RS422/RS485总线模型分析与应用

　　引言

　　RS422/RS485总线接口作为多点、差分数据传输的电气规范，现已成为业界应用较为广泛的标准通信接口之一。

　　RS422/RS485标准只对接口的电气特性做出了规定，而不涉及接插件、电缆或协议，因此，用户可在此基础上建立自己的高层通信协议。

　　1 基本原理

　　RS422/RS485标准的全称为TIA/EIA-422-B和TIA/EIA-485串行通信标准。它们的数据信号均采用差分传输方式，也称作平衡传输。这两者在电气特性上非常接近，不同之处只是传输方式的不同。

　　RS485的典型工作方式如图1所示。RS485典型的驱动器使用一对双绞线，并将其中的一线定义为A，另一线定义为B。两线工作时采用半双工通信方式，其工作状态(发送状态和接收状态)由使能控制信号决定。

　　一般情况下，驱动器的A、B间的正电平电压为+2～+6 V时代表一个逻辑状态;A、B之间的负电平在-6～-2 V时代表另外一个逻辑状态。另外还有一个信号地C。事实上，在很多情况下，都会忽视信号地的连接。这里建议采用经过处理的低阻通路把信号地连接起来，以增加其共模抗干扰能力并减少电磁辐射。“使能”控制信号E用于驱动器与传输线的切断和连接，当ENABLE起作用时，发送器处于高阻状态，称作“第三态”，它是有别于逻辑“1”与“0”的第三种状态。

　　接收器与驱动器的规定相似，其收、发端均可通过平衡双绞线将A-A与B-B对应相连。当接收端A、B之间有大于+200 mV的电平时，输出为正逻辑电平;小于-200 mV时，输出为负逻辑电平。在接收器的接收平衡线上，电平范围通常是在200 mV～6 V之间。

　　一般可定义逻辑1(正逻辑电平)为B>A的状态，逻辑0(负逻辑电平)为A>B的状态，A、B之间的压差不小于200 mV。

　　RS485的四线工作状态和RS422的四线工作状态基本一致，从物理的角度上讲，RS422相当于两个RS485同时工作，一个工作于接收状态，一个工作于发送状态。

　　2 信号分析

　　根据以上说明，这里对RS422/RS485的传输特性建立一个信号分析模型，因为RS485更具有代表性，所以采用RS485作为分析对象。RS485是典型的信号处理标准，其传递函数模型如图2所示。

　　根据图2规范设计定义域时，D可代表微处理器输出的数字信号(TTL电平或者CMOS电平)，其逻辑信号的取值空间为{0，1};Dr代表微处理器接收的数字信号(TTL电平或者CMOS电平)，其逻辑信号的取值空间为{0，1};E，EN为使能信号。驱动器和接收器与传输线的连接关系(高电平或者低电平有效控制)存在两种情况：定义ENABLE为连接有效状态，DISABLE为未连接状态，取值空间为{ENABLE，DISABLE}。在RS485通信标准中，一般情况下，E、EN若一个有效则另一个禁止，而RS422则两个均为有效;A，B为驱动器与传输线的接口电压，其规范定义为(-6V，+6V);Ar，Br为接收器与传输线接口的电压。为了实现RS422/RS485的接口兼容，这里应定义为(-7V，+10V)。实际上，驱动器传递函数定义中有四种可满足RS485通信标准的情况：