串口通(tōng)訊是電氣工程師面對(duì)的(de)最基本的(de)一個(gè)通(tōng)訊方式，RS-232是其中最簡單的(de)一種。很多(duō)初學者往往搞不清楚UART和(hé)RS-232、RS-422、RS-485的(de)聯系和(hé)區(qū)别，本文将談談這(zhè)幾個(gè)概念的(de)理(lǐ)解，幫助大(dà)家理(lǐ)清它們之間的(de)關系。

如果把串口通(tōng)訊比做(zuò)交通(tōng)，UART比作車站，那麽一幀的(de)數據就好比汽車。汽車跑在路上，要遵守交通(tōng)規則。如果是市内，一般限速30、40,而高(gāo)速公路則可(kě)以到120。而汽車走什(shén)麽路，限速多(duō)少，就要看協議(yì)怎麽規定了(le)。常見的(de)串口協議(yì)有RS-232、RS-422、RS-485等，他(tā)們之間有何細微差别？下(xià)面我們就一起來(lái)探討(tǎo)一下(xià)。

一、UART是什(shén)麽

UART是通(tōng)用(yòng)異步收發傳輸器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通(tōng)常稱作UART，是一種異步收發傳輸器,是設備間進行異步通(tōng)信的(de)關鍵模塊。UART負責處理(lǐ)數據總線和(hé)串行口之間的(de)串/并、并/串轉換，并規定了(le)幀格式；通(tōng)信雙方隻要采用(yòng)相同的(de)幀格式和(hé)波特率，就能在未共享時(shí)鐘(zhōng)信号的(de)情況下(xià)，僅用(yòng)兩根信号線（Rx 和(hé)Tx）就可(kě)以完成通(tōng)信過程，因此也(yě)稱爲異步串行通(tōng)信。

若加入一個(gè)合适的(de)電平轉換器，如SP3232E、SP3485，UART 還(hái)能用(yòng)于RS-232、RS-485 通(tōng)信，或與計算(suàn)機的(de)端口連接。UART 應用(yòng)非常廣泛，手機、工業控制、PC 等應用(yòng)中都要用(yòng)到UART。

UART使用(yòng)的(de)是異步，串行通(tōng)信。

串行通(tōng)信是指利用(yòng)一條傳輸線将資料一位位地順序傳送。特點是通(tōng)信線路簡單，利用(yòng)簡單的(de)線纜就可(kě)實現通(tōng)信，降低成本，适用(yòng)于遠(yuǎn)距離通(tōng)信，但傳輸速度慢(màn)的(de)應用(yòng)場(chǎng)合。

異步通(tōng)信以一個(gè)字符爲傳輸單位，通(tōng)信中兩個(gè)字符間的(de)時(shí)間間隔多(duō)少是不固定的(de)，然而在同一個(gè)字符中的(de)兩個(gè)相鄰位間的(de)時(shí)間間隔是固定的(de)。

數據傳送速率用(yòng)波特率來(lái)表示，即每秒鐘(zhōng)傳送的(de)二進制位數。例如數據傳送速率爲120字符/秒，而每一個(gè)字符爲10位（1個(gè)起始位，7個(gè)數據位，1個(gè)校驗位，1個(gè)結束位），則其傳送的(de)波特率爲10×120＝1200字符/秒＝1200波特。

數據通(tōng)信格式如下(xià)圖：

其中各位的(de)意義如下(xià)：

起始位：先發出一個(gè)邏輯”0”信号，表示傳輸字符的(de)開始。
數據位：可(kě)以是5~8位邏輯”0”或”1”。如ASCII碼（7位），擴展BCD碼（8位）。小端傳輸
校驗位：數據位加上這(zhè)一位後，使得(de)“1”的(de)位數應爲偶數(偶校驗)或奇數(奇校驗)
停止位：它是一個(gè)字符數據的(de)結束标志。可(kě)以是1位、1.5位、2位的(de)高(gāo)電平。
空閑位：處于邏輯“1”狀态，表示當前線路上沒有資料傳送。

注：異步通(tōng)信是按字符傳輸的(de)，接收設備在收到起始信号之後隻要在一個(gè)字符的(de)傳輸時(shí)間内能和(hé)發送設備保持同步就能正确接收。下(xià)一個(gè)字符起始位的(de)到來(lái)又使同步重新校準（依靠檢測起始位來(lái)實現發送與接收方的(de)時(shí)鐘(zhōng)自同步的(de)）

二、RS-232标準

RS-232是美(měi)國電子工業協會EIA（Electronic Industry Association）制定的(de)一種串行物(wù)理(lǐ)接口标準。RS是英文“推薦标準”的(de)縮寫，232爲标識号。RS-232是對(duì)電氣特性以及物(wù)理(lǐ)特性的(de)規定，隻作用(yòng)于數據的(de)傳輸通(tōng)路上，它并不内含對(duì)數據的(de)處理(lǐ)方式。需要說明(míng)一下(xià),很多(duō)人(rén)經常把RS-232、RS-422、RS-485 誤稱爲通(tōng)訊協議(yì),這(zhè)是很不應該的(de)，其實它們僅是關于UART通(tōng)訊的(de)一個(gè)機械和(hé)電氣接口标準（頂多(duō)是網絡協議(yì)中的(de)物(wù)理(lǐ)層面）。

該标準規定采用(yòng)一個(gè)25 個(gè)腳的(de)DB-25 連接器，對(duì)連接器的(de)每個(gè)引腳的(de)信号内容加以規定，還(hái)對(duì)各種信号的(de)電平加以規定。後來(lái)IBM的(de)PC 機将RS-232 簡化(huà)成了(le)DB-9 連接器，從而成爲今天的(de)事實标準。而工業控制的(de)RS-232 口一般隻使用(yòng)RXD（2）、TXD（3）、GND（5） 三條線。

早期由于PC都帶有RS-232接口，所以我們需要使用(yòng)UART時(shí)，都選擇RS-232。但是現在個(gè)人(rén)電腦(nǎo)，不光(guāng)是筆記本，包括台式機都不再帶有RS-232的(de)接口，大(dà)家看到電腦(nǎo)主闆上面沒有DB9的(de)接口。所以現在開發闆都選擇TTL的(de)UART，或者直接UART轉USB做(zuò)在開發闆上。

嵌入式裏面說的(de)串口，一般是指UART口， 但是我們經常搞不清楚它和(hé)COM口的(de)區(qū)别, 以及RS232, TTL等關系, 實際上UART,COM指的(de)物(wù)理(lǐ)接口形式(硬件), 而TTL、RS-232是指的(de)電平标準(電信号).

UART有4個(gè)pin（VCC, GND, RX, TX）, 用(yòng)的(de)TTL電平, 低電平爲0(0V)，高(gāo)電平爲1（3.3V或以上）。

三、RS-485/ RS-422标準

RS-232接口可(kě)以實現點對(duì)點的(de)通(tōng)信方式，但這(zhè)種方式不能實現聯網功能。于是，爲了(le)解決這(zhè)個(gè)問題，一個(gè)新的(de)标準RS-485産生了(le)。RS-485的(de)數據信号采用(yòng)差分(fēn)傳輸方式，也(yě)稱作平衡傳輸，它使用(yòng)一對(duì)雙絞線，将其中一線定義爲A，另一線定義爲B。

通(tōng)常情況下(xià)，發送驅動器A、B之間的(de)正電平在+2～+6V，是一個(gè)邏輯狀态，負電平在-2～6V，是另一個(gè)邏輯狀态。另有一個(gè)信号地C，在RS-485中還(hái)有一“使能”端，而在RS-422中這(zhè)是可(kě)用(yòng)可(kě)不用(yòng)的(de)。

RS-422 的(de)電氣性能與RS-485完全一樣。主要的(de)區(qū)别在于：RS-422 有4 根信号線：兩根發送、兩根接收。由于RS-422 的(de)收與發是分(fēn)開的(de)所以可(kě)以同時(shí)收和(hé)發（全雙工），也(yě)正因爲全雙工要求收發要有單獨的(de)信道，所以RS-422适用(yòng)于兩個(gè)站之間通(tōng)信，星型網、環網，不可(kě)用(yòng)于總線網；RS-485 隻有2 根信号線，所以隻能工作在半雙工模式，常用(yòng)于總線網。

1.RS-485的(de)電氣特性：邏輯“1”以兩線間的(de)電壓差爲+(2~6)V表示；邏輯“0”以兩線間的(de)電壓差爲-(2~6)V表示。接口信号電平比RS-232-C降低了(le)，就不易損壞接口電路的(de)芯片，且該電平與TTL電平兼容，可(kě)方便與TTL 電路連接。

2.RS-485的(de)數據最高(gāo)傳輸速率爲10Mbps 。

3.RS-485接口是采用(yòng)平衡驅動器和(hé)差分(fēn)接收器的(de)組合，抗共模幹擾能力增強，即抗噪聲幹擾性好。

4.RS-485最大(dà)的(de)通(tōng)信距離約爲1219M，最大(dà)傳輸速率爲10Mb/S，傳輸速率與傳輸距離成反比，在100Kb/S的(de)傳輸速率下(xià)，才可(kě)以達到最大(dà)的(de)通(tōng)信距離，如果需傳輸更長(cháng)的(de)距離，需要加485中繼器。RS-485總線一般最大(dà)支持32個(gè)節點，如果使用(yòng)特制的(de)485芯片，可(kě)以達到128個(gè)或者256個(gè)節點，最大(dà)的(de)可(kě)以支持到400個(gè)節點。

由于RS-232 接口标準出現較早，難免有不足之處，主要有以下(xià)幾點：

（1） 接口的(de)信号電平值較高(gāo)，易損壞接口電路芯片，又因爲232電平與TTL電平不兼容故需使用(yòng)電平轉換電路方能與TTL電路連接；

（2） 傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率爲20Kbps。現在由于采用(yòng)了(le)新的(de)UART芯片，波特率達到115.2Kbps（1.832M/16）；

（3） 接口使用(yòng)一根信号線和(hé)一根信号返回線而構成共地的(de)傳輸形式，這(zhè)種共地傳輸容易産生共模幹擾，所以抗噪聲幹擾性弱；

（4） 傳輸距離有限，最大(dà)傳輸距離标準值爲50 米，實際上也(yě)隻能用(yòng)在15 米左右；

（5） RS-232 隻容許一對(duì)一的(de)通(tōng)信，沒有考慮構成串行總線。(這(zhè)點很重要，在很多(duō)控制場(chǎng)景，是一控多(duō)，如果主設備都需要跟從設備點對(duì)點通(tōng)信，那現場(chǎng)布線成蜘蛛網了(le))

非平衡型串行通(tōng)信接口RS-423，RS-449

平衡型串行通(tōng)信接口RS-422

RS-422（EIA RS-422-A Standard）是Apple的(de)Macintosh計算(suàn)機的(de)串口連接标準。RS-422使用(yòng)差分(fēn)信号，RS-232使用(yòng)非平衡參考地的(de)信号。差分(fēn)傳輸使用(yòng)兩根線發送和(hé)接收信号，對(duì)比RS-232，它能更好的(de)抗噪聲和(hé)有更遠(yuǎn)的(de)傳輸距離。在工業環境中更好的(de)抗噪性和(hé)更遠(yuǎn)的(de)傳輸距離是一個(gè)很大(dà)的(de)優點。

四、RS-232與RS-485對(duì)比

1、抗幹擾性：RS485 接口是采用(yòng)平衡驅動器和(hé)差分(fēn)接收器的(de)組合，抗噪聲幹擾性好。RS232 接口使用(yòng)一根信号線和(hé)一根信号返回線而構成共地的(de)傳輸形式，這(zhè)種共地傳輸容易産生共模幹擾。

2、傳輸距離：RS485 接口的(de)最大(dà)傳輸距離标準值爲 1200 米（9600bps 時(shí)），實際上可(kě)達 3000 米。RS232 傳輸距離有限，最大(dà)傳輸距離标準值爲 50 米，實際上也(yě)隻能用(yòng)在 15 米左右。

3、通(tōng)信能力：RS-485 接口在總線上是允許連接多(duō)達128個(gè)收發器，用(yòng)戶可(kě)以利用(yòng)單一的(de) RS-485 接口方便地建立起設備網絡。RS-232隻允許一對(duì)一通(tōng)信。

4、傳輸速率：RS-232傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率爲 20Kbps。RS-485 的(de)數據最高(gāo)傳輸速率爲 10Mbps 。

5、信号線：RS485 接口組成的(de)半雙工網絡，一般隻需二根信号線。RS-232 口一般隻使用(yòng) RXD、TXD、GND 三條線 。

6、電氣電平值：RS-485的(de)邏輯"1"以兩線間的(de)電壓差爲+（2-6） V 表示；邏輯"0"以兩線間的(de)電壓差爲-（2-6）V 表 示 。在 RS-232-C 中任何一條信号線的(de)電壓均爲負邏輯關系。即：邏輯"1"，-5- -15V；邏輯"0 " +5- +15V 。

五、RS-422與RS-485對(duì)比

RS-485的(de)電氣性能與RS-422完全一樣。主要的(de)區(qū)别在于：

1、RS-422 有4 根信号線：兩根發送（Y、Z）、兩根接收（A、B）。由于RS-422 的(de)收與發是分(fēn)開的(de)所以可(kě)以同時(shí)收和(hé)發（全雙工）。

2、RS-485 隻有兩根數據線：發送和(hé)接收都是A 和(hé)B。由于RS-485 的(de)收與發是共用(yòng)兩根線，所以不能同時(shí)收和(hé)發（半雙工）。

RS-485标準采用(yòng)平衡式發送，差分(fēn)式接收的(de)數據收發器來(lái)驅動總線，具體規格要求：

接收器的(de)輸入電阻RIN≥12kΩ

驅動器能輸出±7V的(de)共模電壓

輸入端的(de)電容≤50pF

在節點數爲32個(gè)，配置了(le)120Ω的(de)終端電阻的(de)情況下(xià)，驅動器至少還(hái)能輸出電壓1.5V（終端電阻的(de)大(dà)小與所用(yòng)雙絞線的(de)參數有關）

接收器的(de)輸入靈敏度爲200mV（即（V+）-（V-）≥0.2V，表示信号“0”；（V+）-（V-）≤-0.2V，表示信号“1”）

因爲RS-485的(de)遠(yuǎn)距離、多(duō)節點（32個(gè)）以及傳輸線成本低的(de)特性，使得(de)EIA RS-485成爲工業應用(yòng)中數據傳輸的(de)首選标準。

（1） RS-485 的(de)電氣特性：發送端：邏輯“0”以兩線間的(de)電壓差+（2 ~6）V 表示；邏輯“1”以兩線間的(de)電壓差-（2 ~6）V 表示。接收端：A 比B 高(gāo)200mV 以上即認爲是邏輯“0”，A 比B 低200mV 以上即認爲是邏輯“1”；

（2） RS-485 的(de)數據最高(gāo)傳輸速率爲10Mbps。但是由于RS-485 常常要與PC 機的(de)RS-232 口通(tōng)信，所以實際上一般最高(gāo)115.2Kbps。又由于太高(gāo)的(de)速率會使RS-485 傳輸距離減小，所以往往爲9600bps 左右或以下(xià)；

（3） RS-485 接口是采用(yòng)平衡驅動器和(hé)差分(fēn)接收器的(de)組合，抗噪聲幹擾性好；

（4） RS-485 接口的(de)最大(dà)傳輸距離标準爲1200 米（9600bps 時(shí)），實際上可(kě)達3000米，RS-485 接口在總線上是容許連接多(duō)達128 個(gè)收發器、即RS-485 具有多(duō)機通(tōng)信功能，這(zhè)樣用(yòng)戶可(kě)以利用(yòng)單一的(de)RS-485 接口方便的(de)建立起網絡。因爲RS-485 接口組成的(de)半雙工網絡，一般隻需二根信号線，所以RS-485 接口均采用(yòng)雙絞線傳輸。RS-485 的(de)國際标準并沒有規定RS-485 的(de)接口連接器标準、所以采用(yòng)接線端子或者DB-9、DB-25 等連接器都可(kě)以。

在使用(yòng)RS-485 接口時(shí)，對(duì)于特定的(de)傳輸線徑，從發生器到負載其數據信号傳輸所容許的(de)最大(dà)電纜長(cháng)度是數據信号速率的(de)函數，這(zhè)個(gè)長(cháng)度數據主要是受信号失真及噪聲等影(yǐng)響所限制。最大(dà)電纜長(cháng)度與信号速率的(de)關系曲線是使用(yòng)24AWG 銅芯雙絞電話(huà)電纜（線徑爲0.51mm），線間旁路電容爲52.5PF/M，終端負載電阻爲100 歐時(shí)所得(de)出的(de)。（引自GB11014-89 附錄A）。當數據信号速率降低到90Kbit/S 以下(xià)時(shí)，假定最大(dà)容許的(de)信号損失爲6dBV 時(shí)，則電纜長(cháng)度被限制在1200m。實際上，在實用(yòng)時(shí)是完全可(kě)以取得(de)比它大(dà)的(de)電纜長(cháng)度。當使用(yòng)不同線徑的(de)電纜，則取得(de)的(de)最大(dà)電纜長(cháng)度是不相同的(de)。例如：當數據信号速率爲600Kbit/S 時(shí)，采用(yòng)24AWG 電纜，最大(dà)電纜長(cháng)度是200m，若采用(yòng)19AWG電纜（線徑爲0.91mm）則電纜長(cháng)度将可(kě)以大(dà)于200m；若采用(yòng)28AWG 電纜（線徑爲0.32mm），則電纜長(cháng)度隻能小于200m。

RS-485的(de)遠(yuǎn)距離通(tōng)信建議(yì)采用(yòng)屏蔽電纜，并且将屏蔽層作爲地線。

六、影(yǐng)響RS-485總線通(tōng)訊速度和(hé)通(tōng)信可(kě)靠性的(de)三個(gè)因素

1、在通(tōng)信電纜中的(de)信号反射

在通(tōng)信過程中，有兩種信号因素導緻信号反射：阻抗不連續和(hé)阻抗不匹配。

阻抗不連續，信号在傳輸線末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒有，信号在這(zhè)個(gè)地方就會引起反射，如圖所示。這(zhè)種信号反射的(de)原理(lǐ)，與光(guāng)從一種媒質進入另一種媒質要引起反射是相似的(de)。消除這(zhè)種反射的(de)方法，就必須在電纜的(de)末端跨接一個(gè)與電纜的(de)特性阻抗同樣大(dà)小的(de)終端電阻，使電纜的(de)阻抗連續。由于信号在電纜上的(de)傳輸是雙向的(de)，因此，在通(tōng)訊電纜的(de)另一端可(kě)跨接一個(gè)同樣大(dà)小的(de)終端電阻。

從理(lǐ)論上分(fēn)析，在傳輸電纜的(de)末端隻要跨接了(le)與電纜特性阻抗相匹配的(de)終端電阻，就再也(yě)不會出現信号反射現象。但是，在實現應用(yòng)中，由于傳輸電纜的(de)特性阻抗與通(tōng)訊波特率等應用(yòng)環境有關，特性阻抗不可(kě)能與終端電阻完全相等，因此或多(duō)或少的(de)信号反射還(hái)會存在。

引起信号反射的(de)另一個(gè)原因是數據收發器與傳輸電纜之間的(de)阻抗不匹配。這(zhè)種原因引起的(de)反射，主要表現在通(tōng)訊線路處在空閑方式時(shí)，整個(gè)網絡數據混亂。

信号反射對(duì)數據傳輸的(de)影(yǐng)響，歸根結底是因爲反射信号觸發了(le)接收器輸入端的(de)比較器，使接收器收到了(le)錯誤的(de)信号，導緻CRC校驗錯誤或整個(gè)數據幀錯誤。

在信号分(fēn)析，衡量反射信号強度的(de)參數是RAF（Refection AttenuationFactor反射衰減因子）。它的(de)計算(suàn)公式如式（1）。

RAF=20lg(Vref/Vinc) （1）

式中：Vref—反射信号的(de)電壓大(dà)小；Vinc—在電纜與收發器或終端電阻連接點的(de)入射信号的(de)電壓大(dà)小。

具體的(de)測量方法如圖3所示。例如，由實驗測得(de)2.5MHz的(de)入射信号正弦波的(de)峰-峰值爲+5V，反射信号的(de)峰-峰值爲+0.297V，則該通(tōng)訊電纜在2.5MHz的(de)通(tōng)訊速率時(shí)，它的(de)反射衰減因子爲：

RAF=20lg(0.297/2.5)=-24.52dB

要減弱反射信号對(duì)通(tōng)訊線路的(de)影(yǐng)響，通(tōng)常采用(yòng)噪聲抑制和(hé)加偏置電阻的(de)方法。在實際應用(yòng)中，對(duì)于比較小的(de)反射信号，爲簡單方便，經常采用(yòng)加偏置電阻的(de)方法。在通(tōng)訊線路中，如何通(tōng)過加偏置電阻提高(gāo)通(tōng)訊可(kě)靠性的(de)原理(lǐ)。

2、在通(tōng)訊電纜中的(de)信号衰減

第二個(gè)影(yǐng)響信号傳輸的(de)因素是信号在電纜的(de)傳輸過程中衰減。一條傳輸電纜可(kě)以把它看出由分(fēn)布電容、分(fēn)布電感和(hé)電阻聯合組成的(de)等效電路，如圖所示。

電纜的(de)分(fēn)布電容C主要是由雙絞線的(de)兩條平行導線産生。導線的(de)電阻在這(zhè)裏對(duì)信号的(de)影(yǐng)響很小，可(kě)以忽略不計。信号的(de)損失主要是由于電纜的(de)分(fēn)布電容和(hé)分(fēn)布電感組成的(de)LC低通(tōng)濾波器。PROFIBUS用(yòng)的(de)LAN标準型二芯電纜（西門子爲DP總線選用(yòng)的(de)标準電纜），在不同波特率時(shí)的(de)衰減系數如表1所示。

電纜的(de)衰減系數

3、在通(tōng)訊電纜中的(de)純阻負載

影(yǐng)響通(tōng)訊性能的(de)第三個(gè)因素是純阻性負載（也(yě)叫直流負載）的(de)大(dà)小。這(zhè)裏指的(de)純阻性負載主要由終端電阻、偏置電阻和(hé)RS-485收發器三者構成。

在叙述EIA RS-485規範時(shí)曾提到過RS-485驅動器在帶了(le)32個(gè)節點，配置了(le)150Ω終端電阻的(de)情況下(xià)，至少能輸出1.5V的(de)差分(fēn)電壓。一個(gè)接收器的(de)輸入電阻爲12kΩ，整個(gè)網絡的(de)等效電路如圖5所示。按這(zhè)樣計算(suàn)，RS-485驅動器的(de)負載能力爲：

RL=32個(gè)輸入電阻并聯2個(gè)終端電阻=（（12000/32）×（150/2））/（12000/32）+（150/2））≈51.7Ω

現在比較常用(yòng)的(de)RS-485驅動器有MAX485、DS3695、MAX1488/1489以及和(hé)利時(shí)公司使用(yòng)的(de)SN75176A/D等，其中有的(de)RS-485驅動器負載能力可(kě)以達到20Ω。在不考慮其它諸多(duō)因素的(de)情況下(xià)，按照(zhào)驅動能力和(hé)負載的(de)關系計算(suàn)，一個(gè)驅動器可(kě)帶節點的(de)最大(dà)數量将遠(yuǎn)遠(yuǎn)大(dà)于32個(gè)。

在通(tōng)訊波特率比較高(gāo)的(de)時(shí)候，在線路上偏置電阻是很有必要的(de)。偏置電阻的(de)連接方法如圖6。它的(de)作用(yòng)是在線路進入空閑狀态後，把總線上沒有數據時(shí)（空閑方式）的(de)電平拉離0電平，如圖7。這(zhè)樣一來(lái)，即使線路中出現了(le)比較小的(de)反射信号或幹擾，挂接在總線上的(de)數據接收器也(yě)不會由于這(zhè)些信号的(de)到來(lái)而産生誤動作。

通(tōng)過下(xià)面後例子了(le)，可(kě)以計算(suàn)出偏置電阻的(de)大(dà)小：

終端電阻Rt1=Rr2=120Ω；

假設反射信号最大(dà)的(de)峰-峰值Vref≤0.3Vp-p，則負半周的(de)電壓Vref≤0.15V;終端的(de)電阻上由反射信号引起的(de)反射電流Iref≤0.15/(120||120)=2.5mA。一般RS-485收發器（包括SN75176）的(de)滞後電壓值（hysteresis value）爲50mV，即：

（Ibias-Iref）×（Rt1||Rt2）≥50mV

于是可(kě)以計算(suàn)出偏置電阻産生的(de)偏置電流Ibias≥3.33mA

+5V=Ibias(R上拉+R下(xià)拉+（Rt1||Rt2）) （2）

通(tōng)過式2可(kě)以計算(suàn)出R上拉=R下(xià)拉=720Ω

在實際應用(yòng)中，RS-485總線加偏置電阻有兩種方法：

（1）把偏置電阻平衡分(fēn)配給總線上的(de)每一個(gè)收發器。這(zhè)種方法給挂接在RS-485總線上的(de)每一個(gè)收發器加了(le)偏置電阻，給每一個(gè)收發器都加了(le)一個(gè)偏置電壓。

（2）在一段總線上隻用(yòng)一對(duì)偏置電阻。這(zhè)種方法對(duì)總線上存在大(dà)的(de)反射信号或幹擾信号比較有效。值得(de)注意的(de)是偏置電阻的(de)加入，增加了(le)總線的(de)負載。

七、RS-485總線的(de)負載能力和(hé)通(tōng)訊電纜長(cháng)度之間的(de)關系

在設計RS-485總線組成的(de)網絡配置（總線長(cháng)度和(hé)帶負載個(gè)數）時(shí)，應該考慮到三個(gè)參數：純阻性負載、信号衰減和(hé)噪聲容限。純阻性負載、信号衰減這(zhè)兩個(gè)參數，在前面已經討(tǎo)論過，現在要討(tǎo)論的(de)是噪聲容限（Noise Margin）。RS-485總線接收器的(de)噪聲容限至少應該大(dà)于200mV。前面的(de)論述者是在假設噪聲容限爲0的(de)情況下(xià)進行的(de)。在實際應用(yòng)中，爲了(le)提高(gāo)總線的(de)抗幹擾能力，總希望系統的(de)噪聲容限比EIA RS-485标準中規定的(de)好一些。從下(xià)面的(de)公式能看出總線帶負載的(de)多(duō)少和(hé)通(tōng)訊電纜長(cháng)度之間的(de)關系：

Vend=0.8(Vdriver-Vloss-Vnoise-Vbias)(3)

其中：Vend爲總線末端的(de)信号電壓，在标準測定時(shí)規定爲0.2V；Vdriver爲驅動器的(de)輸出電壓（與負載數有關。負載數在5～35個(gè)之間，Vdriver=2.4V；當負載數小于5，Vdriver=2.5V；當負載數大(dà)于35，Vdriver≤2.3V）；Vloss爲信号在總線中的(de)傳輸過程中的(de)損耗（與通(tōng)訊電纜的(de)規格和(hé)長(cháng)度有關），由表1提供的(de)标準電纜的(de)衰減系數，根據公式衰減系數b=20lg(Vout/Vin)可(kě)以計算(suàn)出Vloss=Vin-Vout=0.6V(注：通(tōng)訊波特率爲9.6kbps，電纜長(cháng)度1km，如果特率增加，Vloss會相應增大(dà))；Vnoise爲噪聲容限，在标準測定時(shí)規定爲0.1V；Vbias是由偏置電阻提供的(de)偏置電壓（典型值爲0.4V）。

式（3）中乘以0.8是爲了(le)使通(tōng)信電纜不進入滿載狀态。從式（3）可(kě)以看出，Vdriver的(de)大(dà)小和(hé)總線上帶負載數的(de)多(duō)少成反比，Vloss的(de)大(dà)小和(hé)總線長(cháng)度成反比，其他(tā)幾個(gè)參數隻和(hé)用(yòng)的(de)驅動器類型有關。因此，在選定了(le)驅動器的(de)RS-495總線上，在通(tōng)信波特率一定的(de)情況下(xià)，帶負載數的(de)多(duō)少，與信号能傳輸的(de)最大(dà)距離是直接相關的(de)。具體關系是：在總線允許的(de)範圍内，帶負載數越多(duō)，信号能傳輸的(de)距離就越小；帶負載數據少，信号能傳輸的(de)距離就發越遠(yuǎn)。

八、分(fēn)布電容對(duì)RS-485總線傳輸性能的(de)影(yǐng)響

電纜的(de)分(fēn)布電容主是由雙絞線的(de)兩條平行導線産生。另外，導線和(hé)地之間也(yě)存在分(fēn)布電容，雖然很小，但在分(fēn)析時(shí)也(yě)不能忽視。分(fēn)布電容對(duì)總線傳輸性能的(de)影(yǐng)響，主要是因爲總線上傳輸的(de)是基波信号，信号的(de)表達方式隻有“1”和(hé)“0”。在特殊的(de)字節中，例如0x01，信号“0”使得(de)分(fēn)布電容有足夠的(de)充電時(shí)間，而信号“1”到來(lái)時(shí)，由于分(fēn)布電容中的(de)電荷，來(lái)不及放電，(Vin+)—(Vin-)-還(hái)大(dà)于200mV，結果使接愛(ài)誤認爲是“0”，而最終導緻CRC校驗錯誤，整個(gè)數據幀傳輸錯誤。具體過程如圖所示。

由于總線上分(fēn)布影(yǐng)響，導緻數據傳輸錯誤，從而使整個(gè)網絡性能降低。解決這(zhè)個(gè)問題有兩種方法：

（1）降低數據傳輸的(de)波特率；

（2）使用(yòng)分(fēn)布電容小的(de)電纜，提高(gāo)傳輸線的(de)質量。

僅僅用(yòng)一對(duì)雙絞線将各個(gè)接口的(de)A、B端連接起來(lái)，而不對(duì)RS-485通(tōng)信鏈路的(de)信号接地，在某些情況下(xià)也(yě)可(kě)以工作，但給系統埋下(xià)了(le)隐患。RS-485接口采用(yòng)差分(fēn)方式傳輸信号并不需要對(duì)于某個(gè)參照(zhào)點來(lái)檢測信号系統，隻需檢測兩線之間的(de)電位差就可(kě)以了(le)。但應該注意的(de)是收發器隻有在共模電壓不超出一定範圍(-7V至+12V)的(de)條件下(xià)才能正常工作。當共模電壓超出此範圍，就會影(yǐng)響通(tōng)信的(de)可(kě)靠直至損壞接口。如圖1所示，當發送器A向接收器B發送數據時(shí)，發送器A的(de)輸出共模電壓爲VOS，由于兩個(gè)系統具有各自獨立的(de)接地系統存在著(zhe)地電位差VGPD，那麽接收器輸入端的(de)共模電壓就會達到VCM=VOS+VGPD。RS-485标準規定VOS≤3V，但VGPD可(kě)能會有很大(dà)幅度(十幾伏甚至數十伏)，并可(kě)能伴有強幹擾信号緻使接收器共模輸入VCM超出正常圍，在信号線上産生幹擾電流影(yǐng)響正常通(tōng)信，或損壞設備。

總結：

串口是一種非常通(tōng)用(yòng)的(de)設備接口，是儀器儀表設備常用(yòng)的(de)通(tōng)信接口，常用(yòng)于遠(yuǎn)程采集設備數據或者實現遠(yuǎn)程控制。串口的(de)開發也(yě)比較簡單，是很多(duō)工程師最喜歡的(de)接口之一。