Hva er forskjellen mellom rs232 og rs485. Fysiske grensesnitt RS485 og RS422

RS-485- og RS-422-grensesnitt er beskrevet i standarder ANSI EIA/TIA-485-A og EIA/TIA-422. RS-485-grensesnittet er det vanligste innen industriell automasjon. Den brukes av industrielle Modbus-nettverk, Profibus DP, ARCNET, BitBus, WorldFip, LON, Interbus og mange ikke-standard nettverk. Dette skyldes det faktum at i alle hovedindikatorer er dette grensesnittet det beste av alt mulig på det nåværende nivået av teknologiutvikling. Dens viktigste fordeler er:

toveis datautveksling over bare ett tvunnet par ledninger;
arbeid med flere transceivere koblet til samme linje, dvs. evnen til å organisere et nettverk;
lang kommunikasjonslinje lengde;
ganske høy overføringshastighet.

2.3.1. Konstruksjonsprinsipper

Differensiell signaloverføring

RS-485-grensesnittet er basert på differensialoverføringsmetode signal, når spenningen som tilsvarer nivået til en logisk en eller null ikke måles fra jord, men måles som potensialforskjellen mellom to overføringslinjer: Data + og Data - (Fig. 2.1). I dette tilfellet kan spenningen til hver linje i forhold til jord være vilkårlig, men bør ikke gå utover området -7...+12 V [ - TIA ].

Signalmottakerne er differensielle, dvs. oppfatter kun forskjellen mellom spenningene på Data + og Data - linjene. Når spenningsforskjellen er mer enn 200 mV, opptil +12 V, anses det at linjen er satt til en logisk en; ved en spenning mindre enn -200 mV, opptil -7 V - en logisk null. Differensialspenningen på senderutgangen, i samsvar med standarden, må være minst 1,5 V, derfor, med en mottakerresponsterskel på 200 mV, kan interferensen (inkludert spenningsfallet over ledningens ohmske motstand) ha en sving på 1,3 V over 200 mV-nivået. En så stor margin er nødvendig for drift på lange linjer med høy ohmsk motstand. Faktisk er det denne spenningsmarginen som bestemmer den maksimale lengden på kommunikasjonslinjen (1200 m) ved lave overføringshastigheter (mindre enn 100 kbit/s).

På grunn av symmetrien til linjene i forhold til "bakken", induseres interferens i dem, lik i form og størrelse. I en mottaker med differensiell inngang isoleres signalet ved å trekke fra spenningene på linjene, så etter subtraksjon er støyspenningen null. Under reelle forhold, når det er en liten asymmetri av linjer og belastninger, er interferensen ikke fullstendig undertrykt, men betydelig dempet.

For å minimere følsomheten til overføringslinjen for elektromagnetisk interferens, brukes et tvunnet ledningspar. Strømmer indusert i tilstøtende svinger på grunn av fenomenet elektromagnetisk induksjon, i henhold til "gimlet-regelen", viser seg å være rettet mot hverandre og blir gjensidig kompensert. Kompensasjonsgraden bestemmes av kvaliteten på kabelen og antall omdreininger per lengdeenhet.

"Tredje" utgangstilstand

Ris. 2.1. Koble til tre enheter med et RS-485-grensesnitt ved hjelp av en to-leder krets

Den andre funksjonen til D (D - "Driver") RS-485 grensesnittsender er muligheten til å bytte utgangstrinn til den "tredje" (høy motstand) tilstanden med et signal (Driver Enable) (Fig. 2.1). For å gjøre dette er begge transistorene til senderens utgangstrinnet slått av. Tilstedeværelsen av den tredje tilstanden tillater halvdupleksutveksling mellom to enheter koblet til linjen ved hjelp av bare to ledninger. Hvis i fig. 2.1 overføringen utføres av enheten, og mottaket utføres av enheten, deretter overføres utgangene til senderne til en høymotstandstilstand, det vil si at det faktisk bare er mottakere som er koblet til linjen, mens utgangsimpedansen av senderne shunter ikke linjen.

Overføringen av grensesnittsenderen til den tredje tilstanden utføres vanligvis av et signal RTS (Forespørsel om å sende) COM-port.

Fire-leder grensesnitt

RS-485-grensesnittet har to versjoner: to-leder Og fireleder. To-leder brukes til halv dupleks overføringer(Fig. 2.1), når informasjon kan overføres i begge retninger, men til forskjellige tider. Til full dupleks (tosidig) overføringer bruker fire kommunikasjonslinjer: to sender informasjon i én retning, og to andre overfører informasjon i motsatt retning (fig. 2.2).

Ulempen med en firetråds (fig. 2.2) krets er behovet for å strengt spesifisere master- og slaveenhetene på systemdesignstadiet, mens i en totrådskrets kan enhver enhet fungere som både en master og en slave. Fordelen med en firetrådskrets er muligheten til å sende og motta data samtidig, noe som noen ganger er nødvendig når du implementerer noen komplekse utvekslingsprotokoller.

Ekkomottaksmodus

Ris. 2.2. Fire-leder tilkobling av enheter med RS-485 grensesnitt

Hvis mottakeren til den sendende noden er slått på under overføring, mottar den sendende noden sine egne signaler. Denne modusen kalles "motta ekko" og settes vanligvis av en mikrobryter på grensesnittkortet. Ekkomottak noen ganger brukt i komplekse overføringsprotokoller, men oftere er denne modusen deaktivert.

Jording, galvanisk isolasjon og lynbeskyttelse

Hvis RS-485-portene koblet til overføringslinjen er plassert i stor avstand fra hverandre, kan jordpotensialene deres variere sterkt. I dette tilfellet, for å unngå sammenbrudd av utgangstrinnene til mikrokretsene sender/mottakere(transceivere) grensesnitt bør bruke galvanisk isolasjon mellom RS-485-porten og jord. Hvis jordpotensialforskjellen er liten, kan i prinsippet en leder brukes til å utjevne potensialene, men denne metoden brukes ikke i praksis, siden nesten alle kommersielle RS-485-grensesnitt er galvanisk isolert (se for eksempel NL- 232C-omformer eller grensesnittrepeater NL-485C fra RealLab!).

Grensesnittet er beskyttet mot lyn ved hjelp av gassutladnings- og halvlederbeskyttelsesenheter, se avsnittet "Beskyttelse mot forstyrrelser".

2.3.2. Standard parametere

Nylig har det dukket opp mange RS-485-grensesnitt transceiver-brikker, som har bredere muligheter enn de som er etablert av standarden. For å sikre kompatibilitet av enheter med hverandre, er det imidlertid nødvendig å kjenne parametrene beskrevet i standarden (se tabell 2.2).

2.3.5. Eliminere linjeusikkerhet

Når senderne til alle enheter som er koblet til linjen er i den tredje (høy-motstand) tilstanden, er den logiske tilstanden til linjen og inngangene til alle mottakere udefinert. For å eliminere denne usikkerheten, kobles den ikke-inverterende inngangen til mottakeren gjennom en motstand til strømbussen, og den inverterende inngangen er koblet til jordbussen. Motstandsverdiene er valgt slik at spenningen mellom inngangene blir større enn responsterskelen til mottakeren (+200 mV).

Siden disse motstandene er koblet parallelt med overføringslinjen, for å sikre at linjen passer til grensesnittet, er det nødvendig at ekvivalent motstand ved linjeinngangen er lik 120 Ohm.

For eksempel, hvis motstandene som brukes til å eliminere linjeusikkerhet er 450 ohm hver, bør linjeavslutningsmotstanden være 130 ohm, så vil den ekvivalente kretsmotstanden være 114 120 ohm. For å finne differensiallinjespenningen i den tredje tilstanden til alle sendere (se fig. 2.6), må du ta hensyn til at en annen 120 Ohm motstand og opptil 32 mottakere med en inngangsdifferensialmotstand på 12 kOhm er koblet til motsatt ende av linjen i standardkonfigurasjonen. Deretter, ved forsyningsspenningen (fig. 2.6), vil differensiallinjespenningen være lik +272 mV, noe som tilfredsstiller standardens krav.

2.3.6. Gjennom strømninger

I et nettverk basert på RS-485-grensesnittet kan det være en situasjon der to sendere slås på samtidig. Hvis en av dem er i tilstanden logisk en, og den andre er i tilstanden logisk null, flyter en stor "gjennom" strøm fra strømkilden til bakken, bare begrenset av den lave motstanden til de to åpne transistorene brytere. Denne strømmen kan skade transistorene i senderens utgangstrinn eller føre til at beskyttelseskretsen deres utløses.

Denne situasjonen er mulig ikke bare på grunn av grove feil i programvaren, men også hvis forsinkelsen mellom tidspunktet for å slå av en sender og slå på den andre er feil innstilt. Slaveenheten skal ikke overføre data før avsenderenheten er ferdig med å sende. Grensesnittrepeatere må detektere begynnelsen og slutten av dataoverføring og, i samsvar med dem, skifte senderen til aktiv eller tredje tilstand.

2.3.7. Kabelvalg

Avhengig av overføringshastigheten og den nødvendige kabellengden, kan du bruke enten en kabel spesialdesignet for RS-485-grensesnittet, eller nesten alle ledningspar. Kabelen, designet spesielt for RS-485-grensesnittet, er et tvunnet par med en karakteristisk impedans på 120 ohm.

For god undertrykking av utsendt og mottatt interferens er det viktig å ha et stort antall omdreininger per enhet kabellengde, samt identiske parametere for alle ledninger.

Ved bruk av ikke-isolerte grensesnitttransceivere, i tillegg til signalledningene i kabelen, er det nødvendig å gi et annet vridd par for å koble til jordingskretsene til de tilkoblede grensesnittene. Hvis det er galvanisk isolasjon av grensesnittene, er dette ikke nødvendig.

Kabler kan være skjermet eller ikke. Uten eksperimentering er det svært vanskelig å avgjøre om en skjerm er nødvendig. Men med tanke på at kostnaden for en skjermet kabel ikke er mye høyere, er det alltid bedre å bruke en kabel med skjerming.

Ved lave overføringshastigheter og ved likestrøm spiller spenningsfallet over den ohmske motstanden til kabelen en viktig rolle. Dermed har en standardkabel for RS-485-grensesnittet med et tverrsnitt på 0,35 mm2 en ohmsk motstand på 48,5 * 2 = 97 Ohm med en lengde på 1 km. Med en terminalmotstand på 120 Ohm vil kabelen fungere som en spenningsdeler med en delingsfaktor på 0,55, det vil si at spenningen ved kabelutgangen vil være omtrent 2 ganger mindre enn ved inngangen. Dette begrenser tillatt kabellengde for overføringshastigheter under 100 kbit/s.

Ved høyere frekvenser avtar tillatt kabellengde med økende frekvens (fig. 2.7) og begrenses av kabeltap og effekten rystelser foran impulser. Tap består av spenningsfallet over den ohmske motstanden til lederne, som øker ved høye frekvenser på grunn av forskyvning av strøm til overflaten (skineffekt) og tap i dielektrikumet. For eksempel er signaldempingen i Belden 9501PVC-kabel 10 dB (3,2 ganger) ved 20 MHz og 0,4 dB (4,7 %) ved 100 kHz med en kabellengde på 100 m.

2.3.8. Presser grensene

RS-485-standarden tillater tilkobling av ikke mer enn 32 mottakere til én sender. Denne verdien er begrenset av effekten til senderens utgangstrinnet med en standard mottakerinngangsimpedans på 12 kOhm. Antall belastninger (mottakere) kan økes ved bruk av kraftigere sendere, mottakere med høyere inngangsimpedans og mellomsignalrepeatere (grensesnittrepeatere). Alle disse metodene brukes i praksis når det er nødvendig, selv om de går utover kravene i standarden.

I noen tilfeller må du koble til enheter over en avstand på mer enn 1200 m eller koble mer enn 32 enheter til ett nettverk. Dette kan gjøres ved hjelp av repeatere ( repeatere , repeatere) grensesnitt. Repeateren er installert mellom to segmenter av overføringslinjen, mottar signalet til ett segment, gjenoppretter kantene på pulsene og overfører det ved hjelp av en standard sender til det andre segmentet (fig. 2.5). Slike repeatere er vanligvis toveis og galvanisk isolerte. Et eksempel er NL-485C repeater fra RealLab! . Hver repeater lar deg legge til 31 standardenheter til linjen og øke linjelengden med 1200 m.

En vanlig metode for å øke antall linjebelastninger er å bruke mottakere med høyere inngangsimpedans enn EIA/TIA-485-standarden (12 kΩ). For eksempel, med en mottakerinngangsimpedans på 24 kOhm, kan 64 mottakere kobles til en standard sender. Transceiver-brikker for RS-485-grensesnittet produseres allerede med muligheten til å koble til 64, 128 og 256 mottakere i ett nettverkssegment (www.analog.com/RS485). Legg merke til at å øke antall belastninger ved å øke inngangsimpedansen til mottakere fører til en reduksjon i kraften til signalet som sendes langs linjen, og som en konsekvens til en reduksjon i støyimmunitet.

2.3.9. RS-232 og RS-422 grensesnitt

RS-422-grensesnittet brukes mye sjeldnere enn RS-485, og som regel ikke for å opprette et nettverk, men for å koble til to enheter over en lang avstand (opptil 1200 m), siden grensesnittet RS Fig. 2.9. Tilkobling av to RS-232/RS-422 grensesnittomformermoduler Differensial

Differensial

Maksimalt antall mottakere

Maksimal kabellengde

Maksimal overføringshastighet

30 Mbit/s**

Common Mode Utgangsspenning

Ledningsspenning under belastning

Lastimpedans

Lekkasjestrøm i "tredje" tilstand

Tillatt rekkevidde av signaler ved mottakerinngangen

Mottakers følsomhet

Mottakerinngangsimpedans

Merk. ** Overføringshastighet på 30 Mbit/s leveres av moderne elementbase, men er ikke standard.

* EIA- Electronic Industries Association - sammenslutning av elektronisk industri. TIA - Telecommunications Industry Association - sammenslutning av telebransjen. Begge organisasjonene utvikler standarder.

Del til:
EIA RS232C standardgrensesnittet er designet for seriell kommunikasjon av to
enheter. Det er generelt akseptert og mye brukt i maskinvaresystemer med
koble eksternt utstyr til en personlig datamaskin. Grensesnitt
RS/232C innebærer bruk av "single-ended" sendere og
mottakere, mens dataoverføring utføres ved bruk av "asymmetrisk"
signal langs to linjer - ТхD og RxD, og signalamplituden måles i forhold til linjen
GND ("null"). En logisk enhet tilsvarer en rekke amplitudeverdier
signal (spenning) fra –12 til –3 V, logisk null – fra +3 til +12 V. Rekkevidde fra
–3 til +3 V tilsvarer dødsonen, som bestemmer hysteresen til mottakeren.
Asymmetrien til signalet forårsaker lav støyimmunitet av dette
grensesnitt, spesielt med industriell interferens. Tilgjengelighet for mottak (RxD) og sendelinjer
(TxD)-data lar deg støtte full-dupleks informasjonsoverføring, dvs.
informasjon kan både sendes og mottas samtidig.

Fordeler - enkelhet.

Ulemper - bare én enhet er koblet til én port, signaloverføringsrekkevidden uten ekstra dingser er bare noen få meter

Maskinvare er den mest brukte metoden for dataflytkontroll.
ledelse. For korrekt dataoverføring er det nødvendig at mottakeren er inne
beredskap til å motta informasjon. Med maskinvarekontrollmetode
RTS/CTS-signalet brukes til å stoppe dataoverføring hvis
mottakeren er ikke klar til å motta dem. Maskinvareflytkontroll gir mest
rask respons fra senderen til mottakerens tilstand.
Når du designer industrielle automasjonssystemer, den største
informasjonsnettverk basert på standardgrensesnittet har blitt utbredt
EIA RS485. I motsetning til RS/232 gir dette grensesnittet dataoverføring fra
ved å bruke et "symmetrisk" (differensielt) signal på to linjer (A og B)
(se figur) og bruk av en ekstra linje for potensialutjevning
jording av enheter koblet til et RS/485-nettverk. Logisk signalnivå
bestemt av spenningsforskjellen på linjene (A - B), med en logisk enhet
tilsvarer et område av spenningsverdier fra +0,2 til +5 V, og til logisk null - et område
verdier fra –0,2 til –5 V. Området fra –0,2 til +0,2 V tilsvarer dødsonen
mottaker Ved bruk av dette grensesnittet, maksimal lengde på kommunikasjonslinjen mellom
ekstreme enheter kan være opptil 1200 m. Dessuten, i de mest avsidesliggende
Det anbefales å installere terminalavslutningsmotstander ved nettverkspunkter fra hverandre
(terminatorer) som lar deg kompensere for den karakteristiske impedansen til kabelen og
minimere amplituden til det reflekterte signalet.

Motstanden til de matchende motstandene avhenger av lengden på linjen og antall enheter. Den skal være i området fra 100 til 620 ohm.

Begge disse grensesnittene støtter asynkron overføringsmodus. Data
sendes i blokker (rammer), hvis format er vist i fig. 1.2. Overføring av hver
ramme begynner med en start/bit, som signaliserer mottakeren om overføringsstart, for
etterfulgt av databiter og en paritetsbit. Fullfører sendingen av en stopp/bit, garanterer
pause mellom sendingene.
For asynkron modus brukes en rekke standard valutakurser: 50, 75, 110, 150,
300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 bps. Antall databiter
kan være 5, 6, 7 eller 8 (5/- og 6/bit-formater er ikke veldig vanlige).
Antall stopp/biter kan være 1, 1,5 eller 2 («en og en halv bit» betyr bare
varigheten av stoppintervallet).

Kapittel.

RS-232 og RS-485

RS-232 og RS-485 er to standarder for elektrisk overføring som går før moderne datamaskiner. Og til tross for alderen brukes de fortsatt i stor grad i dag. Hovedforskjellen mellom dem er antall ledninger de bruker. RS-232 bruker 9 separate ledninger; selv om noen kontakter som DB25 har flere pinner; De ekstra pinnene brukes ikke og er bare koblet til jord. På den annen side bruker RS-485 kun 3 ledninger; 2 for dataoverføring og 1 for generelt område. Å bruke færre ledninger betyr at RS-485 er mer kostnadseffektiv enn RS-232 fordi ledningskostnadene er lavere.

En av fordelene med RS-232 er at den allerede er full duplekskompatibel. RS-485 kan bare fungere i halv-dupleks-modus med mindre et andre sett med ledninger brukes, slik at det ene settet brukes til å sende og det andre brukes til å motta.

Det er også forskjell på RS-232 og RS-485 når det kommer til spenningene de bruker. RS-485 bruker kun positive og negative 5V for å skape en differensialspenning, som mottakeren så gjenkjenner som enere og nuller. På den annen side anbefaler RS-232 en sendespenning på ±12 V, selv om maksimum er ±15 V. Spenningsnivået kan degraderes til ±3 V ved mottakeren og fortsatt være forståelig for mottakeren.

En annen fordel med RS-485 er dens utmerkede rekkevidde. En enkelt RS-485-tilkobling kan nå 4000 fot. eller 1200 m. Til sammenligning har RS-232-kabler en typisk rekkevidde på 50 fot. eller 15 m. Ved å bruke spesialiserte kabler kan utvalget av RS-232 kabler utvides, men bare opp til 1000 fot. eller ca 300 m.

Selv om begge disse kraftoverføringsstandardene ikke var ment for dataindustrien, så de utbredt bruk på et tidspunkt. RS-485 ble en gang brukt med SCSI, og RS-232 var et vanlig grensesnitt for modemer, tastaturer, mus og mange andre periferiutstyr til datamaskiner. RS-232 er nå foreldet og fases ut til fordel for andre standarder som USB og Firewire. Men mange datamaskiner har fortsatt en RS-232-port for kompatibilitet. RS-485 fases også ut i datautstyr, men er mye brukt i andre elektroniske enheter; et eksempel på dette er overvåking av CCTV-kameraer.

1.RS-232 bruker 9 ledninger, mens RS-485 bare bruker 3. 2.RS-232 er full dupleks og RS-485 er halv dupleks. 3.RS-232 opererer ved ±15V, mens RS-485 kun opererer ved ±5V. 4.RS-485 har større rekkevidde enn RS-232. 5.RS-232 er mer vanlig i datamaskiner enn RS-485.

I den moderne verden opererer et veldig stort antall industrielt utstyr gjennom fysiske grensesnitt for kommunikasjon.

Det fysiske laget er en kommunikasjonskanal og en signaloverføringsmetode (lag 1 i OSI-sammenkoblingsmodellen for åpne systemer).

La oss se på flere populære grensesnitt: RS-485 og RS422

1. RS-485-grensesnitt

RS-485(Anbefalt Standard 485), også EIA-485(Electronic Industries Alliance-485) er en av de vanligste fysiske lagstandardene for asynkront kommunikasjonsgrensesnitt.

Standardnavn: ANSI TIA/EIA-485-A:1998 Elektriske egenskaper for generatorer og mottakere for bruk i balanserte digitale flerpunktssystemer.

Standarden har fått stor popularitet og har blitt grunnlaget for etableringen av en hel familie av industrielle nettverk, mye brukt i industriell automasjon.

RS-485-standarden ble utviklet i fellesskap av to foreninger:

Electronic Industry Association (EIA - Electronic Industries Association)

Telecommunications Industry Association (TIA)

Tidligere merket EIA alle sine standarder med prefikset " R.S."

Mange ingeniører fortsetter å bruke denne betegnelsen, men EIA/TIA har offisielt erstattet " R.S."på" EIA/TIA"for å lette identifiseringen av opprinnelsen til standardene.

Standarden definerer følgende linjer for signaloverføring:

A - ikke-inverterende

B - invertering

C - valgfri felleslinje (null)

Selv om definisjonen er klar, oppstår det noen ganger forvirring om hvilke betegnelser ("A" eller "B") som skal brukes for en inverterende og en ikke-inverterende linje. For å unngå denne forvirringen, brukes ofte alternative notasjoner, for eksempel: "+" / "-"

Et nettverk bygget på RS-485-grensesnittet består av transceivere koblet til ved hjelp av et tvunnet par - to snoede ledninger.

RS-485-grensesnittet er basert på prinsippet om differensiell (balansert) dataoverføring. Essensen er å overføre ett signal over to ledninger. Dessuten bærer en ledning (betinget A) det originale signalet, og den andre (betinget B) bærer sin omvendte kopi. Med andre ord, hvis det er en "1" på en ledning, så en "0" på den andre og omvendt. Dermed er det alltid en potensiell forskjell mellom de to ledningene til et tvunnet par: ved "1" er det positivt, ved "0" er det negativt.

Det er denne potensialforskjellen som overfører signalet.

RS-485 - halv dupleks grensesnitt. Mottak og overføring skjer over ett par ledninger med tidsseparasjon. Det kan være mange sendere i et nettverk, siden de kan slås av i mottaksmodus.

Til tross for at RS-485-grensesnittet er to-leder, er det en fire-leder implementering.

I dette tilfellet blir ikke grensesnittet full dupleks, det er også halv tosidig.

Firetrådsversjonen tildeler en masternode, hvis sender fungerer på mottakerne til alle de andre.

Senderen til masternoden er alltid aktiv - den trenger ikke en overgang til den tredje tilstanden.

Senderne til de resterende slavenodene må ha tristabile utganger, de kombineres på en felles buss med mottakeren til masternoden. I to-trådsversjonen er alle noder like.

Et nettverk bygget på grunnlag av RS-485 støtter opptil 32 "enhetsbelastning"-enheter i henhold til standarden

Enheter med andre "last"-verdier er allment tilgjengelige på markedet - 1/2 (dvs. allerede 64 enheter), 1/4 (128 enheter) av en enhetsbelastning.

Når du konstruerer slike linjer, oppstår det ganske mange vanskeligheter, så det er nødvendig å ha riktig kunnskap for å designe dem.

2. RS-422-grensesnitt

Det serielle differensialgrensesnittet RS-422 (anbefalt standard 422) er svært likt i sine funksjoner til et annet dataoverføringsgrensesnitt på nettverket - RS-485.

De kan være elektrisk kompatible med hverandre, men det er fortsatt en rekke betydelige forskjeller.

RS-422 er fullt dupleks grensesnitt(full dupleks), slik at data kan overføres i begge retninger samtidig. For eksempel skjer bekreftelse på mottak av datapakker samtidig med mottak av påfølgende pakker.

Dupleksing er sikret på grunn av det faktum at to transceivere brukes samtidig, hvorav den ene fungerer for mottak, den andre for overføring.

Mens RS-485 brukes til å organisere et nettverk med mange abonnenter, brukes RS-422 vanligvis til å etablere dataoverføring mellom to enheter over lange avstander.

Dette skyldes det faktum at RS-422 støtter opprettelsen av bare single-master-nettverk, der bare en enhet kan fungere som en sender, og resten bare er i stand til å motta et signal.

Maksimal driftsrekkevidde for RS-422-grensesnittet er nøyaktig den samme som for RS-485 og er 1200 meter.

RS-422-grensesnittet brukes mye sjeldnere enn RS-485, og som regel ikke for å opprette et nettverk, men for å koble til to enheter over lang avstand.

Hver RS-422-sender kan lastes med 10 mottakere.

2.1. Koble til målerens grensesnitt Alpha A1800 med full dupleks grensesnitt til modemetRX.

Disse målerne er koblet til RX-modemet via et 4-leder RS422-grensesnitt. Men til tross for at grensesnittet i dokumentasjonen for denne måleren kalles 4-leder RS485, faktisk er det RS422.

Målere var utstyrt med en full-dupleks grensesnitttype frem til 2008. For øyeblikket er nesten alle disse målerne halv-dupleks, men for nøyaktighet er det bedre å sjekke med leverandøren eller produsenten.

3. Funksjoner

Til tross for likheten mellom RS-485- og RS-422-grensesnittene, er de ikke kompatible med hverandre.

Du kan ikke koble enheter eller enheter med en annen type grensesnitt til en enhet med én type grensesnitt.

Robert Gee, oversettelse og tillegg av Vladimir Rentyuk

Begge grensesnittprotokollene - RS 485 (fysisk lagstandard for et asynkront grensesnitt) og CAN (Controller Area Network - en industriell nettverksstandard fokusert primært på å integrere ulike aktuatorer og sensorer i ett enkelt nettverk) - har eksistert siden midten av 1980-tallet. ble først introdusert som standarder for organisering av kommunikasjonskanaler. I lang tid utviklet disse grensesnittene seg av seg selv, uten å berøre hverandre. Men tiden gikk, og situasjonen begynte å endre seg. Hvorfor? En kort diskusjon i artikkelen vil hjelpe oss å forstå dette.

I motsetning til tidligere fysiske lagstandarder, spesielt RS-423, RS-422 og RS-232, var fremkomsten av RS-485 virkelig et evolusjonært skritt. Kommunikasjonssystemer som støtter denne standarden er et flerpunktssystem og har opptil 32 noder i et enkelt system (med opptil 256 repeatere).

Omtrent samtidig som grensesnittene nevnt ovenfor ble opprettet for applikasjoner som datatastaturer og -mus, skrivere og industrielt automasjonsutstyr, ble CANbus-grensesnittet designet som en bilkommunikasjonsplattform foreslått av Robert Bosch, eier av Robert Bosch Company GmbH, for å redusere kostnadene ved bilproduksjon. Denne bussen ble et alternativ til tradisjonelle tykke bilkabler med flere kjerner og forenklet installasjonen takket være bruken av busser med flere noder. Først introdusert i BMW-850-modellen i 1986, sparte CAN-grensesnittet for biler mer enn 2 km med forskjellige ledninger! I tillegg er antallet koblinger betydelig redusert, med en beregnet maskinvektsparing på 50 kg. Det hendte slik at RS-485 var ment for behovene til det industrielle markedet, og CAN for bil- og transportsegmentet, men etter hvert fant den en plass i applikasjoner, så å si utenfor sin jurisdiksjon, det vil si innen bilindustrien og luftfartsindustrien.

Takket være dens høye robusthet i de tøffe miljøene som finnes i bilapplikasjoner, dens feiltolerante egenskaper og unike meldingshåndtering, brukes CANbus nå på steder den aldri har vært før. Gjeldende markedstrender viser den stadig mer utbredte bruken av CANbus, som noen ganger erstatter RS-485 i tradisjonelle industrielle programmer.

I følge markedsrapporter øker bruken av CANbus eksponentielt, noe som er eksepsjonelt for grensesnittmarkedet. Og selv om rapporter ikke skiller industri- og bilmarkeder, er mange enige om at industrimarkeder står for omtrent 20-30 % av den totale produksjonen. Økningen i bruken av grensesnitt i bilindustrien kan tilskrives spredningen av elektronikk som finnes i biler i dag. Moderne biler har sofistikerte mikroprosessorsystemer som trengs for funksjoner som backupkameraer, automatisk parkering, infotainmentsystemer, blindsonedeteksjon og mer. Fremveksten av disse delsystemene er assosiert med en økning i antall sensorer og mikrokontrollere i en bil, som kreves for å behandle informasjon fra alle komplekse systemer som opererer inne i bilen. Tilbake på 1990-tallet begynte mange bilprodusenter overgangen fra manuelle girkasser til automater, og senere til elektronisk kontrollerte girkasser basert på mikrokontrollerdata om hastighet, gassposisjon og informasjon fra barometriske sensorer. I dag kan du på ett kjøretøy telle over 100 sensorer og mikrokontrollere, hvorav mange kommuniserer via CAN-bussen. Selv den helelektriske Tesla S har 65 mikrokontrollere inni .

Det industrielle markedet ser også en økning i bruken av CAN-grensesnittet. Industrielle CAN-applikasjoner har et ganske bredt omfang og er installert i en lang rekke bruksområder - fra kommersielle ubemannede luftfartøyer (droner) til heiskontroller og til og med kommersielle gressklippere. Chipleverandører erkjenner dette faktum og utvikler produkter for å møte det økende behovet for CAN utenfor det tradisjonelle bilmarkedet. En annen faktor som bidrar til den økende bruken av CAN i industrisektoren er flyttingen av mange bilingeniører til industrisegmentet, hvor de naturlig har brukt sin erfaring med CAN-bussen og dens unike fordeler. En annen grunn til å ta i bruk CAN-grensesnittet i det industrielle markedet er på grunn av dets iboende feiltoleranse og evne til effektivt å håndtere meldingsrammer på en multi-node buss.

For å forklare fordelene med CAN fremfor RS-485, er det best å sette pris på likhetene og forskjellene mellom de to standardene - ISO 11898-2-2016 og TIA/EIA-485 (for øyeblikket ANSI TIA/EIA-485-A) hhv. Begge standardene definerer transceivernivåer, som er vist i diagrammet (Figur 1) for sendersiden.

Begge protokollene har differensial utgang. RS-485-utgangen er et klassisk differensialsignal, der det ene signalet er et invertert, eller speilvendt, av det andre. Utgang A er den ikke-inverterende linjen og utgang B er den inverterende linjen. Differensialområdet +1,5...+5 V er lik logisk 1 eller verdi, og grensene -1,5...-5 V er lik logisk 0 eller mellomrom. Et signal med et nivå i området –1,5…+1,5 V anses som udefinert. Det er viktig å merke seg at når RS-485 ikke er i bruk, er utgangen i høyimpedanstilstand.

CAN-bussen har et litt annerledes utgangsdifferensialsignal. Dermed er det to utganger i form av CANH og CANL datalinjer, som er en refleksjon av hverandre (fig. 1) og representerer invertert logikk. I den dominerende tilstanden (nullbit brukt for å indikere meldingsprioritet), er CANH-CANL definert som 0 når spenningen over dem er +1,5 ... +3 V. I den resessive tilstanden (1 bit og inaktiv busstilstand), driversignal er definert som logisk 1, når differensialspenningen er i området –120...+12 mV eller nær null.

Ris. 1. Sammenligning av akseptable nivåer av differensielle utgangssignaler for RS 485 og CAN-drivere

For mottakersiden definerer RS‑485-standarden inngangsdifferensialsignalet når det er i området ±200 mV...+5 V. For CAN er inngangsdifferensialsignalet +900 mV...+3 V, og den recessive modusen er i området -120...+500 mV. Når bussen er i standby-modus eller når den ikke er lastet og transceiveren er i recessiv tilstand, bør spenningene på CANH- og CANL-linjene være innenfor 2-3 V.

Både RS-485 og CAN har de nødvendige sanseevnene for å håndtere applikasjoner der signalet kan bli dempet på grunn av egenskapene og kvaliteten til kabelen som brukes (skjermet eller uskjermet) og lengden på kablene, noe som kan påvirke systemets tilkoblingskapasitet. For å sammenligne de akseptable nivåene av differensielle inngangssignaler fra RS-485- og CAN-mottakersiden, se fig. 2.

Ris. 2. Sammenligning av akseptable nivåer av inngangsdifferensialsignaler for RS 485 og CAN fra mottakersiden

I tillegg har begge standardene termineringsmotstander med samme verdi på 120 ohm installert i endene av linjen. Disse motstandene er nødvendige for å sikre at kommunikasjonslinjen er tilpasset den karakteristiske impedansen til overføringslinjen og derved unngå signalrefleksjon. Andre tekniske spesifikasjoner, som dataoverføringshastighet og antall tillatte noder, er kun til informasjonsformål og er ikke strenge krav som må oppfylles. For å møte markedets behov overskrider de fleste produserte RS-485- og CAN-transceivere standard dataoverføringshastighet og tillatt antall noder. For eksempel nådde den integrerte halvdupleks RS-485 transceiveren fra Maxims MAX22500E-brikke hastigheter på 100 Mbps. Og den nye CAN-FD-standarden, ISO 11898-2:2016, begrenser ikke dataoverføringshastigheten til 5 Mbit/s, selv om den definerer tidskarakteristikker for hastigheter på 2 og 5 Mbit/s. CAN-transceivere vil overgå kravene til standarden deres på samme måte som RS-485-transceivere. Når det gjelder common-mode-toleranse, er CMR-parameteren (Common-Mode Range) for RS-485 –7…+12 V og for CAN –2…+7 V.

Imidlertid krever mange applikasjoner høyere CMR-ytelse, noe som gjelder for begge typer grensesnitt som vurderes. Dette skyldes at de hovedsakelig brukes til flerknutebusser, og deres noder kan ha strømforsyninger med forskjellige krafttransformatorer eller kablene kan ligge i umiddelbar nærhet til utstyr med tilstrekkelig kraftige vekslende elektromagnetiske felt som kan påvirke jordingen mellom systemnoder. Gitt de mange forskjellige applikasjonene som opererer i tøffe industrielle miljøer, kreves det ofte høyere CMR-toleranser utover standard -7 til +12 V-nivåer.

For å løse dette problemet er det ny generasjon RS-485 og CAN transceivere, som har et mye bredere spekter av immunitet mot common mode interferens, nemlig opptil ±25 V. I diagrammet vist i fig. 3 viser det fluktuerende fellesmodusområdet for en RS-485 transceiver. Selv om common mode spenningssignalet stiger opp og ned, så lenge common mode voltage (VCM) nivået er innenfor det akseptable området, påvirker det ikke differensialbusssignalet og mottakeren er i stand til å motta og gjenkjenne signalet på linjen uten feil. Diagram i fig. Figur 3 viser det akseptable signalvariasjonsområdet for vanlig modus for RS-485.

Ris. 3. Forklaring av CMR-parameteren ved å bruke eksempelet på en RS 485-transceiver

En annen funksjon som er felles for både CAN- og RS-485-transceivere er feilbeskyttelse. Feilbeskyttede enheter har en intern krets som beskytter mot effekten av overspenning på mottakerens inngangsdriverutganger. Dette er nødvendig for å beskytte enheter mot utilsiktet kortslutning mellom den lokale strømkilden og overføringslinjene. På dette området inntar Maxim chips en ledende posisjon i bransjen. De, som for tiden mye brukte MAX13041, garanterer feilbeskyttelsesnivåer på opptil ±80 V og til og med med litt ekstra margin til beskyttelseskretsen fullstendig svikter og svikter. . Dessuten er det viktig at dette beskyttelsesnivået er garantert uavhengig av om strøm tilføres transceiveren eller den er deaktivert.

Blant hovedårsakene til at CAN fremfor RS-485 transceivere foretrekkes i industrielle applikasjoner er måten meldinger behandles på bussen. I et multi-node system som brukes til å kommunisere med en RS-485 mikroprosessor, kan det være tilfeller hvor flere meldinger sendes samtidig. Noe som noen ganger fører til kollisjoner, ellers kjent som konkurranse. Hvis dette skjer, kan busstilstanden være feil eller ubestemt, noe som kan forårsake datafeil. I tillegg kan slik konkurranse skade eller forringe ytelsesparametere når flere RS-485-transceivere på en buss er i samme tilstand og én transceiver er i motsatt tilstand. En enkelt RS-485-sender kan da kreve ganske betydelig mengde strøm, noe som sannsynligvis vil føre til at brikken slås av på grunn av overskridelse av den maksimalt tillatte temperaturen, eller til og med forårsake permanent skade på systemet. Her har CANbus en stor fordel i forhold til RS-485-protokollen. Ved å bruke CANbus er det mulig å løse problemet med å sende flere meldinger på en linje ved å rangere hver av dem.

Ris. 4. CAN-datarammeformat

Før du starter systemdesignarbeidet, tildeler ingeniører ulike nivåer av oppgaver. Det ble tidligere nevnt at CAN har en dominerende og recessiv tilstand. Under overføring "vinner" meldingen med den høyere tildelte dominerende tilstanden konkurransen og vil fortsette å sende, mens andre noder med lavere prioritet vil se den dominerende biten og slutte å overføre data. Denne metoden kalles voldgift, hvor meldinger blir prioritert og mottatt i rekkefølge etter status. En node som taper som et resultat av en lavere tildelt prioritet vil sende meldingen på nytt når nivået er dominerende. Dette fortsetter for alle noder til de fullfører overføringen. I fig. 4 diskuterer meldingsdatarammeformatet i CAN-protokollen mer detaljert. Dette tidsdiagrammet og tabell 1 viser tydelig hvor og hvordan arbitrage oppstår.

Tabell 1. Dataoverføringsrammeformat i CAN-protokollen

Feltnavn	Lengde i biter	Beskrivelse
SOF (Start of frame)		Start av ramme
Identifikator, uthevet i grønt		Gir meldingsprioritet (11 eller 29 biter for standard CAN og utvidet CAN, 12 eller 32 bit for CANFD)
RTR (Remote transmission request), uthevet i blått		Forespørsel om ekstern overføring
IDE (Identifier extension bit)		Bitidentifikatoren brukes til å identifisere det utvidede formatet
		Reservert bit for fremtidig protokollutvidelse
DLC (Data Length Code), uthevet i gult		Datalengdekode (4 bits for standard CAN, 8 eller 9 bits for CANFD)
Datafelt, uthevet i rødt	0–64 (0–8 byte); 0–512 (0–64 byte)	Datafelt, overførte data (0–8 byte for standard CAN, 0–64 byte for CANFD)
CRC (syklisk redundanssjekk)		Sjekksum, brukes til å oppdage feil
		CRC-skillebit
ACK-spor (Acknowledgement).		Bekreftelsesområde. Dominant bit når du rapporterer en feil; recessiv bit når feilmeldingen avvises
		Avgrensningsbit for bekreftelse
EOF (End of frame)		Slutt på rammen

Voldgift er tillatt under ID-overføring, et eksempel på denne situasjonen er vist i Tabell 2. Uansett nettverkstopologi, selv med den nye CAN-FD-standarden, er voldgiftsfasen begrenset til 1 Mbit/s. Men fasen av datafeltet er bare begrenset av egenskapene til transceiveren, noe som betyr at den kan reise mye raskere.

Tabell 2. Node 3, som et resultat av voldgift, avgir bussen til node 1 på den tredje biten

Identifikatorbiter (arbitreringsfelt)

Start bit

Node 1

Node 3

Stopp overføringen

I tillegg til voldgift, bidrar også datalink-laget (OSI Layer 2) til å forbedre påliteligheten til det totale CAN-systemet. På dette nivået blir rammemeldingen gjentatte ganger sjekket for nøyaktighet og feil. Hvis meldingen mottas med feil, sendes en feilramme. Den inneholder et feilflagg, som består av 6 biter med lik verdi (og dermed bryter regelen for bitstopping) og en feilavgrenser, som består av 8 recessive biter.

Feilskilletegnet gir et spesifikt rom hvor andre bussnoder kan sende sine feilflagg etter at de selv har oppdaget det første feilflagget. Fra et meldingsnivåperspektiv beskytter syklisk redundanssjekk (CRC) informasjon i en ramme ved å legge til redundante sjekkbiter på slutten av overføringen, som deretter sjekkes i mottakerenden. Hvis de ikke samsvarer, oppstår det en CRC-feil. Dette etterfølges av ramme (ramme) inspeksjon, som bestemmer riktigheten av strukturen ved å sjekke bitfeltene for fast format og rammestørrelse SOF, EOF, ACK og CRC separatorbiter.

Fra et bitnivåperspektiv er det tre feilkontroller: bekreftelse, bitkontroll og bitstopping. Bekreftelsesfeil oppdages når senderen ikke leser den dominerende ACK-biten (0). Dette indikerer en overføringsfeil oppdaget av mottakerne, noe som betyr at ACK var ødelagt eller at det ikke var noen mottakere. Bitovervåking sjekker bussnivået for hver node for sendte og mottatte biter. Bitsubstitusjon er en metode som "fyller" eller setter inn en ekstra motsatt bit når fem av de samme bitene oppstår etter hverandre. Den motsatte biten hjelper til med å skille mellom feilrammer og EOF-biter. I mottakerenden fjernes den ekstra biten. Hvis den sjette biten er den samme som de foregående fem, blir feilen oppdaget av alle CAN-noder og feilrammer sendes. I dette tilfellet må den opprinnelige meldingen sendes på nytt, naturlig nok gå gjennom voldgift hvis det er en konflikt på linjen.

For å oppsummere diskusjonen kan vi trekke en kort konklusjon: Hvis vi vurderer punkt-til-punkt-systemer som krever høye datautvekslingshastigheter, så vinner utvilsomt RS-485-grensesnittet her, på grunn av høyere hastighet og enklere ramme. Men i multi-node systemer med mulige kollisjoner og ved hastigheter som ikke overstiger 1 Mbit/s, er CAN fortsatt en klar fordel, spesielt når man organiserer kommunikasjon i et system med utstyr som opererer i tøffe industrielle miljøer, i et bredt spekter av driftstemperaturer (for tidligere nevnte MAX13041 -40... +125 °C) og med et høyt nivå av ytre påvirkninger, for ikke å nevne dets "native aktivitetsfelt" - bil- og transportsektorene.

Som du vet, er mange systemer enten utsatt for elektromagnetisk interferens eller lider av feil fra vedlikeholdspersonell som utilsiktet kan levere strøm til kommunikasjonslinjene. I denne forbindelse er CAN-transceivere svært pålitelige, motstandsdyktige mot betydelige utladninger av statisk elektrisitet og har et godt beskyttelsesnivå mot feil. Den relative ulempen med CAN, nemlig at alle mottakere på linjen lytter til overføringen, kan enkelt elimineres ved å bruke identifikatoren som er inkludert i overføringsrammen, og som regel er det ikke noe stort problem i dette.

Med CAN-funksjoner som voldgift, kontroll av feilmeldinger, forbedret gjennomstrømning og et større datafelt, er det lett å se appellen til CANbus over RS-485 i industriautomatiseringsmarkedet. CAN-systemer kan prioritere viktigheten av rammemeldinger og håndtere kritiske på riktig måte. Alt dette tillater bruk av CAN-sendere, inkludert de fra Maxim, i utstyr for et bredt spekter av bruksområder, og for ulike bruksområder tilbyr dette selskapet også svært effektive grensesnitt med galvanisk isolasjon .