**1 **RS-485-Übersicht
RS-485 ist wie RS-232 ein serieller Kommunikationsstandard. Die aktuelle offizielle Bezeichnung lautet TIA-485/EIA-485-A, wird jedoch allgemein als RS-485-Standard bezeichnet. RS-485 wird häufig in Branchen wie der industriellen Automatisierung, der Automobilindustrie und dem Gebäudemanagement eingesetzt. Innerhalb der EIA-Standardreihe gilt das RS-485-Protokoll als das vielseitigste und weist in allen vier seriellen Kommunikationsstandards eine hervorragende Leistung auf.
Der RS-485-Bus überwindet die Nachteile von RS-232, nämlich seine kurze Kommunikationsentfernung und niedrige Datenrate. RS-485 unterstützt Datenraten von bis zu 10 Mbit/s und hat eine theoretische Kommunikationsentfernung von bis zu 1.200 Metern. Im Gegensatz zur Single-Ended-Übertragung von RS-232 nutzt RS-485 die Differentialübertragung über ein Paar verdrillter Leitungen, wobei eine Leitung als A und die andere als B bezeichnet wird.
**2 **Physische RS-485-Schicht
Die physikalische RS-485-Schicht ist für die Übertragung von Rohdaten zwischen Geräten und dem physikalischen Übertragungsmedium verantwortlich. Es übernimmt die Umwandlung elektrischer Signale in digitale Daten und definiert gleichzeitig Spannungspegel, Timing, Datenraten und andere Parameter.
① Differenzsignale
Eine Verkabelung über große Entfernungen führt zu einer Signaldämpfung und erhöht die Wahrscheinlichkeit von Rauschen und Störungen. Dies äußert sich in Änderungen der Spannungsamplitude auf den Kabeln A und B. Der Vorteil der Verwendung von Differenzleitungen besteht jedoch darin, dass durch die Subtraktion der Differenz zwischen den beiden Signalen die Interferenz aufgehoben wird und ein normales Signal ausgegeben werden kann. Die Fähigkeit eines Differenzempfängers, identische Spannungen auf beiden Signalleitungen zu ignorieren, wird als Gleichtaktunterdrückung bezeichnet.
Der Standard legt fest, dass Logik 1 +2V bis +6V und Logik 0 -6V bis -2V beträgt.
RS-485 erfordert keine bestimmte Busspannung; es berücksichtigt nur die minimale Differenzspannung. Bei längeren Kabellängen kann die vom Empfänger empfangene Spannung auf +/- 200 mV sinken, was für RS-485 immer noch völlig akzeptabel ist – dies ist einer der Vorteile von RS-485.
Viele Transceiver erfüllen oder übertreffen sogar den TIA/EIA-485A-Standard; Im praktischen Einsatz haben jedoch die spezifizierten Parameter des Gerätes Vorrang. Beispielsweise beträgt der minimale negative Eingangsschwellenwert für einen bestimmten Transceiver -200 mV.
② Signaldefinitionen
Definitionen der RS-485-Signalleitungen
Schematische Darstellung von DB9-Steckern und -Buchsen
| DB9 | Ringanzeige | Pin-Name |
|
1 |
CD | Trägererkennung |
| 2 | RXD | Daten empfangen |
| 3 | TXD | Daten übertragen |
| 4 | DTR | Datenterminal bereit |
| 5 | GND | Systemerde |
| 6 | DSR | Datenbereit |
| 7 | RTS | Anfrage senden |
| 8 | CTS | Zum Senden bereit |
| 9 | RI | Ringanzeige |
DB9-Pinbelegung
Carrier Detect (CD) Dieses Steuersignal wird verwendet, wenn das Modem dem Computer mitteilt, dass es ein Trägersignal erkannt hat, das der Computer für die Datenübertragung verwenden kann.
Empfangsdaten (RXD) Diese Leitung dient der Datenübertragung zwischen zwei Quellen. Ein Beispiel sind Daten, die vom Modem empfangen und an den Computer übertragen werden.
Transmit Data (TXD) Dies ist die Leitung, die tatsächlich die übertragenen Daten überträgt.
Data Terminal Ready (DTR) Dieses Signal zeigt an, dass der Computer zur Datenübertragung bereit ist.
Systemerde (GND) Bezieht sich auf eine physische Verbindung zur Erde, die als Basis für die Spannungsmessung in einem Stromkreis oder als gemeinsamer Pfad für die Stromrückführung dient.
Pinbelegungsdiagramm für 25-Pin RS-485-Halbduplex- und Vollduplex-Anschlüsse
Im Vergleich zum DTR-Signal benachrichtigt das Data Set Ready (DSR)-Signal einen Computer oder ein Terminal darüber, dass das Modem betriebsbereit ist und Daten empfangen kann.
Für dieses Signal ist eine positive Spannung erforderlich, um das Ready to Send (RTS)-Signal zu aktivieren. Dies weist darauf hin, dass eine störungsfreie-Übertragung zwischen dem Datensatz und dem Datenterminal möglich ist.
Nachdem eine Verbindung zwischen dem Datenterminal und dem Modem hergestellt wurde, wird das Clear to Send (CTS)-Signal gesendet, um zu bestätigen, dass das Datenterminal bestätigt hat, dass die Kommunikation beginnen kann.
Der Ring Indicator (RI) dient dazu, das Modem, das den Datensatz verarbeitet, darauf aufmerksam zu machen, dass ein niederfrequentes Signal erkannt wurde. Dieses Signal warnt lediglich das Datenterminal und hat keinen Einfluss auf die Datenübertragung zwischen den Geräten.
Pinbelegung: Anschluss an DB9- und DB25-Anschlüsse über 2 bzw. 4 Kontakte.
Die Leitungen TxD+ und TxD- am DB25-Anschluss übertragen Daten, während die Leitungen RxD+ und RxD- empfangene Daten übertragen. Da es sich um Differenzsignale handelt, können sie über größere Entfernungen übertragen werden.
Die RS-485-Schnittstelle übertrifft das RS-232-Protokoll hinsichtlich Übertragungsentfernung und Datenrate. Es unterstützt Datenraten von 30–35 Mbit/s über Entfernungen von bis zu 10 Metern. Über Entfernungen von bis zu 1.200 Metern können Datenraten von 100 KBit/s erreicht werden. RS-485 wird hauptsächlich in Mehrpunktkonfigurationen verwendet, die die Vorteile seiner symmetrischen Differenzschnittstelle nutzen.
Wie in der Pinbelegung des RS-485-Kabels dargestellt, verfügt diese Schnittstelle über alle Signale in einer differenziellen Konfiguration.
● Die Signale CTS+ und CTS- sowie die Signale RTS+ und RTS- werden als Handshaking-Steuersignale verwendet.
● TxD+ und TxD- werden zur Datenübertragung verwendet.
● RxD+ und RxD- sind die Leitungen, die zum Empfangen von Daten verwendet werden.
Eine Multipoint-Konfiguration kann bis zu 32 Geräte an ein einziges Master-Steuergerät anschließen. Ein Beispiel dafür ist das VSAT NMS (Network Management System). Bei dieser Implementierung kann eine auf einem PC laufende Software verschiedene Subsysteme überwachen und steuern. Dazu gehören MUX, Modem, HF-Auf-/Abwärtswandler und andere Netzwerkkomponenten. Damit diese Art der Implementierung ordnungsgemäß funktioniert, sind korrekt verdrahtete RS-485-Anschlüsse sowohl auf dem PC, auf dem die NMS-Anwendung läuft, als auch auf allen angeschlossenen Subsystemen erforderlich.
Beschreibung der RS485-Schnittstelle
Die RS485 (EIA485)-Schnittstelle hat sich als äußerst robust erwiesen und hat sich aufgrund ihrer Mehrpunkttopologie zum beliebtesten Kommunikationsprotokoll im Industriebereich entwickelt. Das RS422-Protokoll ähnelt RS485 darin, dass beide Differenzsignale zur Datenübertragung verwenden.
Es gibt zwei Arten von RS-485:
● Halb-Duplex RS-485 hat 2 Pins.
● Voll-Duplex RS-485 hat 4 Pins.
Sie können den Vollduplexmodus-verwenden, wenn Sie Daten gleichzeitig senden und empfangen müssen. Im Halbduplexmodus können Sie zu einem bestimmten Zeitpunkt nur Daten senden oder empfangen.
Der Spannungsbereich auf der Leitung beträgt -7 V bis +12 V.
Für die Implementierung des RS-485-Protokolls ist kein bestimmter Steckertyp erforderlich, in den meisten Fällen werden jedoch DB9-Stecker oder Klemmenblöcke verwendet.
Bestimmte RS-485-Anschlüsse können unterschiedliche Pin-Konfigurationen haben. Die tatsächliche Konfiguration können Sie anhand der dem Gerät beiliegenden Dokumentation ermitteln.
Anschließen eines RS-485-Geräts mit 2 Pins-Halbduplex-RS-485-Pinbelegung
Anschließen eines RS-485-Geräts mit 4 Pins-Vollduplex-RS-485-Pinbelegung
Viele RS-485-Konverter sind heutzutage mit RS-422 kompatibel, daher werden Sie auf diesen Konvertern häufig Signale mit der Bezeichnung T/R+ und T/R- sehen, die den RS-485-Konvertern A+ und B- entsprechen.
③ Topologie
RS-485 unterstützt sowohl Zwei--Draht- als auch Vier--Drahtkonfigurationen. Die Vier--Drahtkonfiguration ist auf die Punkt-zu--Punkt-Kommunikation beschränkt und wird heutzutage nur noch selten verwendet; Die Zweidrahtkonfiguration wird häufiger verwendet. Diese Konfiguration verwendet eine Bustopologie, die den Anschluss von bis zu 32 Knoten an einem einzigen Bus ermöglicht.
Wie I²C arbeitet der RS-485-Bus im Master-Slave-Modus. Es unterstützt sowohl den Punkt-{4}}zu-{5}Punkt-Einzel--Slave-Modus als auch den Multi-{7}}Slave-Modus, unterstützt jedoch nicht den Multi-Master-Modus.
