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EIA-485

EIA-485（过去叫做RS-485或者RS485[1]）是隶属于OSI模型物理层的电气特性规定为2线、半双工、平衡传输线多点通讯的标准。是由电信行业协会（英语：Telecommunications Industry Association）（TIA）及电子工业联盟（EIA）联合发布的标准。实现此标准的数字通讯网可以在有电子噪声的环境下进行长距离有效率的通讯。在线性多点总线（英语：Multidrop bus）的配置下，可以在一个网络上有多个接收器。因此适用在工业环境中。

TIA-485-A (Revision of EIA-485)
标准 ANSI/TIA/EIA-485-A-1998
1998年3月3日核可
2003年3月28日重新确认
物理介质 平衡传输线
网络拓扑 点对点、多点总线（英语：Multidrop bus）、总线拓扑
最多装置 至少32个unit loads
最长矩离 未限定
运作模式 差动接收信号：
binary 1 (OFF)
(Voa–Vob < −200 mV)
binary 0 (ON)
(Voa–Vob > +200 mV)
可用信号 A, B, C
连接器型式 没有指定

EIA一开始将RS（Recommended Standard）做为标准的前缀，不过后来为了便于识别标准的来源，已将RS改为EIA/TIA[2]。电子工业联盟（EIA）已结束运作，此标准目前是电信行业协会（TIA）维护，名称为TIA-485，但工程师及应用指南仍继续用RS-485来称呼此一协议。

简介 编辑

EIA-485的电气特性和RS-232不一样。EIA-485使用缆线两端的电压差值来表示传递信号，不同的电压差分别标识为逻辑1及逻辑0。两端的电压差最小为0.2V以上时有效，任何不大于12V或者不小于－7V的差值对接受端都被认为是正确的。

EIA-485仅仅规定了接受端和发送端的电气特性。它没有规定或推荐任何数据协议。EIA-485可以应用于配置便宜的区域网和采用单机发送，多机接受通讯链接，使用和EIA-422类似的差动双绞线。它提供高速的数据通讯速率（10m时35Mbit/s；1200m时100kbit/s）。有一个有关EIA-485的经验法则，是比特率乘以线长（单位为米）的乘积无法超过108，因此 50 m的在线速度不会超过2 Mbit/s[3]，在特定条件下，其数据通讯速率可以到64 Mbit/s.[4]。

EIA-485和EIA-422一样使用双绞线进行高电压差分平衡传输，它可以进行大面积长距离传输（超过4000呎，1200米）。和EIA-422相对照的是，EIA-422采用不可转换的单发送端，EIA-485的发送端需要设置为发送模式，这使得EIA-485可以使用双线模式实现真正的多点双向通讯。

EIA-485推荐使用在点对点网络中，线型、总线型，不能是星型、环型网络。假如必须要使用星型网络，可以配合特殊的RS-485 star/hub中继器，可以在多个网络中双向的监听资料，并且将资料再发送到其他的网络上。

 
典型的终接电阻以及偏置电阻线路。EIA-485标准没有标示终接电阻以及偏置电阻的阻值

理想情况下EIA-485需要2个终接电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗（英语：Characteristic impedance）（一般而言，双绞线会是120 ohms）。没有特性阻抗的话，当所有的装置都静止或者没有能量的时候就会产生噪声，而且线移需要双端的电压差。没有终接电阻的话，会使得较快速的发送端产生多个数据信号的边缘，这其中的一些是不正确的。之所以不能使用星型或者环型的拓扑结构是由于这些结构有不必要的反映，过低或者过高的终接电阻可以产生电磁干扰（EMI）。有时在一组网络在线。会加上上拉及接地电阻（偏置电阻），若通讯在线没有任何装置时，上面的资料可以有失效安全的机制。这样可以让网络在线有固定的偏置电压，节点较不容易在没有任何节点发送资料时，将在线的噪声解读成实际的资料。若没有偏置电阻，通讯线处于浮接的状态，在所有节点都未发送资料或未供电时，最容易受到噪声的影响[5]。

标准的范围及定义 编辑

EIA-485只规范了信号发生器及接收器的电气特性，只建议了物理层，没有指定或是建议任何的通讯协议。EIA-485网络上的通讯协议是由其他的标准来定义的。标准的前言建议参考「电信系统公告TSB-89」（The Telecommunications Systems Bulletin TSB-89），其中有包括资料传输速度、线路长度、短线长度及配置在内的应用指南。

EIA-485标准的的第四章定义了发生器（发送器或驱动器）、接收器、收发器和系统的电气特性。这些特性包括：单位负载（unit load）的定义、电压范围、开路电压、阈值和瞬态容差。其中也定义了三个发生器的信号线："A"、"B"及"C"。"A"和"B"是用来传输资料，"C"是参考电压。这一章也用A和B信号线的极性来定义逻辑状态1（off）和0（on），若A电压比B要低（A-, B+），其状态为1，若反过来（A+, B-），其状态为0，不过标准中没有定义这两个状态的逻辑功能。

Master-slave架构 编辑

若在Master-slave（英语：Master-slave (technology)）网络架构中，会有一台装置做为master，启动所有网络活动，多半会由这一台来提供EIA-485的偏置电路，其他slave装置就不需偏置电路。在此配置下，master装置一般会在EIA-485网络中的中间点，而由网络最末端的两台slave提供终接电阻。master也可以在网络的最末端，本身提供终接电阻，但这是不好的网络拓扑[6]，因为master若在网络的中间，在运作上是最理想的，可以让信号强度最大，也可以提升线长及通讯速度。若在多个装置加上偏置电路可能会违反EIA-485的规范，使得通讯误动作。

全双工的应用 编辑

EIA-485类似EIA-422，可以透过用四条线达到全双工。不过因为EIA-485是多点的规范，在许多应中并不需要用到全双工。EIA-485和EIA-422在有一定限制的情形下可以互操作。

EIA-485和其他通讯格式之间有转换器可以转换，让个人电脑可以和远程的装置通讯。利用「中继器」及「多中继器」可以架构很大的EIA-485网络。TIA/EIA-485-A的应用指南TSB-89A中有一张图上面写「星型配置，不建议使用」。利用EIA-485的「多中继器」可以用进行类似多点链接的星型配置，类似Ethernet的Hub/Star配置（距离更长）。（利用多中继器的）Hub/Star系统可以建构非常好维护的系统，不会违反任何EIA-485规范中的内容。中继器可以用来延伸网络的长度，或是增加上面的装置数量。

用途 编辑

许多电脑及自动化系统中都会用到EIA-485通讯。电脑的SCSI-2和SCSI-3通常使用这种标准的装置来作为物理层，以进行电脑和硬盘驱动器之间的资料传输。EIA-485经常和常用装置UART一起使用来实现在飞机上的低速率数据传输，举个例子，一些乘客控制单元采用这种装置，从而只需要很少的线缆就可以实现几个椅子共享线缆，从而减轻整个装置的重量。

许多工业控制系统中使用的自动化通讯协议以EIA-485为其物理层，其中也包括了常见的Modbus及Profibus。配合许多使用相同通讯协议的装置，EIA-485可以让个人电脑和工业控制系统可以在局域网上进行通讯[7]。EIA-485也用在可编程逻辑控制器以及工厂的数据通讯。EIA-485的差动特性可以抵抗马达装置和焊接装置的电磁干扰。

EIA-485使用在大型音频系统中，可以在音乐厅和剧院见到这种装置，可以使用普通的电脑来运行一些特殊的软件实现远距离音频装置的控制。EIA-485通过XLR标准的线缆连接的装置大量的用于麦克风上，从而实现舞台和控制台之间的连接而不需要预设线路。在剧场及演出场所也会用EIA-485网络上的DMX512（英语：DMX512）通讯协议来控制灯光及其他系统。

在楼宇自动化中会使用EIA-485作简单的网络应用，其支持长线的特性可以连接远距的装置。EIA-485可以控制视频监控系统，连接安全控制系统及装置（例如大门的门禁刷卡机）。

EIA-485也用在铁道模型，车站和铁道内部的通讯是用Digital Command Control（英语：Digital Command Control）通讯协议。车站和外部的界面一般会是EIA-485，可能是由手持的控制器发送[8]，或是由网络/个人电脑控制[9]。使用的连接器会是8P8C / RJ45。

通讯协议 编辑

EIA-485只是电气信号接口，本身是通讯协议，有许多通讯协议使用EIA-485准位的电气信号，但EIA-485规格书本身没有提到通讯速度、格式以及资料传输的通讯协议。若二台不同厂商的装置都使用EIA-485，即使是类似性质的装置，若只有电气信号接口相同，不保证互操作性。

EIA-485上最常使用的协议都是属于异步串列通讯（英语：Asynchronous serial communication），不过也有其他的通讯，例如简易传感器接口协议（英语：Simple Sensor Interface protocol）（SSI）。

信号 编辑

EIA-485差动信号包括以下二个信号：

  • A，也称为非反向（non-inverting）信号（不过也存在其他定义，见如下说明）
  • B，也称为反向（inverting）信号

也可能会有第三个信号（TIA标准（ANSI/TIA/EIA-485-A, page 15, A.4.1）为了平衡线路可以正常动作，要求在所有的平衡线路上有一个共同common return path）：

  • SC，也称为G或是参考（reference）信号（见如下说明）'

RS-485标准中提到：

  • 若是MARK（逻辑1），端子A的信号会比端子B的信号要低。
  • 若是SPACE（逻辑0），端子A的信号会比端子B的信号要高。

不同的IC使用的信号标示方式不同，不过EIA的标准中只使用A和B的名称。资料为1时，信号B会比信号A要高。不过因为标准其中也提到信号A是“非反向信号”，信号B是“反向信号”，因此信号A、B的定义就更容易混淆了[10]。许多器件制造商（错误的）依循了这个A/B的命名原则，包括以下厂商：

  • 德州仪器，其EIA-422/485通讯的应用指南上标示A=non-inverting, B=inverting。
  • Intersil，其ISL4489收发器的数据表上是这样标示的[11]
  • Maxim，其收发器的数据表上是这样标示的[12]
  • Linear Technology（英语：Linear Technology）其LTC2850、LTC2851、LTC2852的数据表上是这样标示的[13]。
  • Analog Devices其ADM3483, ADM3485, ADM3488, ADM3490, ADM3491的数据表上是这样标示的[14]。
  • FTDI其USB-RS485-WE-1800-BT的数据表上是这样标示的[15]。

上述制造商器件的标示方式都不符合“若是MARK（逻辑1），端子A的信号会比端子B的信号要低”的说明，但这些器件彼此定义是兼容一致的，而且实际上许多装置使用这些器件，因此在使用A/B的命名方式时，需非常小心。

有一种常用的de facto命名方式是：

  • TX+/RX+ 或 D+ 来代替 B（信号1时为高电位）
  • TX-/RX- 或 D- 来代替 A（信号1时为低电位）

在Modbus、BACnet及Profibus通讯协议中，A/B的标示会以A为negative green线，B是positive red线，像D-sub接头以及M12圆型接头的定义一样，在Profibus指南中也有类似的说明[16][17]。

EIA-485没有定义连接器或是引出线。电路可以用锁线端子（英语：screw terminal）、D-sub接器或是其他的连接器来进行配线。

EIA-485标准本身没有提到线缆的屏蔽，不过有建议一些将线路参考地点和装置外壳的地点互连的作法。

共模 编辑

除了A和B两个端子外，EIA标准还有提到第三个端子，称为SC，是信号的参考点。此一端子可以限制接收器输入端收到的共模信号，收发器会用这个信号做为基准值，来量测端子A和端子B旳电压。

允许的共模电压是在-7V至+12V的范围内，也就是0-5V的信号准位，再往外延伸+/-7V。若共模电压未在此范围内，好的话只会造成信号的不完整，坏的话会造成装置的损坏。不过SC的接线也需要额外的考量，尤其是长线应用的情形，长的SC线路无法达到让不同装置SC端子连在一起的原始目的，因此最好在SC线路上加上一些限流的装置。建筑物中的接地线，电压变化其实不大，但因为其阻抗很小，因此可能会产生灾难性的大电流，甚至大到会让接地线、电路板铜箔熔化，并且破坏收发器装置。

波形示例 编辑

下图列出在RS-485利用“异步开始-停止”方式发送一个字符（0xD3，最低比特先发送）时，+端子及 −端子上的电压

 

相关条目 编辑

参考资料 编辑

  1. ^ PROFIBUS工業網路介紹. EE Times电子工程专辑. UBM Asia 香港商亚洲博闻有限公司台湾分公司. 2007-12-29 [2016-03-14]. （原始内容存档于2009-07-17）. 
  2. ^ Trim-the-fat-off-RS-485-designs. EE Times. 2000 [2017-11-23]. （原始内容存档于2013-06-19）. 
  3. ^ Soltero, Manny; Zhang, Jing; Cockril, Chris; Zhang, Kevin; Kinnaird, Clark; Kugelstadt, Thomas. RS-422 and RS-485 Standards Overview and System Configurations, Application Report (pdf). Texas Instruments (技术报告). May 2010 [2002] [2017-11-27]. SLLA070D. （原始内容存档 (PDF)于2011-06-29）. 
  4. ^ 存档副本 (PDF). [2017-11-27]. （原始内容 (PDF)存档于2017-07-13）. 
  5. ^ DS3695,DS3695A,DS3695AT,DS3695T,DS96172, DS96174,DS96F172MQML,DS96F174MQML: Application Note 847 FAILSAFE Biasing of Differential Buses (Literature Number: SNLA031) (PDF). Texas Instruments. 2011 [2017-12-01]. （原始内容存档 (PDF)于2017-12-02）. 
  6. ^ Thomas, George. Examining the BACnet MS/TP Physical Layer (PDF). the Extension (Contemporary Control Systems, Inc.). March–April 2008, 9 (2) [2017-12-12]. （原始内容 (PDF)存档于2017-05-16）. 
  7. ^ DH-485 Industrial Local Area Network Overview. Rockwell Automation. [10 September 2010]. （原始内容存档于2016-08-17）. 
  8. ^ lenzusa.com （页面存档备份，存于互联网档案馆）, XpressNET FAQ, accessed July 26, 2015
  9. ^ bidib.org （页面存档备份，存于互联网档案馆）, "BiDiBus, a Highspeed-Bus for model-railways", accessed July 26, 2015.
  10. ^ Polarity conventions (PDF). Texas Instruments. 2003 [2018-01-08]. （原始内容存档 (PDF)于2015-06-19）. 
  11. ^ Data Sheet FN6074.3: ±15kV ESD Protected, 1/8 Unit Load, 5V, Low Power, High Speed and Slew Rate Limited, Full Duplex, RS-485/RS-422 Transceivers (PDF). Intersil Corporation. 28 April 2006 [2018-01-08]. （原始内容 (PDF)存档于2012-02-13）. 
  12. ^ Data Sheet 19-0122 – MAX481/MAX483/MAX485/MAX487–MAX491/MAX1487: Low-Power, Slew-Rate-Limited RS-485/RS-422 Transceivers (PDF). Maxim Integrated. September 2009 [2018-01-08]. （原始内容 (PDF)存档于2009-09-27）. 
  13. ^ LTC2850/LTC2851/LTC2852 3.3V 20Mbps RS485/RS422 Transceivers (PDF). Linear Technology Corporation. 2007 [2018-01-08]. （原始内容存档 (PDF)于2012-08-13）. 
  14. ^ ADM3483/ADM3485/ADM3488/ADM3490/ADM3491 (Rev. E) (PDF). Analog Devices, Inc. 22 November 2011 [2018-01-08]. （原始内容存档 (PDF)于2012-01-31）. 
  15. ^ USB to RS485 Serial Converter Cable Datasheet (PDF). Future Technology Devices International Ltd. 27 May 2010 [2018-01-08]. （原始内容存档 (PDF)于2018-02-05）. 
  16. ^ Profibus Interconnection Guideline (PDF) . 1.4. P International: 7. January 2007 [2018-01-08]. （原始内容存档于2017-10-20）. 
  17. ^ SIMATIC NET Profibus Network Manual (PDF) (PDF). Siemens: 157. April 2009 [2018-01-08]. （原始内容存档 (PDF)于2016-03-07）. 
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