串行通信總線接口標(biāo)準(zhǔn)分析與選擇

孟慶波 曲素榮 李帆 崔剛

（鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，河南鄭州 450052）

串行通信總線接口標(biāo)準(zhǔn)分析與選擇

孟慶波 曲素榮 李帆 崔剛

（鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，河南鄭州 450052）

在科研項目開發(fā)和實施過程中，對串行通信總線接口標(biāo)準(zhǔn)進行正確分析和選擇，顯得尤為重要。基于此，分析串行通信的常用接口標(biāo)準(zhǔn)，選擇出集散控制系統(tǒng)的通信接口及總線類型，強調(diào)應(yīng)用RS-485時的注意事項，以期對相關(guān)科研項目開發(fā)和實施具有一定的借鑒價值。

串行通信；接口標(biāo)準(zhǔn)；RS-485

用于串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn)包括RS-232、RS-422和RS-485等。在科研項目開發(fā)和實施過程中，對串行通信總線接口標(biāo)準(zhǔn)進行正確分析和選擇，顯得尤為重要。

1 串行通信總線接口標(biāo)準(zhǔn)分析

1.1 RS-232接口標(biāo)準(zhǔn)

RS（Recommended Standard）-232為“使用二進制進行交換的數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的接口”。RS-232針對點對點通信而設(shè)計，適合于本地設(shè)備之間的通信。RS-232的發(fā)送-接收電平差較小，導(dǎo)致共模抑制能力差；另外，雙絞線雜散電容的影響使其信號傳送距離受限，數(shù)據(jù)傳輸速率不高。基于此，RS-232是一種在低速率串行通信中增加通信距離的單端標(biāo)準(zhǔn)［1］。

1.2 RS-422接口標(biāo)準(zhǔn)

為了改進RS-232通信距離短、速率低的缺點，EIA定義了一種RS-422接口標(biāo)準(zhǔn)。其是一種單機發(fā)送、多機接收的單向平衡傳輸標(biāo)準(zhǔn)，也是RS-232向RS-485的一種過渡［2］。

1.3 RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)

RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：①多點通信；②標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點數(shù)為32；③允許收發(fā)器數(shù)目為32Tx、32Rx；④傳輸方式為差分；⑤傳輸介質(zhì)為雙絞線；⑥最遠通信距離為1 200m；⑦最大傳輸速率為10Mbps；⑧共模電壓最大、最小值為+12、-7V；⑨差分輸入范圍為-7～+12V；⑩接收器輸入靈敏度為±200mV；?接收器輸入阻抗為≥12kΩ。

結(jié)合上述分析，表1列出了RS-232、RS-422、RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)的主要區(qū)別。

2 通信接口標(biāo)準(zhǔn)及總線類型的選擇

RS-232接口標(biāo)準(zhǔn)的最大傳輸距離一般不超過20m，使其應(yīng)用受到通信距離的很大限制。另外，最高傳輸速率只有20kbps，數(shù)據(jù)傳輸速率不高。此外，RS-232接口標(biāo)準(zhǔn)采用單端傳輸?shù)牟黄胶鈧鬏敺绞剑垢蓴_能力較差。受限于這些局限性，RS-232接口標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的場合是近距離、低波特率的串行通信中。

表1RS-232、RS-422、RS-485的性能比較表

RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)采用差分傳輸?shù)钠胶鈧鬏敺绞剑哂泻軓姷腃MRR抑制能力。同時，RS-485是真正的多點通信，可以實現(xiàn)多點發(fā)射、多點接收，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點數(shù)達32，且可擴展，允許收發(fā)器數(shù)目為32Tx、32Rx。RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)的最大傳輸距離達上千米，適合中距離的傳輸。另外，RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)的最高傳輸速率達10Mbps，比RS-232接口標(biāo)準(zhǔn)快500倍。基于這些優(yōu)點，采用RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)及總線，可以更方便地構(gòu)成一主機（PC）、多子站（SC?Ms）的多級、多點分布式系統(tǒng)［3］。圖1所示的參考系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，1個主控制器、m個分支控制器和n個終端控制器，就構(gòu)成一個m×n點的主從分布、三級驅(qū)動的DCS系統(tǒng)。

圖1 基于RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)及總線的多級分布式DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

此外，RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)只對應(yīng)于開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI（Open System Interconnect Reference Model）的7層模型中的物理層（PHY），如圖2所示。該物理層只完成發(fā)送及接收字節(jié)流的任務(wù)，而傳輸過程的可靠性則由高層協(xié)議來保證。由于RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)只對接口的電氣特性作出規(guī)定，而不涉及具體的接插件、電纜或協(xié)議。開發(fā)者可以在此基礎(chǔ)上，自由建立獨立的上層通信協(xié)議，給設(shè)計者提供了更大的靈活性。因此，在中大規(guī)模的集散控制DCS系統(tǒng)中，普遍采用RS-485總線作為底層通信接口。

圖2 RS485（物理層）通信的分層模型

3 注意事項

①RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)一般采用總線型（BUS）結(jié)構(gòu)，不支持環(huán)型（RING）或星型（STAR）網(wǎng)絡(luò)。

②網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)與所選器件中RS-485芯片驅(qū)動能力和接收器的輸入阻抗有關(guān)。

③在工業(yè)現(xiàn)場和特殊場合下，要考慮抗靜電沖擊、限斜率驅(qū)動技術(shù)、故障保護、隔離、接地和實時性等問題。須提供一條單一、連續(xù)的信號通道作為總線，注意總線特性阻抗的連續(xù)性。

④網(wǎng)絡(luò)電源和數(shù)據(jù)線路采用暗敷設(shè)方式；槽縫隙采用玻璃膠密封，進行防水處理；槽內(nèi)所敷設(shè)線路禁止出現(xiàn)接頭，系統(tǒng)總線端口固定安裝，總線預(yù)留一組主干線備用。這些工程具體實施細節(jié)，可以提高系統(tǒng)運行的可靠性。

［1］劉水.RS-232多機通信技術(shù)在校表臺中的設(shè)計應(yīng)用［J］.電測與儀表，2003（9）：58-60.

［2］王林楓.基于FPGA的星載電場儀信號處理系統(tǒng)［D］.北京：中國科學(xué)院大學(xué)，2014.

［3］楊志深.中波發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2006.

Analysis and Selection of Serial Communication Bus Interface Standard

Meng QingboQu SurongLi FanCui Gang
（Department of Electrical Engineering，Zhengzhou Railway Vocational&Technical College，Zhengzhou Henan 450052）

In the process of developing and implementing the scientific research project,it is very important to ana?lyze and select the interface standard of serial communication bus.Based on this,the common interface standard of serial communication was analyzed,the communication interface and bus type of DCS were selected,and the matters needing attention in application of RS-485 were emphasized,in order to have some reference value for the develop?ment and implementation of related research projects.

serial communication；interface standard；RS-485

TP334.7

A

1003-5168（2016）10-0041-02

2016-09-10

孟慶波（1973-），男，碩士，副教授，研究方向：電力電子技術(shù)及變頻調(diào)速。