常见电平信号、RS232与RS485相关知识总结

一、常见电平：

-- 标准TTL电平传输：
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-- 高电平（1）
输入高电平 > 2V
    输出高电平  > 2.4V
    典型值 3.4V
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-- 低电平（0）
输入低电平 < 0.8V
    输出低电平 < 0.4V
    典型值 0.2V
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-- RS485
+2V ~ +6V：1
    -6V ~ -2V：0
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-- M-BUS
M-Bus （symphonic mbus）是欧洲标准的2线总线, 主要用于消耗测量仪器诸如热表和水表系列。
属于主从接口方式；
主机到丛机采用电压信号；
从机到主机采用电流信号；
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串行通讯：一位一位传输。
并行通讯：多位传输。
异步通讯：单信号线传输。
同步通讯：需要专门的同步信号。
全双工：收发采用不同的信道；
半双工：收发采用相同的信道；
一般的抄表或者工控多采用异步串行通讯(UART)方式。
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二、DB9接口定义

  9针公插头

  9针母插座

1 DCD 载波检测(Carrier Detect),数据载波检测时Modem发向DTE，表示已检测出对方载波信号。

2 RXD 接收数据(Receive Data)

3 TXD 发送数据( Transmit Data)

4 DTR 数据终端准备好(Data Terminal Ready)。DTE设备加电以后，并能正确实现通信的功能，向DCE发出DTR信号，表示数据终端已做好准备工作，可以进行通信。

5 SG 信号地(System Ground)

6 DSR 数据准备好(Data Set Ready)。数据设备是DCE通信的设备，例如Modem加电以后，并能正常执行通信功能时，向DTE发出DSR信号，表示Modem已准备好。这两个准备好信号，在通信的过程中首先要对它们进行测试，以了解通行对方的状态，以可靠地建立通信。但是如果通信的对方并不要求测试，就可以不发出此信号。

7 RTS 请求发送(Request to Send)。当DTE有数据需要向远程DTE传输通信时，DTE在测得DSR有效，即Modem接收到信号时，根据提供的目的电话编码，向远程Modem发出呼叫。远程RST收到此呼叫，首先发出2000Hz冲击声，以关闭电话线路回声消除器，然后发出回答载波信号。本地Modem接收此载波信号，确认已获得两对方的同意，它向远程Modem发出原载波信号，向对方表示是一个可用的Modem，同时用 RS232C的第8引线发出数据载波信号DCD，向DTE表示已检测出有效的回答载波信号。

8 CTS 清除发送(Clear to Send)。每当一个Modem辨认出对方Modem已准备好运行接收时，它们便用CTS信号通知自己的DTE，表示这个通信通路已为传输数据作好准各，允许DTE进行数据的发送。至此通信链路才建立，开始通信。 在半双工的通信中，CTS是对DTE的RTS信号的答应，使DTE开始传输数据。在全双工的通信中，CTS一般保持很长时间，而对RTS并不要求保持很长时间，通信链路建立后，即可降下。

9 RI 振铃提示(Ring Indicator)。如果Modem具有自动应答能力，当对方通信传叫来时，Modem用引线向DTE发出信号，指示此呼叫。在电话呼叫振铃结束后，Modem在DTE已准备好通信的条件（即DTE有效），立即向对方自动应答。

接口电平:

在TxD和RxD上：

逻辑1(MARK)=-3V～-15V

逻辑0(SPACE)=+3～+15V

在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：

信号有效（接通，ON状态，正电压）＝+3V～+15V

信号无效（断开，OFF状态，负电压)=-3V～-15V

RS485总线典型电路介绍

转自：http://www.tosharp.cn/ainfo.aspx?i=881

一、RS485总线介绍：

RS485总线是一种常见的串行总线标准，采用平衡发送与差分接收的方式，因此具有抑制共模干扰的能力。在一些要求通信距离为几十米到上千米的时候，RS485总线是一种应用最为广泛的总线。而且在多节点的工作系统中也有着广泛的应用。

二、RS485总线典型电路介绍：

RS485电路总体上可以分为隔离型与非隔离型。隔离型比非隔离型在抗干扰、系统稳定性等方面都有更出色的表现，但有一些场合也可以用非隔离型。

我们就先讲一下非隔离型的典型电路，非隔离型的电路非常简单，只需一个RS485芯片直接与MCU的串行通讯口和一个I/O控制口连接就可以。如图1所示：

图1、典型485通信电路图（非隔离型）

当然，上图并不是完整的485通信电路图，我们还需要在A线上加一个4.7K的上拉偏置电阻；在B线上加一个4.7K的下拉偏置电阻。中间的R16是匹配电阻，一般是120Ω，当然这个具体要看你传输用的线缆。（匹配电阻：485整个通讯系统中，为了系统的传输稳定性，我们一般会在第一个节点和最后一个节点加匹配电阻。所以我们一般在设计的时候，会在每个节点都设置一个可跳线的120Ω电阻，至于用还是不用，由现场人员来设定。当然，具体怎么区分第一个节点还是最后一个节点，还得有待现场的专家们来解答呵。）TVS我们一般选用6.8V的，这个我们会在后面进一步的讲解。

RS-485标准定义信号阈值的上下限为±200mV。即当A-B>200mV时，总线状态应表示为“1”；当A-B<-200mV时，总线状态应表示为“0”。但当A-B在±200mV之间时，则总线状态为不确定，所以我们会在A、B线上面设上、下拉电阻，以尽量避免这种不确定状态。

三、隔离型RS485总线典型电路介绍

在某些工业控制领域，由于现场情况十分复杂，各个节点之间存在很高的共模电压。虽然RS-485接口采用的是差分传输方式，具有一定的抗共模干扰的能力，但当共模电压超过RS-485接收器的极限接收电压，即大于+12V或小于－7V时，接收器就再也无法正常工作了，严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备。
    解决此类问题的方法是通过DC-DC将系统电源和RS-485收发器的电源隔离；通过隔离器件将信号隔离，彻底消除共模电压的影响。实现此方案的途径可分为：
    （1）传统方式：用光耦、带隔离的DC-DC、RS-485芯片构筑电路；
    （2）使用二次集成芯片，如ADM2483、ADM257E等。

u 传统光电隔离的典型电路：（如图2所示） 

图2、光电隔离RS485典型电路

图中我们以高速光耦6N137为例（当然只是示意图）来说明一下隔离型RS485电路。VDD与VCC485是两组不共地的电源，一般用隔离型的DC-DC来实现。通过光耦隔离来实现信号的隔离传输，ADM487与MCU系统不共地，完全隔离则有效的抑制了高共模电压的产生，大大降低了485的损坏率，提高了系统的稳定性。但也存在电路体积过大、电路繁琐、分立器件过多、传输速率受光电器件限制等缺点，对整个系统的稳定性也有一定的影响。

 u 隔离型RS485器件来实现隔离传输：（如图3所示）

 图3、隔离型RS485芯片ADM2483应用图

ADM2483是ADI推出的隔离型485芯片，SOW-16封装，内部集成了一个三通道的磁隔离器件和一个半双工485收发器，2500V隔离电压、传输速率500K、共模电压抑制能力25KV/µS。但此电路仍需双电源供电，因此也会在一定程度上存在电路体积过大的问题。

 u 完全隔离型RS485器件实现隔离传输：（如图4所示）

 图4、完全隔离型RS485/422芯片ADM2587E应用图

ADM2587E是ADI继ADM2483之后，推出的单电源隔离型485芯片。SOW-20封装，2500V隔离电压，全/半双工、传输速率500K、共模电压抑制能力25KV/µS、±15KV的ESD保护。适合用于工控、电力、仪表、安防等各种485隔离场合。

四、RS485总线保护电路

隔离虽然能有效的抑制高共模电压，但总线上还会存在浪涌冲击、电源线与485线短路、雷击等潜在危害，所以我们一般会在总线端采取一定的保护措施。

一般我们会在VA、VB上各串接一个4～10Ω的PTC电阻，并在VA、VB各自对地端接6、8V的TVS管，当然也可用普通电阻与稳压二极管代替。更多的还可以加热保险丝、防雷.管，不过并不是说这些加的越多越好，具体要看实际应用，如果这些保护太多的话，也会影响到整个系统的节点数，与通信稳定性。

五、485应用的一些小经验

1、收发时序不匹配：

   485是半双工的通信，收发转换是需要一定的时间的，所以一般在收发转换之间，和每发送完一帧数据之后，都要有相应的延时，如果出现收发不正常、或第一帧数据之后就出现误码现象，则可以适当的增加一下延时时间，以观问题是否解决。

2、R0接上拉电阻：

  异步通信数据以字节的方式传送，在每一个字节传送之前，先要通过一个低电平起始位实现握手。为防止干扰信号误触发RO（接收器输出）产生负跳变，使接收端MCU进入接收状态，建议RO外接10kΩ上拉电阻。

3、合理选用芯片。

例如，对外置设备为防止强电磁（雷电）冲击，建议选用TI的75LBC184等防雷击芯片，对节点数要求较多的可选用SIPEX的SP485R。此外经我们实验发现，ADI的非隔离型485芯片ADM487E、隔离型芯片ADM2483、ADM2587在多节点、防雷击方面也有着很好的表现。

六、维护RS-485的常用方法

1）若出现系统完全瘫痪，大多因为某节点芯片的VA、VB对电源击穿，使用万用表测VA、VB间差模电压为零，而对地的共模电压大于3V，此时可通过测共模电压大小来排查，共模电压越大说明离故障点越近，反之越远；
    2）总线连续几个节点不能正常工作。一般是由其中的一个节点故障导致的。一个节点故障会导致邻近的2～3个节点（一般为后续）无法通信，因此将其逐一与总线脱离，如某节点脱离后总线能恢复正常，说明该节点故障；
    3）集中供电的RS-485系统在上电时常常出现部分节点不正常，但每次又不完全一样。这是由于对RS-485的收发控制端TC设计不合理，造成微系统上电时节点收发状态混乱从而导致总线堵塞。改进的方法是将各微系统加装电源开关然后分别上电；
    4）系统基本正常但偶尔会出现通信失败。一般是由于网络施工不合理导致系统可靠性处于临界状态，最好改变走线或增加中继模块。应急方法之一是将出现失败的节点更换成性能更优异的芯片；
    5）因MCU故障导致TC端处于长发状态而将总线拉死一片。提醒读者不要忘记对TC端的检查。尽管RS-485规定差模电压大于200mV即能正常工作。但实际测量：一个运行良好的系统其差模电压一般在1.2V左右（因网络分布、速率的差异有可能使差模电压在0.8~1.5V范围内）。