串行通信总线接口标准分析与选择

孟庆波 曲素荣 李帆 崔刚

（郑州铁路职业技术学院电气工程系，河南郑州 450052）

串行通信总线接口标准分析与选择

孟庆波 曲素荣 李帆 崔刚

（郑州铁路职业技术学院电气工程系，河南郑州 450052）

在科研项目开发和实施过程中，对串行通信总线接口标准进行正确分析和选择，显得尤为重要。基于此，分析串行通信的常用接口标准，选择出集散控制系统的通信接口及总线类型，强调应用RS-485时的注意事项，以期对相关科研项目开发和实施具有一定的借鉴价值。

串行通信；接口标准；RS-485

用于串行通信的接口标准包括RS-232、RS-422和RS-485等。在科研项目开发和实施过程中，对串行通信总线接口标准进行正确分析和选择，显得尤为重要。

1 串行通信总线接口标准分析

1.1 RS-232接口标准

RS（Recommended Standard）-232为“使用二进制进行交换的数据终端设备和数据通信设备（DCE）之间的接口”。RS-232针对点对点通信而设计，适合于本地设备之间的通信。RS-232的发送-接收电平差较小，导致共模抑制能力差；另外，双绞线杂散电容的影响使其信号传送距离受限，数据传输速率不高。基于此，RS-232是一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准［1］。

1.2 RS-422接口标准

为了改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，EIA定义了一种RS-422接口标准。其是一种单机发送、多机接收的单向平衡传输标准，也是RS-232向RS-485的一种过渡［2］。

1.3 RS-485接口标准

RS-485接口标准规定：①多点通信；②标准节点数为32；③允许收发器数目为32Tx、32Rx；④传输方式为差分；⑤传输介质为双绞线；⑥最远通信距离为1 200m；⑦最大传输速率为10Mbps；⑧共模电压最大、最小值为+12、-7V；⑨差分输入范围为-7～+12V；⑩接收器输入灵敏度为±200mV；⑪接收器输入阻抗为≥12kΩ。

结合上述分析，表1列出了RS-232、RS-422、RS-485接口标准的主要区别。

2 通信接口标准及总线类型的选择

RS-232接口标准的最大传输距离一般不超过20m，使其应用受到通信距离的很大限制。另外，最高传输速率只有20kbps，数据传输速率不高。此外，RS-232接口标准采用单端传输的不平衡传输方式，抗干扰能力较差。受限于这些局限性，RS-232接口标准应用的场合是近距离、低波特率的串行通信中。

表1RS-232、RS-422、RS-485的性能比较表

RS-485接口标准采用差分传输的平衡传输方式，具有很强的CMRR抑制能力。同时，RS-485是真正的多点通信，可以实现多点发射、多点接收，标准节点数达32，且可扩展，允许收发器数目为32Tx、32Rx。RS-485接口标准的最大传输距离达上千米，适合中距离的传输。另外，RS-485接口标准的最高传输速率达10Mbps，比RS-232接口标准快500倍。基于这些优点，采用RS-485接口标准及总线，可以更方便地构成一主机（PC）、多子站（SC⁃Ms）的多级、多点分布式系统［3］。图1所示的参考系统结构中，1个主控制器、m个分支控制器和n个终端控制器，就构成一个m×n点的主从分布、三级驱动的DCS系统。

图1 基于RS-485接口标准及总线的多级分布式DCS系统结构

此外，RS-485接口标准只对应于开放式系统互联参考模型OSI（Open System Interconnect Reference Model）的7层模型中的物理层（PHY），如图2所示。该物理层只完成发送及接收字节流的任务，而传输过程的可靠性则由高层协议来保证。由于RS-485接口标准只对接口的电气特性作出规定，而不涉及具体的接插件、电缆或协议。开发者可以在此基础上，自由建立独立的上层通信协议，给设计者提供了更大的灵活性。因此，在中大规模的集散控制DCS系统中，普遍采用RS-485总线作为底层通信接口。

图2 RS485（物理层）通信的分层模型

3 注意事项

①RS-485接口标准一般采用总线型（BUS）结构，不支持环型（RING）或星型（STAR）网络。

②网络节点数与所选器件中RS-485芯片驱动能力和接收器的输入阻抗有关。

③在工业现场和特殊场合下，要考虑抗静电冲击、限斜率驱动技术、故障保护、隔离、接地和实时性等问题。须提供一条单一、连续的信号通道作为总线，注意总线特性阻抗的连续性。

④网络电源和数据线路采用暗敷设方式；槽缝隙采用玻璃胶密封，进行防水处理；槽内所敷设线路禁止出现接头，系统总线端口固定安装，总线预留一组主干线备用。这些工程具体实施细节，可以提高系统运行的可靠性。

［1］刘水.RS-232多机通信技术在校表台中的设计应用［J］.电测与仪表，2003（9）：58-60.

［2］王林枫.基于FPGA的星载电场仪信号处理系统［D］.北京：中国科学院大学，2014.

［3］杨志深.中波发射机监控系统的设计与实现［D］.广州：华南理工大学，2006.

Analysis and Selection of Serial Communication Bus Interface Standard

Meng QingboQu SurongLi FanCui Gang
（Department of Electrical Engineering，Zhengzhou Railway Vocational&Technical College，Zhengzhou Henan 450052）

In the process of developing and implementing the scientific research project,it is very important to ana⁃lyze and select the interface standard of serial communication bus.Based on this,the common interface standard of serial communication was analyzed,the communication interface and bus type of DCS were selected,and the matters needing attention in application of RS-485 were emphasized,in order to have some reference value for the develop⁃ment and implementation of related research projects.

serial communication；interface standard；RS-485

TP334.7

A

1003-5168（2016）10-0041-02

2016-09-10

孟庆波（1973-），男，硕士，副教授，研究方向：电力电子技术及变频调速。