RS-485 байланыс стандарты және оның ерекшеліктері

Кіріспе

Көп нүктелі сериялық байланыс стандарты
TIA 485 A (EIA 485 стандартын қайта қарау) ANSI/TIA/EIA 485 A стандарты 1998 жылы бекітілді: 3 наурыз 1998 ж. Қайта бекітілді: 7 желтоқсан 2012 ж. Физикалық орта Тепе-тең байланыс кабелі Желі топологиясы Нүктеден нүктеге, көп нүктелі, көп түсірілген Максималды құрылғылар Кемінде 32 бірлік жүктеме Максималды қашықтық Белгіленбеген Жұмыс режимі Әртүрлі қабылдау деңгейлері: екілік 1 (ӨШІРУЛІ) (Voa–Vob < −200 мВ) екілік 0 (ҚОСЫЛҒАН) (Voa–Vob > +200 мВ) Қолданылатын сигналдар A, B, C Коннектор түрлері Белгіленбеген

RS 485, сондай-ақ TIA 485 A немесе EIA 485 деп те аталады, 1983 жылы алғаш енгізілген стандарт. Ол сериялық байланыс жүйелерінде пайдаланылатын драйверлер мен қабылдағыштардың электрлік сипаттамаларын анықтайды. Электрлік сигнал беру тепе-тең жүзеге асырылады және көп нүктелі жүйелерді қолдайды. Стандартты Телекоммуникация индустриясы қауымдастығы және Электрондық индустриялар альянсы (TIA/EIA) бірлесіп жариялайды. Стандартты қолданатын цифрлық байланыс желілерін ұзақ қашықтықта және электр шуы жоғары ортада тиімді пайдалануға болады. Мұндай желіге бірнеше қабылдағышты сызықтық, көп нүктелі шина арқылы қосуға болады. Бұл сипаттамалар RS 485-ті өнеркәсіптік басқару жүйелерінде және осыған ұқсас қолдануларда пайдалы етеді.

Шолу

RS 485 арзан жергілікті желілерді және көп нүктелі байланыс тізбектерін қолдайды, RS 422 сияқты бұрылған жұп арқылы бірдей дифференциалдық сигналдауды пайдаланады. Қолданылуы мүмкін деректер жылдамдығы 10 Мбит/с дейін жетеді, ал төмен жылдамдықтарда – одан да ұзақ қашықтықтарға қолдануға болады. Шамамен айтқанда, жылдамдық (бит/с) қашықтыққа (метр) көбейтілгенде 108-ден аспауы тиіс. Осылайша, 50 метрлік кабель 2 Мбит/с аспайтын жылдамдықпен сигнал беруі керек. RS 422-ден айырмашылығы, драйвер тізбегін өшіруге болмайтындықтан, RS 485 драйверлері үш күйлі логиканы қолданады, бұл жеке трансляторларды деактивациялауға мүмкіндік береді. Бұл RS 485-ке тек екі сымды пайдалана отырып, сызықтық шина топологиясын іске асыруға мүмкіндік береді. RS 485 сымдары бойында орналасқан жабдықтар бір-бірімен алмастырылатын түйіндер, станциялар немесе құрылғылар деп аталады. Сымдарды орналастырудың ұсынылатын тәсілі – нүктеден нүктеге (көп нүктелі) қосылған түйіндердің тізбегі, яғни сызық немесе шина, жұлдыз, сақина немесе көп байланысқан желі емес. Сигналдың шағылысуы немесе тым төмен немесе тым жоғары тоқтату кедергісі болғандықтан жұлдыз және сақина топологиялары ұсынылмайды. Егер жұлдыз конфигурациясы қажет болса, арнайы RS 485 ретрансляторлары бар, олар әрбір кесінде екі бағытта деректерді тыңдайды, содан кейін деректерді барлық басқа кесіндерге қайта жібереді. Идеалды жағдайда, кабельдің екі ұшында екі сымды жалғайтын тоқтату резисторы орнатылуы керек. Тоқтату резисторлары болмаса, кабельдің тоқтатылмаған ұшынан сигналдың шағылысуы деректердің бұзылуына әкелуі мүмкін. Тоқтату резисторлары төмен кедергіге байланысты электр шуына сезімталдықты да азайтады. Әрбір тоқтату резисторының мәні кабельдің сипаттамалық кедергісіне тең болуы керек (әдетте, бұрылған жұптар үшін 120 Ом). Тоқтату сонымен қатар, ешбір құрылғымен сигнал берілмейтін жағдайда, әрбір дерек сымы үшін қауіпсіздікке қатысты бейімділікті орнату үшін жоғары және төмен тартымдылық резисторларын қамтиды. Осылайша, сымдар белгілі кернеуге бейімделеді және түйіндер сигнал берілмейтін сымдардан келетін шуды нақты деректер деп қабылдамайды; тартымдылық резисторлары болмаса, дерек сымдары электр шуына сезімталдықтың ең жоғары деңгейінде қалқып отырады, құрылғы станцияларының барлығы үнсіз немесе қуаты өшірілген кезде.

RS 485 supports inexpensive local networks and multidrop communications links, using the same differential signaling over twisted pair as RS 422. It is generally accepted that RS 485 can be used with data rates up to 10 Mbit/s or, at lower speeds, distances up to As a rule of thumb, the speed in bit/s multiplied by the length in metres should not exceed 108. Thus a 50 meter cable should not signal faster than 2 Mbit/s. In contrast to RS 422, which has a driver circuit which cannot be switched off, RS 485 drivers use three state logic allowing individual transmitters to be deactivated. This allows RS 485 to implement linear bus topologies using only two wires. The equipment located along a set of RS 485 wires are interchangeably called nodes, stations or devices. The recommended arrangement of the wires is as a connected series of point to point (multidropped) nodes, i. e. a line or bus, not a star, ring, or multiply connected network. Star and ring topologies are not recommended because of signal reflections or excessively low or high termination impedance. If a star configuration is unavoidable, special RS 485 repeaters are available which bidirectionally listen for data on each span and then retransmit the data onto all other spans. Ideally, the two ends of the cable will have a termination resistor connected across the two wires. Without termination resistors, signal reflections off the unterminated end of the cable can cause data corruption. Termination resistors also reduce electrical noise sensitivity due to the lower impedance. The value of each termination resistor should be equal to the cable characteristic impedance (typically, 120 ohms for twisted pairs). The termination also includes pull up and pull down resistors to establish fail safe bias for each data wire for the case when the lines are not being driven by any device. This way, the lines will be biased to known voltages and nodes will not interpret the noise from undriven lines as actual data; without biasing resistors, the data lines float in such a way that electrical noise sensitivity is greatest when all device stations are silent or unpowered.

Стандартты

EIA бір кезде барлық стандарттарын "RS" (Ұсынылған стандарт) префиксімен белгілеген, бірақ EIA TIA ресми түрде "RS" префиксін "EIA/TIA" деп өзгертіп, стандарттардың қайдан шыққандығын анықтауға көмектесті. EIA ресми түрде таратылды және стандартты қазір TIA 485 ретінде TIA сақтайды, бірақ инженерлер мен қолданбалар бойынша нұсқаулықтар әлі де RS 485 белгілеуін қолданады. EIA RS 485 стандартының алғашқы нұсқасы 1983 жылдың сәуір айында жарық көрген. RS 485 генератор мен қабылдағыштың электрлік сипаттамаларын ғана анықтайды: физикалық қабатты. Ол ешқандай байланыс протоколын нақтыламайды немесе ұсынбайды; RS 485 байланысы арқылы байланыс протоколдары басқа стандарттармен анықталады. Стандарттың кіріспесінде The Telecommunications Systems Bulletin TSB 89 туралы мәлімет берілген, онда қолдану бойынша нұсқаулықтар, соның ішінде деректерді жіберу жылдамдығы, кабель ұзындығы, тармақ ұзындығы және конфигурациялар келтірілген. 4-бөлімде генератордың (өткізгіш немесе драйвердің), қабылдағыштың, трансивердің және жүйенің электрлік сипаттамалары анықталған. Бұл сипаттамаларға мыналар кіреді: бірлік жүктеменің анықтамасы, кернеу диапазондары, ашық тізбек кернеулері, шекті мәндер және уақытша төзімділік. Сондай-ақ, генератордың үш интерфейс нүктесі (сигналдық сызықтар) анықталған: A, B және C. Деректер A және B сызықтары арқылы жіберіледі. C – жерге қосылатын нүкте. Бұл бөлімде сондай-ақ A және B терминалдары арасындағы полярлыққа сәйкес 1 (құрылмайтын) және 0 (құрылатын) логикалық күйлер анықталған. Егер A, B-ға қатысты теріс болса, онда күй 1 болады. Кері полярлық (A, B-ға қатысты оң) – 0 болады. Стандарт екі күйге ешқандай логикалық функция тағайындамайды.

Толық дуплекс операциясы

RS 485, RS 422 сияқты, төрт сымды пайдалану арқылы толық дуплекстік режимде жұмыс істеуі мүмкін. Алайда, RS 485 көп нүктелі спецификация болғандықтан, көп жағдайда мұндай нұсқаулық қажет немесе тиімді емес. RS 485 және RS 422 белгілі бір шектеулер сақтала отырып, бір-бірімен үйлесімді жұмыс істей алады.

Конвертерлер, ретрансляторлар және жұлдыз топологиясы

Жеке компьютердің қашықтанғы құрылғылармен байланысуына мүмкіндік беретін RS 485 және RS 232 арасындағы түрлендіргіштер бар. Қайталайтын құрылғыларды пайдалану арқылы өте кең RS 485 желілерін құруға болады. TSB 89A, TIA/EIA 485 A қолданылу ережелері жұлдыз тәрізді топологияны қолдануға кеңес бермейді.

Қолданбалар

RS 485 сигналдары компьютерлік және автоматтандыру жүйелерінің кең ауқымында қолданылады. Компьютерлік жүйеде SCSI 2 және SCSI 3 осы техникалық ерекшелікті контроллер мен дискілік жетектің арасындағы деректерді беру үшін физикалық қабатты іске асыру үшін пайдалана алады. RS 485 коммерциялық ұшақ кабиналарының көлік шинасында төмен жылдамдықты деректер байланысы үшін қолданылады. Ол минималды сымдауды қажет етеді және бірнеше орындықтар арасында сымдарды бөлісуге мүмкіндік береді, бұл салмақты азайтады. Олар бағдарламаланатын логикалық контроллерлерде және зауыт аяқтарында қолданылады. RS 485 көптеген стандартты және меншік автоматтандыру протоколдарының физикалық қабаты ретінде қолданылады, олар өнеркәсіптік басқару жүйелерін іске асыру үшін пайдаланылады, соның ішінде Modbus және Profibus протоколдарының ең көп таралған нұсқаларын қамтиды. DH 485 – Allen Bradley компаниясының өндірістік басқару бірліктерінде қолданылатын меншік коммуникациялық протоколы. Ол арнайы интерфейс құрылғыларын пайдалана отырып, дербес компьютерлер мен өндірістік контроллерлердің байланысуына мүмкіндік береді. Дифференциалдық принципте жұмыс істейтіндіктен, ол моторлар мен дәнекерлеу жабдықтарынан келетін электромагниттік кедергіге төтеп береді. Театрлар мен өнерпаздық орталықтарда RS 485 желілері DMX512 протоколын пайдалана отырып, жарықтандыру және басқа жүйелерді басқару үшін қолданылады. RS 485 AES3 цифрлық аудио қосылысының физикалық қабаты ретінде қызмет етеді. RS 485 ғимараттарды автоматтандыруда да қолданылады, себебі қарапайым шиналық сымдау және ұзын кабель ұзындығы қашықтағы құрылғыларды қосуға өте ыңғайлы. Оны бейнебақылау жүйелерін басқаруға немесе қауіпсіздік басқару панельдері мен кіруді бақылау карта оқығыштары сияқты құрылғыларды өзара байланыстыруға пайдалануға болады. Ол модельдік теміржолдардың цифрлық басқаруында (DCC) да қолданылады. DCC басқару станциясына сыртқы интерфейс көбінесе қолға ұсталатын контроллерлерді пайдалануға немесе желілік компьютерлік ортада макетті басқаруға мүмкіндік беретін RS 485 болып табылады. Мұндай жағдайларда 8P8C модульдік жалғауыштар қолданылады.

Хаттамалар

RS 485 байланыс протоколын анықтамайды, ол тек электрлік интерфейс болып табылады. Көптеген қолданбалар RS 485 сигнал деңгейлерін пайдаланса да, деректерді беру жылдамдығы, форматы және протоколы RS 485 стандартында белгіленбеген. Тіпті әртүрлі өндірушілерден шыққан ұқсас құрылғылардың өзара үйлесімділігі сигнал деңгейлеріне сәйкес болуымен қамтамасыз етілмейді.

Толқын пішін үлгісі

Төмендегі диаграммада асинхронды бастау-тоқтату әдісімен бір байт (0xD3, ең кіші маңызды биттен бастап) деректерді жіберу кезінде RS 485 желісінің A (көк) және B (қызыл) тіректерінің потенциалдары көрсетілген.