Οι βασικές διαφορές ανάμεσα σε διεπαφές RS-232, RS-422 και RS-485

Οι βασικές διαφορές ανάμεσα σε RS-232, RS-422 και RS-485

Οι ονομασίες RS-232, RS-422 και RS-485 αφορούν τις διεπαφές ψηφιακής μετάδοσης δεδομένων. Το πρότυπο RS-232 είναι περισσότερα γνωστό ως κανονική θύρα COM ή σειριακή θύρα (αν και Ethernet, FireWire και USB μπορούν επίσης να θεωρηθούν σειριακές θύρας). Οι διασυνδέσεις RS-422 και RS-485 χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία για τη σύνδεση διαφόρων συσκευών.

Ο πίνακας παρουσιάζει τις κύριες διαφορές μεταξύ των διασυνδέσεων RS-232, RS-422 και RS-485.

* Για τη διεπαφή RS-232, δεν είναι απαραίτητο να χρησιμοποιείτε όλες τις γραμμές επαφής. Συνήθως χρησιμοποιούνται οι γραμμές εδάφους TxD, RxD και GND, οι υπόλοιπες γραμμές είναι απαραίτητες για τον έλεγχο της ροής των δεδομένων. Θα μάθετε περισσότερα σχετικά με αυτό στο άρθρο παρακάτω.

Οι πληροφορίες που μεταδίδονται μέσω διεπαφών RS-232, RS-422 και RS-485 είναι δομημένες ως πρωτόκολλο, για παράδειγμα, το πρωτόκολλο Modbus RTU χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία.

Περιγραφή της διασύνδεσης RS-232

Η διεπαφή RS-232 (TIA / EIA-232) προορίζεται για την οργάνωση της μεταφοράς των δεδομένων μεταξύ του πομπού ή του τερματικού (DTE) και του δέκτη του εξοπλισμού επικοινωνίας (Data Communications Equipment, DCE) σε δισημειακή μορφή.

Η ταχύτητα της RS-232 εξαρτάται από την απόσταση μεταξύ των συσκευών, συνήθως σε απόσταση 15 μέτρων η ταχύτητα είναι 9600 bps. Σε ελάχιστη απόσταση, η ταχύτητα είναι συνήθως 115,2 kbps, αλλά υπάρχει υλικό που υποστηρίζει ταχύτητες μέχρι 921,6 kbps.

Η διεπαφή RS-232 λειτουργεί με τρόπο πλήρους διπλής κατεύθυνσης (full duplex), ο οποίος σας επιτρέπει να στέλνετε και να λαμβάνετε τις πληροφορίες ταυτόχρονα, επειδή χρησιμοποιούνται διαφορετικές γραμμές για την λήψη και την μετάδοση. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τη λειτουργία ημι-αμφίδρομης (Half duplex) επικοινωνίας, όταν χρησιμοποιείται ένας σύνδεσμος για τη λήψη και τη μετάδοση των δεδομένων, ο οποίος επιβάλλει περιορισμό στην ταυτόχρονη λειτουργία, έτσι σε μια ημι-αμφίδρομη κατάσταση ταυτόχρονα είναι δυνατή είτε η λήψη είτε η μετάδοση πληροφοριών.

• Οι πληροφορίες σχετικά με τη διεπαφή RS-232 μεταδίδονται ψηφιακά με 0 και 1
• Η τιμή "1" (MARK) αντιστοιχεί σε τάση στην περιοχή από -3 έως -15 V
• Το "0" (SPACE) αντιστοιχεί σε τάση στην περιοχή από +3 έως +15 V

Εκτός από τις δύο γραμμές λήψης και μετάδοσης, η RS-232 διαθέτει ειδικές γραμμές ελέγχου ροής hardware και άλλες λειτουργίες.

Για τη σύνδεση με την RS-232, χρησιμοποιείται ένας ειδικός συνδετήρας D-sub, συνήθως ένας DB9 με 9 ακίδες και ένας DB25 25 ακίδων που χρησιμοποιείται λιγότερο συχνά.

Οι υποδοχές DB χωρίζονται σε:

• Αρσενική (βύσμα, καρφίτσα)
• θηλυκή (πρίζα, πρίζα)

Σύνδεση DB9 για την RS-232

Συγκόλληση καλωδίων DB9 για την RS-232

Υπάρχουν τρεις τύποι σύνδεσης των συσκευών στην RS-232: τερματικό-τερματικό DTE-DTE, τερματικό-εξοπλισμός επικοινωνίας DTE-DCE, μόντεμ-μόντεμ DCE-DCE.

Το καλώδιο DTE-DCE ονομάζεται "ευθύ καλώδιο", επειδή οι επαφές συνδέονται μεταξύ τους.

Ένα καλώδιο DCE-DCE ονομάζεται "καλώδιο μηδενικού μόντεμ", ή αλλιώς καλώδιο διασταύρωσης.

Παρακάτω είναι οι πίνακες όλων αυτών των τύπων των καλωδίων.

Σύνδεση του DB9 ευθύ καλωδίου για την RS-232

Σύνδεση του καλωδίου μηδενικού μόντεμ DB9 για την RS-232

Πίνακας με εξόδους DB9 και DB25.

Για να δουλεύετε με τις συσκευές RS-232, χρειάζεστε συνήθως μόνο 3 επαφές: RXD, TXD και GND. Ορισμένες συσκευές όμως απαιτούν και τις 9 επαφές για να υποστηρίξουν τη λειτουργία ελέγχου της ροής.

Δομή των μεταδιδόμενων δεδομένων στο RS-232

Ένα μήνυμα που αποστέλλεται μέσω RS-232/422/485 αποτελείται από ένα bit έναρξης, μερικά bit δεδομένων, ένα bit ισοτιμίας και ένα bit διακοπής.

Το bit έναρξης είναι το bit που δηλώνει την αρχή της μετάδοσης, συνήθως 0.

Τα bits δεδομένων - 5, 6, 7 ή 8 bits δεδομένων. Το πρώτο bit είναι το λιγότερο σημαντικό bit.

Bit ισοτιμίας - προορίζεται για έλεγχο ισοτιμίας. Εξυπηρετεί για την ανίχνευση σφαλμάτων. Μπορεί να πάρει τις ακόλουθες τιμές:

• Η ισοτιμία (EVEN) παίρνει τέτοιες τιμές ώστε ο αριθμός των μονάδων στο μήνυμα να είναι ισότιμος
• Μη ισοτιμία (ODD), παίρνει μια τέτοια τιμή που ο αριθμός των μονάδων στο μήνυμα να μην είναι ισότιμος
• Πάντα 1 (MARK), το bit ισοτιμίας θα είναι πάντα 1
• Πάντα 0 (SPACE), το bit ισοτιμίας θα είναι πάντα 0
• Δεν χρησιμοποιείται (Κανένας)

Το bit διακοπής - ένα bit που υποδεικνύει την ολοκλήρωση της μετάδοσης του μηνύματος, μπορεί να πάρει τις τιμές 1, 1.5 (bit δεδομένων = 5), 2. Για παράδειγμα, μια μείωση 8E1 σημαίνει ότι μεταδίδονται 8 bits δεδομένων, η λειτουργία EVEN και ένα bit διακοπής καταλαμβάνουν ένα bit.

Έλεγχος ροής σε RS-232

Προκειμένου να μην χαθούν τα δεδομένα, υπάρχει ένας μηχανισμός για τον έλεγχο της ροής των δεδομένων, ο οποίος επιτρέπει την προσωρινή διακοπή της μεταφοράς των δεδομένων για να αποφευχθεί η υπερχείλιση του buffer.

Υπάρχει μέθοδος ελέγχου hardware και λογισμικού.

Η μέθοδος hardware χρησιμοποιεί τις εξόδους RTS / CTS. Εάν ο πομπός είναι έτοιμος να στείλει τα δεδομένα, τότε ορίζει το σήμα στη γραμμή RTS. Εάν ο δέκτης είναι έτοιμος για την λήψη δεδομένων, θέτει το σήμα στη γραμμή CTS. Εάν δεν έχει οριστεί κάποιο από τα σήματα, δεν θα υπάρξει μεταφορά δεδομένων.

Η μέθοδος λογισμικού χρησιμοποιεί τους χαρακτήρες Xon και Xoff (στον χαρακτήρα ASCII Xon = 17, Xoff = 19) που μεταδίδονται χρησιμοποιώντας τις ίδιες γραμμές επικοινωνίας TXD / RXD ως τα κύρια δεδομένα αντί για τους ακροδέκτες. Εάν δεν είναι δυνατή η λήψη των δεδομένων, ο δέκτης μεταδίδει το σύμβολο Xoff. Για να συνεχίσετε τη μετάδοση δεδομένων, αποστέλλεται το σύμβολο Xon.

Πώς μπορώ να ελέγξω τη λειτουργία της RS-232;

Όταν χρησιμοποιείτε 3 επαφές, αρκεί να κλείσετε το RXD και το TXD μεταξύ τους. Τότε όλα τα μεταφερθέντα δεδομένα θα γίνουν δεκτά πίσω. Εάν έχετε πλήρη RS-232, τότε θα πρέπει να αποσυνδέσετε ένα ειδικό στέλεχος. Οι ακόλουθες επαφές πρέπει να είναι συνδεδεμένες σε αυτήν:

Περιγραφή της διεπαφής RS-422

Η διεπαφή RS-422 είναι παρόμοια με την RS-232. Σας επιτρέπει να στέλνετε και να λαμβάνετε μηνύματα ταυτόχρονα σε ξεχωριστές γραμμές (full duplex), αλλά χρησιμοποιεί ένα διαφορικό σήμα γι’ αυτό, δηλ. την διαφορά δυναμικού μεταξύ αγωγών Α και Β.

Η ταχύτητα μεταφοράς των δεδομένων σε RS-422 εξαρτάται από την απόσταση και μπορεί να κυμαίνεται από 10 kbps (1200 μέτρα) έως 10 Mbps (10 μέτρα).

Στο δίκτυο RS-422, μπορεί να υπάρχει μόνο μία συσκευή μετάδοσης και έως και 10 συσκευές λήψης.

Η γραμμή RS-422 είναι 4 καλώδια για μετάδοση των δεδομένων (2 συστραμμένα καλώδια για την μετάδοση και 2 συνεστραμμένα καλώδια για την λήψη) και ένα κοινό καλώδιο γείωσης GND.

Τα καλώδια μεταξύ τους συστροφής (συνεστραμμένο ζεύγος) σας επιτρέπουν να απαλλαγείτε από τις παρεμβολές, επειδή η παρεμβολή λειτουργεί εξίσου και στα δύο σύρματα και οι πληροφορίες εξάγονται από τη διαφορά δυναμικού μεταξύ των αγωγών Α και Β μιας γραμμής.

Η τάση στις γραμμές δεδομένων μπορεί να κυμαίνεται από -6 V έως +6 V.

Η λογική διαφορά μεταξύ Α και Β είναι μεγαλύτερη από +0,2 V.

Η λογική 1 αντιστοιχεί στη διαφορά μεταξύ Α και Β μικρότερη από -0,2 V.

Το πρότυπο RS-422 δεν καθορίζει συγκεκριμένο τύπο συνδέσμου, συνήθως μπορεί να είναι τερματικό μπλοκ ή υποδοχή DB9.

Η σύνδεση RS-422 εξαρτάται από τον κατασκευαστή της συσκευής και καθορίζεται στην τεκμηρίωση.

Όταν συνδέετε μια συσκευή RS-422, πρέπει να κάνετε διασταύρωση μεταξύ των RX και TX, όπως φαίνεται στην εικόνα.

Επειδή η απόσταση μεταξύ του δέκτη και του πομπού RS-422 μπορεί να φθάσει τα 1200 μέτρα, τότε για να αποτραπεί η αντανάκλαση του σήματος από το τέλος της γραμμής, εφαρμόζεται ένας ειδικός αντιστάτης τερματισμού 120 ohm ή "τερματιστής". Αυτή η αντίσταση ρυθμίζεται μεταξύ των επαφών RX + και RX στην αρχή και στο τέλος της γραμμής.

Πώς μπορώ να ελέγξω τη λειτουργία του RS-422;

Για να δοκιμάσετε τις συσκευές με RS-422, είναι προτιμότερο να χρησιμοποιήσετε τον μετατροπέα από RS-422 σε RS-232 ή USB (I-7561U). Στη συνέχεια, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το λογισμικό για να δουλέψετε με τη θύρα COM.

Περιγραφή της διεπαφής RS-485

Στη βιομηχανία, η πιο κοινή διεπαφή είναι το RS-485 (EIA-485), επειδή η RS-485 χρησιμοποιεί μια τοπολογία πολλαπλών σημείων, η οποία σας επιτρέπει να συνδέσετε αρκετούς δέκτες και πομπούς.

Η διασύνδεση RS-485 είναι παρόμοια με την RS-422, καθώς χρησιμοποιεί επίσης ένα διαφορικό σήμα για τη μετάδοση των δεδομένων.

Υπάρχουν δύο τύποι RS-485:

• RS-485 με 2 επαφές, λειτουργεί σε λειτουργία μισής διπλής λειτουργίας
• RS-485 με 4 επαφές, λειτουργεί σε λειτουργία πλήρους διπλής λειτουργίας

Σε πλήρως διπλή λειτουργία, μπορείτε ταυτόχρονα να λαμβάνετε και να μεταδίδετε τα δεδομένα και σε κατάσταση μισής διπλής λειτουργίας να μεταδίδετε ή να λαμβάνετε.

Σε ένα τμήμα του δικτύου RS-485 μπορεί να υπάρχουν έως και 32 συσκευές, αλλά με τη βοήθεια των επιπρόσθετων αναμεταδοτών και ενισχυτών σήματος, έως και 256 συσκευών. Κάποια στιγμή, μπορεί να είναι ενεργός μόνο ένας πομπός.

Η ταχύτητα της λειτουργίας εξαρτάται επίσης από το μήκος της γραμμής και μπορεί να φτάσει τα 10 Mbit / s στα 10 μέτρα.

Η τάση στις γραμμές είναι στην περιοχή από -7 V έως +12 V.

Το πρότυπο RS-485 δεν ορίζει έναν συγκεκριμένο τύπο συνδέσμου, αλλά συχνά είναι ένα τερματικό μπλοκ ή μια υποδοχή DB9.

Το σύνδεση του συνδέσμου RS-485 εξαρτάται από τον κατασκευαστή της συσκευής και καθορίζεται στην τεκμηρίωση.

Συνδέστε τις συσκευές RS-485 με 2 επαφές.

Συνδέστε τις συσκευές RS-485 με 4 επαφές.

Για να ταιριάζει με τη γραμμή σε μεγάλες αποστάσεις, το RS-485 είναι επίσης εξοπλισμένο με αντιστάσεις τερματισμού 120 Ohm στην αρχή και στο τέλος της γραμμής.

Πώς μπορώ να ελέγξω τη λειτουργία του RS-485;

Αν έχετε μια συσκευή με RS-485 και θέλετε να το δοκιμάσετε, το πιο απλό είναι να το συνδέσετε με έναν υπολογιστή μέσω μετατροπέα, για παράδειγμα UPort 1150, και να χρησιμοποιήσετε το ειδικό λογισμικό που περιγράφεται παρακάτω.

Προγράμματα για την εργασία με τις διεπαφές RS-232/422/485

Στον υπολογιστή, οι διεπαφές RS-232/422/485 θα αντιπροσωπεύονται ως κανονική θύρα COM. Συνεπώς, σχεδόν όλα τα προγράμματα και οι εφαρμογές για την εργασία με τη θύρα COM είναι κατάλληλα.

Κάθε κατασκευαστής κυκλοφορεί το δικό του λογισμικό για να δουλεύει με τη θύρα COM.

Για παράδειγμα, η MOXA έχει αναπτύξει ένα σύνολο βοηθητικών προγραμμάτων PComm Lite, ένα από τα οποία σας επιτρέπει να δουλεύετε με τη θύρα COM.

Ο κατασκευαστής ICP DAS προσφέρει ένα βοηθητικό πρόγραμμα DCON Utility Pro με υποστήριξη των πρωτοκόλλων Modbus RTU, ASCII και DCON. Download.