数据接口rs-232、rs-485、rs-422简介

串口通信(Serial Communication)，是指外设和计算机间，通过数据信号线、地线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。串口按电气标准及协议来划分，包括RS-232-C、RS-422、RS485等。

一、RS232基础知识

RS-232-C是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制定的一种串行物理接口标准，是目前最常用的一种串行通信接口。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数，代表RS232的最新一次修改（1969），在这之前，有RS232B、RS232A。

1、电气特性

EIA-RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。在TxD和RxD上：逻辑1(MARK)=-3V～-15V ，逻辑0(SPACE)=+3～＋15V。在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：信号有效（接通，ON状态，正电压）＝+3V～+15V；信号无效（断开，OFF状态，负电压)=-3V～-15V。根据设备供电电源的不同，+-5、+-10、+-12和+-15这样的电平都是可能的。

2、连接器的机械特性

由于RS-232C并未定义连接器的物理特性，因此，出现了各种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同。PC 机的RS-232 口为9 芯针插座。最近，8管脚的RJ-45型连接器变得越来越普遍，尽管它的管脚分配相差很大。

一些设备与PC 机连接的RS-232 接口，因为不使用对方的传送控制信号,只需三条接口线。

串口异性相接（公母头），使用直连串口线，其实就是相当于延长线，保证了RX（2）与TX（3）交叉相连即可。同性相接（公公或母母），则需使用交叉串口线。交叉线是在串口线内部将2,3引脚交叉，变成了3,2，保障RX与TX相连，其余引脚不变。

3、传输电缆

RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制。例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。

4、RS-232标准的不足
经过许多年来RS-232 器件以及通信技术的改进，RS-232 的通信距离已经大大增加。由于RS-232 接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点：

（1） 接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL 电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL 电路连接。

（2） 传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps。现在由于采用新的UART 芯片16C550 等，波特率达到115.2Kbps。

（3） 接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式， 这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。

（4） 传输距离有限，最大传输距离标准值为50米，实际上也只能用在15米左右。

二、RS485基础知识

RS-485/422采用平衡发送和差分接收方式实现通信：发送端将串行口的TTL电平信号转换成差分信号A、B两路输出，经过线缆传输之后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。由于传输线通常使用双绞线，又是差分传输，所以有极强的抗共模干扰的能力，总线收发器灵敏度很高，可以检测到低至200mV电压。故传输信号在千米之外都是可以恢复，因此弥补了RS-232的局限性。

1、RS-485 的电气特性

驱动器能输出±7V的共模电压。接收器的输入电阻RIN≥12kΩ。输入端的电容≤50pF。在节点数为32个，配置了120Ω的终端电阻的情况下，驱动器至少还能输出电压1.5V（终端电阻的大小与所用双绞线的参数有关）。发送端：逻辑"1"以两线间的电压差为+（2 至6） V 表示；逻辑"0"以两线间的电压差为-（2 至6）V 表示。接收器的输入灵敏度为200mV（即（V+）-（V-）≥0.2V，表示信号"0"；（V+）-（V-）≤-0.2V，表示信号"1"）。

2、传输速率与传输距离

RS-485 的数据最高传输速率为10Mbps，最大的通信距离约为1219M，传输速率与传输距离成反比，在10Kb/S的传输速率下，才可以达到最大的通信距离。

但是由于RS-485 常常要与PC 机的RS-232口通信，所以实际上一般最高115.2Kbps。又由于太高的速率会使RS-485 传输距离减小，所以往往为9600bps 左右或以下。

RS-232/RS-485 转换线/转换插头

3、网络拓扑

RS-485 接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。RS-485采用半双工工作方式，支持多点数据通信。

RS-485总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构。即采用一条总线将各个节点串接起来，不支持环形或星型网络。如果需要使用星型结构，就必须使用485中继器或者485集线器才可以。RS-485/422总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。

三、RS422基础知识

RS-422 的电气性能与RS-485近似一样。主要的区别在于：

（1）RS-485 有2 根信号线：发送和接收都是A 和B。由于RS-485 的收与发是共用两根线，所以不能够同时收和发（半双工）。

（2）RS-422 有4 根信号线：两根发送（Y、Z）、两根接收（A、B）。由于RS-422 的收与发是分开的，所以可以同时收和发（全双工）。

（3）支持多机通信的RS-422将Y-A 短接作为RS-485 的A、将RS-422 的Z-B 短接作为RS-485 的B可以这样简单转换为RS-485。

很多人往往都误认为RS-422串行接口是RS-485串行接口的全双工版本，实际上，它们在电器特性上存在着不少差异，共模电压范围和接收器输入电阻不同使得该两个标准适用于不同的应用领域。RS-485串行接口的驱动器可用于RS-422串行接口的应用中，因为RS-485串行接口满足所有的RS-422串行接口性能参数，反之则不能成立。对于RS-485串行接口的驱动器，共模电压的输出范围是-7V和+12V之间；对于RS-422串行接口的驱动器，该项性能指标仅有±7V。RS-422串行接口接收器的最小输入电阻是4KΩ；而RS-485串行接口接收器的最小输入电阻则是12KΩ。

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