Komfortable, robuste Datenübertragung mit RS-422 und RS-485

Klauke ES65CFB (Januar 2019).

Anonim

Komfortable, robuste Datenübertragung mit RS-422 und RS-485


Dieser Artikel stellt die RS-422- und RS-485-Schnittstellen vor und erläutert, warum Sie diese in Ihren Entwürfen verwenden sollten.

Zugehörige Informationen

  • Das Warum und Wie der differentiellen Signalisierung
  • UART-Doppelpufferungstechnik: Unterbrechungsfrei

Die meisten von uns sind mit RS-232 vertraut - diesem robusten, aber unbehaglichen Standard, der für immer an unsere Erinnerungen an die zunehmend veraltete serielle PC-Schnittstelle gebunden ist. Sie sind vielleicht weniger vertraut mit RS-422 und RS-485, die tatsächlich (wie die Namen implizieren) mit RS-232 zusammenhängen.

Machen Sie jedoch nicht den Fehler, anzunehmen, dass diese neueren Standards die Eigenschaften teilen, die RS-232 so inkompatibel mit modernen elektronischen Systemen machen. RS-422 und RS-485 sind wesentliche Verbesserungen des RS-232-Themas, und die eine oder andere könnte nur eine gute Wahl für Ihre nächste digitale Kommunikationsverbindung sein.

Erstens: RS-422 gegenüber RS-485

Diese beiden Standards werden typischerweise zusammen gruppiert, weil sie so viel gemeinsam haben. Aber sie sind sicherlich nicht identisch, und RS-422 und RS-485-Geräte sind nicht vollständig austauschbar. Zuerst werde ich die markanten Unterschiede zwischen den beiden Standards diskutieren. Dann können wir für den Rest des Artikels vereinfachen, indem wir sie als "RS-422/485" bezeichnen.

Sowohl RS-422 als auch RS-485 ermöglichen mehrere Geräte an einem Bus (dh Sie sind nicht auf einen Sender und einen Empfänger beschränkt). RS-422 kann jedoch nur für einen Multidrop-Bus verwendet werden, dh ein Differenzpaar kann mehrere Empfänger haben, aber nur einen Sender.

Mit RS-422 und einem einzigen differenziellen Paar erhalten Sie nur eine Einwegübertragung (von Master zu Slaves). Wenn ein Slave die Fähigkeit haben muss, auf den Master zu antworten, benötigen Sie ein weiteres differenzielles Paar (und auch dieses Paar wird nur einen aktiven Sender haben).

Die maximale Anzahl von Empfängern an einem Zweidraht-RS-422-Bus beträgt zehn (naja, eine Art von… Siehe die "Einheitlasten" -Diskussion unten).

Bei RS-485 hingegen können Sie ein echtes Mehrpunktsystem haben, bei dem "Punkt" statt "Ablegen" anzeigt, dass ein Differenzpaar mehrere Sender sowie mehrere Empfänger unterstützen kann.

Dieser RS-485-Bus bietet bidirektionale Kommunikation, ist jedoch halbduplex. Sie benötigen ein zweites differenzielles Paar, wenn Sie Vollduplex möchten.

RS-485 erhöht auch die Buskapazität auf 32 Geräte.

(Eigentlich ist es nicht so einfach - der Standard gibt maximal 32 "Einheitslasten" an und Sie können tatsächlich weit mehr als 32 Geräte anschließen, indem Sie RS-485-ICs verwenden, die nur einen Bruchteil einer Einheitslast auf den Bus übertragen. Es ist ein bisschen kompliziert, und ehrlich gesagt, das ist der Punkt, an dem ich das Interesse verliere … Aber wenn du engagierter bist als ich, kannst du hier mehr lesen.

Ein voll ausgestatteter RS-485-Bus ist eine äußerst leistungsfähige Schnittstelle. Zusätzlich zu den Vorteilen, die weiter unten in diesem Artikel beschrieben werden, können Sie zahlreiche Transceiver haben, die alle die gleichen zwei Leitungen nutzen, und jedes Gerät am Bus kann Daten an jedes andere Gerät am Bus senden.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist, dass RS-485 eine Erweiterung von RS-422 ist. Mit anderen Worten, RS-485 fügt Funktionen hinzu oder erweitert diese, steht jedoch nicht im Widerspruch zum RS-422-Standard. So kann ein RS-485-Gerät in einem RS-422-Netzwerk verwendet werden, aber RS-422-Geräte sind nicht notwendigerweise mit einem vorhandenen RS-485-Netzwerk kompatibel.

Die Grundlagen

RS-422/485 ist eine Vier- oder Zweidraht-Voll- oder Halbduplex-Kommunikationsschnittstelle mit mittlerer Geschwindigkeit und mittlerer Geschwindigkeit, die einen Multi-Drop- (RS-422) oder Multi-Point- (RS-485) Bus unterstützt die Architektur. Hier ein paar Kommentare zu diesen Eigenschaften:

  • Sie können nicht gleichzeitig über das gleiche differenzielle Paar senden und empfangen, daher ist die Zweidrahtversion auf Halbduplex beschränkt. Vollduplex-Betrieb ist möglich, wenn der Bus zwei Differenzpaare enthält.
  • Obwohl ein einfacher RS-422/485-Transceiver Sie nicht auf ein spezifisches serielles Datenformat beschränkt, ist die offensichtliche Wahl hier ein UART (universeller asynchroner Empfänger / Sender), da im Allgemeinen mit einem differenziellen Paar zwischen Sendern gearbeitet wird und Empfänger - wir haben keine zusätzlichen Leitungen für ein Slave-Select-Signal (wie in SPI) oder eine Uhr (wie in I²C).
  • Informationen werden über symmetrische Differenzsignale übertragen. Somit bietet RS-422/485 alle Vorteile, die mit differenzieller Signalisierung verbunden sind - verbesserte Rauschunempfindlichkeit, reduzierte Erzeugung von EMI (elektromagnetische Interferenz), geringerer Stromverbrauch, höhere Geschwindigkeit. Sie können hier mehr über differentielle Signalisierung lesen.

Differentielle Ausgangswellenformen, die von einem RS-422/485-Transmitter von Maxim Integrated erzeugt werden.

  • Vielleicht "moderate Geschwindigkeit" ist in diesem Alter von 5 Giga- Bit / Sekunde USB-Verbindungen ein bisschen zu großzügig. Und tatsächlich können Sie für RS-422/485 keine einzige maximale Datenrate angeben, da Systemvariablen das Frequenzlimit beeinflussen, bei dem die Kommunikation unzuverlässig wird.
    • Die dominierende Variable ist hier die Kabellänge; Diese App Note von Texas Instruments besagt, dass die Datenrate multipliziert mit der Kabellänge in Metern nicht größer als 10 8 sein sollte . Gemäß dieser Faustregel kann ein Bus mit einem sehr kurzen Kabel 100 Mbps verarbeiten, aber diese App-Notiz von Maxim zeigt an, dass ein vernünftigerer oberer Grenzwert etwa 50 Mbps ist. Andererseits verkaufen Intersil und Linear Technology RS-422/485-Transceiver, die mit 100 Mbit / s beworben werden. Daher kann davon ausgegangen werden, dass diese Datenrate realisierbar ist, wenn Sie den richtigen IC und günstige Busbedingungen haben.

Ich mag es, und Sie könnten auch

RS-422/485-Eigenschaften - lange Kabellängen, Robustheit gegen Rauschen usw. - machen es zu einer ausgezeichneten Wahl für industrielle Anwendungen. Teil meines Ziels mit diesem Artikel ist es jedoch zu zeigen, dass RS-422/485 eine gute Option für viele elektronische und elektromechanische Systeme ist, auch wenn Sie nicht alle Funktionen benötigen, die es bietet. Meine gute Sicht auf RS-422/485 basiert hauptsächlich auf drei Überlegungen: Design-Einfachheit, exzellente Unterstützung von ICs und App-Notizen und Rauschleistung.

Halte es einfach

Trotz jahrelanger Erfahrung mit verschiedenen seriellen Kommunikationsprotokollen ist UART immer noch mein Favorit. Es ist einfach und zuverlässig, es erfordert minimale Verbindungen, und ich wäre nicht überrascht zu finden, dass es von jedem Mikrocontroller auf dem Markt unterstützt wird. Es kann ein wenig primitiv sein, aber Sie können immer etwas Firmware schreiben, um zu implementieren, was Flusskontrolle oder Geräteidentifikation oder Fehlerprüfung in Ihrer bestimmten Anwendung erforderlich ist.

Wie auch immer, mein Punkt hier ist, dass ich gerne UART verwende, wann immer ich kann, und RS-422/485 ist eine großartige physikalische Schicht für die UART-Kommunikation.

Unterstützung von den Experten

Es ist einfach, RS-422/485 in Ihr Design zu integrieren: Alles, was Sie brauchen, ist ein Übersetzer / Transceiver-IC, und es gibt viele zur Auswahl. Diese Geräte wandeln typische Logiksignale in RS-422/485-Differenzsignale um und verarbeiten alle weiteren Details, die zur Einhaltung des RS-422/485-Standards erforderlich sind. Und wenn Sie nicht sicher sind, wie Sie Ihren speziellen Kommunikationsbus genau entwerfen sollen, finden Sie in den App-Hinweisen und Datenblättern eine Vielzahl von Anleitungen.

Lärm

Lärmbedenken sind nicht auf Industrieanlagen und Avionikausrüstung beschränkt. Lärmquellen gibt es überall, und es ist immer eine gute Idee, ein wenig Robustheit in Ihre Designs zu integrieren - besonders, wenn Sie so etwas wie einen bürstenlosen Gleichstrommotor direkt neben Ihrer Leiterplatte haben. RS-422/485 ist in Verbindung mit einer abgeschirmten verdrillten Doppelleitung eine effektive, jedoch relativ einfache Möglichkeit, die Störfestigkeit in jedes elektronische System zu integrieren.

Fazit

Ich hoffe, dass dieser Artikel Ihnen eine klare Vorstellung davon gegeben hat, was RS-422/485 ist und warum es eine gute Kommunikationsschnittstelle für Ihr nächstes System sein könnte. In einem zukünftigen Artikel werde ich die elektrischen Eigenschaften und Implementierungsdetails von RS-422/485 besprechen.