RS485

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== Overview ==
 
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RS485采用差分信号负逻辑：
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* Signal = 1 (HIGH):  +2V ～ +6V
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* Signal = 0 (LOW):  -6V ～ -2V
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RS485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用。
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现在多采用的是两线制接线方式。在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。
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RS485 的理论最长传输距离能达到 1200米，实际应用中要比1200米短，具体能传输多远视周围环境而定。在传输过程中可以采用增加中继的方法对信号进行放大，最多可以加 8 个中继，此时 RS485 的最大传输距离可以达到 9.6 公里
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再长距离传输，可以采用光纤，收发两端各加一个光电转换器，多模光纤的传输距离是 5~10 公里，而采用单模光纤可达 50 公里的传播距离。
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工程现场布线，必须选用国际上通行的屏蔽双绞线。推荐用的屏蔽双绞线的型号为 RVSP2*0.5 (二芯屏蔽双绞线，每芯由16股的0.2mm的导线组成)。采用屏蔽双绞线有助于减少和消除两根485通信线之间产生的分布电容以及来自于通讯线周围产生的共模干扰。
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一些工程商喜欢采用 5 类网线或超 5 类网线作为 485 通信线，其弊端：
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* 网线只有 0.2mm平方，线径太细，会导致传输距离降低和可挂接的设备减少
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* 网络线为单股的铜线，相比多芯线而言容易断裂
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*  5 类普通网线没有屏蔽层，不能防止共模干扰
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== 干扰防护 ==
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485 通信线由两根双绞的线组成，它是通过两根通信线之间的电压差的方式来传递信号，因此称之为差分电压传输
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=== 差模干扰 ===
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差模干扰在两根信号线之间传输，属于对称性干扰。
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消除差模干扰的方法是在电路中增加一个偏值电阻，并采用双绞线
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=== 共模干扰 ===
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共模干扰是在信号线与地之间传输，属于非对称性干扰。
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消除共模干扰的方法包括：
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* 采用屏蔽双绞线并有效接地
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* 强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽
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* 布线时远离高压线，更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线
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* 不要和电控锁共用同一个电源
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* 采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于50mV)
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=== 接地 ===
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很多情况下，连接 RS485 通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来。而忽略了信号地的连接，这种连接方法在许多场合是能正常工作的，但却埋下了很大的隐患，这有二个原因:
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* 共模干扰
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::RS485 接口采用差分方式传输信号方式，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围，RS485 收发器共模电压范围为 -7～+12V，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作（否则网络不稳定）
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::共模干扰会增大上述共模电压。消除共模干扰的有效手段之一是将 485 通讯线的屏蔽层用作地线，将机具、电脑等网络中的设备地连接在一起，并由一点可靠地接入大地。
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::目前，有相当部分 PC 机在使用时，电源并没接地。主要是电源没有接地，或电源插座没有地线，从而造成PC机地线与地之间往往有几十伏以上的漏电电压存在，这个电压很容易就引入设备中，从而导致网卡或通讯口损坏。
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* EMI 问题
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::发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如没有一个低阻的返回通道（信号地），就会以辐射的形式返回源端，整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波
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=== 走线建议 ===
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工程现场走线应遵循两个原则：
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*  远离电源线，日光灯等干扰源，应尽量远离高压电线，不要与电源线并行，更不能捆扎在一起
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* 当网线不能与电源线等干扰源避开时，网线应与电源线垂直，不能平行，并采用质量高的双绞线走线
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不可为了走线方便，把网线放在电源线的线槽里，或在天花板走线时经过日光灯等干扰源。实际上干扰源对相邻网线的干扰，主要是通过磁场和电场的作用，按照电磁理论，干扰源对网线的感应与距离的平方成反比，因此，网线离干扰源那怕远离10厘米，网线受到的干扰都会明显减弱
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== 终端电阻 ==
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一般在设备少距离短的情况下，不加终端负载电阻，整个网络也能很好的工作，但随着距离的增加性能将降低。
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一般建议在通信距离超过 100米时，要在485通讯的开始端和结束端增加终端电阻，阻值大小一般为 120 欧姆
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这种匹配方法简单有效，但有一个缺点，匹配电阻要消耗较大功率，对于功耗限制比较严格的系统不太适合。另外一种比较省电的匹配方式是RC匹配。利用一只电容C隔断直流成分可以节省大部分功率。但电容C的取值是个难点，需要在功耗和匹配质量间进行折衷。 还有一种采用二极管的匹配方法，这种方案虽未实现真正的“匹配”，但它利用二极管的钳位作用能迅速削弱反射信号，达到改善信号质量的目的，节能效果显著
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判断在什么样的数据速率和电缆长度时需要进行匹配，MAXIM 有条经验性的原则：当信号的转换时间（上升或下降时间）超过电信号沿总线单向传输所需时间的3倍以上时就可以不加匹配。
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== Notes ==
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RS-485 在多数情况下，由于应用环境的恶劣，需采用隔离方案以防止出现接地环路。
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光耦隔离电路占用空间大，需要分立元件、缓存驱动， 但成本便宜
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ADI 的 iCoupler 磁隔离解决方案，它能够提供多通道数字隔离、集成 RS-485 收发器的数字隔离、集成 isoPower 磁隔离电源的数字隔离等多种灵活的隔离方案。在体积、功耗、速率等众多方面优于光耦的解决方案
  
 
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=== MAX485 ===
 
=== MAX485 ===
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* In µMAX Package: Smallest 8-Pin SO
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* Slew-Rate Limited for Error-Free Data Transmission (MAX483/487/488/489)
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* 0.1µA Low-Current Shutdown Mode (MAX481/483/487)
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* Low Quiescent Current:
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**120µA (MAX483/487/488/489)
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**230µA (MAX1487)
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**300µA (MAX481/485/490/491)
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*  -7V to +12V Common-Mode Input Voltage Range
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* Three-State Outputs
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* 30ns Propagation Delays, 5ns Skew (MAX481/485/490/491/1487)
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* Full-Duplex and Half-Duplex Versions Available
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* Operate from a Single 5V Supply
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* Allows up to 128 Transceivers on the Bus (MAX487/MAX1487)
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* Current-Limiting and Thermal Shutdown for Driver Overload Protection
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* http://ecee.colorado.edu/~mcclurel/max485ds.pdf
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Need B0505 DC-DC and PS2501
 
Need B0505 DC-DC and PS2501
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===  ISL3152E ===
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* High driver VOD 2.4V (Min) at RD = 54Ω Better noise immunity, or drive up to eight terminations
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* ±16.5kV IEC61000 ESD protection on I/O bus pins
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* High transient overvoltage tolerance . . . . . ±100V
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* Full fail-safe (open, short, terminated) receivers
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* High Rx IOL for opto-couplers in isolated designs
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* Hot plug circuitry - Tx and Rx outputs remain three-state during power-up and power-down
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* True 1/8 unit load for up to 256 devices on the bus
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* High data rates . . . . . . . . . . . . . . . up to 20Mbps
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* Low quiescent supply current . . . . . . . . . . 600µA
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* Ultra low shutdown supply current . . . . . . . . 70nA
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* http://www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/isl3/isl3150e-52e-53e-55e-56e-58e.pdf
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* http://www.intersil.com/content/dam/Intersil/whitepapers/interface/rs-485-transceiver-tutorial_cn.pdf
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* http://www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/an19/an1986.pdf
  
 
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=== ADM2587 ===
 
=== ADM2587 ===
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ADM2582E/ADM2587E 以单芯片实现完全的半/全双工RS-485接口隔离。ADM2582E/ADM2587E 集成 isoPower 磁隔离电源，无需外部隔离电源供电。还集成了数字隔离通道和 RS-485 收发器，具备±15 kV ESD 保护功能，适用于多点传输线路上的高速通信应用。
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其内部集成的 RS-485 驱动器带有一个高电平有效使能电路，并且还提供一个高电平接收机有效禁用电路，可使接收机输出进入高阻抗状态。该器件具备限流和过热关断特性，能够防止输出短路，并防止出现由于总线争用而引起功耗过大的情况。
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[[文件:ADM2587.jpg]]
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芯片封装为 SOIC-20
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全双工RS-485/RS-422:
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半双工RS-485/RS-422:
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== Connection ==
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* PI_TX  ---  ADM2587_TX
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* PI_RX  ---  ADM2587_RX
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* ESP_TX  ---  ADM2587_TX
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* ESP_RX  ---  ADM2587_RX
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== Reference ==
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* https://github.com/4-20ma/ModbusMaster
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* https://github.com/andresarmento/modbus-arduino
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2017年10月26日 (四) 10:49的最后版本

目录

[编辑] 1 Overview

RS485采用差分信号负逻辑：

  • Signal = 1 (HIGH): +2V ～ +6V
  • Signal = 0 (LOW): -6V ～ -2V


RS485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用。

现在多采用的是两线制接线方式。在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。


RS485 的理论最长传输距离能达到 1200米，实际应用中要比1200米短，具体能传输多远视周围环境而定。在传输过程中可以采用增加中继的方法对信号进行放大，最多可以加 8 个中继，此时 RS485 的最大传输距离可以达到 9.6 公里

再长距离传输，可以采用光纤，收发两端各加一个光电转换器，多模光纤的传输距离是 5~10 公里，而采用单模光纤可达 50 公里的传播距离。

工程现场布线，必须选用国际上通行的屏蔽双绞线。推荐用的屏蔽双绞线的型号为 RVSP2*0.5 (二芯屏蔽双绞线，每芯由16股的0.2mm的导线组成)。采用屏蔽双绞线有助于减少和消除两根485通信线之间产生的分布电容以及来自于通讯线周围产生的共模干扰。


一些工程商喜欢采用 5 类网线或超 5 类网线作为 485 通信线，其弊端：

  • 网线只有 0.2mm平方，线径太细，会导致传输距离降低和可挂接的设备减少
  • 网络线为单股的铜线，相比多芯线而言容易断裂
  • 5 类普通网线没有屏蔽层，不能防止共模干扰



[编辑] 2 干扰防护

485 通信线由两根双绞的线组成，它是通过两根通信线之间的电压差的方式来传递信号，因此称之为差分电压传输

[编辑] 2.1 差模干扰

差模干扰在两根信号线之间传输，属于对称性干扰。

消除差模干扰的方法是在电路中增加一个偏值电阻，并采用双绞线


[编辑] 2.2 共模干扰

共模干扰是在信号线与地之间传输，属于非对称性干扰。


消除共模干扰的方法包括：

  • 采用屏蔽双绞线并有效接地
  • 强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽
  • 布线时远离高压线，更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线
  • 不要和电控锁共用同一个电源
  • 采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于50mV)


[编辑] 2.3 接地

很多情况下，连接 RS485 通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来。而忽略了信号地的连接，这种连接方法在许多场合是能正常工作的，但却埋下了很大的隐患，这有二个原因:

  • 共模干扰
RS485 接口采用差分方式传输信号方式，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围，RS485 收发器共模电压范围为 -7～+12V，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作（否则网络不稳定）
共模干扰会增大上述共模电压。消除共模干扰的有效手段之一是将 485 通讯线的屏蔽层用作地线，将机具、电脑等网络中的设备地连接在一起，并由一点可靠地接入大地。
目前，有相当部分 PC 机在使用时，电源并没接地。主要是电源没有接地，或电源插座没有地线，从而造成PC机地线与地之间往往有几十伏以上的漏电电压存在，这个电压很容易就引入设备中，从而导致网卡或通讯口损坏。


  • EMI 问题
发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如没有一个低阻的返回通道（信号地），就会以辐射的形式返回源端，整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波


[编辑] 2.4 走线建议

工程现场走线应遵循两个原则：

  • 远离电源线，日光灯等干扰源，应尽量远离高压电线，不要与电源线并行，更不能捆扎在一起
  • 当网线不能与电源线等干扰源避开时，网线应与电源线垂直，不能平行，并采用质量高的双绞线走线


不可为了走线方便，把网线放在电源线的线槽里，或在天花板走线时经过日光灯等干扰源。实际上干扰源对相邻网线的干扰，主要是通过磁场和电场的作用，按照电磁理论，干扰源对网线的感应与距离的平方成反比，因此，网线离干扰源那怕远离10厘米，网线受到的干扰都会明显减弱


[编辑] 3 终端电阻

一般在设备少距离短的情况下，不加终端负载电阻，整个网络也能很好的工作，但随着距离的增加性能将降低。

一般建议在通信距离超过 100米时，要在485通讯的开始端和结束端增加终端电阻，阻值大小一般为 120 欧姆


这种匹配方法简单有效，但有一个缺点，匹配电阻要消耗较大功率，对于功耗限制比较严格的系统不太适合。另外一种比较省电的匹配方式是RC匹配。利用一只电容C隔断直流成分可以节省大部分功率。但电容C的取值是个难点，需要在功耗和匹配质量间进行折衷。 还有一种采用二极管的匹配方法，这种方案虽未实现真正的“匹配”，但它利用二极管的钳位作用能迅速削弱反射信号，达到改善信号质量的目的，节能效果显著


判断在什么样的数据速率和电缆长度时需要进行匹配，MAXIM 有条经验性的原则：当信号的转换时间（上升或下降时间）超过电信号沿总线单向传输所需时间的3倍以上时就可以不加匹配。



[编辑] 4 Notes

RS-485 在多数情况下，由于应用环境的恶劣，需采用隔离方案以防止出现接地环路。

光耦隔离电路占用空间大，需要分立元件、缓存驱动， 但成本便宜

ADI 的 iCoupler 磁隔离解决方案，它能够提供多通道数字隔离、集成 RS-485 收发器的数字隔离、集成 isoPower 磁隔离电源的数字隔离等多种灵活的隔离方案。在体积、功耗、速率等众多方面优于光耦的解决方案



[编辑] 5 Hardware

[编辑] 5.1 MAX485

  • In µMAX Package: Smallest 8-Pin SO
  • Slew-Rate Limited for Error-Free Data Transmission (MAX483/487/488/489)
  • 0.1µA Low-Current Shutdown Mode (MAX481/483/487)
  • Low Quiescent Current:
    • 120µA (MAX483/487/488/489)
    • 230µA (MAX1487)
    • 300µA (MAX481/485/490/491)
  • -7V to +12V Common-Mode Input Voltage Range
  • Three-State Outputs
  • 30ns Propagation Delays, 5ns Skew (MAX481/485/490/491/1487)
  • Full-Duplex and Half-Duplex Versions Available
  • Operate from a Single 5V Supply
  • Allows up to 128 Transceivers on the Bus (MAX487/MAX1487)
  • Current-Limiting and Thermal Shutdown for Driver Overload Protection


Need B0505 DC-DC and PS2501

  • RS485_1_A+ --- MAX485_PIN6
  • RS485_1_B- --- MAX485_PIN7


  • MAX485_PIN4 --- ARM9_CORE_J2_68_TXD0
  • MAX485_PIN1 --- ARM9_CORE_J2_69_RXD0
  • MAX485_PIN2 & 3 --- ARM9_CORE_J1_69_PC30


Max485.png


Max485-sch.jpg



[编辑] 5.2 ISL3152E

  • High driver VOD 2.4V (Min) at RD = 54Ω Better noise immunity, or drive up to eight terminations
  • ±16.5kV IEC61000 ESD protection on I/O bus pins
  • High transient overvoltage tolerance . . . . . ±100V
  • Full fail-safe (open, short, terminated) receivers
  • High Rx IOL for opto-couplers in isolated designs
  • Hot plug circuitry - Tx and Rx outputs remain three-state during power-up and power-down
  • True 1/8 unit load for up to 256 devices on the bus
  • High data rates . . . . . . . . . . . . . . . up to 20Mbps
  • Low quiescent supply current . . . . . . . . . . 600µA
  • Ultra low shutdown supply current . . . . . . . . 70nA




[编辑] 5.3 ADM2483

Also need the B0505 DC-DC



[编辑] 5.4 ISO3082

Also need the B0505 DC-DC



[编辑] 5.5 ADM2587

ADM2582E/ADM2587E 以单芯片实现完全的半/全双工RS-485接口隔离。ADM2582E/ADM2587E 集成 isoPower 磁隔离电源，无需外部隔离电源供电。还集成了数字隔离通道和 RS-485 收发器，具备±15 kV ESD 保护功能，适用于多点传输线路上的高速通信应用。

其内部集成的 RS-485 驱动器带有一个高电平有效使能电路，并且还提供一个高电平接收机有效禁用电路，可使接收机输出进入高阻抗状态。该器件具备限流和过热关断特性，能够防止输出短路，并防止出现由于总线争用而引起功耗过大的情况。

ADM2587-block-diagram.jpg


ADM2587.jpg

芯片封装为 SOIC-20


全双工RS-485/RS-422:

ADM2587-full-tx.jpg


半双工RS-485/RS-422:

ADM2587-half-tx.jpg




[编辑] 6 Connection

  • PI_TX --- ADM2587_TX
  • PI_RX --- ADM2587_RX


  • ESP_TX --- ADM2587_TX
  • ESP_RX --- ADM2587_RX



[编辑] 7 Reference

























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