自從USB接口問世以來，串口設備以及計算機主機上設置的串行端口均有減少，但工業聯網環境或商業項目上仍然對串行接口廣泛使用。今天使用了數十個串行數據接口。大多數已針對特定應用開發。一些已經成為普遍，如I2C、CAN、LIN、SPI、軟硬、MOST、I2S。有以太網、HDMI和迅雷等更高速度的串行接口。最經典的兩個接口是RS232和RS485。這些流傳已久的以太網接口之所以被一直使用，必然是有存在的價值。那么就研究一下RS485和RS232原理是什么?區別是什么?什么價值能讓它們經久不衰呢?
串行接口的整個目的是為無線或通過電纜的數據傳輸提供單一路徑。在某些應用中仍使用并行總線。但是對于當今如此普遍的高速數據，串口服務器是在大于幾公里的任何距離上進行穩定通信的首要實用選擇。
串行接口可用于提供從發送器到接收器的標準化邏輯級別、定義傳輸介質和連接器，以及指定時序和數據速率。在某些情況下，他們可以執行串行到并行和并行到串行轉換，或者指定基本數據協議。
邏輯級別、介質和連接器的定義是物理層(PHY)或開放系統互連(OSI)網絡模型的第1層的一部分。諸如數據處理之類的任何其他功能都是OSI模型的媒體訪問控制(MAC)層或第2層的一部分。
最古老的串行接口之一通常稱為RS232。它最初成立于1962年，是一種將數據終端設備(DTE)(例如機電式電傳打字機)連接到數據通信設備(DCE)的方法。多年來，它的使用包括連接到視頻終端、計算機和調制解調器。第一臺個人計算機包括一個稱為串行端口的RS232，用于連接打印機或其他外圍設備。今天，它仍然廣泛用于嵌入式計算機開發系統、科學儀器以及各種工業控制設備中。
該標準的正式名稱是電子工業協會/電信工業協會EIA / TIA-232-F。字母F表示最新的標準修改和更新。該標準基本上與國際電信聯盟–電信(ITU-T)規范V.24和V.28相同。
該標準將邏輯1和–3至–25 V之間的電壓以及邏輯0定義為+3至+ 25 V之間的電壓電平(圖1)。信號電平通常被稱為邏輯1的標記和邏輯0的間隔。±3 V之間的電壓無效，從而為接口提供了巨大的噪聲容限。此范圍內的噪聲電壓被拒絕。在通常的實踐中，邏輯0和1電平通常低至±5 V，高至±12或±15V。發送器和接收器配置為單端(非差分)，具有接地基準。
圖1
1.電壓電平定義邏輯1或標記以及邏輯0或空格字符。±3 V之間的電壓無效。
電纜介質可以是簡單的平行線或雙絞線。電纜的長度決定了較高的數據速率，通常不應超過50英尺。但是，在數據速率較低的情況下，可以使用更長的電纜長度。今天的主要目標是使用電線之間的電容不超過2500 pF的電纜。這將上限數據速率限制為大約20 kbits / s。由于此接口使用的低速數據速率，通常不會將電纜視為正式的傳輸線。傳輸線需要匹配的發生器阻抗和負載阻抗，以消除引起數據損壞的反射。
該標準定義了一個稱為DB-25的25針連接器，該連接器旨在承載各種控制線以及串行數據發送和接收線。這種連接器如今很少使用。取而代之的是，定義了一個稱為DE-9的9針連接器，如今已成為事實上的標準(圖2)。
圖2
2.流行的DB9連接器承載所示信號。這些數字是連接器上的引腳號。
最初，機電設備的數據速率非常慢。最低速率通常為75位/秒，但通常為150和300位/秒。如今，數據速率由接口所使用的協議定義，范圍高達115.2 kbit / s。典型的數據速率是1200、2400、4800、9600、19,200、38,400和115,200比特/秒。數據速率受最大允許壓擺率30 V / μs(伏特/微秒)的限制。對于短的低電容電纜，使用適當的驅動器，數據速率可以高達每秒幾兆比特。
許多RS-232連接是單向或單工的。但是，使用可用的特殊信號和控制電壓，可以進行雙向或半雙工操作。兩個連接的設備交替進行發送和接收操作。
接口中的控制信號定義了用于發送和接收數據的協議。這些信號告訴兩個通信設備何時繁忙，正在發送，已準備就緒和正在接收。發送設備是DTE(例如計算機)，接收設備是DCE(例如打印機)。公用九針連接器上使用的控制信號是：
數據載體檢測(DCD)：DCE告知DTE它正在接收有效的輸入信號。
數據集準備就緒(DSR)：DCE告知DTE它已連接并準備接收。
接收數據(RD)：這是從DTE接收到的實際信號。
發送請求(RTS)：來自DTE的此信號告訴DCE準備發送。
發送數據(TD)：這是DTE發送的信號。
清除發送(CTS)：DCE上的此行告訴DTE它已準備好接收數據。
數據終端就緒(DTR)：這條線從DTE到DCE，表明已準備好發送或接收數據。
振鈴指示器(RI)：這條線用于較舊的調制解調器連接中，但不再使用。
信號接地：這是所有信號的公共接地。
圖3顯示了從DTE到DCE的電纜連接。注意控制線引腳之間的互連。這些引腳上的信號在稱為流控制或“握手”過程中相互響應。
圖3
3.這是DTE和DCE設備之間的常用連接。注意電纜從一個連接器到另一連接器的連接。
盡管不是RS-232標準的正式組成部分，但大多數使用該接口的串行設備也使用所謂的通用異步接收器發送器(UART)。該IC通常與線路驅動器和接收器電路分開，實現一種基本通信協議，該協議每次最多傳輸8位。它執行串行到并行和并行到串行的轉換，添加開始和停止位以表示數據字的開始和結束，奇偶校驗位錯誤檢測以及數據速率的建立。
數據通常是ASCII字符，但是最多可以傳輸8位的任何數據字(圖4)。UART通常可以配置為處理不同的字長(5至8位)，添加1、1.5或2個停止位，并包括奇數，偶數或無奇偶校驗位。數據速率從75位/秒到115.2 kbit / s是可選的。
圖4
也由EIA / TIA標準定義，此接口現在稱為TIA-485。它不僅定義了單個設備到設備的接口，而且定義了可用于形成多個設備的簡單網絡的通信總線。它的配置和規格還擴展了RS-232接口功能之外的范圍和數據速率。
RS-485標準規定了兩條線路上的差分信號，而不是參考電壓為接地的單端。邏輯1的電平大于–200 mV，邏輯0的電平大于+200 mV。來自線路驅動器的典型線路電壓電平最低為±1.5 V，最高約為±6V。接收器輸入靈敏度為±200 mV。±200 mV范圍內的噪聲基本上被阻止。差分格式產生有效的共模噪聲消除。
標準傳輸介質是#22或#24 AWG實心線的雙絞線電纜。最少兩線，但可以使用第三根參考線。如果需要全雙工操作，也可以使用四線電纜。電纜可以是屏蔽的也可以是非屏蔽的，最常見的是非屏蔽的。電纜被視為傳輸線。標稱特性阻抗為100或120Ω。需要使用端接負載電阻器來確保匹配的線路狀況，以防止反射引入數據錯誤。
該標準未定義特定的連接器。已經使用了各種連接方法，包括RS-232 DE-9連接器。簡單的螺釘端子連接在某些類型的工業控制設備中很常見。
電纜長度定義了較高的數據速率。但是由于較低的邏輯電壓電平和差分連接，取決于電纜長度，數據速率可能會超過10 Mbits / s。通常將最大電纜長度定義為1200米或約4000英尺。4000英尺處的典型最大數據速率為100 kbits / s。一般準則是，以米為單位的線路長度與以每秒比特數為單位的數據速率之積不應超過10 8。例如，一條20米長的電纜將允許5 Mbit / s的最大數據速率。
RS-485接口可通過單對電纜以半雙工的單工模式使用。可以使用兩對電纜實現全雙工或同時發送和接收操作。常見的配置是具有多個分支或連接的總線網絡。該標準規定了最多32個驅動器(發送器)和32個接收器(圖5)。不傳輸時，線路驅動器與線路斷開連接。所有接收器均已完全連接，并且總線端接有負載匹配電阻。
圖5
5.這是典型的TIA-485差分總線的表示，其中顯示了各個驅動器(D)和接收器(R)以及收發器。注意總線終端電阻的末端。
該標準尚未定義特定的通信協議。有時會使用標準UART協議。大多數應用程序定義了唯一的協議。
在實踐中偶爾會發現這兩個標準的幾種變體。RS-422是RS-485的變體，具有類似的規格，但僅設計用于一個驅動器和最多10個接收器。邏輯電平范圍為±2到±6V。RS-423是RS-422的單端而不是差分版本。否則，其他規格類似于RS-485接口。
目前，TIA-232標準已部署在各種低數據速率短距離應用中。它在嘈雜的環境中使用的設備特別有效，例如工廠，過程控制工廠和公用事業場所。電纜長度通常小于50英尺。常見的設備包括低速調制解調器，工業控制設備，例如可編程邏輯控制器(PLC)，計算機數控(CNC)機床，機器人，嵌入式控制計算機，醫療儀器和設備以及嵌入式控制器開發系統。
TIA-485接口還廣泛用于需要更高速度和更長距離的工業應用中。它用于與RS-232接口定義的設備類型相同的設備，以及諸如銷售點(POS)終端，計量儀器和大型專用自動化機器之類的設備。由Profibus和Modbus等現場總線定義的網絡也使用它。
大多數新設備使用流行的USB接口。但是，通常有必要或希望從一個接口轉換為另一個接口，以允許將不同類型或年齡的設備一起使用。可使用各種轉換器將USB轉換為TIA-232或TIA-485，將TIA-232轉換為TIA 485，反之亦然。
通常，RS232最適合短距離低速要求。它簡單且成本低廉，并且可以使用許多組件(如線路驅動器和接收器，UART和連接器)來構建接口。一些驅動程序允許短線的數據速率達到2或3 Mbit/s。大多數接口芯片都包含一個電荷泵DC-DC轉換器，該轉換器可提供正負電源電壓，從而使IC可通過3.3V或5V單電源工作。
RS485可在更長的范圍內提供更高的速度，或者需要雙工網絡功能。同樣，許多標準部件可用于創建界面。IC的驅動器和接收器可以允許32個以上的中斷，數據速率可以高達40 Mbit/s。某些IC還包括提供雙電源電壓的dc-dc轉換器
-20250623144437.png)
