串行通信總線接口標準分析與選擇

孟慶波 曲素榮 李帆 崔剛

（鄭州鐵路職業技術學院電氣工程系，河南鄭州 450052）

串行通信總線接口標準分析與選擇

孟慶波 曲素榮 李帆 崔剛

（鄭州鐵路職業技術學院電氣工程系，河南鄭州 450052）

在科研項目開發和實施過程中，對串行通信總線接口標準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準，選擇出集散控制系統的通信接口及總線類型，強調應用RS-485時的注意事項，以期對相關科研項目開發和實施具有一定的借鑒價值。

串行通信；接口標準；RS-485

用于串行通信的接口標準包括RS-232、RS-422和RS-485等。在科研項目開發和實施過程中，對串行通信總線接口標準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準分析

1.1 RS-232接口標準

RS（Recommended Standard）-232為“使用二進制進行交換的數據終端設備和數據通信設備（DCE）之間的接口”。RS-232針對點對點通信而設計，適合于本地設備之間的通信。RS-232的發送-接收電平差較小，導致共模抑制能力差；另外，雙絞線雜散電容的影響使其信號傳送距離受限，數據傳輸速率不高。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準［1］。

1.2 RS-422接口標準

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接口標準。其是一種單機發送、多機接收的單向平衡傳輸標準，也是RS-232向RS-485的一種過渡［2］。

1.3 RS-485接口標準

RS-485接口標準規定：①多點通信；②標準節點數為32；③允許收發器數目為32Tx、32Rx；④傳輸方式為差分；⑤傳輸介質為雙絞線；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。

結合上述分析，表1列出了RS-232、RS-422、RS-485接口標準的主要區別。

2 通信接口標準及總線類型的選擇

RS-232接口標準的最大傳輸距離一般不超過20m，使其應用受到通信距離的很大限制。另外，最高傳輸速率只有20kbps，數據傳輸速率不高。此外，RS-232接口標準采用單端傳輸的不平衡傳輸方式，抗干擾能力較差。受限于這些局限性，RS-232接口標準應用的場合是近距離、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接口標準采用差分傳輸的平衡傳輸方式，具有很強的CMRR抑制能力。同時，RS-485是真正的多點通信，可以實現多點發射、多點接收，標準節點數達32，且可擴展，允許收發器數目為32Tx、32Rx。RS-485接口標準的最大傳輸距離達上千米，適合中距離的傳輸。另外，RS-485接口標準的最高傳輸速率達10Mbps，比RS-232接口標準快500倍。基于這些優點，采用RS-485接口標準及總線，可以更方便地構成一主機（PC）、多子站（SC?Ms）的多級、多點分布式系統［3］。圖1所示的參考系統結構中，1個主控制器、m個分支控制器和n個終端控制器，就構成一個m×n點的主從分布、三級驅動的DCS系統。

圖1 基于RS-485接口標準及總線的多級分布式DCS系統結構

此外，RS-485接口標準只對應于開放式系統互聯參考模型OSI（Open System Interconnect Reference Model）的7層模型中的物理層（PHY），如圖2所示。該物理層只完成發送及接收字節流的任務，而傳輸過程的可靠性則由高層協議來保證。由于RS-485接口標準只對接口的電氣特性作出規定，而不涉及具體的接插件、電纜或協議。開發者可以在此基礎上，自由建立獨立的上層通信協議，給設計者提供了更大的靈活性。因此，在中大規模的集散控制DCS系統中，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接口標準一般采用總線型（BUS）結構，不支持環型（RING）或星型（STAR）網絡。

②網絡節點數與所選器件中RS-485芯片驅動能力和接收器的輸入阻抗有關。

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

④網絡電源和數據線路采用暗敷設方式；槽縫隙采用玻璃膠密封，進行防水處理；槽內所敷設線路禁止出現接頭，系統總線端口固定安裝，總線預留一組主干線備用。這些工程具體實施細節，可以提高系統運行的可靠性。

［1］劉水.RS-232多機通信技術在校表臺中的設計應用［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［D］.北京：中國科學院大學，2014.

［3］楊志深.中波發射機監控系統的設計與實現［D］.廣州：華南理工大學，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：電力電子技術及變頻調速。