RS-485

RS-485
Стандарт	EIA RS-485
Физическая среда	Витая пара
Сетевая топология	Точка-точка, Multi-dropped, Multi-point
Максимальное количество устройств	32 - 256 устройств (32 нагруженных)
Максимальное расстояние	1200 метров
Режим передачи	Дифференциальный (балансный)
Максимальная скорость передачи	100 кбит/с - 10 Мбит/с
Напряжение	-7 В до +12 В
(1)	Положительное напряжение (B-A > +200 мВ)
(0)	Отрицательное напряжение (B-A < -200 мВ)
Сигналы	Tx+/Rx+, Tx-/Rx- (Полудуплексный) Tx+, Tx-, Rx+, Rx- (Дуплексный)
Тип разъема	Не специфицирован

RS-485 (англ. Recommended Standard 485), EIA-485 (англ. Electronic Industries Alliance-485) — стандарт физического уровня для асинхронного интерфейса. Регламентирует электрические параметры полудуплексной многоточечной дифференциальной линии связи типа «общая шина».

Стандарт приобрел большую популярность и стал основой для создания целого семейства промышленных сетей широко используемых в промышленной автоматизации.

Стандарт RS-485 совместно разработан двумя ассоциациями: Ассоциацией электронной промышленности (EIA — Electronics Industries Association) и Ассоциацией промышленности средств связи (TIA — Telecommunications Industry Association). Ранее EIA маркировала все свои стандарты префиксом «RS» (англ. Recommended Standard — Рекомендованный стандарт). Многие инженеры продолжают использовать это обозначение, однако EIA/TIA официально заменил «RS» на «EIA/TIA» с целью облегчить идентификацию происхождения своих стандартов.

Технические характеристики интерфейса RS-485

В стандарте RS-485 для передачи и приёма данных используется одна витая пара проводов, иногда сопровождаемая экранирующей оплеткой или общим проводом. Передача данных осуществляется с помощью дифференциальных сигналов. Разница напряжений между проводниками одной полярности означает логическую единицу, разница другой полярности — ноль.

1. Стандарт RS-485 оговаривает только электрические и временные характеристики интерфейса.
2. Стандарт RS-485 не оговаривает:
   • параметры качества сигнала (допустимый уровень искажений, отражения в длинных линиях)
   • типы соединителей и кабелей,
   • гальваническую развязку линии связи,
   • протокол обмена.

Электрические и временные характеристики интерфейса RS-485

• До 32 приёмопередатчиков в одном сегменте сети.
• Максимальная длина одного сегмента сети: 1200 метров.
• Только один передатчик активный.
• Максимальное количество узлов в сети — 256 с учётом магистральных усилителей.
• Характеристика скорость обмена/длина линии связи (зависимость экспоненциальная):
  • 62,5 кбит/с 1200 м (одна витая пара)
  • 375 кбит/с 300 м (одна витая пара)
  • 500 кбит/с
  • 1000 кбит/с
  • 2400 кбит/с 100 м (две витых пары)
  • 10000 кбит/с 10 м

Примечание: Скорости обмена 62,5 кбит/с, 375 кбит/с, 2400 кбит/с оговорены стандартом RS-485. На скоростях обмена свыше 500 кбит/с рекомендуется использовать экранированные витые пары.

• Тип приёмопередатчиков — дифференциальный, потенциальный. Изменение входных и выходных напряжений на линиях A и B: Ua (Ub) от −7В до +12В (+7В).
• Требования, предъявляемые к выходному каскаду: — выходной каскад представляет собой источник напряжения с малым выходным сопротивлением, |Uвых|=1,5:5,0В (не <1,5В и не >6,0В);
  • состояние логической «1»: Ua больше Ub (гистерезис 200мВ) — MARK, OFF;
  • состояние логического «0»: Ua меньше Ub (гистерезис 200мВ) — SPACE, ON (производители микросхем - драйверов, часто выбирают намного меньшие значения, гистерезис от 10 мВ^[1][2]);
  • выходной каскад должен выдерживать режим короткого замыкания, иметь максимальный выходной ток 250мА, скорость нарастания выходного сигнала 1,2В/мкс и схему ограничения выходной мощности.

• Требования, предъявляемые к входному каскаду: — входной каскад представляет собой дифференциальный вход с высоким входным сопротивлением и пороговой характеристикой от −200мВ до +200мВ;
  • допустимый диапазон входных напряжений Uag (Ubg) относительно земли (GND) от −7В до +12В;
  • входной сигнал представлен дифференциальным напряжением (Ui+0,2В) и более;
  • уровни состояния приёмника входного каскада — см. состояния передатчика выходного каскада.

Сигналы

Передача данных идёт по двум линиям, A и B.

• Логическая единица: (B - A) > +200мВ
• Логический ноль: (B - A) < -200мВ

В момент отсутствия активного передатчика на шине, уровень сигнала в линиях неопределен. Для предотвращения ситуации, когда разница между входами A и B меньше 200мВ (неопределённое состояние), иногда применяется смещение с помощью резисторов или специальной схемы. Если состояние линий неопределено, то приемники могут принимать сигнал помехи. Некоторые протоколы предусматривают передачу служебных последовательностей для стабилизации приемников и уверенного начала приема.

Интерфейс является полудуплексным: узел не может одновременно и принимать, и передавать данные.

Согласование

При большой длине линии связи возникают эффекты длинных линий. Причина этому — распределенные индуктивные и емкостные свойства кабеля. Как следствие, сигнал, переданный в линию одним из узлов, начинает искажаться по мере распространения в линии, возникают сложные резонансные явления. Поскольку на практике кабель на всей длине имеет одинаковую конструкцию и, следовательно, одинаковые распределенные параметры погонной емкости и индуктивности, то это свойство кабеля характеризуют специальным параметром — волновым сопротивлением. Не вдаваясь в теоретические подробности, можно сказать, что в кабеле, на приемном конце которого подключен резистор с сопротивлением, равным волновому сопротивлению кабеля, резонансные явления значительно ослабляются. Называется такой резистор терминатором. Для сетей RS485 они ставятся на каждой оконечности длинной линии (поскольку обе стороны могут быть приемными). Волновое сопротивление наиболее распространенных витых пар CAT5 составляет 100 Ом^[3]. Другие витые пары могут иметь волновое сопротивление 150 Ом и выше. Плоские «ленточные» кабели до 300 Ом.^[4][5]

На практике номинал этого резистора может выбираться и бóльшего номинала чем волновое сопротивление кабеля поскольку омическое сопротивление того же кабеля может оказаться настолько велико, что амплитуда сигнала на приемной стороне окажется слишком мала для устойчивого приема. В этом случае ищут компромисс между резонансными и амплитудными искажениями сигнала, уменьшая скорость интерфейса и увеличивая номинал терминатора^[6][7][8] . На скоростях 9600 бит/с и ниже, резонансные явления в масштабах способных ухудшить качество связи практически не проявляются, и вопроса согласовании линии часто вообще не возникает. Так на скорости 9600 бит/с каждый бит информации представлен имульсом в 104 мкс (1 с / 9600 бит/с), электрический сигнал в витой паре, за это время, пройдет около 31 километра. При длине кабеля менее 1 километра, частично отраженный сигнал, от несогласованных концов кабеля, может несколько исказить фронт сигнала (первые 7 мкс импульса), но не его основную форму в целом.

Еще один источник искажения формы сигналов, при передаче через витую пару, разная скорость распространения высокочастотного и низкочастотного сигнала (высокочастотная составляющая распространяется по витой паре несколько быстрее), что приводит к искажению формы сигнала при высоких скоростях передачи^[9].

Помехи в линии связи зависят не только от длины, терминаторов и качества самой витой пары. Важно чтобы линия связи последовательно обходила все приемопередатчики (топология общей шины). Витая пара не должна иметь длинных отводов — отрезков кабеля для соединения с очередным узлом.

Подключение

Контакты RS-485

Разъем состоит из двух или трех контактов:

• B или '+' (TxD+/RxD+), не инвертированный^[10]
• A или '-' (TxD-/RxD-), инвертированный
• Опциональный общий провод. Соединение общих шин устройств не обязательно, но улучшает устойчивость работы интерфейса.

Сетевые протоколы, работающие поверх RS-485

• LanDrive
• ProfiBus DP
• ModBus
• DMX512
• HDLC

Промышленные сети, построенные на основе RS-485

• LanDrive
• ProfiBus DP
• ModBus

Ссылки

• Евгений Александрович Бень RS-485 для чайников (2003). Архивировано из первоисточника 28 августа 2011. Проверено 5 мая 2010.
• Яшкардин В.Л. RS-485 - стандарт передачи данных по последовательному симметричному каналу.. SoftElectro (2009). Архивировано из первоисточника 28 августа 2011. Проверено 5 мая 2010.
• Игорь Николаевич Бирюков Правильная разводка сетей RS-485 (2001). Проверено 5 мая 2010.
• Майк Фэрион (Mike Fahrion) Поиск и устранение неисправностей в сетях RS-485 (2005). Архивировано из первоисточника 5 февраля 2012. Проверено 16 августа 2011.

См. также

• DMX-512
• RS-232
• Драйвер (электроника)

Примечания

1. ↑ Datasheet приемопередатчик RS-485 SP485C
2. ↑ Datasheet приемопередатчик RS-485 DS75176
3. ↑ Кабели на основе витых пар
4. ↑ РАДИОЧАСТОТНЫЕ СИММЕТРИЧНЫЕ КАБЕЛИ
5. ↑ ВОЛНОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
6. ↑ Правильная разводка сетей RS-485 (пер. И. Н. Бирюков)
7. ↑ Интерфейс RS-485: описание, подключение
8. ↑ Е. А. Бень — RS-485 для чайников
9. ↑ Статья -передача сигналов по витой паре
10. ↑ MAX1487, MAX481, MAX483, MAX485, MAX487, MAX488, MAX489, MAX490, MAX491 Low-Power, Slew-Rate-Limited RS-485/RS-422 Transceivers - Overview