Visió general de RS-485
Igual que RS-232, RS-485 és un estàndard de comunicació sèrie. La seva designació oficial actual és TIA-485/EIA-485-A, però comunament es coneix com l'estàndard RS-485. RS-485 s'utilitza àmpliament en indústries com l'automatització industrial, l'automoció i la gestió d'edificis.
El bus RS-485 supera els inconvenients de l'RS-232, com ara les distàncies de comunicació curtes i les baixes velocitats de dades. RS-485 admet velocitats de dades de fins a 10 Mbit/s i té una distància de comunicació teòrica de fins a 1.200 metres. A diferència de la transmissió d'un sol extrem de RS-232, RS-485 utilitza transmissió diferencial mitjançant un parell de cables de parell trenat, amb un cable designat com A i l'altre com B.
Capa física RS-485
La capa física RS-485 s'encarrega de transmetre dades en brut entre dispositius i el mitjà de transmissió físic. Gestiona la conversió de senyals elèctrics a dades digitals, alhora que defineix els nivells de tensió, el temps, les taxes de dades i altres paràmetres.
① Senyals diferencials
El cablejat de llarga-distància produeix una atenuació del senyal i augmenta la probabilitat de soroll i interferències. Això es manifesta com a canvis en l'amplitud de voltatge als cables A i B. Tanmateix, l'avantatge d'utilitzar línies diferencials és que restar la diferència entre els dos senyals anul·la la interferència, permetent que un senyal normal surti. La capacitat d'un receptor diferencial d'ignorar tensions idèntiques a ambdues línies de senyal s'anomena rebuig en mode comú-.
L'estàndard especifica que la lògica 1 és de +2V a +6V, i la lògica 0 és de -6V a -2V.
RS-485 no requereix una tensió de bus específica; només considera la tensió diferencial mínima. En longituds de cable més llargues, la tensió rebuda pel receptor pot baixar a +/- 200 mV, cosa que encara és perfectament acceptable per a RS-485; aquest és un dels avantatges de l'RS-485.
Molts transceptors compleixen o fins i tot superen l'estàndard TIA/EIA-485A; en aplicacions pràctiques, però, els paràmetres especificats del dispositiu tenen prioritat. Per exemple, el llindar d'entrada negatiu mínim per a un determinat transceptor és de -200 mV.
② Definicions del senyal
Avui dia, molts convertidors RS-485 són compatibles amb RS-422, de manera que sovint veureu senyals etiquetats amb T/R+ i T/R- en aquests convertidors, que corresponen als A+ i B- de RS-485.
Per als connectors femelles DB9, la definició del cablejat RS-485 és la següent: Els pins 6 a 9 són N/A i no s'han de connectar.
| DB9 | Senyal de sortida | Cablejat dúplex complet RS-422 | Cablejat semidúplex RS-485 |
| 1 | T/R+ | Envia (A+) | RS-485 (A+) |
| 2 | T/R- | Envia (B-) | RS-485(B-) |
| 3 | RXD+ | Rebre (A+) | Buit |
| 4 | RXD- | Rebre (B-) | Buit |
| 5 | GND | Fil de terra | Fil de terra |
③ Topologia
RS-485 admet configuracions de dos-fills i de quatre-fils. La configuració de quatre-fills està limitada a la comunicació punt-a-i actualment s'utilitza rarament; la configuració de dos cables s'utilitza més habitualment. Aquesta configuració utilitza una topologia de bus, que permet connectar fins a 32 nodes en un únic bus.
Igual que I²C, el bus RS-485 funciona en mode mestre-esclau. Admet tant el mode esclau punt-{-punt a punt-únic com el mode esclau múltiple-, però no és compatible amb el mode multimaster.
Transceptor RS-485
RS-485 utilitza transmissió diferencial. Si voleu controlar un dispositiu RS-485 mitjançant un microcontrolador, necessitareu un transceptor similar al bus CAN. El diagrama següent il·lustra un MCU que controla un dispositiu RS-485.
Dins d'un transceptor hi ha un receptor (meitat superior) i un transmissor (meitat inferior). A continuació es mostra una breu explicació de com funciona un transceptor per ajudar-vos a entendre com es comunica un MCU amb un dispositiu 485.
Estructura interna d'un transceptor RS-485
On:
A i B són l'autobús;
R és l'entrada del receptor;
RE és el senyal d'habilitació del receptor;
DE és el senyal d'habilitació del transmissor;
D és la sortida del transmissor;
Per als senyals d'activació, els que tenen una línia a sobre de la lletra estan actius-baix (p. ex., RE a la figura de dalt), mentre que els que no tenen una línia estan actius- alt (p. ex., DE).
Taula de veritat del receptor
Per al transmissor, la taula de veritat és la següent:
1. Quan el pin d'habilitació del controlador DE està a un alt lògic, les sortides diferencials A i B segueixen l'estat lògic a l'entrada de dades D. Una lògica alta a D fa que A sigui alt i B baixi. En aquest cas, la tensió diferencial de sortida, definida com a VOD=VA – VB, és positiva. Quan D és baix, els estats de sortida inverteixen: B és alt i A baixa, i VOD és negatiu.
2. Quan el DE és baix, ambdues sortides esdevenen d'alta-impedància. En aquest cas, l'estat lògic a D és irrellevant.
La següent taula de veritat s'aplica al receptor:
1. Quan el pin d'habilitació (RE) del receptor està en un nivell lògic baix, el receptor s'activa. Quan la tensió d'entrada diferencial, definida com a VID=VA – VB, és positiva i supera el llindar d'entrada positiu VIT+, la sortida R del receptor s'eleva. Quan VID és negatiu i per sota del llindar d'entrada negatiu VIT-, la sortida del receptor R baixa. Si VID està entre VIT+ i VIT-, la sortida no està definida.
2. Quan RE és lògic alta o flotant, la sortida del receptor és d'alta impedància, independentment de la magnitud o polaritat de VID.
Enllaç de dades RS-485
Després d'haver comentat els principis de funcionament del transceptor RS-485 anteriorment, ara descriurem breument l'enllaç de dades RS{-485. Primer podeu fer una ullada al format de marc del protocol UART fàcil d'entendre.
Tant si el mestre envia dades a l'esclau com si l'esclau envia dades al mestre, s'utilitzen les línies A i B; per tant, RS-485 s'utilitza normalment en mode semidúplex.
El GPIO de l'amfitrió controla el pin DE del transceptor RS-485 per establir el mode de transmissió. S'envia un únic byte des de la línia UART TXD a la línia de dades (D o DI) del transceptor RS-485. El transceptor converteix el flux de bits UART d'un sol extrem en un flux de bits diferencial a les línies A i B. Una vegada que les dades surten del transceptor, l'amfitrió canvia immediatament el transceptor al mode de recepció.
L'esclau funciona de manera similar al mestre. L'esclau controla el pin /RE del transceptor RS-485 per configurar-lo en mode de recepció, rep el flux de bits enviat pel mestre, el converteix en un senyal d'un sol extrem i el rep a través de la línia UART RXD de l'esclau. Quan l'esclau està preparat per respondre, transmet dades de la mateixa manera que el mestre, mentre que el mestre passa al mode de recepció.
Conversió RS-232 a RS-485
És possible convertir entre RS-232 i RS-485. Un mètode és convertir RS-232 a TTL i després convertir TTL a RS-485. Per descomptat, també hi ha xips que admeten la conversió directa de RS-232 a RS-485, i molts d'aquests mòduls estan disponibles en línia.
Mòduls de conversió RS-232 a RS-485
Diferències entre RS-485 i CAN
Tot i que RS-485 no té un format de protocol de dades estandarditzat, comparteix moltes similituds amb el bus CAN. Per exemple, tant A&B com CANH&CANL són senyals diferencials; tots dos requereixen transceptors per a la comunicació; i tots dos utilitzen resistències de terminació de 120 ohms, entre altres similituds.
| Característiques de l'autobús | Bus CAN | Bus RS-485 |
| Costos de maquinari | Una mica més alt | De baix cost |
| Ús d'autobús | Arbitratge de prioritat automàtica, alta utilització | Utilitza l'enquesta; baixa utilització |
| Velocitat de transferència de dades | Alt | Baixa |
| Mecanismes de detecció d'errors | El controlador inclou un mecanisme de suma de comprovació per garantir la precisió de la transmissió de dades de baix{0}}nivell | Només les especificacions de la capa física; no hi ha especificacions de la capa d'enllaç de dades |
| Impacte d'una fallada d'un sol-node | Sense impacte a l'autobús | Paràlisi d'autobús |
| Costos de desenvolupament | Desenvolupament de programari flexible, baix cost de temps | Difícil de desenvolupar |
| Costos del sistema | Relativament baix | Alt |
Circuits comuns RS-485
Aquí teniu un circuit RS-485 comú que vaig trobar en línia. Hi ha dos punts a tenir en compte:
1. Els senyals d'habilitació RE i DE poden ser controlats per un únic GPIO per conservar recursos. Quan el GPIO25 emet un nivell alt, RE i DE són 0 V i el dispositiu entra en mode de recepció; quan GPIO25 emet un nivell baix, RE i DE són de 3,3 V i el dispositiu entra en mode de transmissió.
2. En alguns circuits, s'afegeix una resistència pull-amunt al pin A i una resistència pull-avall al pin B. La raó principal d'això és que, quan el bus RS{-485 està en estat inactiu, el nivell de tensió no és fix-és a dir, oscil·la entre -200 mV i V {-{7} mV alta o baixa nivell. L'UART ha de mantenir un nivell alt quan està inactiu; si el transceptor emet un nivell baix en aquest moment, l'UART l'interpreta com un bit d'inici, que pot provocar errors de comunicació. Els valors específics de R_u i R_d no es discutiran en detall aquí; Penso escriure un article detallat sobre aquest tema en el futur.
Pel que fa al segon punt, cal tenir en compte el següent:
① Si apliqueu una resistència de tirada-amunt al pin A i una resistència de tirada-avall al pin B, la comunicació de dades pot fallar a causa de connexions invertides.
② Si un transceptor té resistències-pull-amunt i avall-avall incorporades, no cal afegir-ne de externes.