片的VA、VB对电源击穿，使用万用表测VA、VB间差模电压为零，而对地的共模电压大于3V，此时可通过测共模电压大小来排查，共模电压越大说明离故障点越近，反之越远;

  2)总线连续几个节点不能正常工作。一般是由其中的一个节点故障导致的。一个节点故障会导致邻近的2～3个节点(一般为后续)无法通信，因此将其逐一与总线脱离，如某节点脱离后总线能恢复正常，说明该节点故障;

  3)集中供电的RS-485系统在上电时常常出现部分节点不正常，但每次又不完全一样。这是由于对RS-485的收发控制端TC设计不合理，造成微系统上电时节点收发状态混乱从而导致总线堵塞。改进的方法是将各微系统加装电源开关然后分别上电;

  4)系统基本正常但偶尔会出现通信失败。一般是由于网络施工不合理导致系统可靠性处于临界状态，最好改变走线或增加中继模块。应急方法之一是将出现失败的节点更换成性能更优异的芯片;

  5)因MCU故障导致TC端处于长发状态而将总线拉死一片。提醒读者不要忘记对TC端的检查。尽管RS-485规定差模电压大于200mV即能正常工作。但实际测量：一个运行良好的系统其差模电压一般在1.2V左右(因网络分布、速率的差异有可能使差模电压在0.8~1.5V范围内)。