二、RS-232串行接口標準
目前RS-232是PC機與通信工業中應用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標準。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。
←圖1
收、發端的數據信號是相對於信號地
，如從DTE設備發出的數據在使用DB25連接器時是2腳相對7腳（信號地）的電平，DB25各引腳定義參見圖1。典型的RS-232信號在正負電平之間擺動，在發送數據時，發送端驅動器輸出正電平在+5～+15V，負電平在-5～-15V電平。當無數據傳輸時，線上為TTL，從開始傳送數據到結束，線上電平從TTL電平到RS-232電平再返回TTL電平。接收器典型的工作電平在+3～+12V與-3～-12V。由於發送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右，所以其共模抑製能力差

，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約15米，最高速率為20kb/s。RS-232是為點對點（即隻用一對收、發設備）通訊而設計的，其驅動器負載為3～7kΩ。所以RS-232適合本地設備之間的通信。其有關電氣參數參見表1。
規定 RS232 RS422 R485
工作方式 單端 差分 差分
節點數 1收
、1發 1發10收 1發32收
最大傳輸電纜長度 50英尺 400英尺 400英尺
最大傳輸速率 20Kb/S 10Mb/s 10Mb/s
最大驅動輸出電壓 +/-25V -0.25V～+6V -7V～+12V
驅動器輸出信號電平(負載最小值) 負載 +/-5V～+/-15V +/-2.0V +/-1.5V
驅動器輸出信號電平(空載最大值) 空載 +/-25V +/-6V +/-6V
驅動器負載阻抗(Ω) 3K～7K 100 54
擺率(最大值) 30V/μs N/A N/A
接收器輸入電壓範圍 +/-15V -10V～+10V -7V～+12V
接收器輸入門限 +/-3V +/-200mV +/-200mV
接收器輸入電阻(Ω) 3K～7K 4K(最小) ≥12K
驅動器共模電壓 -3V～+3V -1V～+3V
接收器共模電壓 -7V～+7V -7V～+12V

表1

三
、RS-422與RS-485串行接口標準
1．平衡傳輸
RS-422
、RS-485與RS-232不一樣
，數據信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為A

，另一線定義為B，如圖2。

圖2

通常情況下，發送驅動器A
、B之間的正電平在+2～+6V，是一個邏輯狀態，負電平在-2～6V，是另一個邏輯狀態。另有一個信號地C，在RS-485中還有一"使能"端，而在RS-422中這是可用可不用的。"使能"端是用於控製發送驅動器與傳輸線的切斷與連接。當"使能"端起作用時，發送驅動器處於高阻狀態
，稱作"第三態"
，即它是有別於邏輯"1"與"0"的第三態。
接收器也作與發送端相對的規定
，收
、發端通過平衡雙絞線將AA與BB對應相連，當在收端AB之間有大於+200mV的電平時，輸出正邏輯電平，小於-200mV時，輸出負邏輯電平。接收器接收平衡線上的電平範圍通常在200mV至6V之間。參見圖3。

圖3

2．RS-422電氣規定
RS-422標準全稱是"平衡電壓數字接口電路的電氣特性"，它定義了接口電路的特性。圖5是典型的RS-422四線接口。實際上還有一根信號地線，共5根線。圖4是其DB9連接器引腳定義。由於接收器采用高輸入阻抗和發送驅動器比RS232更強的驅動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節點
，最多可接10個節點。即一個主設備（Master），其餘為從設備（Salve）
，從設備之間不能通信，所以RS-422支持點對多的雙向通信。接收器輸入阻抗為4k，故發端最大負載能力是10×4k+100Ω（終接電阻）。RS-422四線接口由於采用單獨的發送和接收通道，因此不必控製數據方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一對單獨的雙絞線）實現。

圖4

圖5

RS-422的最大傳輸距離為4000英尺（約1219米）
，最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比
，在100kb/s速率以下，才可能達到最大傳輸距離。隻有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mb/s。
RS-422需要一終接電阻
，要求其阻值約等於傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸電纜的最遠端。
RS-422有關電氣參數見表1
3．RS-485電氣規定
由於RS-485是從RS-422基礎上發展而來的，所以RS-485許多電氣規定與RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。RS-485可以采用二線與四線方式，二線製可實現真正的多點雙向通信，參見圖6。
而采用四線連接時，與RS-422一樣隻能實現點對多的通信，即隻能有一個主（Master）設備
，其餘為從設備，但它比RS-422有改進
， 無論四線還是二線連接方式總線上可多接到32個設備。參見圖7。

圖6

圖7

RS-485與RS-422的不同還在於其共模輸出電壓是不同的，RS-485是-7V至+12V之間
，而RS-422在-7V至+7V之間，RS-485接收器最小輸入阻抗為12k劍鳵S-422是4k健
；舊峽梢運礡S-485滿足所有RS-422的規範，所以RS-485的驅動器可以用在RS-422網絡中應用。
RS-485有關電氣規定參見表1。
RS-485與RS-422一樣，其最大傳輸距離約為1219米
，最大傳輸速率為10Mb/s。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比
，在100kb/s速率以下，才可能使用規定最長的電纜長度。隻有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長雙絞線最大傳輸速率僅為1Mb/s。
RS-485需要2個終接電阻，其阻值要求等於傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸總線的兩端。
四
、RS-422與RS-485的網絡安裝注意要點
RS-422可支持10個節點
，RS-485支持32個節點，因此多節點構成網絡。網絡拓撲一般采用終端匹配的總線型結構，不支持環形或星形網絡。在構建網絡時

，應注意如下幾點：
1．采cai用yong一yi條tiao雙shuang絞jiao線xian電dian纜lan作zuo總zong線xian，將jiang各ge個ge節jie點dian串chuan接jie起qi來lai，從cong總zong線xian到dao每mei個ge節jie點dian的de引yin出chu線xian長chang度du應ying盡jin量liang短duan，以yi便bian使shi引yin出chu線xian中zhong的de反fan射she信xin號hao對dui總zong線xian信xin號hao的de影ying響xiang最zui低di。圖tu8所示為實際應用中常見的一些錯誤連接方式（a，c，e）和正確的連接方式（b
，d
，f）。a
，c，e這三種網絡連接盡管不正確
，在短距離
、低di速su率lv仍reng可ke能neng正zheng常chang工gong作zuo，但dan隨sui著zhe通tong信xin距ju離li的de延yan長chang或huo通tong信xin速su率lv的de提ti高gao
，其qi不bu良liang影ying響xiang會hui越yue來lai越yue嚴yan重zhong，主zhu要yao原yuan因yin是shi信xin號hao在zai各ge支zhi路lu末mo端duan反fan射she後hou與yu原yuan信xin號hao疊die加jia，會hui造zao成cheng信xin號hao質zhi量liang下xia降jiang。
2．應注意總線特性阻抗的連續性，在阻抗不連續點就會發生信號的反射。下列幾種情況易產生這種不連續性：總線的不同區段采用了不同電纜
，或某一段總線上有過多收發器緊靠在一起安裝，再者是過長的分支線引出到總線。
總之，應該提供一條單一

、連續的信號通道作為總線。

圖8

五、RS-422與RS-485傳輸線上匹配的一些說明
對RS-422與RS-485總zong線xian網wang絡luo一yi般ban要yao使shi用yong終zhong接jie電dian阻zu進jin行xing匹pi配pei。但dan在zai短duan距ju離li與yu低di速su率lv下xia可ke以yi不bu用yong考kao慮lv終zhong端duan匹pi配pei。那na麼me在zai什shen麼me情qing況kuang下xia不bu用yong考kao慮lv匹pi配pei呢ne？理li論lun上shang，在zai每mei個ge接jie收shou數shu據ju信xin號hao的de中zhong點dian進jin行xing采cai樣yang時shi
，隻zhi要yao反fan射she信xin號hao在zai開kai始shi采cai樣yang時shi衰shuai減jian到dao足zu夠gou低di就jiu可ke以yi不bu考kao慮lv匹pi配pei。但dan這zhe在zai實shi際ji上shang難nan以yi掌zhang握wo，美mei國guoMAXIM公司有篇文章提到一條經驗性的原則可以用來判斷在什麼樣的數據速率和電纜長度時需要進行匹配：當信號的轉換時間（上升或下降時間）超過電信號沿總線單向傳輸所需時間的3倍以上時就可以不加匹配。例如具有限斜率特性的RS-485接口MAX483輸出信號的上升或下降時間最小為250ns，典型雙絞線上的信號傳輸速率約為0.2m/ns（24AWG PVC電纜）
，那麼隻要數據速率在250kb/s以內、電纜長度不超過16米
，采用MAX483作為RS-485接口時就可以不加終端匹配。
一般終端匹配采用終接電阻方法
，前文已有提及
，RS-422在總線電纜的遠端並接電阻，RS-485則應在總線電纜的開始和末端都需並接終接電阻。終接電阻一般在RS-422網絡中取100Ω，在RS-485網絡中取120Ω。相當於電纜特性阻抗的電阻
，因為大多數雙絞線電纜特性阻抗大約在100～120Ω。這種匹配方法簡單有效
，但有一個缺點，匹配電阻要消耗較大功率，對於功耗限製比較嚴格的係統不太適合。
另外一種比較省電的匹配方式是RC匹配，如圖9。利用一隻電容C隔斷直流成分可以節省大部分功率。但電容C的取值是個難點
，需要在功耗和匹配質量間進行折衷。
還有一種采用二極管的匹配方法，如圖10。這種方案雖未實現真正的"匹配"，但它利用二極管的鉗位作用能迅速削弱反射信號
，達到改善信號質量的目的。節能效果顯著。

圖10

六、RS-422與RS-485的接地問題
電子係統接地是很重要的
，但常常被忽視。接地處理不當往往會導致電子係統不能穩定工作甚至危及係統安全。RS-422與RS-485chuanshuwangluodejieditongyangyeshihenzhongyaode，yinweijiedixitongbuhelihuiyingxiangzhenggewangluodewendingxing，youqishizaigongzuohuanjingbijiaoeliehechuanshujulijiaoyuandeqingkuangxia
，duiyujiedideyaoqiugengweiyange。fouzejiekousunhuailvjiaogao。henduoqingkuangxia
，lianjieRS-422、RS-485通信鏈路時隻是簡單地用一對雙絞線將各個接口的"A"
、"B"端連接起來。而忽略了信號地的連接，這種連接方法在許多場合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有下麵二個原因：
1．共模幹擾問題：正如前文已述
，RS-422與RS-485jiekoujuncaiyongchafenfangshichuanshuxinhaofangshi，bingbuxuyaoxiangduiyumougecanzhaodianlaijiancexinhao
，xitongzhixujianceliangxianzhijiandedianweichajiukeyile。danrenmenwangwanghushileshoufaqiyouyidingdegongmodianyafanwei，ruRS-422共模電壓範圍為-7～+7V，而RS-485收發器共模電壓範圍為-7～+12V，隻有滿足上述條件，整個網絡才能正常工作。當網絡線路中共模電壓超出此範圍時就會影響通信的穩定可靠，甚至損壞接口。以圖11為例，當發送驅動器A向接收器B發送數據時，發送驅動器A的輸出共模電壓為VOS，由於兩個係統具有各自獨立的接地係統，存在著地電位差VGPD。那麼，接收器輸入端的共模電壓VCM就會達到VCM=VOS+VGPD。RS-422與RS-485標準均規定VOS≤3V
，但VGPD可能會有很大幅度（十幾伏甚至數十伏）
，並可能伴有強幹擾信號，致使接收器共模輸入VCM超出正常範圍，並在傳輸線路上產生幹擾電流，輕則影響正常通信
，重則損壞通信接口電路。

圖11

2．（EMI）問題：發送驅動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路，如沒有一個低阻的返回通道（信號地）
，就會以輻射的形式返回源端，整個總線就會像一個巨大的天線向外輻射電磁波。
由於上述原因，RS-422
、RS-485盡管采用差分平衡傳輸方式，但對整個RS-422或RS-485網絡
，必須有一條低阻的信號地。一條低阻的信號地將兩個接口的工作地連接起來，使共模幹擾電壓VGPD被短路。
這條信號地可以是額外的一條線（非屏蔽雙絞線）

，或者是屏蔽雙絞線的屏蔽層。這是最通常的接地方法。
值(zhi)得(de)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)，這(zhe)種(zhong)做(zuo)法(fa)僅(jin)對(dui)高(gao)阻(zu)型(xing)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)有(you)效(xiao)，由(you)於(yu)幹(gan)擾(rao)源(yuan)內(nei)阻(zu)大(da)，短(duan)接(jie)後(hou)不(bu)會(hui)形(xing)成(cheng)很(hen)大(da)的(de)接(jie)地(di)環(huan)路(lu)電(dian)流(liu)，對(dui)於(yu)通(tong)信(xin)不(bu)會(hui)有(you)很(hen)大(da)影(ying)響(xiang)。當(dang)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)源(yuan)內(nei)阻(zu)較(jiao)低(di)時(shi)，會(hui)在(zai)接(jie)地(di)線(xian)上(shang)形(xing)成(cheng)較(jiao)大(da)的(de)環(huan)路(lu)電(dian)流(liu)，影(ying)響(xiang)正(zheng)常(chang)通(tong)信(xin)。筆(bi)者(zhe)認(ren)為(wei)
，可(ke)以(yi)采(cai)取(qu)以(yi)下(xia)三(san)種(zhong)措(cuo)施(shi)：
（1） ruguoganraoyuanneizubushifeichangxiao，keyizaijiedixianshangjiaxianliudianzuyixianzhiganraodianliu。jiedidianzudezengjiakenenghuishigongmodianyashenggao，danzhiyaokongzhizaishidangdefanweineijiubuhuiyingxiangzhengchangtongxin。
（2） 采(cai)用(yong)浮(fu)地(di)技(ji)術(shu)，隔(ge)斷(duan)接(jie)地(di)環(huan)路(lu)。這(zhe)是(shi)較(jiao)常(chang)用(yong)也(ye)是(shi)十(shi)分(fen)有(you)效(xiao)的(de)一(yi)種(zhong)方(fang)法(fa)

，當(dang)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)內(nei)阻(zu)很(hen)小(xiao)時(shi)上(shang)述(shu)方(fang)法(fa)已(yi)不(bu)能(neng)奏(zou)效(xiao)，此(ci)時(shi)可(ke)以(yi)考(kao)慮(lv)將(jiang)引(yin)入(ru)幹(gan)擾(rao)的(de)節(jie)點(dian)（例如處於惡劣的工作環境的現場設備）浮置起來（也就是係統的電路地與機殼或大地隔離），這樣就隔斷了接地環路，不會形成很大的環路電流。
（3） 采(cai)用(yong)隔(ge)離(li)接(jie)口(kou)。有(you)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)，出(chu)於(yu)安(an)全(quan)或(huo)其(qi)它(ta)方(fang)麵(mian)的(de)考(kao)慮(lv)
，電(dian)路(lu)地(di)必(bi)須(xu)與(yu)機(ji)殼(ke)或(huo)大(da)地(di)相(xiang)連(lian)，不(bu)能(neng)懸(xuan)浮(fu)，這(zhe)時(shi)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)隔(ge)離(li)接(jie)口(kou)來(lai)隔(ge)斷(duan)接(jie)地(di)回(hui)路(lu)，但(dan)是(shi)仍(reng)然(ran)應(ying)該(gai)有(you)一(yi)條(tiao)地(di)線(xian)將(jiang)隔(ge)離(li)側(ce)的(de)公(gong)共(gong)端(duan)與(yu)其(qi)它(ta)接(jie)口(kou)的(de)工(gong)作(zuo)地(di)相(xiang)連(lian)。參(can)見(jian)圖(tu)12。
圖12
七

、RS-422與RS-485的網絡失效保護
RS-422與RS-485標準都規定了接收器門限為±200mV。這樣規定能夠提供比較高的噪聲抑製能力
，如前文所述
，當接收器A電平比B電平高+200mVyishangshi，shuchuweizhengluoji
，fanzhi，zeshuchuweifuluoji。danyouyudisantaidecunzai，jizaizhujizaifaduanfawanyigexinxishujuhou，jiangzongxianzhiyudisantai，jizongxiankongxianshimeiyourenhexinhaoqudongzongxian，shiAB之間的電壓在-200～+200mV直至趨於0V，這帶來了一個問題：接收器輸出狀態不確定。如果接收機的輸出為0V，網(wang)絡(luo)中(zhong)從(cong)機(ji)將(jiang)把(ba)其(qi)解(jie)釋(shi)為(wei)一(yi)個(ge)新(xin)的(de)啟(qi)動(dong)位(wei)
，並(bing)試(shi)圖(tu)讀(du)取(qu)後(hou)續(xu)字(zi)節(jie)

，由(you)於(yu)永(yong)遠(yuan)不(bu)會(hui)有(you)停(ting)止(zhi)位(wei)，產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)幀(zhen)錯(cuo)誤(wu)結(jie)果(guo)，不(bu)再(zai)有(you)設(she)備(bei)請(qing)求(qiu)總(zong)線(xian)，網(wang)絡(luo)陷(xian)於(yu)癱(tan)瘓(huan)狀(zhuang)態(tai)。除(chu)上(shang)述(shu)所(suo)述(shu)的(de)總(zong)線(xian)空(kong)閑(xian)會(hui)造(zao)成(cheng)兩(liang)線(xian)電(dian)壓(ya)差(cha)低(di)於(yu)200mV的情況外，開路或短路時也會出現這種情況。故應采取一定的措施避免接收器處於不確定狀態。
圖13
通常是在總線上加偏置，當總線空閑或開路時
，利用偏置電阻將總線偏置在一個確定的狀態（差分電壓≥-200mV）。如圖13。將A上拉到地，B下拉到5V，電阻的典型值是1kΩ
，具體數值隨電纜的電容變化而變化。
上述方法是比較經典的方法

，但它仍然不能解決總線短路時的問題，有些廠家將接收門限移到-200mV/-50mV，可解決這個問題。例如Maxim公司的MAX3080係列RS-485接口，不僅省去了外部偏置電阻

，而且解決了總線短路情況下的失效保護問題。
八、RS-422與RS-485的瞬態保護
qianwentidaodexinhaojiedicuoshi
，zhiduidipinlvdegongmoganraoyoubaohuzuoyong
，duiyupinlvhengaodeshuntaiganraojiuwunengweilile。youyuchuanshuxianduigaopinxinhaoeryanjiushixiangdangyudiangan，yinciduiyugaopinshuntaiganrao，jiedixianshijidengtongyukailu。zheyangdeshuntaiganraosuiranchixushijianduanzan，dankenenghuiyouchengbaishangqianfudedianya。
實際應用環境下還是存在高頻瞬態幹擾的可能。一般在切換大功率感性負載如電機
、變壓器、繼電器等或閃電過程中都會產生幅度很高的瞬態幹擾
，如果不加以適當防護就會損壞RS-422或RS-485通信接口。對於這種瞬態幹擾可以采用隔離或旁路的方法加以防護。
1．隔ge離li保bao護hu方fang法fa。這zhe種zhong方fang案an實shi際ji上shang將jiang瞬shun態tai高gao壓ya轉zhuan移yi到dao隔ge離li接jie口kou中zhong的de電dian隔ge離li層ceng上shang
，由you於yu隔ge離li層ceng的de高gao絕jue緣yuan電dian阻zu，不bu會hui產chan生sheng損sun害hai性xing的de浪lang湧yong電dian流liu，起qi到dao保bao護hu接jie口kou的de作zuo用yong。通tong常chang采cai用yong高gao頻pin變bian壓ya器qi
、光耦等元件實現接口的電氣隔離，已有器件廠商將所有這些元件集成在一片IC中，使用起來非常簡便
，如Maxim公司的MAX1480/MAX1490，隔離電壓可達2500V。這種方案的優點是可以承受高電壓
、持續時間較長的瞬態幹擾，實現起來也比較容易
，缺點是成本較高。
2．旁路保護方法。這種方案利用瞬態抑製元件（如TVS、MOV、氣體放電管等）將jiang危wei害hai性xing的de瞬shun態tai能neng量liang旁pang路lu到dao大da地di
，優you點dian是shi成cheng本ben較jiao低di，缺que點dian是shi保bao護hu能neng力li有you限xian，隻zhi能neng保bao護hu一yi定ding能neng量liang以yi內nei的de瞬shun態tai幹gan擾rao
，持chi續xu時shi間jian不bu能neng很hen長chang，而er且qie需xu要yao有you一yi條tiao良liang好hao的de連lian接jie大da地di的de通tong道dao，實shi現xian起qi來lai比bi較jiao困kun難nan。實shi際ji應ying用yong中zhong是shi將jiang上shang述shu兩liang種zhong方fang案an結jie合he起qi來lai靈ling活huo加jia以yi運yun用yong，如ru圖tu14。在這種方法中
，隔離接口對大幅度瞬態幹擾進行隔離，旁路元件則保護隔離接口不被過高的瞬態電壓擊穿。