סקירה כללית של RS-485
כמו RS-232, RS-485 הוא תקן תקשורת טורית. הייעוד הרשמי הנוכחי שלה הוא TIA-485/EIA-485-A, אך נהוג להתייחס אליו כתקן RS-485. RS-485 נמצא בשימוש נרחב בתעשיות כגון אוטומציה תעשייתית, רכב וניהול מבנים.
האוטובוס RS-485 מתגבר על החסרונות של RS-232, כגון מרחקי תקשורת קצרים וקצבי נתונים נמוכים. RS-485 תומך בקצבי נתונים של עד 10 Mbit/s ובעל מרחק תקשורת תיאורטי של עד 1,200 מטר. שלא כמו השידור החד-קצה של RS-232, RS-485 משתמש בשידור דיפרנציאלי באמצעות זוג חוטי זוג מעוותים, כאשר חוט אחד מסומן כ-A והשני כ-B.
RS-485 שכבה פיזית
השכבה הפיזית RS-485 אחראית על העברת נתונים גולמיים בין התקנים ואמצעי השידור הפיזי. הוא מטפל בהמרה של אותות חשמליים לנתונים דיגיטליים, תוך הגדרת רמות מתח, תזמון, קצבי נתונים ופרמטרים אחרים.
① אותות דיפרנציאליים
כבלים למרחקים ארוכים מביאים להנחתת האות ומגדילים את הסבירות לרעש והפרעות. זה מתבטא כשינויים במשרעת המתח בכבלים A ו-B. עם זאת, היתרון בשימוש בקווים דיפרנציאליים הוא שהפחתת ההפרש בין שני האותות מבטלת את ההפרעות, ומאפשרת לצאת לאות רגיל. היכולת של מקלט דיפרנציאלי להתעלם ממתחים זהים בשני קווי האות נקראת דחיית מצב נפוץ-.
התקן מציין שהלוגיקה 1 היא +2V ל-+6V, והלוגיקה 0 היא -6V עד -2V.
RS-485 אינו דורש מתח אוטובוס ספציפי; הוא מתייחס רק למתח ההפרש המינימלי. על פני אורכי כבלים ארוכים יותר, המתח המתקבל על ידי המקלט עשוי לרדת ל-+/- 200 mV, וזה עדיין מקובל לחלוטין עבור RS-485 - זהו אחד היתרונות של RS-485.
מקלטי משדר רבים עומדים בתקן TIA/EIA-485A או אפילו עולים עליהם; עם זאת, ביישומים מעשיים, הפרמטרים שצוינו של המכשיר מקבלים עדיפות. לדוגמה, סף הכניסה השלילי המינימלי עבור מקלט משדר מסוים הוא -200 mV.
② הגדרות אותות
ממירי RS-485 רבים כיום תואמים ל-RS-422, כך שלעתים קרובות תראה אותות המסומנים T/R+ ו-T/R- בממירים אלה, התואמים את A+ ו-B- של RS-485.
עבור מחברי DB9 נקבה, הגדרת החיווט RS-485 היא כדלקמן: פינים 6 עד 9 אינם זמינים ואין לחבר אותם.
| DB9 | אות פלט | חיווט RS-422 דופלקס מלא | RS-485 חיווט חצי דופלקס |
| 1 | T/R+ | שלח (A+) | RS-485(A+) |
| 2 | T/R- | שלח(ב-) | RS-485(B-) |
| 3 | RXD+ | קבל (A+) | רֵיק |
| 4 | RXD- | קבל(ב-) | רֵיק |
| 5 | GND | חוט הארקה | חוט הארקה |
③ טופולוגיה
RS-485 תומך בתצורות שתי-חוטים וארבעה-תילים. תצורת הארבעה-חוטים מוגבלת לתקשורת נקודה-ל-נקודה, והיא נמצאת בשימוש נדיר כיום; תצורת שני החוטים היא נפוצה יותר. תצורה זו משתמשת בטופולוגיית אוטובוס, המאפשרת לחבר עד 32 צמתים באוטובוס בודד.
בדומה ל-I²C, האוטובוס RS-485 פועל במצב מאסטר-slave. הוא תומך הן במצב עבדות נקודה-ל-נקודה בודדת- והן במצב עבד רב-, אך אינו תומך במצב ריבוי מאסטר.
מקלט משדר RS-485
RS-485 משתמש בהילוך דיפרנציאלי. אם ברצונך לשלוט במכשיר RS-485 באמצעות מיקרו-בקר, תזדקק למקלט-משדר הדומה לאפיק ה-CAN. התרשים הבא ממחיש MCU השולט במכשיר RS-485.
בתוך מקלט משדר נמצא מקלט (חצי עליון) ומשדר (חצי תחתון). להלן הסבר קצר כיצד פועל מקלט משדר כדי לעזור לך להבין כיצד MCU מתקשר עם מכשיר 485.
מבנה פנימי של מקלט משדר RS-485
אֵיפֹה:
A ו-B הם האוטובוס;
R הוא קלט המקלט;
RE הוא אות הפעלת המקלט;
DE הוא אות הפעלת המשדר;
D הוא פלט המשדר;
עבור אותות הפעלה, אלה עם קו מעל האות פעילים-נמוכים (למשל, RE באיור שלמעלה), בעוד שאלו ללא קו פעילים-גבוהים (למשל, DE).
טבלת אמת מקלט
עבור המשדר, טבלת האמת היא כדלקמן:
1. כאשר פין ההפעלה של מנהל ההתקן DE נמצא ברמת לוגיקה גבוהה, היציאות הדיפרנציאליות A ו-B עוקבות אחר המצב הלוגי בכניסת הנתונים D. רמת לוגיקה גבוהה ב-D גורמת ל-A ללכת גבוה ול-B לרדת נמוך. במקרה זה, מתח המוצא הדיפרנציאלי, המוגדר כ-VOD=VA – VB, חיובי. כאשר D נמוך, מצבי הפלט הופכים: B הולך גבוה ו-A נמוך, ו-VOD שלילי.
2. כאשר DE נמוך, שתי היציאות הופכות ל-עכבה גבוהה. במקרה זה, המצב הלוגי ב-D אינו רלוונטי.
טבלת האמת הבאה חלה על המקבל:
1. כאשר פין ההפעלה (RE) של המקלט נמצא בשפל הגיוני, המקלט מופעל. כאשר מתח הכניסה הדיפרנציאלי, המוגדר כ-VID=VA – VB, חיובי ועובר את סף הכניסה החיובי VIT+, הפלט R של המקלט הולך גבוה. כאשר VID שלילי ומתחת לסף הקלט השלילי VIT-, פלט המקלט R הולך ונמוך. אם VID נמצא בין VIT+ ל-VIT-, הפלט אינו מוגדר.
2. כאשר RE הוא לוגי גבוה או צף, פלט המקלט הוא בעכבה גבוהה, ללא קשר לגודל או לקוטביות של VID.
קישור נתונים RS-485
לאחר שדנו למעלה בעקרונות הפעולה של מקלט המשדר RS-485, נתאר כעת בקצרה את קישור הנתונים RS-485. אתה יכול תחילה להסתכל על פורמט מסגרת פרוטוקול UART הקל להבנה.
בין אם המאסטר שולח נתונים לעבד או שהעבד שולח נתונים למאסטר, נעשה שימוש גם בקווי A וגם בקווי B; לכן, RS-485 משמש בדרך כלל במצב חצי דופלקס.
ה-GPIO של המארח שולט בפין ה-DE של מקלט המשדר RS-485 כדי להגדיר את מצב השידור. בית בודד נשלח מקו UART TXD לקו הנתונים (D או DI) של מקלט המשדר RS-485. מקלט המשדר ממיר את זרם הסיביות הבודד של UART לזרם סיביות דיפרנציאלי בקווי A ו-B. ברגע שהנתונים עוזבים את מקלט המשדר, המארח מעביר מיד את מקלט המשדר למצב קבלה.
העבד פועל בדומה לאדון. העבד שולט בפין /RE של מקלט המשדר RS-485 כדי להגדיר אותו למצב קבלה, מקבל את זרם הסיביות שנשלח על ידי המאסטר, ממיר אותו לאות חד-קצה ומקבל אותו דרך קו UART RXD של העבד. כאשר העבד מוכן להגיב, הוא משדר נתונים באותו אופן כמו המאסטר, בעוד המאסטר עובר למצב קבלה.
המרת RS-232 ל-RS-485
אפשר להמיר בין RS-232 ל-RS-485. שיטה אחת היא להמיר RS-232 ל-TTL, ולאחר מכן להמיר TTL ל-RS-485. כמובן, ישנם גם שבבים התומכים בהמרה ישירה מ-RS-232 ל-RS-485, ומודולים רבים כאלה זמינים באינטרנט.
מודולי המרה RS-232 ל-RS-485
הבדלים בין RS-485 ל-CAN
למרות של-RS-485 אין פורמט פרוטוקול נתונים סטנדרטי, הוא חולק קווי דמיון רבים עם אפיק ה-CAN. לדוגמה, גם A&B וגם CANH&CANL הם אותות דיפרנציאליים; שניהם דורשים משדרים לתקשורת; ושניהם משתמשים נגדי סיום של 120 אוהם, בין שאר קווי הדמיון.
| מאפייני אוטובוס | אוטובוס CAN | אוטובוס RS-485 |
| עלויות חומרה | מעט גבוה יותר | זוֹל |
| ניצול אוטובוס | בוררות עדיפות אוטומטית, ניצול גבוה | משתמש בסקר; ניצול נמוך |
| קצב העברת נתונים | גָבוֹהַ | נָמוּך |
| מנגנוני זיהוי שגיאות | הבקר כולל מנגנון בדיקת סכום כדי להבטיח את הדיוק של העברת נתונים- ברמה נמוכה | רק מפרטי שכבה פיזית; אין מפרטי שכבת קישור נתונים |
| ההשפעה של כשל -בצומת בודד | אין השפעה על האוטובוס | שיתוק באוטובוס |
| עלויות פיתוח | פיתוח תוכנה גמיש, עלות זמן נמוכה | קשה לפתח |
| עלויות מערכת | נמוך יחסית | גָבוֹהַ |
מעגלי RS-485 נפוצים
הנה מעגל RS-485 נפוץ שמצאתי באינטרנט. יש לשים לב לשתי נקודות:
1. ניתן לשלוט על אותות ההפעלה RE ו-DE על ידי GPIO יחיד כדי לחסוך במשאבים. כאשר GPIO25 מוציא רמה גבוהה, RE ו-DE הם 0 V, והמכשיר נכנס למצב קבלה; כאשר GPIO25 מוציא רמה נמוכה, RE ו-DE הם 3.3 V, והמכשיר נכנס למצב שידור.
2. במעגלים מסוימים, נגד משוך-למעלה מתווסף לפין A ונגד משוך-למטה לפין B. הסיבה העיקרית לכך היא שכאשר אפיק RS-485 במצב סרק, רמת המתח אינה קבועה-כלומר, היא משתנה בין -200 mV ל-{5}}מ-V רמה נמוכה. ה-UART חייב לשמור על רמה גבוהה במצב סרק; אם מקלט המשדר מוציא רמה נמוכה בזמן זה, ה-UART מפרש זאת כסיבית התחלה, מה שעלול לגרום לשגיאות תקשורת. הערכים הספציפיים של R_u ו-R_d לא יידונו בפירוט כאן; אני מתכנן לכתוב מאמר מפורט בנושא זה בעתיד.
לגבי הנקודה השנייה, שימו לב לדברים הבאים:
① אם תחיל נגד משיכה-למעלה על פין A ונגד משיכה-למטה על פין B, תקשורת נתונים עלולה להיכשל עקב חיבורים הפוכים.
② אם מקלט משדר מובנה-נגדי משיכה-מעלה ומשיכה-למטה, אין צורך להוסיף נגדים חיצוניים.