mikrocontroller.net

Forum: News Praktische und robuste Datenübertragung mit RS-422 und RS-485


Autor: Roman Bürkle (roman_b737)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert

November 23, 2016 by Robert Keim https://www.allaboutcircuits.com/author/robert-keim

In diesem Artikel werden die Schnittstellen RS-422 und RS-485 vorgestellt und erklärt, warum auch ihr sie in eurem Design verwenden könntet.

Viele von uns Nutzern sind mit der Schnittstelle RS-232 vertraut. Der als robust und schwerfällig bekannte Standard mit der zunehmend veralteten seriellen PC-Schnittstelle hat sich wohl in unser aller Gedächtnis eingeprägt. Mit RS-422 und RS-485 mögt ihr wohl weniger vertraut sein, allerdings (wie der Name schon andeutet) sind beide mit RS-232 verwandt.

Es sollte nicht der Fehler gemacht werden anzunehmen, dass diese neuen Standards mit RS-232 die gleichen Charakteristiken teilen, die ihn mit den modernen elektrischen Systemen so inkompatibel macht. RS-422 und RS-485 sind vielmehr wichtige Verbesserungen am Schema von RS-232 und die ein oder andere könnte eine gute Wahl für eure nächste digitale Kommunikationsverbindung werden.

Erstens: RS-422 vs. RS-485

Diese zwei Standards sind in der Regel aufgrund ihrer vielen Gemeinsamkeiten gruppiert. Jedoch sind sie sicherlich nicht identisch und RS-422 und RS-485 Geräte sind nicht vollständig austauschbar. Deshalb beginnen wir mit der Beschreibung der markanten Unterschiede der zwei Standards, um dann im weiteren Verlauf des Artikels zur Vereinfachung nur noch von "RS-422/485" zu sprechen.

Beide Standards erlauben mehrere Geräte auf einen Bus (z.B. seid ihr nicht auf einen Sender und Empfänger beschränkt). RS-422 kann jedoch als „multi-drop“ Bus genutzt werden. Es kann z.B. ein differentielles Leitungspaar mehrere Empfänger, aber nur einen Sender besitzen (siehe auch Abbildung 1)

Die maximale Anzahl an Empfänger auf einem zwei-drahtigen RS-422 Bus beträgt 10. Anderseits könnt ihr mit RS-485 ein „multi-point“ System aufbauen, indem „point“ anstelle von „drop“ bedeutet, dass ein differentielles Leitungspaar mehrere Sender als auch mehrere Empfänger unterstützten kann (siehe auch Abbildung 2).

Die Buskapazität steigt bei RS-485 auf 32 Geräte. Ein voll ausgestatteter RS-485 Bus ist eine ernstzunehmende high-performance Schnittstelle. Außerdem sind für diese Schnittstelle mehrere Sender, die sich zwei Leitungen teilen, möglich und jeder Busteilnehmer kann sich untereinander eine Verbindung aufbauen.

Wichtig ist auch festzustellen, dass RS-485 eine Erweiterung von RS-422 ist. Mit anderen Worten RS-485 ergänzt oder verbessert Funktionen, die aber nicht mit den RS-422 Standard in Konflikt kommen können. Also kann ein RS-485 Busteilnehmer in einem RS-422 Netzwerk genutzt werden. Jedoch sind RS-422 Baugruppen nicht zwangsläufig mit einem RS-485 Netzwerk kompatibel.

Die Grundlagen

RS-422/485 ist eine vier oder zwei drahtige Leitung, full- oder half- duplex, differentiell, moderate serielle Busgeschwindigkeit Schnittstelle, die „multi-drop" (RS-422) oder „multi-point" (RS-485) Bus-Architektur unterstützt. Im Weiteren einige Erläuterungen zu den Charakteristiken.

1. Man kann zur selben Zeit auf der gleichen differentiellen Leitung nicht senden und empfangen. Full-duplex Verbindungen sind mit zwei differentiellen Leitungspaaren möglich.

2. Ein allgemeiner RS-422/485 Transceiver ist nicht an ein spezifisches serielles Datenformat gebunden. Die nächstliegende Wahl ist UART (universal asynchronous receiver/transmitter), weil wir in der Regel mit einem differentiellen Leitungspaar zwischen Sender und Empfänger arbeiten. Wir haben keine extra Leitung für Slave-Select (SPI) oder den Takt (I²C).

3. Informationen werden über ein symmetrisches differentielles Signal gesendet. Auf diese Weise liefert RS-422/485 all die Vorteile, die mit differentiellen Signalen in Verbindung gebracht werden können (Rauschunterdrückung, Verminderung elektromagnetischer Interferenzen, geringer Leistungsverbrauch, höhere Busgeschwindigkeiten…). Nähere Infos auf https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/the-why-and-how-of-differential-signaling/

4. Vielleicht ist „moderate Geschwindigkeit“ zu ungenau formuliert in den Zeiten von 5 Gb/s (gigabit/second) USB Verbindungen. Man kann keine einfache maximale Datenrate für RS-422/485 spezifizieren, weil die Systemvariablen das Frequenzlimit beeinflussen, in der die Kommunikation unrentabel wird.



5. Die dominante Variable ist die Kabellänge. Diese Application Note http://www.ti.com/lit/an/slla070d/slla070d.pdf#page=3 von Texas Instruments sagt aus, dass die Datenrate multipliziert mit der Kabellänge nicht größer als 10^8 sein sollte. Daraus können wir ableiten, dass ein Bus mit kurzer Kabellänge mit 100 Mb/s arbeiten kann. Ein weitere Application Note https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/3884 von Maxim sagt aus, dass ein mehr annehmbareres Oberlimit um die 50 Mb/s möglich ist. Intersil und Linear Technology verkaufen RS-422/485 Transceivers, die mit 100 Mb/s angekündigt wurden. Also ist es anzunehmen, dass diese Datenrate mit den richtigen ICs und günstigen Busbedingungen machbar ist.

Empfehlung

RS-422/485 Charakteristiken wie hohe Kabellängen und Robustheit gegenüber Rauschen machen diese zu einer exzellenten Wahl für industrielle Anwendungen. Dieser Artikel zeigt aber auch, dass RS-422/485 eine gute Wahl für viele elektronisch und elektromechanische Systeme ist, selbst dann, wenn man nicht die gesamte Funktionsvielfalt, die sie bereitstellt, auch nutzen kann. Es sind die einfache Entwicklung, die exzellenter Unterstützung von ICs, Application Notes und Rausch Performance von RS-422/485, die überzeugt haben.

Mach es nicht kompliziert

Trotz vieler Jahre Erfahrung mit unterschiedlichen seriellen Kommunikationsprotokollen ist UART mein Favorit. Es ist einfach und zuverlässig und braucht minimale Verbindungen und es würde mich nicht überraschen, wenn es nicht von jedem Mikrocontroller auf dem Markt unterstützt wird. RS-422/485 ist eine gute Wahl für die physische Schicht der UART Kommunikation.

Expertenmeinung

Es ist einfach ein RS-422/485 Bus in eurem Design einzurichten. Alles was man braucht ist ein Transceiver IC und davon gibt es eine große Auswahl. Diese ICs übersetzen gewöhnlich logische Signale in differentiellen RS-422/485 Signale und sie kümmern sich um die Einhaltung des RS-422/485 Standards. Und wenn man nicht genau weiß wie man sein Kommunikationsbus entwerfen soll, gibt es jede Menge Anleitungen in Application Notes und Datasheets.

Rauschen

Rauschen ist nicht begrenzt auf industrielle Anlagen und Luftfahrtelektronik Equipment. Rauschquellen sind überall und es ist immer eine gute Idee, Rauschunterdrückung in eurem Design mit einzubeziehen, insbesondere dann wenn sich ein brushed DC- Motor in der Nähe eurer Platine befindet. RS-422/485, in Verbindung mit einem geschirmten Twisted-Pair Kabel, ist ein effektiver und relativ einfacher Weg um Rauschfestigkeit in einem Design herzustellen.

Zusammenfassung

Ich hoffe, ich konnte euch eine klare Vorstellung von RS 422/485 geben und euch überzeugen, warum RS-422/485 eine gute Kommunikationsschnittstelle in eurem nächsten Design werden könnte. Im nächsten Artikel werde ich über die elektrischen Eigenschaften und Details der Implementierung berichten.

Naehere Infos, Tipps und Vorschlaege fuer RS485-Transceiver gibt es im Artikel RS-485 in der Mikrocontroller.net Artikelsammlung


: Verschoben durch Admin
Beitrag #5044119 wurde von einem Moderator gelöscht.
Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail, Yahoo oder Facebook? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen | Mit Facebook-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.