串行通信接口标准经过长时间的发展,已经涌现出多种标准。其中,RS-2RS-422与RS-485是广为人知的串行数据接口标准。RS-422是在RS-232的基础上发展起来的,旨在克服其通信距离短、速率低的局限。它定义了一种平衡通信接口,将传输速率提升至10Mb/s,传输距离在速率低于100kb/s时,可延伸至4000英尺,并且支持在一条平衡总线上连接最多10个接收器。
在通讯工业领域,由于EIA提出的建议标准均以“RS”为前缀,因此这些标准仍习惯性地被称为RS标准。这些标准主要规定了接口的电气特性,而对接插件、电缆或协议则无具体要求,从而为用户提供了建立高层通信协议的灵活性。
在视频界的应用中,许多厂家都基于这些标准建立了各自的高层通信协议,这些协议或公开或独家使用。值得一提的是,RS-232C标准是其中备受瞩目的一个。它由EIA制定,并规定了连接电缆的机械、电气特性以及信号功能和传送过程。常用的物理标准还包括RS-232-C、RS-422-A、RS-423A和RS-485等。
接下来,我们将深入探讨RS-232-C(简称232,或RS232)这一标准。
例如,IBMPC机上的COMCOM2接口,便是基于这一标准的。此外,我们还将介绍两种常见的连接器类型——DB-25和DB-9。这些连接器虽各有差异,但都是基于RS-232C标准进行设计的。
RS-232C标准定义了9个电压信号,包括信号地SG,以及数据线TXD、RXD等。此外,还有2个额外的信号线,用于空余或备用。
该标准还提供了20mA电流环信号,这是一种高可靠的通信方式,包含9个信号线。但请注意,这种信号仅在IBM PC和IBMPC/XT机上提供,后续的AT机及更高版本已不再支持。
在DB-25型连接器中,除了上述信号线外,还有6个空余的引脚,可用于其他用途或备用。
另外,还有一个保护地(PE)引脚,作为设备的接地端,通常连接至1脚。
综上所述,DB-25型连接器的外形及信号线分配如图3所示,用户可根据实际需求选择合适的信号配置。请注意,20mA电流环信号仅在特定机型上提供,且至AT机及以后版本已不再支持,因此在选择和使用时需特别留意。
RS-232C标准接口总计包含25条线,其中4条为数据线,11条为控制线,3条为定时线,以及7条备用和未定义线。在实际应用中,仅有9根线被广泛使用。
接下来介绍RS-422与RS-485串行接口标准。
这两种标准与RS-232C不同,它们采用差分传输方式,也被称为平衡传输。在这种方式中,数据信号通过一对双绞线进行传输,其中一条线被定义为A,另一条线定义为B,如图所示。
RS-422标准,全称“平衡电压数字接口电路的电气特性”,详尽地规定了接口电路的各项电气特性。其典型的四线接口如图5所示,但实际上还包括一根信号地线,因此总计有五根线。这种标准采用差分传输方式,有效提升了传输距离和抗干扰能力。
RS-422标准规定,其最大传输距离可达到4000英尺(约合1219米),且最大传输速率高达10Mb/s。值得注意的是,平衡双绞线的长度与传输速率之间存在反比关系,即在100kb/s以下的速率下,才有可能实现最大传输距离。同时,只有在近距离传输时才能获得最高速率,例如,在一般100米长的双绞线上,所能达到的最大传输速率仅为1Mb/s。
此外,RS-422标准还要求使用一终接电阻,其阻值需近似等于传输电缆的特性阻抗。在短距离传输情况下,可以省略终接电阻,通常在300米以下的距离内无需此操作。终接电阻应连接在传输电缆的最远端。
与RS-422相比,RS-485电气规定有很多相似之处。它们都采用平衡传输方式,并需要在传输线上配置终接电阻。然而,RS-485标准在通信方式上有所改进,它支持二线与四线连接方式。在二线制下,RS-485能够实现真正的多点双向通信,如图6所示。而四线连接方式则与RS-422相似,但不同的是,无论采用哪种连接方式,RS-485总线上的设备数量都有所增加,最多可接32个设备。
RS-485与RS-422的差异不仅体现在共模输出电压上,后者范围在-7V至+12V,而前者则为-7V至+7V。此外,两者的接收器输入阻抗也各有不同,RS-485的接收器最小输入阻抗为12kΩ,而RS-422则为4kΩ。值得注意的是,RS-485不仅兼容RS-422的所有规范,其驱动器还可应用于RS-422网络中。
谈及RS-422与RS-485的接地问题,这同样是确保网络稳定性的关键。在恶劣的工作环境或长距离传输时,对接地的要求更为严格。不合理的接地系统可能导致接口损坏率增加。在实际应用中,连接RS-4RS-485通信链路时,应避免简单地仅用一对双绞线连接各个接口的“A”、“B”端,而应遵循相应的标准和规范。
另外,RS-422与RS-485标准都规定了接收器门限为±200mV。这一规定旨在提供出色的噪声抑制能力。具体而言,当接收器的A电平比B电平高出+200mV以上时,输出将被判定为正逻辑;反之,则输出为负逻辑。这样的设计有助于确保数据的准确传输。