RS485匹配电阻相关.docx

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RS485匹配电阻相关

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对RS-422与RS-485总线网络一般要使用终接电阻进行匹配。

但在短距离与低速率下可以不用考虑终端匹配。

那么在什么情况下不用考虑匹配呢,理论上，在每个接收数据信号的中点进行采样时，只要反射信号在开始采样时衰减到足够低就可以不考虑匹配。

但这在实际上难以掌握，美国MAXIM公司有篇文章提到一条经验性的原则可以用来判断在什么样的数据速率和电缆长度时需要进行匹配:

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。

例如具有限斜率特性的RS-485接口MAX483输出信号的上升或下降时间最小为250ns，典型双绞线上的信号传输速率约为0.2m/ns（24AWGPVC电缆），那么只要数据速率在250kb/s以内、电缆长度不超过16米，采用MAX483作为RS-485接口时就可以不加终端匹配。

一般终端匹配采用终接电阻方法，前文已有提及，RS-422在总线电缆的远端并接电阻，RS-485则应在总线电缆的开始和末端都需并接终接电阻。

终接电阻一般在RS-422网络中取100Ω，在RS-485网络中取120Ω。

相当于电缆特性阻抗的电阻，因为大多数双绞线电缆特性阻抗大约在100,120Ω。

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。

A:

我们公司的做法是:

在485的任何一个节点上，对A上拉;对B下拉，具体接线就是:

（+5V---R1---A---R2---B---R3---GND）,其中R1:

3.3K,R2:

180欧姆，R3:

3.3K，取消原来的120欧电阻，这样在总线空闲的时候就保证A比B高出大约200mV的电压，也就是说能保证总线上的数据状态在空闲的时候是稳定的1。

这可是我们公司几年的现场经验得来的，效果很

好，保证比原来那种方式好多了.

B:

确有可取之处，但是请问:

在485的任何一个节点上，对A上拉，对B下拉，如果节点多了485驱动能力恐怕支撑

不了吧,

C:

485通信总线上的匹配电阻究竟应该怎样配才能使通信总线稳定可靠呢,为什么我在

总线的首尾各配120欧的电阻，总线仍然不稳定,究竟有那些因素干扰了它,

D:

个人经验:

485总线的匹配电阻与该总线上的设备有关。

主要是总线上设备的输入阻抗和输出阻抗对485总线的特性阻抗影响比较大。

所以在匹配485总线的终端电阻时最好使用一个可调电阻来不断的测试。

或者使用设备测量出该485总线的特性阻抗，然后加以相应

的电阻与之匹配。

还有就是使用理论计算也可以计算出给485总线的相应的数据。

E:

485通信总线上的匹配电阻只在末端出现，如果设备较多（接近32个）可以不接匹配电阻;另外485通信总线虽然手册上说可以选用双绞线，但最好还是选用两芯屏蔽线且屏蔽

网不得两端接地。

我的经验就是这样，且从没发现有干扰～

F:

我觉得485通讯总线的匹配电阻的选择，大家可以用这个简单的办法试一下:

把一个电位器接在A—B之间，然后用示波器测A——B之间的波形。

什么时候波形最好，就把此时电位器接在A——B两端之间的两脚的电阻值量出来，然后用同样阻值的电阻代替电位

器。

G:

总线不稳定不一定是硬件引起的，我建议查找一下，是否存在软件方面的BUG。

使用RS485方式通讯需要注意的一些问题

一、几种常见的错误认识

1（RS485总线的通讯距离可以达到1200米。

其实只是RS485总线结构理论上，在理想环境的前提下才有可能使得传输距离达到1200米。

一般是指通讯线材优质达标，波特率为9600bps，只有一台RS485设备才能使得通讯距离达到1200米，而且能通讯并不代表每次通讯都正常。

所以通常RS485总线实际的稳定的通讯距离远远达不到1200米。

负载RS485设备多，线材阻抗不合乎标准，线径过细，转换器品质不良，设备防雷保护，波特率的加高等等因素都会降低通讯距离。

2.RS485总线可以带256台设备进行通讯。

其实并不是所有RS485总线都能够带256台设备的。

要根据RS485转换器内芯片采用的型号和RS485设备芯片采用的型号来判断的。

谁低就谁的带载能力标准。

一般RS485芯片负载能力有三个级别:

32台、128台、256台。

理论上的标称往往实际上是达不到的。

通讯距离越长，波特率越高，线径越细，线材质量越差，转换器品质越差，转换器电能供应不足（无源转换器），防雷保护越强这些都会大大降低真实负载数量。

3.RS485总线是一种最简单最稳定最成熟的工业总线结构。

这种概念是错误的。

应该是:

RS485总线是一种用于设备联网的经济型的传统的工业总线方式。

通讯质量是需要根据施工经验进行测试和调试的。

RS485总线虽然简单，但必须严格安照施工规范进行布线。

二、RS485通讯线缆说明

专用四芯多股屏蔽双绞线;线芯?

0.5平方毫米

?

避免阳光直射，PVC胶管，软管，线槽保护。

?

无强磁场环境干扰或产生强磁场设备运作环境。

?

避雷措施及设备完善，接地措施。

RS485+和RS485-这两条数据线一定要互为双绞。

布线一定要布多股屏蔽双绞线，多股是为了备用，屏蔽是为了出现特殊情况时调试，双绞是因为RS485通讯采用差模通讯原理，双绞的抗干扰性最好。

不采用双绞线，是极端错误的。

RS485总线一定要是手牵手式的总线结构，坚决杜绝星型连接和分叉连接。

设备供电的交流电一定要真实接地，而且接地良好。

有很多地方表面上

有三角插座，其实根本没有接地，要小心。

接地良好时，可以确保设备防雷击、浪涌冲击。

静电累计时，可以配合设备的防雷设计较好地释放能量。

保护RS485总线设备和相关芯片不受伤害。

避免和强电走在一起，以免强电对其产生干扰。

三、推荐的几种调试方法

首先要确保设备接线正确，且严格合乎规范。

共地法:

用一条线或者屏蔽线将所有RS485设备的GND线连接起来，有需要的情况下将每个设备的连地点加一限流电阻（防止二台设备之间GND参考值差别太大对通讯产生干扰），这样可以避免所有设备之间存在影响通讯的电势差。

终端电阻法:

在最后一台RS485设备的RS485+和RS485-上并接一个120欧姆的终端电阻来改善通讯质量。

中间分段断开法:

通过从中间断开来检查是否是设备负载过多、通讯距离过长、某台设备损害对整个通讯线路的影响等原因。

单独拉线法:

单独简易暂时拉一条线到设备，这样可以用来排除是否是布线引起了通讯故障。

更换转换器法:

随身携带几个转换器，这样可以排除是否是转换器质量问题影响了通讯质量。

笔记本调试法:

先保证自己随身携带的电脑笔记本是通讯正常的设备，替换客户电脑，来进行通讯，如果可以，则表明客户的电脑的串口有可能被损害或者受伤。

四、施工注意事项

工程施工布线、安装、测试总要求是安全第一，质量第二，效率第三。

要注意以下几点:

1（RS485理论极限传输距离为1200米，在一条RS485通讯线上不能多出32台终端机。

在有必要的情况下可以增加中继器（信号放大器）。

2（在线与线的接头处一定要用焊接（接头处不能受力），二线之间的焊接距离最好在5CM以上，防止线被拉动绝缘破损时二线断路，并用绝缘电工胶布将焊接点牢固包扎。

在选购线材的时候采用的是4*0.5平方毫米的四芯多股屏蔽双绞线。

如果通讯效果不佳，现场有干扰，接线过程中要把屏蔽层接地。

3（每台终端机设备必须接一个独立电源插座。

切记不要带电接线，尤其强电。

4（现场的接线尽量统一、标准。

做好永久标记，杜绝误接线导致人员和设备的伤害。

接头绝缘胶布要牢、而且美观。

5（RS485通讯线的正负可测量，尽量分颜色标识。

理论上接屏蔽线，线越粗越好，现场最好一条总线统一一种线材。

拉线前对线进行测试。

AC220V电源线各分支最好用1mm或以上的电源线。

6（一般室内布线用塑料管，室外布线用铁管。

要求现场布线一律穿管。

走管尽量横平竖直，靠墙固定。

强电、弱电分开布线，两管相隔要求大于20CM。

7（设备通电调试时，一台一台的插电测试，注意可能存在短路和断路的情况，通电时做好相关安全措施。

通电前用万用表测试各强弱电电源线防止短接。

8（强电线路通电测试，要有人值守，随时处理各种突发情况，最好接电前测试好自己线路，让现场客户电工负责通电测试。

一般连续通电6个小时后无问题，才能现场通电离开人。

9（工程施工中，现场测试用电源、工具等设备在人离开时要断电，现场工具、材料要交接保管好。

10（现场施工要遵守现场要求，不要吸烟、酗酒施工，最好带上施工卡片或相关身份标识，不要妨碍别人工作、大声喧哗，注意衣着、行为等形象。

现场相关客户联系人和负责人的联系方式要记录。

外包施工时，要管理好相关外包作业人员，积极协调现场各方有关工具借用、工作时间不能作业、水电等使用的的相关矛盾。

11（门禁施工中电锁、读头的接线都有距离限制。

所以施工中尽量用较粗的线。

电锁的锁孔切割、位置安装、选型要考虑现场环境、门和框的材料，做到美观、安全、耐用。

五、施工调试常用到的工具

1（万用表;

2（烙铁、焊锡;

3（镊子、手动螺丝刀、电动螺丝刀（包括“一字”和“十字”）

4（斜口钳;

5（电源5V、12V各一个;

6（示波器，可查看电源波形;

7（发卡器;

8（IC启拔器;

9（电工胶布，防水胶布;

10（其他专用工具{卡/RS485转换器/USB转串口转换器/活动板手/内六角/卷尺/}等。

提高RS485总线可靠性的几种方法及常见故障处理

在MCU之间中长距离通信的诸多方案中，RS485因硬件设计简单、控制方便、成本低廉等优点广泛应用于工厂自动化、工业控制、小区监控、水利自动报测等领域。

但RS485总线在抗干扰、自适应、通信效率等方面仍存在缺陷，一些细节的处理不当常会导致通信失败甚至系统瘫痪等故障，因此提高RS485总线的运行可靠性至关重要。

1（RS485接口电路的硬件设计

（1）总线匹配

总线匹配有两种方法，一种是加匹配电阻，如图1a所示。

位于总线两端的差分端口VA与VB之间应跨接120Ω匹配电阻，以减少由于不匹配而引起的反射、吸收噪声，有效地抑制了噪声干扰。

但匹配电阻要消耗较大电流，不适用于功耗限制严格的系统。

另外一种比较省电的匹配方案是RC匹配（图2）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。

除上述两种外还有一种采用二极管的匹配方案（图3），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，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。

（2）RO及DI端配置上拉电阻

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）保证系统上电时的RS485芯片处于接收输入状态

对于收发控制端TC建议采用MCU引脚通过反相器进行控制，不宜采用MCU引脚直接进行

控制，以防止MCU上电时对总线的干扰，如图4所示。

（4）总线隔离

RS485总线为并接式二线制接口，一旦有一只芯片故障就可能将总线“拉死”，因此对其二线口VA、VB与总线之间应加以隔离。

通常在VA、VB与总线之间各串接一只4~10Ω的PTC电阻，同时与地之间各跨接5V的TVS二极管，以消除线路浪涌干扰。

如没有PTC电阻和TVS二极管，可用普通电阻和稳压管代替。

（5）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。

2（RS485网络配置

（1）网络节点数

网络节点数与所选RS485芯片驱动能力和接收器的输入阻抗有关，如75LBC184标称最大值为64点，SP485R标称最大值为400点。

实际使用时，因线缆长度、线径、网络分布、传输速率不同，实际节点数均达不到理论值。

例如75LBC184运用在500m分布的RS485网络上节点数超

片最大值的70%过50或速率大于9.6kb/s时，工作可靠性明显下降。

通常推荐节点数按RS485芯选取，传输速率在1200~9600b/s之间选取。

通信距离1km以内，从通信效率、节点数、通信距离等综合考虑选用4800b/s最佳。

通信距离1km以上时，应考虑通过增加中继模块或降低速率的方法提高数据传输可靠性。

（2）节点与主干距离

理论上讲，RS485节点与主干之间距离（T头，也称引出线）越短越好。

T头小于10m的节点采用T型，连接对网络匹配并无太大影响，可放心使用，但对于节点间距非常小（小于1m，如LED模块组合屏）应采用星型连接，若采用T型或串珠型连接就不能正常工作。

RS485是一种半双工结构通信总线，大多用于一对多点的通信系统，因此主机（PC）应置于一端，不要置于中间而形成主干的T型分布。

3（提高RS485通信效率

RS485通常应用于一对多点的主从应答式通信系统中，相对于RS232等全双工总线效率低了许多，因此选用合适的通信协议及控制方式非常重要。

（1）总线稳态控制（握手信号）

大多数使用者选择在数据发送前1ms将收发控制端TC置成高电平，使总线进入稳定的发送状态后才发送数据;数据发送完毕再延迟1ms后置TC端成低电平，使可靠发送完毕后才转入接收状态。

据笔者使用TC端的延时有4个机器周期已满足要求。

（2）为保证数据传输质量，对每个字节进行校验的同时，应尽量减少特征字和校验字。

惯用的数据包格式由引导码、长度码、地址码、命令码、数据、校验码、尾码组成，每个数据包长度达20~30字节。

在RS485系统中这样的协议不太简练。

推荐用户使用MODBUS协议，该协议已广泛应用于水利、水文、电力等行业设备及系统的国际标准中。

4（RS485接口电路的电源、接地

对于由MCU结合RS485微系统组建的测控网络，应优先采用各微系统独立供电方案，最好不要采用一台大电源给微系统并联供电，同时电源线（交直流）不能与RS485信号线共用同一股多芯电缆。

RS485信号线宜选用截面积0.75mm2以上双绞线而不是平直线。

对于每个小容量直流电源选用线性电源LM7805比选用开关电源更合适，当然应注意LM7805的保护。

（1）LM7805输入端与地应跨接220~1000μF电解电容;

（2）LM7805输入端与输出端反接1N4007二极管;

（3）LM7805输出端与地应跨接470~1000μF电解电容和104pF独石电容并反接1N4007二极管;

（4）输入电压以8~10V为佳，最大允许范围为6.5~24V。

可选用TI的PT5100替代LM7805，以实现9,38V的超宽电压输入。

5（光电隔离

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RS485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RS485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RS485收发器的电源隔离;通过光耦将信号隔离，彻底消除共模电压的影响。

实现此方案的途径可分为:

（1）用光耦、带隔离的DC-DC、RS485芯片构筑电路;

（2）使用二次集成芯片，如PS1480、MAX1480等。

6（RS485系统的常见故障及处理方法

RS485是一种低成本、易操作的通信系统，但是稳定性弱同时相互牵制性强，通常有一个节点出现故障会导致系统整体或局部的瘫痪，而且又难以判断。

故向读者介绍一些维护RS485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被电源击穿，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RS485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RS485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RS485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）。

RS485总线的理论与实践

当前自动控制系统中常用的网络，如现场总线CAN、Profibus、INTERBUS-S以及ARCNet的物理层都是基于RS485的总线进行总结和研究的。

一、RS485标准

在自动化领域，随着分布式控制系统的发展，迫切需要一种总线能适合远距离的数字通信。

在RS422标准的基础上，EIA研究出了一种支持多节点、远距离和接收高灵敏度的RS485总线标准。

RS485标准采有用平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动总线，具体规格要求:

1（接收器的输入电阻RIN?

12kΩ。

2（驱动器能输出?

7V的共模电压。

3（输入端的电容?

50pF。

4（在节点数为32个，配置了120Ω的终端电阻的情况下，驱动器至少还能输出电压1.5V（终端电阻的大小与所用双绞线的参数有关）。

5（接收器的输入灵敏度为200mV（即（V+）-（V-）?

0.2V，表示信号“0”;（V+）-（V-）?

-0.2V，表示信号“1”）。

因为RS485的远距离、多节点（32个）以及传输线成本低的特性，使得RS485成为工业应用中数据传输的首选标准。

二、影响RS485总线通讯速度和通信可靠性的三个因素

1（在通信电缆中的信号反射

在通信过程中，有两种信号因导致信号反射:

阻抗不连续和阻抗不匹配。

阻抗不连续，信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射，如图1所示。

这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。

消除这种反射的方法，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。

由于信号在电缆上的传输是双向的，因此，在通讯电缆的另一端可跨接一个同样大小的终端电阻，如图2所示。

从理论上分析，在传输电缆的末端只要跨接了与电缆特性阻抗相匹配的终端电阻，就再也不会出现信号反射现象。

但是，在实现应用中，由于传输电缆的特性阻抗与通讯波特率等应用环境有关，特性阻抗不可能与终端电阻完全相等，因此或多或少的信号反射还会存在。

引起信号反射的另个原因是数据收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配。

这种原因引起的反射，

主要表现在通讯线路处在空闲方式时，整个网络数据混乱。

信号反射对数据传输的影响，归根结底是因为反射信号触发了接收器输入端的比较器，使接收器收到了错误的信号，导致CRC校验错误或整个数据帧错误。

在信号分析，衡量反射信号强度的参数是RAF（RefectionAttenuationFactor反射衰减因子）。

它的计算公式为RAF=20lg（Vref/Vinc），式中:

Vref—反射信号的电压大小;Vinc—在电缆与收发器或终端电阻连接点的入射信号的电压大小。

具体的测量方法如图3所示。

例如，由实验测得2.5MHz的入射信号正弦波的峰-峰值为+5V，反射信号的峰-峰值为+0.297V，则该通讯电缆在2.5MHz的通讯速率时，它的反射衰减因子为:

RAF=20lg（0.297/2.5）=-24.52dB。

要减弱反射信号对通讯线路的影响，通常采用噪声抑制和加偏置电阻的方法。

在实际应用中，对于比较小的反射信号，为简单方便，经常采用加偏置电阻的方法。

在通讯线路中，如何通过加偏置电阻提高通讯可靠性的原理，后面将做详细介绍。

2（在通讯电缆中的信号衰减

第二个影响信号传输的因素是信号在电缆的传输过程中衰减。

一条传输电缆可以把它看出由分布电容、分布电感和电阻联合组成的等效电路，如图4所示。

电缆的分布电容C主要是由双绞线的两条平行导线产生。

导线的电阻在这里对信号的影响很小，可以忽略不计。

信号的损失主要是由于电缆的分布电容和分布电感组成的LC低通滤波器。

PROFIBUS用的LAN标准型二芯电感（西门子为DP总线选用的标准电缆），在不同波特率时的衰减系数如表1所示。

表1电缆的衰减系数

通讯波特率16MHz4MHz38.4kHz9.6kHz衰减体系数（1km）?

42dB?

22dB?

4dB?

2.5dB3（在通讯电缆中的纯阻负载

影响通讯性能的第三个因素是纯阻性负载（也叫直流负载）的大小。

这里指的纯阻性负载主要由终端电阻、偏置电阻和RS485收发器三者构成。

在叙述RS485规范时曾提到过RS485驱动器在带了32个节点，配置了150Ω终端电阻的情况下，至少能输出1.5V的差分电压。

一个接收器的输入电阻为12kΩ，整个网络的等效电路如图5所示。

按这样计算，RS485驱动器的负载能力为:

RL=32个输入电阻并联||2个终端电阻=（（12000/32）×（150/2））/（12000/32）+（150/2））?

51.7Ω

现在比较常用的RS485驱动器有MAX485、DS3695、MAX1488/1489以及和利时公司使用的SN75176A/D等，其中有的RS485驱动器负载能力可以达到20Ω。

在不考虑其它诸多因素的情况下，按照驱动能力和负载的关系计算，一个驱动器可带节点的最大数量将远远大于32个。

在通讯波特率比较高的时候，在线路上偏置电阻是很有必要的。

偏置电阻的连接方法如图6。

它的作用是在线路进入空闲状态后，把总线上没有数据时（空闲方式）的电平拉离0电平，如图7。

这样一来，即使线路中出现了比较小的反射信号或干扰，挂接在总线上的数据接收器也不会由于这些信号的到来而产生误动作。

在实际应用中，RS485总线加偏置电阻有两种方法:

（1）把偏置电阻平衡分配给总线上的每一个收发器。

这种方法给挂接在RS485总线上的每一

个收发器加了偏置电阻，给每一个收发器都加了一个偏置电压。

（2）在一段总线上只用一对偏置电阻。

这种方法对总线上存在大的反射信号或干扰信号比较有效。

值得注意的是偏置电阻的加入，增加了总线的负载。

三、RS485总线的负载能力和通讯电缆长度之间的关系

在设计RS485总线组成的网络配置（总线长度和带负载个数）时，应该考虑到三个参数:

纯阻性负载、信号衰减和噪声容限。

纯阻性负载、信号衰减这两个参数，在前面已经讨论过，现在要讨论的是噪声容限（NoiseMargin）。

RS485总线接收器的噪声容限至少应该大于200mV。

前面的论述者是在假设噪声容限为0的情况下进行的。

在实际应用中，为了提高总线的抗干扰能力，总希望系统的噪声容限比RS485标准中规定的好一些。

从下面的公式能看出总线带负载的多少和通讯电缆长度之间的关系:

Vend=0.8（Vdriver-Vloss-Vnoise-Vbias）

其中:

Vend为总线末端的信号电压，在标准测定时规定为0.2V;Vdriver为驱动器的