RS-232和總線有什么區(qū)別？

雖然這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)期以來都用于串行通信，但RS-485提供了RS-232無法提供的有價(jià)值的功能。在本文中了解更多信息。

任何形式的交流都需要規(guī)則來幫助確保每個(gè)人都停留在同一個(gè)頁面上。在電子領(lǐng)域，這些規(guī)則采取標(biāo)準(zhǔn)的形式，廣泛適用的設(shè)計(jì)規(guī)范集由行業(yè)協(xié)會(huì)作為建議發(fā)表。當(dāng)遵循這些建議時(shí)，這些建議有助于工程設(shè)備使用相同的電子語言，從而實(shí)現(xiàn)高效、可靠的通信。

RS-232（“RS”縮寫為“推薦標(biāo)準(zhǔn)”）在20世紀(jì)60年代被引入作為串行通信的標(biāo)準(zhǔn)化接口。盡管RS-485在這方面仍然有用，但現(xiàn)在已經(jīng)存在了替代品，如RS-485，并提供了顯著的增強(qiáng)性能。在本文中，我們將著眼于RS-232和RS-485之間最重要的區(qū)別。

點(diǎn)到點(diǎn)與多點(diǎn)

RS-232是一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)規(guī)范，意味著一個(gè)RS-232設(shè)備只能與另一個(gè)RS-232設(shè)備進(jìn)行通信。雖然有一些創(chuàng)造性，可以將RS-232轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓛蓚€(gè)以上設(shè)備共享的“多點(diǎn)”網(wǎng)絡(luò)，但標(biāo)準(zhǔn)本身并沒有包含這一功能。

因?yàn)镽S-485是多點(diǎn)規(guī)范，所以它更加靈活。多個(gè)RS-485設(shè)備無需任何特殊修改或接口電路即可進(jìn)行通信，如圖1所示。RS-485驅(qū)動(dòng)器必須能夠承受32“單元負(fù)載”，即32個(gè)具有15 kΩ輸入阻抗的接收器。

?圖1。該圖展示了多個(gè)收發(fā)器使用的RS-485總線的關(guān)鍵特性。圖像由ADI提供

電壓等級(jí)

最初的RS-232標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了+25 V和-25 V的邏輯電平。它認(rèn)為普通的家庭串行接口需要50 V的信號(hào)擺幅，但畢竟這是60多年前的事情。標(biāo)準(zhǔn)的后續(xù)修訂將信號(hào)擺度降低至±12V，然后降低至±5V。RS-485中的電壓電平要低得多，這是兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之間最顯著的差異之一。

圖2中的圖表描述了一個(gè)邏輯級(jí)別的數(shù)據(jù)流以及該數(shù)據(jù)流的RS-232版本。注意，除了電壓電平轉(zhuǎn)換外，極性也是反向的。+5V邏輯高變?yōu)?5V，而0V邏輯低變?yōu)?5V。

RS-232線驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的邏輯電平數(shù)據(jù)和相應(yīng)的RS-232信號(hào)。

?圖2。邏輯電平數(shù)據(jù)（頂部）和RS-232線驅(qū)動(dòng)器（底部）生成的相應(yīng)RS-232信號(hào)。圖片由麻省理工學(xué)院提供

單端與差分信號(hào)

典型的邏輯電平信號(hào)和RS-232信號(hào)是單端的，這意味著一個(gè)信息信號(hào)需要一個(gè)電信號(hào)。電信號(hào)參考0V接地電位。RS-485信號(hào)是差分的，這意味著一個(gè)信息信號(hào)需要兩個(gè)互補(bǔ)的電信號(hào)。接收機(jī)通過比較這兩個(gè)信號(hào)來提取信息。

圖3說明了單端和差分信號(hào)之間的差異。

?圖3。圖像由所有相關(guān)電路提供

由符合RS-485標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)器生成的信號(hào)具有1.5V的最小差分振幅；RS-485接收機(jī)的最小差分檢測(cè)閾值為200mV。這樣，即使信號(hào)從發(fā)射機(jī)傳輸?shù)浇邮諜C(jī)時(shí)顯著降低，也有足夠的余量來可靠地檢測(cè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

圖4給出了RS-485最小驅(qū)動(dòng)器和接收器振幅的直觀表示。圖片來源，一個(gè)德州儀器公司的應(yīng)用注釋標(biāo)題為“RS-485設(shè)計(jì)指南”，是一個(gè)很好的資源，如果你正在尋找有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)信息。

?圖4。RS-485驅(qū)動(dòng)器和接收器的最小振幅。圖片由德州儀器公司提供

信號(hào)擺度

RS-485總線的信號(hào)擺度遠(yuǎn)小于RS-232接口的信號(hào)擺度。這是RS-485的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楦〉恼穹盘?hào)允許簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)和提高效率。因?yàn)檩^低的振幅與差分信號(hào)相結(jié)合，所以它們不會(huì)增加設(shè)備對(duì)EMI的敏感性。實(shí)際上，RS-485通信比RS-232通信更健壯。

更高的數(shù)據(jù)速率是與更小振幅信號(hào)相關(guān)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。RS-232的最大數(shù)據(jù)速率約為1兆每秒。理論上，RS-485在實(shí)踐中的最大值為10Mbps，如圖5所示，其極限更高。

?圖5。RS-485的最大數(shù)據(jù)速率隨著電纜長(zhǎng)度的減少而增加。圖像由ADI提供

信號(hào)編碼

RS-232描述了串行通信的完整解決方案。包括以下要求：

?電氣特性。

?信號(hào)特性。

?連接方案。

?機(jī)械接口。

相反，RS-485僅規(guī)定了電氣特性。

這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都沒有定義信號(hào)編碼方法。然而，RS-232通常使用通用異步接收機(jī)/發(fā)射機(jī)（UART）信令方案，該信令方案定義了開始和停止位、奇偶校驗(yàn)和數(shù)據(jù)編碼等。RS-485也經(jīng)常使用UART。

從圖6中我們可以看到，一個(gè)字節(jié)的UART數(shù)據(jù)包含：

A起始位。

八個(gè)數(shù)據(jù)位。

一個(gè)停止位。

UART數(shù)據(jù)的一個(gè)字節(jié)由一個(gè)起始位、一個(gè)終止位和八個(gè)數(shù)據(jù)位組成。

?圖6。一個(gè)字節(jié)的UART數(shù)據(jù)。圖像由所有相關(guān)電路提供

如果接收機(jī)知道發(fā)射機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸速率或波特率，它可以使用內(nèi)部計(jì)時(shí)器正確地采樣傳入的數(shù)據(jù)位。UART通信不需要用于組織二進(jìn)制數(shù)據(jù)塊的額外信號(hào)。它甚至不需要外部時(shí)鐘信號(hào)——使用發(fā)射器和接收器中的內(nèi)部計(jì)時(shí)器生成和解釋電壓電平，這些計(jì)時(shí)器配置用于相同的波特率。

主要注意事項(xiàng)

RS-232和RS-485具有相似的名稱和用途，但它們?cè)谝?guī)范和實(shí)施細(xì)節(jié)方面表現(xiàn)出了關(guān)鍵的差異。它們的性能特征也大不相同，RS-485幾乎在所有方面都超過RS-232。雖然RS-232對(duì)于某些應(yīng)用來說是一個(gè)方便和令人滿意的接口，但RS-485對(duì)于串行通信來說是一個(gè)更為優(yōu)越、更具未來性的解決方案。