1 數(shù)據(jù)通信
所謂數(shù)據(jù)通信，就是從數(shù)據(jù)源產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)硬件線(xiàn)路或軟件線(xiàn)路的連接（統(tǒng)稱(chēng)信道），按照一定的通信規(guī)程（協(xié)議），形成數(shù)據(jù)流傳到另一方的過(guò)程。計(jì)算機(jī)與各種用途的終端之間，以及計(jì)算機(jī)相互之間，都需要數(shù)據(jù)通信，遙測(cè)、遙信、遙控、自控、雷達(dá)等等都需要數(shù)據(jù)處理與傳輸，也都離不開(kāi)數(shù)據(jù)通信。
2 RS-232接口介紹
目前RS-232是PC機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中包括各種終端和計(jì)算機(jī)端口在內(nèi)的設(shè)備稱(chēng)作數(shù)據(jù)終端設(shè)備，即DTE。與之相比，調(diào)制解調(diào)器和其他通信設(shè)備，則稱(chēng)作數(shù)據(jù)通信設(shè)備，即DCE。數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間的分界是連接它們的插件，而對(duì)這一分界的說(shuō)明，則是從：物理、電氣以及邏輯上進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的規(guī)則，它是由接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。最常用的EIA RS-232標(biāo)準(zhǔn)，EIA標(biāo)準(zhǔn)的很多內(nèi)容以被其他許多標(biāo)準(zhǔn)化組織所采納。RS-232C是1969年EIA提出的建議標(biāo)準(zhǔn)（Recommend Standard），232則表示一個(gè)具體通信標(biāo)準(zhǔn)的識(shí)別號(hào)碼，后綴C表明此標(biāo)準(zhǔn)最后的修訂版本。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)適用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備與數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間、速率范圍從0到20000b/s的串行數(shù)據(jù)傳輸。此標(biāo)準(zhǔn)限制數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間的電纜長(zhǎng)度為15m，RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的另一部分是規(guī)定用電纜接頭作為數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備的接插件，這就是熟知的DB-25接插件。電纜兩端都裝備有“凸形”插頭，通常它被設(shè)計(jì)成能插到調(diào)制解調(diào)的DB-25凹形插座上。后來(lái)IBM的PC機(jī)將RS-232簡(jiǎn)化成了DB-9連接器，從而成為事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。而工業(yè)控制的RS-232口一般只使用RXD、TXD、GND三條線(xiàn)。波仕電子對(duì)RS-232的通信距離標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了改進(jìn)，增加到了500-1000米，并且提交到了EIA，見(jiàn)波仕的EX232產(chǎn)品。
RS-232采取不平衡傳輸方式,即所謂單端通訊。 收、 發(fā)端的數(shù)據(jù)信號(hào)是相對(duì)于信號(hào)地,如從DTE設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)在使用DB9連接器時(shí)是3腳相對(duì)5腳（信號(hào)地）的電平,DB9各引腳定義參見(jiàn)圖1。典型的 RS-232信號(hào)在正負(fù)電平之間擺動(dòng),在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器輸出正電平在+5～+15V,負(fù)電平在-5～-15V電平。當(dāng)無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí),線(xiàn)上為 TTL,從開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束,線(xiàn)上電平從TTL電平到RS-232電平再返回TTL電平。接收器典型的工作電平在+3～+12V與-3～-12V。由于 發(fā)送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右,所以其共模抑制能力差,再加上雙絞線(xiàn)上的分布電容,其傳送距離最大為約15米,最高速率為20kb/s。RS -232是為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（即只用一對(duì)收、發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計(jì)的,其驅(qū)動(dòng)器負(fù)載為3～7kΩ。所以RS-232適合本地設(shè)備之間的通信。
1.DB9和DB25的常用信號(hào)腳說(shuō)明
9針串口（DB9） 25針串口（DB25）
針號(hào) 功能說(shuō)明 縮寫(xiě) 針號(hào) 功能說(shuō)明 縮寫(xiě)
1 數(shù)據(jù)載波檢測(cè) DCD 8 數(shù)據(jù)載波檢測(cè) DCD
2 接收數(shù)據(jù) RXD 3 接收數(shù)據(jù) RXD
3 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD 2 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD
4 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備 DTR 20 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備 DTR
5 信號(hào)地 GND 7 信號(hào)地 GND
6 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好 DSR 6 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好 DSR
7 請(qǐng)求發(fā)送 RTS 4 請(qǐng)求發(fā)送 RTS
8 清除發(fā)送 CTS 5 清除發(fā)送 CTS
9 振鈴指示 DELL 22 振鈴指示 DELL
3.RS232C串口通信接線(xiàn)方法
一般情況下，接口電路經(jīng)常使用的有7條信號(hào)線(xiàn)，連接方法如下：
GND－－－－－－－－－－－－－－GND
TXD－－－－－－－－－－－－RXD
RXD－－－－－－－－－－－－－－TXD
RTS－－－－－－－－－－－－－－-CTS
CTS－－－－－－－－－－－－－－RTS
DTR－－－－－－－－－－－－－－DSR
DSR－－－－－－－－－－－－－－DTR
如果是三線(xiàn)制的RS-232通信，只接GND、RXD、TXD即可。
上面是對(duì)微機(jī)標(biāo)準(zhǔn)串行口而言的,還有許多非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,如接收GPS數(shù)據(jù)或電子羅盤(pán)數(shù)據(jù),只要記住一個(gè)原則：接收數(shù)據(jù)針腳（或線(xiàn)）與發(fā)送數(shù)據(jù)針腳（或線(xiàn)）相連,彼些交叉,信號(hào)地對(duì)應(yīng)相接,就能百戰(zhàn)百勝。
串口調(diào)試中要注意的幾點(diǎn)：
不同編碼機(jī)制不能混接,如RS232C不能直接與RS422接口相連,必須通過(guò)波仕電子的RS-232/RS-485/RS-422轉(zhuǎn)換器才能連接;
線(xiàn)路焊接要牢固,不然程序沒(méi)問(wèn)題,卻因?yàn)榻泳€(xiàn)問(wèn)題誤事;
串口調(diào)試時(shí),準(zhǔn)備一個(gè)好用的調(diào)試工具,如串口調(diào)試助手、串口精靈等,有事半功倍之效果;可以從波仕電子的官方網(wǎng)站上下栽。
強(qiáng)烈建議不要帶電插撥串口,插撥時(shí)至少有一端是斷電的,否則串口易損壞。
RS-232是最通常的用處是連接到一個(gè)MODEM，其他擁有RS-232接口的設(shè)備包括打印機(jī)、數(shù)據(jù)采集模塊、測(cè)試裝置和控制回路。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1） 它是無(wú)處不在的，每一臺(tái)PC機(jī)都有一個(gè)或者更多的。
（2） 在微控制器中，接口芯片使得將一個(gè)5V串口轉(zhuǎn)換成RS-232變的更容易。
（3） 連接距離可以達(dá)到50到100ft，大多數(shù)的外設(shè)接口都不會(huì)用于太長(zhǎng)的距離。
（4） 對(duì)于一個(gè)雙向選擇，只需要3條導(dǎo)線(xiàn)。一個(gè)并行連接器一般需要8條數(shù)據(jù)線(xiàn)，兩條或者更多的控制信號(hào)線(xiàn)和幾根接地線(xiàn)。
同時(shí)RS-232也存在著一些缺點(diǎn)：
（1） 如果連接的另一頭需要并行數(shù)據(jù)，它不得不將這個(gè)串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)。
（2） 串口上如此有用，以至于尋找一個(gè)未用的串口可能是比較困難的。
（3） 在一個(gè)連接器中不能有超過(guò)2臺(tái)以上的設(shè)備。
（4） 指定的最大數(shù)據(jù)傳輸速率是每秒20000位。但是，很多接口芯片可以超過(guò)這個(gè)值，尤其是在短程連接上。
（5） 很長(zhǎng)的連接需要一個(gè)不同的接口。
RS-232C接口的缺點(diǎn)及用光纖傳輸?shù)目朔?/span>
雖然RSA-232C標(biāo)準(zhǔn)以被承認(rèn)并廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域，但一般來(lái)說(shuō)RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)有如下缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸速率慢（一般只能達(dá)到20Kb/s）；傳輸距離短（一般裝置間電纜長(zhǎng)度為15m之內(nèi)）；接口處信號(hào)容易互相干擾，傳輸距離越長(zhǎng)干擾越重。而加上電光、光電轉(zhuǎn)換接口用光纖傳輸，就很好的克服了上述缺點(diǎn)。在前面也提到光纖具有速度快、頻帶寬、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，在通信領(lǐng)域的作用越來(lái)越重要，采用光纖作為傳介質(zhì)是必然趨勢(shì)。
而在此光纖傳輸系統(tǒng)中，只使用RS-232C的三條信號(hào)線(xiàn)，如圖3所示：
圖3 RS-232接口系統(tǒng)示意圖
接口電路與計(jì)算機(jī)或終端用三條信號(hào)線(xiàn)連接：RXD（收），TXD（發(fā)），GND（地）；由RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口與接口電路進(jìn)行連接，根據(jù)通信雙方進(jìn)行通信。
由于雙方用光纖隔離，沒(méi)有公共信號(hào)地，共模噪聲就不會(huì)耦合到系統(tǒng)中去，所以系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，只有接口電路的光功率足夠大，傳輸距離就足夠遠(yuǎn)。
3 RS-485和RS-422接口介紹
RS -232、RS-422與RS-485都是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn),最初都是由電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）制訂并發(fā)布的,RS-232在1962年發(fā)布,命名為 EIA-232-E,作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),以保證不同廠(chǎng)家產(chǎn)品之間的兼容。RS-422由RS-232發(fā)展而來(lái),它是為彌補(bǔ)RS-232之不足而提出的。為改進(jìn) RS-232通信距離短、速率低的缺點(diǎn),RS-422定義了一種平衡通信接口,將傳輸速率提高到10Mb/s,傳輸距離延長(zhǎng)到4000英尺（速率低于 100kb/s時(shí)）,并允許在一條平衡總線(xiàn)上連接最多10個(gè)接收器。RS-422是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范,被命名為T(mén)IA/EIA -422-A標(biāo)準(zhǔn)。為擴(kuò)展應(yīng)用范圍,EIA又于1983年在RS-422基礎(chǔ)上制定了RS-485標(biāo)準(zhǔn),增加了多點(diǎn)、雙向通信能力,即允許多個(gè)發(fā)送器連接 到同一條總線(xiàn)上,同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和沖突保護(hù)特性,擴(kuò)展了總線(xiàn)共模范圍,后命名為T(mén)IA/EIA-485-A標(biāo)準(zhǔn)。由于EIA提出的建議標(biāo)準(zhǔn)都 是以“RS”作為前綴,所以在通訊工業(yè)領(lǐng)域,仍然習(xí)慣將上述標(biāo)準(zhǔn)以RS作前綴稱(chēng)謂。
RS-232、RS-422與RS-485標(biāo)準(zhǔn)只對(duì) 接口的電氣特性做出規(guī)定,而不涉及接插件、電纜或協(xié)議,在此基礎(chǔ)上用戶(hù)可以建立自己的高層通信協(xié)議。因此在視頻界的應(yīng)用,許多廠(chǎng)家都建立了一套高層通信協(xié) 議,或公開(kāi)或廠(chǎng)家獨(dú)家使用。如錄像機(jī)廠(chǎng)家中的Sony與松下對(duì)錄像機(jī)的RS-422控制協(xié)議是有差異的,視頻服務(wù)器上的控制協(xié)議則更多了,如Louth、 Odetis協(xié)議是公開(kāi)的,而ProLINK則是基于Profile上的。
3.1． 平衡傳輸
RS-422、RS-485與RS-232不一樣,數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式,也稱(chēng)作平衡傳輸,它使用一對(duì)雙絞線(xiàn),將其中一線(xiàn)定義為A,另一線(xiàn)定義為B。
通常情況下,發(fā)送驅(qū)動(dòng)器A、B之間的正電平在+2～+6V,是一個(gè)邏輯狀態(tài),負(fù)電平在-2～6V,是另一個(gè)邏輯狀態(tài)。另有一個(gè)信號(hào)地C,在RS-485中還 有一“使能”端,而在RS-422中這是可用可不用的。“使能”RS-422、RS-485與RS-232不一樣,數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式,也稱(chēng)作平衡 傳輸,它使用一對(duì)雙絞線(xiàn),將其中一線(xiàn)定義為A,另一線(xiàn)定義為B。“使能”端 是用于控制發(fā)送驅(qū)動(dòng)器與傳輸線(xiàn)的切斷與連接。當(dāng)“使能”端起作用時(shí),發(fā)送驅(qū)動(dòng)器處于高阻狀態(tài),稱(chēng)作“第三態(tài)”,即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態(tài)。
接收器也作與發(fā)送端相對(duì)的規(guī)定,收、發(fā)端通過(guò)平衡雙絞線(xiàn)將AA與BB對(duì)應(yīng)相連,當(dāng)在收端AB之間有大于+200mV的電平時(shí),輸出正邏輯電平,小于-200mV時(shí),輸出負(fù)邏輯電平。接收器接收平衡線(xiàn)上的電平范圍通常在200mV至6V之間.
3.2． RS-422電氣規(guī)定
RS-422標(biāo)準(zhǔn)全稱(chēng)是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”,它定義了接口電路的特性，是典型的RS-422四線(xiàn)接口。實(shí)際上還有一根信號(hào)地線(xiàn),共5根 線(xiàn)。由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動(dòng)器比RS232更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力,故允許在相同傳輸線(xiàn)上連接多個(gè)接收節(jié)點(diǎn),最多可接 10個(gè)節(jié)點(diǎn)。即一個(gè)主設(shè)備（Master）,其余為從設(shè)備（Salve）,從設(shè)備之間不能通信,所以RS-422支持點(diǎn)對(duì)多的雙向通信。接收器輸入阻抗為 4k,故發(fā)端最大負(fù)載能力是10×4k+100Ω（終接電阻）。RS-422四線(xiàn)接口由于采用單獨(dú)的發(fā)送和接收通道,因此不必控制數(shù)據(jù)方向,各裝置之間任 何必須的信號(hào)交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一對(duì)單獨(dú)的雙絞線(xiàn)）實(shí)現(xiàn)。
RS-422的最大傳輸距離 為4000英尺（約1219米）,最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線(xiàn)的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比,在100kb/s速率以下,才可能達(dá)到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長(zhǎng)的雙絞線(xiàn)上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mb/s。
RS-422需要一終接電阻,要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時(shí)可不需終接電阻,即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸電纜的最遠(yuǎn)端。
3.3．RS-485電氣規(guī)定
由于RS-485是從RS-422基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的,所以RS-485許多電氣規(guī)定與RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線(xiàn)上接終接電阻等。RS-485采用二線(xiàn)方式,二線(xiàn)制可實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙向通信。
而采用四線(xiàn)連接時(shí),與RS-422一樣只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多的通信,即只能有一個(gè)主（Master）設(shè)備,其余為從設(shè)備,但它比RS-422有改進(jìn), 無(wú)論四線(xiàn)還是二線(xiàn)連接方式總線(xiàn)上可多接到128個(gè)設(shè)備。。
RS-485與RS-422一樣,其最大傳輸距離約為1219米,最大傳輸速率為10Mb/s。平衡雙絞線(xiàn)的長(zhǎng)度 與傳輸速率成反比,在100kb/s速率以下,才可能使用規(guī)定最長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長(zhǎng)雙絞線(xiàn)最大傳輸速 率僅為1Mb/s。
RS-485需要2個(gè)終接電阻,其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時(shí)可不需終接電阻,即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸總線(xiàn)的兩端。
3.4、RS-422與RS-485的網(wǎng)絡(luò)安裝注意要點(diǎn)
RS-485支持128個(gè)節(jié)點(diǎn),因此多節(jié)點(diǎn)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線(xiàn)型結(jié)構(gòu),不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡(luò)。在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時(shí),應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：
1．采用一條雙絞線(xiàn)電纜作總線(xiàn),將各個(gè)節(jié)點(diǎn)串接起來(lái),從總線(xiàn)到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的引出線(xiàn)長(zhǎng)度應(yīng)盡量短,以便使引出線(xiàn)中的反射信號(hào)對(duì)總線(xiàn)信號(hào)的影響最低。
2．應(yīng)注意總線(xiàn)特性阻抗的連續(xù)性,在阻抗不連續(xù)點(diǎn)就會(huì)發(fā)生信號(hào)的反射。下列幾種情況易產(chǎn)生這種不連續(xù)性：總線(xiàn)的不同區(qū)段采用了不同電纜,或某一段總線(xiàn)上有過(guò)多收發(fā)器緊靠在一起安裝,再者是過(guò)長(zhǎng)的分支線(xiàn)引出到總線(xiàn)。
總之,應(yīng)該提供一條單一、連續(xù)的信號(hào)通道作為總線(xiàn)。
3.5、RS-422與RS-485傳輸線(xiàn)上匹配的一些說(shuō)明
對(duì)RS-422與RS-485總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)一般要使用終接電阻進(jìn)行匹配。但在短距離與低速率下可以不用考慮終端匹配。那么在什么情況下不用考慮匹配呢？理論上,在每個(gè)接收數(shù)據(jù)信號(hào)的中點(diǎn)進(jìn)行采樣時(shí),只要反射信號(hào)在開(kāi)始采樣時(shí)衰減到足夠低就可以不考慮匹配。但這在實(shí)際上難以掌握,美國(guó)MAXIM公司有篇文章提 到一條經(jīng)驗(yàn)性的原則可以用來(lái)判斷在什么樣的數(shù)據(jù)速率和電纜長(zhǎng)度時(shí)需要進(jìn)行匹配：當(dāng)信號(hào)的轉(zhuǎn)換時(shí)間（上升或下降時(shí)間）超過(guò)電信號(hào)沿總線(xiàn)單向傳輸所需時(shí)間的3 倍以上時(shí)就可以不加匹配。例如具有限斜率特性的RS-485接口MAX483輸出信號(hào)的上升或下降時(shí)間最小為250ns,典型雙絞線(xiàn)上的信號(hào)傳輸速率約為 0.2m/ns（24AWG PVC電纜）,那么只要數(shù)據(jù)速率在250kb/s以?xún)?nèi)、電纜長(zhǎng)度不超過(guò)16米,采用波仕電子的RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器作為RS-485接口時(shí)就可以不加終端匹配。
一般終端匹配采用終接電阻方法,前文已有提及,RS-422在總線(xiàn)電纜的遠(yuǎn)端并接電阻,RS-485則應(yīng)在總線(xiàn)電纜的開(kāi)始和末端都需并接終接電阻。終接電阻一般在RS-422網(wǎng)絡(luò)中取100Ω,在RS-485網(wǎng)絡(luò)中取120Ω。相當(dāng)于電纜特性阻抗的電阻,因?yàn)榇蠖鄶?shù)雙絞線(xiàn)電纜特性阻抗大約在 100～120Ω。
3.6、RS-422與RS-485的接地問(wèn)題
電子系統(tǒng)接地是很重要的,但常常被忽視。接地處理不當(dāng)往往會(huì)導(dǎo)致電子系統(tǒng)不能穩(wěn)定工作甚至危及系統(tǒng)安全。RS-422與RS-485傳輸網(wǎng)絡(luò)的接地同樣 也是很重要的,因?yàn)榻拥叵到y(tǒng)不合理會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性,尤其是在工作環(huán)境比較惡劣和傳輸距離較遠(yuǎn)的情況下,對(duì)于接地的要求更為嚴(yán)格。否則接口損壞率較 高。很多情況下,連接RS-422、RS-485通信鏈路時(shí)只是簡(jiǎn)單地用一對(duì)雙絞線(xiàn)將各個(gè)接口的“A”、“B”端連接起來(lái)。而忽略了信號(hào)地的連接,這種連 接方法在許多場(chǎng)合是能正常工作的,但卻埋下了很大的隱患,這有下面二個(gè)原因：
1．共模干擾問(wèn)題：正如前文已述,RS-422與RS- 485接口均采用差分方式傳輸信號(hào)方式,并不需要相對(duì)于某個(gè)參照點(diǎn)來(lái)檢測(cè)信號(hào),系統(tǒng)只需檢測(cè)兩線(xiàn)之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共 模電壓范圍,如RS-422共模電壓范圍為-7～+7V,而RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7～+12V,只有滿(mǎn)足上述條件,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)路中共模電壓超出此范圍時(shí)就會(huì)影響通信的穩(wěn)定可靠,甚至損壞接口。當(dāng)發(fā)送驅(qū)動(dòng)器A向接收器B發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),發(fā)送驅(qū)動(dòng)器A的輸出共模電 壓為VOS,由于兩個(gè)系統(tǒng)具有各自獨(dú)立的接地系統(tǒng),存在著地電位差VGPD。那么,接收器輸入端的共模電壓VCM就會(huì)達(dá)到VCM=VOS+VGPD。RS -422與RS-485標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定VOS≤3V,但VGPD可能會(huì)有很大幅度（十幾伏甚至數(shù)十伏）,并可能伴有強(qiáng)干擾信號(hào),致使接收器共模輸入VCM超出 正常范圍,并在傳輸線(xiàn)路上產(chǎn)生干擾電流,輕則影響正常通信,重則損壞通信接口電路。
2．（EMI）問(wèn)題：發(fā)送驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)中的共模部分需要一個(gè)返回通路,如沒(méi)有一個(gè)低阻的返回通道（信號(hào)地）,就會(huì)以輻射的形式返回源端,整個(gè)總線(xiàn)就會(huì)像一個(gè)巨大的天線(xiàn)向外輻射電磁波。
由于上述原因,RS-422、RS-485盡管采用差分平衡傳輸方式,但對(duì)整個(gè)RS-422或RS-485網(wǎng)絡(luò),必須有一條低阻的信號(hào)地。一條低阻的信 號(hào)地將兩個(gè)接口的工作地連接起來(lái),使共模干擾電壓VGPD被短路。這條信號(hào)地可以是額外的一條線(xiàn)（非屏蔽雙絞線(xiàn)）,或者是屏蔽雙絞線(xiàn)的屏蔽層。這是最通常的接地方法。
值得注意的是,這種做法僅對(duì)高阻型共模干擾有效,由于干擾源內(nèi)阻大,短接后不會(huì)形成很大的接地環(huán)路電流,對(duì)于通信不會(huì)有很大影響。當(dāng)共模干擾源內(nèi)阻較低時(shí),會(huì)在接地線(xiàn)上形成較大的環(huán)路電流,影響正常通信。可以采取以下三種措施：
（1） 如果干擾源內(nèi)阻不是非常小,可以在接地線(xiàn)上加限流電阻以限制干擾電流。接地電阻的增加可能會(huì)使共模電壓升高,但只要控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)就不會(huì)影響正常通信。
（2） 采用浮地技術(shù),隔斷接地環(huán)路。這是較常用也是十分有效的一種方法,當(dāng)共模干擾內(nèi)阻很小時(shí)上述方法已不能奏效,此時(shí)可以考慮將引入干擾的節(jié)點(diǎn)（例如處于惡劣的工作環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備）浮置起來(lái)（也就是系統(tǒng)的電路地與機(jī)殼或大地隔離）,這樣就隔斷了接地環(huán)路,不會(huì)形成很大的環(huán)路電流。
（3） 采用隔離接口。有些情況下,出于安全或其它方面的考慮,電路地必須與機(jī)殼或大地相連,不能懸浮,這時(shí)可以采用隔離接口來(lái)隔斷接地回路,但是仍然應(yīng)該有一條地線(xiàn)將隔離側(cè)的公共端與其它接口的工作地相連。可以選用帶光電隔離的RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器。
3.7、RS-422與RS-485的網(wǎng)絡(luò)失效保護(hù)
RS-422與RS-485標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了接收器門(mén)限為±200mV。這樣規(guī)定能夠提供比較高的噪聲抑制能力,如前文所述,當(dāng)接收器A電平比B電平高+ 200mV以上時(shí),輸出為正邏輯,反之,則輸出為負(fù)邏輯。但由于第三態(tài)的存在,即在主機(jī)在發(fā)端發(fā)完一個(gè)信息數(shù)據(jù)后,將總線(xiàn)置于第三態(tài),即總線(xiàn)空閑時(shí)沒(méi)有任 何信號(hào)驅(qū)動(dòng)總線(xiàn),使AB之間的電壓在-200～+200mV直至趨于0V,這帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題：接收器輸出狀態(tài)不確定。如果接收機(jī)的輸出為0V,網(wǎng)絡(luò)中從機(jī) 將把其解釋為一個(gè)新的啟動(dòng)位,并試圖讀取后續(xù)字節(jié),由于永遠(yuǎn)不會(huì)有停止位,產(chǎn)生一個(gè)幀錯(cuò)誤結(jié)果,不再有設(shè)備請(qǐng)求總線(xiàn),網(wǎng)絡(luò)陷于癱瘓狀態(tài)。除上述所述的總線(xiàn) 空閑會(huì)造成兩線(xiàn)電壓差低于200mV的情況外,開(kāi)路或短路時(shí)也會(huì)出現(xiàn)這種情況。故應(yīng)采取一定的措施避免接收器處于不確定狀態(tài)。 通常是在總線(xiàn)上加偏置,當(dāng)總線(xiàn)空閑或開(kāi)路時(shí),利用偏置電阻將總線(xiàn)偏置在一個(gè)確定的狀態(tài)（差分電壓≥-200mV）。將A上拉到地,B下拉到5V, 電阻的典型值是1kΩ,具體數(shù)值隨電纜的電容變化而變化。上述方法是比較經(jīng)典的方法,但它仍然不能解決總線(xiàn)短路時(shí)的問(wèn)題,有些廠(chǎng)家將接收門(mén)限移到- 200mV/-50mV,可解決這個(gè)問(wèn)題。例如Maxim公司的MAX3080系列RS-485接口,不僅省去了外部偏置電阻,而且解決了總線(xiàn)短路情況下 的失效保護(hù)問(wèn)題。波仕電子的RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器均具有RS-485的網(wǎng)絡(luò)失效保護(hù)功能。
3.8、RS-422與RS-485的瞬態(tài)保護(hù)
前文提到的信號(hào)接地措施,只對(duì)低頻率的共模干擾有保護(hù)作用,對(duì)于頻率很高的瞬態(tài)干擾就無(wú)能為力了。由于傳輸線(xiàn)對(duì)高頻信號(hào)而言就是相當(dāng)于電感,因此對(duì)于高頻瞬態(tài)干擾,接地線(xiàn)實(shí)際等同于開(kāi)路。這樣的瞬態(tài)干擾雖然持續(xù)時(shí)間短暫,但可能會(huì)有成百上千伏的電壓。
實(shí)際應(yīng)用環(huán)境下還是存在高頻瞬態(tài)干擾的可能。一般在切換大功率感性負(fù)載如電機(jī)、變壓器、繼電器等或閃電過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生幅度很高的瞬態(tài)干擾,如果不加以適當(dāng)防護(hù)就會(huì)損壞RS-422或RS-485通信接口。對(duì)于這種瞬態(tài)干擾可以采用隔離或旁路的方法加以防護(hù)。
1． 隔離保護(hù)方法。這種方案實(shí)際上將瞬態(tài)高壓轉(zhuǎn)移到隔離接口中的電隔離層上,由于隔離層的高絕緣電阻,不會(huì)產(chǎn)生損害性的浪涌電流,起到保護(hù)接口的作用。通常采 用高頻變壓器、光耦等元件實(shí)現(xiàn)接口的電氣隔離,已有器件廠(chǎng)商將所有這些元件集成在一片IC中,使用起來(lái)非常簡(jiǎn)便,如Maxim公司的 MAX1480/MAX1490,隔離電壓可達(dá)2500V。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是可以承受高電壓、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的瞬態(tài)干擾,實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較容易,缺點(diǎn)是成本較高。波仕電子可以實(shí)現(xiàn)RS-232與RS-485/RS-422的光電隔離并且無(wú)須供電。
2．浪涌保護(hù)方法。這種方案利用瞬態(tài)抑制元件（如TVS、MOV、氣體放電管等）將危害性的瞬態(tài)能量旁路到大地,優(yōu)點(diǎn)是成本較低, 缺點(diǎn)是保護(hù)能力有限,只能保護(hù)一定能量以?xún)?nèi)的瞬態(tài)干擾,持續(xù)時(shí)間不能很長(zhǎng),而且需要有一條良好的連接大地的通道,實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難。實(shí)際應(yīng)用中是將上述兩 種方案結(jié)合起來(lái)靈活加以運(yùn)用。在這種方法中,隔離接口對(duì)大幅度瞬態(tài)干擾進(jìn)行隔離,旁路元件則保護(hù)隔離接口不被過(guò)高的瞬態(tài)電壓擊穿。
