Фізичні інтерфейси RS485 та RS422. Фізичні інтерфейси RS485 і RS422 Конкретно для різних протоколів

У сучасній техніці все більшого значення набуває обміну інформацією між різними пристроями. А для цього потрібно передавати дані як на невеликі відстані, так і на значні близько кілометрів. Один із таких видів передачі даних – зв'язок між пристроями за інтерфейсом RS-485.

Де необхідно передавати дані RS 485.

Один із найпоширеніших прикладів застосування пристроїв для обміну даними – . Електролічильники, що об'єднуються в єдину мережу, розосереджені по шафах, осередках розподільних пристроїв і навіть підстанціях, що знаходяться на значній відстані один від одного. У цьому випадку інтерфейс служить для надсилання даних від одного або кількох пристроїв обліку.

Система «один лічильник – один модем» активно впроваджується передачі даних у служби енергозбутових компаній від вузлів обліку приватних будинків, невеликих підприємств.

Інший приклад: отримання даних від мікропроцесорних терміналів релейного захисту у режимі реального часу, а також централізований доступ до них з метою внесення змін. Для чого термінали обв'язуються через інтерфейс зв'язку аналогічно, а дані від нього надходять у комп'ютер, встановлений у диспетчера. У разі спрацьовування захисту оперативний персонал має можливість відразу ж отримати інформацію про місце дії та характер пошкодження силових ланцюгів.

Але найскладнішим завданням, яке вирішується інтерфейсами зв'язку, є системи централізованого управління складними виробничими процесами – АСУ ТП. Оператор промислової установки на столі має комп'ютер, на дисплеї якого він бачить поточний стан процесу: температури, продуктивність, включені та відключені агрегати, їх режим роботи. І може всім цим керувати легким клацанням миші.

Комп'ютер обмінюється даними з контролерами – пристроями, що перетворюють команди від датчиків на мову, зрозумілий машині, і зворотне перетворення: від мови машини в команди управління. Зв'язок з контролером, а також між різними контролерами, здійснюється через інтерфейси зв'язку.

Інтерфейс RS-232 – молодший брат RS 485.

Не можна хоча б коротко не згадати про інтерфейс RS-232, який ще називають послідовним. Роз'єм під відповідний порт мають деякі ноутбуки, а деякі цифрові пристрої (ті ж термінали релейного захисту) мають виходи для зв'язку за допомогою RS-232.

Для того, щоб обмінюватися інформацією, потрібно вміти її передавати та приймати. Для цього є передавач і приймач сигналів. Вони є у кожному пристрої. Причому вихід передавача одного пристрою (TX) з'єднується з входом приймача іншого пристрою (RX). І, відповідно, по іншому провіднику аналогічним чином сигнал рухається у зворотний бік.

При цьому забезпечується напівдуплексний режим зв'язку, тобто приймач і передавач можуть працювати одночасно. Дані по кабелю RS-232 можуть одночасно переміщатися і в одну, і в іншу сторону.

Недолік цього інтерфейсу - низька схибленість. Це відбувається через те, що сигнал у сполучний кабель і на прийом, і на передачу формується щодо загального дроту – землі. Будь-яке наведення, що існує навіть у екранованому кабелі, може призвести до збою зв'язку, втрати окремих бітів інформації. А це неприпустимо при керуванні складними та недешевими механізмами, де будь-яка помилка – аварія, а втрата зв'язку – тривалий простий.

Тому в основному застосовується для невеликих тимчасових підключень ноутбука до цифрового пристрою, наприклад для встановлення початкової конфігурації або виправлення помилок.

Організація інтерфейсу RS-485.

Головна відмінність RS-458 від RS-232 – всі приймачі та передавачі працюють на одну пару проводів, що є лінією зв'язку. Провід землі при цьому не використовується, а сигнал лінії формується диференціальним методом. Він передається одночасно двома проводами («А» і «В») в інверсному вигляді.

Якщо виході передавача – логічний «0», то провідник «А» видається нульовий потенціал. На провіднику "В" формується сигнал "не 0", тобто - "1". Якщо передавач транслює «1», виходить навпаки.

У результаті отримуємо зміну напруги сигналу між двома проводами, що є крученою парою. Будь-яке наведення, потрапляючи в кабель, змінює напругу щодо землі однаково на обох проводах пари. Але напруга корисного сигналу формується між проводами, а тому нітрохи не страждає від потенціалів на них.

Порядок обміну даними між пристроями RS-485.

Всі пристрої, що об'єднуються інтерфейсом RS-485, мають всього два клеми: "А" і "В". Для підключення до спільної мережі ці клеми з'єднуються у паралельний ланцюг. Для цього від одного пристрою до іншого прокладається ланцюг кабелів.

При цьому виникає необхідність упорядкувати обмін даними між пристроями, встановивши черговість передачі та прийому, а також – формат даних, що пересилаються. І тому служить спеціальна інструкція, звана протоколом.

Протоколів обміну даними за інтерфейсом RS-485 існує багато, що найчастіше використовується – Modbas. Коротко розглянемо, як працює найпростіший протокол, і які проблеми доводиться вирішувати з його допомогою.

Наприклад розберемо мережу, у якій один пристрій збирає дані з кількох джерел даних. Це може бути модем та група електролічильників. Для того, щоб знати, від якого лічильника підуть дані, кожному приймачеві надається номер, унікальний для цієї мережі. Номер присвоюється і приймачу модему.

Коли настав час збирати дані про витрату електроенергії, модем формує запит. Спочатку передається стартовий імпульс, яким всі пристрої розуміють, що зараз прийде кодове слово – посилка з послідовності нулів і одиниць. У ній перші біти відповідатимуть номеру абонента в мережі, решта – дані, наприклад команда передати необхідну інформацію.

Усі пристрої приймають посилку і порівнюють номер абонента зі своїм власним. Якщо вони збігаються, виконується команда, передана у складі запиту. Якщо ні – пристрій ігнорує його текст і нічого не робить.

При цьому в багатьох протоколах надсилається тому підтвердження, що команда прийнята до виконання або виконана. Якщо відповіді немає, передавальний пристрій може повторити запит певну кількість разів. Якщо реакції так і не буде, генеруються відомості про помилку, пов'язані з несправністю каналу зв'язку з абонентом, що мовчить.

Відповіді може не наслідувати не тільки при поломці. За наявності сильних перешкод у каналі зв'язку, які проникають туди, команди можуть не доходити до пункту призначення. Ще вони зазнають спотворень і неправильно при цьому розпізнаються.

Неправильного виконання команди допустити не можна, тому дані посилки вводять свідомо надмірну інформацію – контрольну суму. Вона підраховується за певним законом, прописаним у протоколі, на стороні, що передає. На приймальні підраховується контрольна сума за таким самим принципом і порівнюється з переданою. Якщо вони збігаються, прийом вважається успішним і команда виконується. Якщо ні – пристрій пересилає повідомлення про помилку, що передає сторону.

Вимоги до кабельних з'єднань.

Для з'єднання пристроїв інтерфейсом RS-485 використовуються кабелі "кручена пара". Хоча для передачі даний достатньо однієї пари проводів, зазвичай застосовуються кабелі щонайменше з двома, щоб був закладений резерв.

Для кращого захисту від перешкод кабелі екрануються, при цьому екрани по всій лінії з'єднують один з одним. Для цього на пристроях, що об'єднуються, крім висновків «А» і «В» є клема «СОМ». Заземляється лінія тільки в одній точці, зазвичай, у місці розташування контролера, модему або комп'ютера. У двох точках це робити заборонено, щоб уникнути наведень, які неминуче підуть екраном через різниці потенціалів у точках заземлення.

Кабелі з'єднують лише послідовно один з одним, робити відгалуження не можна. Для узгодження лінії її кінці підключається резистор з опором 120 Ом (це хвильовий опір кабелю).

Загалом монтаж кабельних ліній інтерфейсу – просте заняття. Набагато складніше налаштувати апаратуру, для чого знадобляться люди зі спеціальними знаннями.

Для кращого розуміння роботи інтерфейсу RS-485 пропонуємо Вам переглянути наступне відео:

У послідовному інтерфейсі передачі даних у одному напрямі використовується одна сигнальна лінія, через яку інформаційні біти передаються одна одною – послідовно.

Починаючи з перших моделей ПЕОМ, був послідовний інтерфейс (англ. «Serial Interface») – COM-порт (англ. «Communications port»). Цей порт забезпечує асинхронний обмін за стандартом RS-232. COM-порти реалізуються на мікросхемах універсальних асинхронних приймачів (англ. «UART»). Вони займають по 8 суміжних 8-розрядних регістрів і можуть розташовуватися за стандартними базовими адресами 3F8h (COM1), 2F8h (COM2), 3E8h (COM3), 2E8h (COM4). Порти можуть виробляти апаратні переривання IRQ4(зазвичай використовуються для COM1 та COM3) та IRQ3(для COM2 та COM4). З зовнішнього боку порти мають лінії послідовних даних передачі та прийому, а також набір сигналів керування та стану, що відповідає стандарту RS-232C. COM-порти мають зовнішні роз'єми-вилки DB-25P або DB-9P, виведені на задню панель комп'ютера. Характерною особливістю інтерфейсу є застосування ТТЛ-сигналів - всі зовнішні сигнали порту двополярні. Гальванічна розв'язка відсутня – схемна «земля» пристрою, що підключається, з'єднується зі схемною «землею» комп'ютера. Швидкість передачі може досягати 115200 біт/с.

Стандарт RS-232C описує несиметричні передавачі та приймачі: сигнал передається щодо загального дроту – схемної «землі». Логічній одиниці на вході даних (сигнал RxD) відповідає діапазон напруги від -12 до -3; логічному нулю – від +3 до +12 В. Для входів сигналів керування станом ON (включено) відповідає діапазон від +3 до +12 В, станом OFF (вимкнено) – від -12 до -3 В. Діапазон від -3 до + 3 В – зона нечутливості, що обумовлює гістерезис приймача: стан лінії вважається зміненим лише після перетину порога. Рівні сигналів на виходах передавачів повинні бути в діапазонах від -12 до -5 і від +5 до +12 В.

Інтерфейс передбачає наявність захисного заземлення пристроїв, що з'єднуються, якщо обидва вони живляться від мережі змінного струму і мають мережеві фільтри.

Фізично послідовний інтерфейс має різні реалізації, що відрізняються способом передачі електричних сигналів. Існує низка міжнародних стандартів, споріднених RS-232C. На рис. 25 наведено схеми з'єднання їх приймачів та передавачів, а також показано обмеження на довжину лінії ( L) та максимальну швидкість передачі даних ( v). Несиметричні лінії інтерфейсів RS-232C мають найнижчу захищеність від синфазної перешкоди. Найкращі параметри мають двоточковий інтерфейс RS-422A та його магістральний (шинний) аналог RS-485, що працюють на симетричних лініях зв'язку. Вони передачі кожного сигналу використовуються диференціальні сигнали з окремою (витою) парою проводів кожної сигнальної ланцюга. Оскільки логічно ці інтерфейси споріднені, допустимо застосування нескладних перетворювачів сигналів, що забезпечують перехід від одного інтерфейсу до іншого (рис.1).

В інтерфейсах RS-422 та RS-485 усунуті недоліки інтерфейсу RS-232, який широко використовується у персональних комп'ютерах. В основі побудови інтерфейсів RS-422/RS-485 є принцип диференціальної передачі даних. Суть його полягає у передачі одного сигналу по двох дротах, скручених між собою і утворюють кручені пари. Зазвичай один провід умовно називають як 'A', а інший – 'B'. Корисним сигналом є різницю потенціалів між проводами A і B: U A – U B = U AB . Для організації інтерфейсів необхідні лінійні передавачі з диференціальними виходами та лінійні приймачі з диференціальними входами.

На рис. 1 наведено умовне зображення лінійного передавача інтерфейсів RS-422/RS-485 та часова діаграма його вихідного сигналу. Передавач видає напругу від 2 до 6 між виводами A і B. Передавач також має висновок C загальної точки (проводу) схеми. На відміну від інтерфейсу RS-232C, загальний провід тут не використовується для визначення стану лінії даних, а застосовується тільки для приєднання сигнального заземлення. Якщо на виході передавача 2< U AB < 6 В, то это соответствует логическому 0, а диапазон -6 < U AB < -2 В соответствует логической 1.

Мал. 1. Передавач інтерфейсів RS-422/RS-485:

а) - умовне позначення; б) – тимчасова діаграма вихідного сигналу U AB

Лінійний передавач інтерфейсу RS-485 повинен обов'язково мати вхід сигналу «Роздільна здатність», що управляє. Призначення цього сигналу – з'єднувати виходи передавача з лінійними висновками A і B. Якщо сигнал «Дозвіл» перебуває у стані «Вимкнено» (зазвичай логічний 0), передавач буде від'єднаний від лінії. Стан відключення лінійного передавача зазвичай називають його третім або Z станом.

Диференціальний приймач аналізує сигнали з лінії зв'язку, що надходять на його входи A і B. Якщо на вході приймача U A – U B = U AB > 0,2, це відповідає логічному 0, якщо U A – U B< -0,2 В, то это логическая 1. Диапазон | U A – U B | < 0,2 В является зоной нечувствительности (гистерезисом), защищающей от воздействия помех. Линейный приемник также должен иметь вывод C общего провода схемы, чтобы выполнить сигнальное заземление.

Застосування диференціального методу передачі сигналів забезпечує хорошу стійкість до перешкод інтерфейсів. Для апаратної реалізації інтерфейсу використовуються мікросхеми приймачів (трансіверів) з диференціальними входами/виходами, що підключаються до лінії, та цифровими входами/виходами, що підключаються до модуля UART мікроконтролера.

Порівняння інтерфейсів RS-422 та RS-485.Стандарт визначає RS-422 як двоточковий інтерфейс з одним передавачем та до десяти приймачів. На рис. 2 наведено схему підключення пристроїв до ліній інтерфейсу для симплексного (одностороннього) обміну. Для дуплексного обміну потрібна друга пара проводів із таким самим підключенням пристроїв.

Мал. 2. Підключення пристроїв до лінії зв'язку інтерфейсу RS-422

Стандарт визначає RS-485 як багатоточковий інтерфейс, що дозволяє приєднання до однієї лінії до 32 передавачів, приймачів або їх комбінацій. На рис. 3 наведена схема підключення пристроїв до ліній інтерфейсу напівдуплексного обміну. Диференціальні входи приймачів інтерфейсів RS-422/485 захищають від дії перешкод, але при цьому має здійснюватися з'єднання загальних точок пристроїв C між собою і з шиною заземлення. При великій протяжності лінії зв'язку для з'єднання спільних точок використовується додатковий провід третій інтерфейсу. Якщо використовується екранована кручена пара, то екран можна використовувати як третій дроти.

Мал. 3. Підключення пристроїв до лінії зв'язку інтерфейсу RS-485

Узгодження опорів у лінії зв'язку.При великих відстанях між пристроями, пов'язаними по кручений парі, і високих швидкостях передачі починають проявлятися так звані ефекти довгих ліній. При цьому спотворюються сигнали, що передаються за рахунок відображення сигналів на кінцях лінії зв'язку.

Відомо, що будь-яка лінія електричного зв'язку характеризується хвильовим опором, який визначається лише її параметрами: площею та формою перерізу проводів, їх взаємного розташування, товщини та типу діелектрика між ними. Якщо підключити до кінця лінії резистор, що має опір, що дорівнює хвильовому, сигнал від нього не відображатиметься. Така лінія називається узгодженою. Спотворення в ній мінімальні. Узгоджувальний резистор RC встановлюється на тому кінці лінії, у бік якого передається сигнал. В інтерфейсі RS-422 він розташований на протилежному від передавача кінці лінії (див. рис. 2). В інтерфейсі RS-485, якщо передача йде у двох напрямках, узгоджувальні резистори R C встановлюються на обох кінцях лінії зв'язку (див. рис. 3). Винні пари, що застосовуються в даний час, мають хвильовий опір порядку 120 Ом, тому опір узгоджувальних резисторів також береться величиною 120 Ом. Термін «узгоджувальний» резистор не є загальноприйнятим. Часто замість нього використовують терміни: кінцевий або термінальний резистор.

Максимальна швидкість передачі даних за інтерфейсами RS-422/RS-485 визначається безліччю факторів: довжиною та параметрами лінії зв'язку, параметрами приймачів та передавачів. Максимальна швидкість передачі на коротких відстанях (до 12 м) обмежується швидкодією передавачів та за стандартом дорівнює 10 Мбіт/с. На середніх відстанях (десятки та сотні метрів) швидкість передачі зменшується через зростання втрат у ємностях ізоляції кабелю та активних опорів проводів. Приміром, при довжині лінії 120 м максимальна швидкість передачі вбирається у 1 Мбіт/с. Максимальна довжина кабелю зв'язку за стандартом обмежена величиною 1200 м, швидкість передачі не перевищує 100 Кбіт/с.

Перевагою інтерфейсів RS-422 та RS-485 є: дешевизна сполучних кабелів; дешевизна реалізації трансіверів; великий парк обладнання, що реалізує ці стандарти; можливість організації електричної розв'язки.

Недоліком інтерфейсів є те, що вони відсутні у стандартній комплектації комп'ютерів та мікроконтролерів. Інтерфейси мають досить значне енергоспоживання та відносно невисоку швидкість передачі даних.

Компанія Maxim є світовим лідером у виробництві інтерфейсних мікросхем різноманітної функціональної організації.

Всі мікросхеми мають особливості, що дозволяють зменшити вартість, збільшити щільність компонування елементів на платі за рахунок зменшення кількості додаткових елементів, а також забезпечити різноманітний захист пристроїв лінії зв'язку.

У лінійці інтерфейсних мікросхем MAXIM можна знайти:

Приймачі найбільш поширених промислових інтерфейсів: RS-232, RS-485/RS-422, IrDA, CAN, LIN, LVDS, USB, HART;
Двопротокольні пристрої, що дозволяють за допомогою однієї мікросхеми з'єднати пристрої з різними інтерфейсами, наприклад RS-232 та RS-485;
Багатопротокольні пристрої, що підтримують такі інтерфейси: RS-232, RS-449, RS-485, RS-530, RS-530A, V.10, V.11, V.28, V.35, V.36 і X.21;
Мікросхеми захисту ліній зв'язку від електростатичного перенапруги, що дозволяють забезпечити захист мікросхем та пристроїв струму;
Мікросхеми контролю інтерфейсних шин, що дозволяють відреагувати на короткі замикання в схемі і в разі необхідності підключити резервне живлення до пристрою, що розробляється;
Мікросхеми, що спрощують роботу зі smart-картами, а також контролери інтерфейсів, що прискорюють створення USB- та SCSI-пристроїв;
Розширювачі портів введення/виводу;
Двосторонні високошвидкісні перетворювачі рівня логічного сигналу для пару мікросхем з різним живленням в межах однієї плати.

В основному для зв'язку промислових пристроїв використовуються інтерфейси RS-485 та RS-232. Лінійка приймачів цих інтерфейсів від компанії Maxim містить більше 300 різних пристроїв.

Протокол RS-485

Протокол RS-485 спільно розроблений двома асоціаціями: Асоціацією електронної промисловості (EIA - Electronics Industries Association) та Асоціацією промисловості засобів зв'язку (TIA - Telecommunications Industry Association). Раніше EIA маркувала всі свої стандарти префіксом RS ( Recommended Standard- Рекомендований стандарт). Багато інженерів продовжують використовувати це позначення, проте EIA/TIA офіційно замінив RS на EIA/TIA з метою полегшити ідентифікацію походження своїх стандартів.

Цей стандарт став основою для створення цілого сімейства промислових мереж, які широко використовуються в промисловій автоматизації. Головна відмінність RS-485 від RS-232 – можливість об'єднання кількох пристроїв.

Перерахуємо основні властивості фізичного рівня інтерфейсу RS-485:

1. Двонаправлена напівдуплексна передача даних. Потік послідовних даних передається одночасно тільки в одну сторону, передача в іншу сторону вимагає перемикання приймача. Приймачів прийнято називати «драйверами» (driver).

2. Симетричний канал зв'язку. Для прийому/передачі даних використовуються два рівнозначні сигнальні дроти, які позначаються латинськими літерами «А» і «В». Цими проводами йде послідовний обмін даними в обох напрямках (по черзі). При використанні кручений пари симетричний канал істотно підвищує стійкість сигналу до синфазної перешкоди і добре пригнічує електромагнітні випромінювання, що створюються корисним сигналом.

3. Диференціальний метод передачі. На виході приймача змінюється різниця потенціалів, при передачі «1» різниця потенціалів між A і B позитивна, при передачі «0» - негативна. Тобто струм між контактами А та В під час передачі «0» і «1» тече (балансує) у протилежних напрямках.

4. Багатоточковість. Допускає множинне підключення приймачів та приймачів до однієї лінії зв'язку. Але в кожний момент часу передавати дані повинен лише один передавач, а приймати дані може велика кількість пристроїв.

5. Низькоімпендансний вихід передавача. Буферний підсилювач передавача має низькоомний вихід, що дозволяє передавати сигнал до багатьох приймачів. Стандартна здатність навантаження передавача дорівнює 32 приймача на один передавач. Крім цього струмовий сигнал використовується для роботи «крученої пари» (що більше робочий струм «крученої пари», тим сильніше вона пригнічує синфазні перешкоди на лінії зв'язку).

6. Зона нечутливості. Якщо диференціальний рівень сигналу між контактами АВ не перевищує ±200 мВ, вважається, що сигнал лінії відсутній. Це збільшує стійкість до перешкод даних.

Диференціальна передача сигналу в системах на основі RS-485 забезпечує надійну передачу даних у присутності шумів, а диференціальні входи їх приймачів можуть пригнічувати значну синфазну напругу. Однак для захисту від великих рівнів напруги, які зазвичай асоціюються з електростатичним розрядом (ESD), необхідно вживати додаткових заходів.

Заряджена ємність людського тіла дозволяє людині знищувати інтегральну схему простим торканням. Такий контакт може статися при прокладці і підключенні інтерфейсного кабелю.

Деякі мікросхеми над ринком немає вбудованого захисту від електростатичного розряду, що змушує встановлювати додаткові захисні устрою на плату. Інтерфейсні мікросхеми Maxim включають «ESD-структури», які захищають виходи передавачів та входи приймачів у приймачів RS-485 від рівнів ESD до ±15 кВ, а в деяких моделях до рівня ±30 кВ.

Щоб гарантувати заявлений захист від ESD, фахівці компанії Maxim здійснюють багаторазові тестування позитивних та негативних висновків живлення з кроком 200 для перевірки послідовності заявлених рівнів. Пристрої цього класу (що відповідають специфікаціям моделі людського тіла) маркуються у позначенні виробу додатковим суфіксом "E".

Також для вихідних драйверів інтерфейсних мікросхем небезпечний режим короткого замикання, проте фахівці компанії Maxim розробили унікальну систему захисту, яка відключає вихідні драйвери мікросхеми не тільки при виявленні короткого замикання, але і при перегріві мікросхеми, що забезпечує тривалий період роботи.

Оскільки у мікросхем компанії MAXIM усі системи захисту та перетворювачі рівнів знаходяться на одному кристалі, то схема підключення сильно спрощується (рис. 1). Мінімальна кількість навісних елементів дозволяє максимально ущільнити розміщення інтегральних компонентів на платі, а мінімальні розміри мікросхем зв'язку (до 2×2 мм) спрощують проектування переносних пристроїв або пристроїв, що працюють в обмеженому просторі.

Мал. 1.

Мережі, побудовані на основі інтерфейсу RS-485, можуть бути як дуплексні, так і напівдуплексні. Напівдуплексний режим - це режим, при якому передача ведеться в обох напрямках, але з поділом за часом. У кожний момент часу передача ведеться лише одному напрямку. Дуплексний режим — це режим, коли передача даних може здійснюватися одночасно з прийомом даних. Іноді його називають «повнодуплексним» режимом для того, щоб ясніше показати різницю з напівдуплексним.

Як відомо, стандарт RS-485 обумовлює лише електричні характеристики інтерфейсу зв'язку та фізичний рівень (середовище), але не програмну платформу. Однак існує безліч стандартизованих промислових протоколів, що працюють «поверх» стандарту RS-485. Серед цих протоколів найпоширенішим є PROFIBUS. Він поєднує технологічні та функціональні особливості послідовного зв'язку, що дозволяє з'єднати розрізнені пристрої автоматизації в єдину систему на рівні датчиків та приводів. PROFIBUS використовує обмін даними між провідним та веденими пристроями (протоколи DP та PA) або між кількома провідними пристроями (протоколи FDL та FMS).

PROFIBUS DP ( Decentralized Peripheral -Розподілена периферія) — протокол, орієнтований забезпечення швидкісного обміну даними між системами автоматизації (провідними DP-пристроями) і пристроями розподіленого вводу/вывода (відомими DP-устройствами).

Він характеризується мінімальним часом реакції, високою стійкістю до впливу зовнішніх електромагнітних полів та оптимізований для високошвидкісних та недорогих систем. Ця версія мережі була спроектована спеціально для зв'язку між автоматизованими системами керування та розподіленою периферією. Електрично протокол близький до RS-485, тому мікросхеми, що дозволяють працювати за протоколом PROFIBUS, за бажання користувача можна переналаштувати на роботу за інтерфейсом RS-485.

MAX14840E та MAX14841E

MAX14840E і MAX14841Eзахищені від електростатичного розряду трансівери, призначені для напівдуплексних мереж RS-485 зі швидкістю передачі до 40 Мбіт/с. Ці приймачі оптимізовані для високошвидкісного зв'язку пристроїв на великій відстані. Спеціальні системи захисту від несиметричності сигналу, а також збільшений гістерезис вхідного сигналу дозволяють значно збільшити стійкість до перешкод.

Звичайний струм споживання мікросхем у режимі очікування або режимі роботи (з відключеними вихідними драйверами) становить всього 1,5 мА. Пристрої, побудовані на цій мікросхемі, можуть включатися в вже працюючу мережу «на льоту», не викликаючи перехідні процеси, що погіршують форму сигналу, що передається в даний момент.

Мікросхеми MAX14840E та MAX14841E від компанії Maxim доступні у восьмививідному корпусі формату SO та малих восьмиконтактних (3х3 мм) корпусах формату TDFN-EP, але, незалежно від форм-фактора, мікросхеми працюють у температурному діапазоні -40…125°C, що дозволяє використовувати в автомобільних мережах.

Дана мікросхема розроблялася до роботи у високошвидкісної багатоточкової мережі RS-485 (рис. 2).

Мал. 2.

Мінімальна кількість висновків мікросхеми, а також високий рівень внутрішньої інтеграції дозволяє використовувати її практично без зовнішніх елементів, що підвищує щільність компонування плати та спрощує використання мікросхеми в малогабаритних переносних пристроях.

Мікросхеми серії MAX14840E та MAX14841E містять блок захисту вихідних драйверів, який обмежує вихідний струм у разі короткого замикання лінії, що дозволяє зберегти вихідні драйвери у робочому стані, а також уникнути великих втрат енергії. У даній мікросхемі є блок захисту від перегріву, який відключає вихідні драйвери мікросхеми при перевищенні температури 160°C.

Основні застосування:

Системи керування двигунами;
Управління мікрокліматом;
Промислові системи керування;
Різні мережі RS-485.

MAX14770E

У лінійці мікросхем від компанії Maxim є модель MAX14770E -приймач інтерфейсів PROFIBUS-DP/RS-485. Нове покоління технологічного процесу BiCMOS дозволяє досягти високої пропускної спроможності (20 Мбіт/с) і при цьому інтегрувати в структуру надійну схему захисту від електростатичного розряду (±35 кВ, HBM). Компактний корпус TDFN дозволяє використовувати цю мікросхему у переносних пристроях. Мікросхема працює у розширеному температурному діапазоні -40…125°C, що гарантує надійність у складних умовах.

MAX14770E повенно сумісна з MAX3469,що дозволяє використовувати її для модернізації систем керування двигунами, мереж PROFIBUS-DP/RS-485 та промислових шин.

MAX14770E має широкий діапазон напруги живлення, сумісний з промисловим стандартом (5 ±10%). Мікросхеми випускаються в компактному восьмививідному корпусі TDFN (3×3 мм), а також восьмививідному корпусі SO, для якого робочий температурний діапазон -40…85°C.

Основні характеристики:

Відповідає вимогам Profibus-DP напруга живлення 4,5...5,5В;
Швидкість передачі сягає 20Мбіт/с;
Має захист від короткого замикання;
Має стійкий до відмови приймач;
Вимикається при перегріві;
Має можливість гарячої заміни;
Має розширений захист від електростатичного розряду: ±35кВ (модель людського тіла); ±20кВ (модель розряду через повітряний зазор); ±10кВ (модель розряду при торканні);
Має розширений температурний діапазон -40 ... 125 ° C для восьмививідного корпусу TDFN (3×3мм).

Завдяки цим особливостям мікросхеми мають дуже широкі сфери застосування. Крім пристроїв у промислових мережах та системах кодування промислового обладнання, ці мікросхеми активно використовуються в системах управління двигунами, а також у мережах PROFIBUS-DP.

MAX13181E, MAX13182E, MAX13183E, MAX13184E

Мікросхеми серії MAX13181E, MAX13182E, MAX13183E, MAX13184Eвід компанії Maxim - прийомопередавачі інтерфейсу RS-485, що працюють у повнодуплексному режимі та в режимі на вибір: напів- та повнодуплексному (рис. 3).

Мал. 3.

Особливістю цих мікросхем є те, що вони випускаються в компактних корпусах mDFN з габаритами 2х2 мм і призначені для застосування у розробках критичних до габаритів. Незважаючи на розміри, вони мають покращений захист від електростатичного розряду ±15 кВ, а також підтягувальні та заземлюючі навантажувальні резистори на входах DE, RE та F для зменшення кількості зовнішніх компонентів.

Особливістю мікросхем MAX13182E, MAX13184E також є дуже низький струм у вимкненому режимі, що необхідне у додатках, критичних до енергоспоживання. Входи приймача мікросхеми створюють імпеданс величиною 1/8 одиничного навантаження, що дає можливість підключати до шини до 256 приймачів.

Мікросхеми MAX13181E, MAX13182E включають драйвери з обмеженням швидкості наростання напруги вихідного сигналу, що зменшує електромагнітні перешкоди та відображення сигналів, що виникають при неправильному розведенні кабелів. Однак застосування драйверів з обмеженням швидкості наростання напруги вихідного сигналу дозволяє здійснювати передачу даних зі швидкістю до 250 кбіт/с, хоча значно зменшує кількість помилок.

MAX13183E, MAX13184E, на відміну від попередніх ІС, мають драйвери, що працюють на повній швидкості, що дозволяє досягти швидкості передачі даних до 16 Мбіт/с. Особливістю цих мікросхем є можливість вибору напів-або повнодуплексного режиму роботи, а MAX13182E та MAX13184E працюють лише у повнодуплексному режимі. Усі виходи передавачів та входи приймача мають покращений захист від електростатичного розряду.

Всі мікросхеми MAX13181E…MAX13184E випускаються в 10-вивідному корпусі mDFN з габаритами 2х2 мм і в 14-вивідному корпусі SO. Усі вони працюють у розширеному температурному діапазоні -40...85°C.

Серед особливостей описуваних мікросхем можна назвати такі:

10-вивідний корпус mDFN з габаритами 2х2мм та 14-вивідний корпус SO;
Напруга живлення 5В;
Розширений захист від електростатичного розряду;
±15кВ (Специфікація HBM-модель людського тіла);
±12 кВ (Специфікація IEC 61000-4-2 модель розряду через повітряний зазор);
±6 кВ (Специфікація IEC 61000-4-2 модель розряду при дотику);
Режим роботи з обмеженням швидкості наростання напруги вихідного сигналу передачі даних без помилок (MAX13181E, MAX13182E);
Низький струм споживання 2,5мкА у режимі відключення;
Імпеданс величиною в 1/8 одиничного навантаження, що дає можливість підключати до шини до 256 приймачів.

Завдяки малим розмірам і низькому споживанню струму, дані мікросхеми відмінно підходять для застосування в переносних пристроях з автономним живленням, які можуть використовуватися як при управлінні виробничими процесами, так і в вимірювальній апаратурі, системах безпеки та телекомунікаційному обладнанні.

MAX13448E

MAX13448Е -дуплексні приймачі інтерфейсу RS-485 із захистом входів і виходів від перепадів напруги ±80 В (щодо землі). MAX13448E працює від джерела живлення номіналом 3…5,5 В. Особливістю ІС є схема захисту, яка гарантує наявність логічного стану високого рівня на виході приймача у разі вимкнення або замикання входів. Це дозволяє всі виходи приймача, підключені до шини, перевести в стан високого рівня при відключенні всіх приймачів.

Можливість роботи ІС за наявності перепадів напруги ±80 В на висновках інтерфейсу RS-485 дозволяє усунути необхідність застосування зовнішньої схеми захисту, яка зазвичай містить запобіжники, що самовідновлюються, і стабілітрони.

Вбудована схема захисту успішно використовується в таких архітектурах як USB та CAN, у яких живлення та передача даних здійснює по одному кабелю. MAX13448E добре підходить для застосування в промислових системах вентиляції та кондиціонування повітря, а також системах керування електродвигунами.

Основною особливістю мікросхеми MAX13448E є модуль обмеження швидкості наростання вихідної напруги, використання якого знижує рівень електромагнітних перешкод і ефект наведень на кабель, що дозволяє здійснювати безпомилкову передачу даних на швидкості до 500 Кбіт/с при живленні 5 і 250 Кбіт/с при живленні 3, 3 Ст.

У MAX13448E передбачена функція гарячої заміни, яка усуває можливість передачі неправильних даних у моменти вмикання живлення або при включенні ІС в роботу без вимкнення джерела живлення. Драйвер і приймач мікросхеми мають активний високий і активний низький логічний рівень включення, що дає можливість при спільному включенні ззовні керувати напрямом передачі.

Повний вхідний опір приймача ІС є лише 1/8 стандартного навантаження, що дає можливість до однієї шини підключити до 256 передавачів. Виходи всіх драйверів мають захист від електростатичного розряду до ±8 кВ (дотик людини — Human Body Model). MAX13448E працює в температурному діапазоні -40 ... 85 ° C і випускається в 14-контактних корпусах SO.

MAX13410E, MAX13411E, MAX13412E, MAX13413E

MAX13410E, MAX13411E, MAX13412E, MAX13413Eнапівдуплексні приймачі для інтерфейсів RS-485/RS-422, оптимізовані для застосування в схемах з ізольованими контурами. Ці ІС включають вбудований стабілізатор напруги з низьким падінням напруги, драйвер та приймач. Вбудований стабілізатор дозволяє працювати від нерегульованого джерела живлення номіналом до 28 В. Функція автоматичного перенаправлення даних, що пересилаються (архітектура AutoDirection фірми Maxim) дає можливість зменшити кількість оптичних елементів для розв'язки. Серед інших особливостей можна відзначити захист від електростатичного розряду, схему обмеження швидкості наростання напруги, схему підвищення стійкості до відмов, здатність пересилання даних на максимальній швидкості.

Вбудований стабілізатор напруги з низьким падінням напруги виробляє напругу номіналом 5 ±10%, яке використовується для живлення внутрішніх ланцюгів приймача. Вихід вбудованого регулятора напруги виведений на VREG, що дозволяє користувачеві підключити зовнішні компоненти до джерела стабільної напруги за умови, що струм буде менше 20 мА. MAX13410E/MAX13411E не має виходу напруги 5 В, але його висновки відповідають промисловому стандарту, що дозволяє легко вбудовувати ІВ в промислові системи.

У MAX13410E, MAX13411E, MAX13412E та MAX13413E повний вхідний опір приймача ІС є лише 1/8 стандартного навантаження, що дає можливість до однієї шини підключити до 256 передавачів. Виходи драйвера мають захист від електростатичної напруги.

Особливістю ІС MAX13412E/MAX13413E є функція автоматичного перенаправлення потоку даних. Подібна архітектура усуває необхідність використання сигналів керування DE та RE.

У MAX13410E/MAX13412E застосовується схема обмеження швидкості наростання напруги, що знижує електромагнітні перешкоди, що створюються, і забезпечує стійку роботу в умовах високих зовнішніх електромагнітних перешкод при швидкості передачі даних до 500 Кбіт/с. У MAX13411E/MAX13413E схема обмеження не застосовується, але ці мікросхеми можуть передавати дані швидкості до 16 Мбіт/с.

Мікросхеми працюють у температурному діапазоні -40 ... 85 ° С і випускаються в 8-контактних корпусах SO.

Інтерфейс RS-232

Незважаючи на всі позитивні якості інтерфейсу RS-485, інтерфейс RS-232 досі часто використовується у промислових системах. Він був розроблений для простого застосування, що визначається з його назви: «Інтерфейс між термінальним обладнанням та зв'язковим обладнанням з обміном за послідовним двійковим кодом».

Інтерфейс RS-232 створений для передачі інформації між двома пристроями на відстань до 20 м. Він заснований на передачі диференціального сигналу, проте відрізняється рівнями та полярністю.

Інформація передається по дротах з рівнями сигналів, що відрізняються від стандартних 5 В, що забезпечує більшу стійкість до перешкод. Асинхронна передача даних здійснюється із встановленою швидкістю при синхронізації рівнем сигналу стартового імпульсу.

Сигнали після проходження кабелем послаблюються і спотворюються. Ослаблення зростає із збільшенням довжини кабелю. Цей ефект спричинений електричною ємністю кабелю. За стандартом максимальна ємність навантаження становить 2500 пФ. Типова погонна ємність кабелю становить 130 пФ, тому максимальна довжина кабелю обмежена приблизно 17 м-коду.

Логічні рівні передавача: "0" - 5 ... 15 В, "1" - -5 ... -15 В.

Логічні рівні приймача: "0" - вище 3 В, "1" - нижче -3 Ст.

Незважаючи на те, що протокол RS-232 створювався давно, фахівці компанії Maxim досі покращують апаратну частину мережі, що дозволяє забезпечити більшу надійність промислових систем.

MAX13223E

Новий двоканальний приймач MAX13223Eдля інтерфейсу RS-232 має вбудований захист входів/виходів до напруги ±70 В. MAX13223E - це перший на ринку приймач із захистом від перенапруги, сумісний за висновками з MAX3223E, що є в даний час промисловим стандартом.

У нову мікросхему інтегровані ланцюги захисту входів/виходів від короткого замикання на шини живлення, помилок підключення та перенапруги до ±70, що усуває необхідність використання зовнішніх захисних ланцюгів. Така захист особливо критична для додатків, у яких живлення та дані передаються по тому самому дроту, т.к. запобігає виходу схеми з ладу через помилки підключення та короткі замикання на висновки інтерфейсу при пошкодженні кабелю.

Запатентована Maxim схема AutoShutdown дозволяє довести споживаний струм у вимкненому режимі до 1 мкА. Мікросхема MAX13223E автоматично переходить у режим низького споживання енергії при відключенні кабелю RS-232 або при відсутності даних на вході приймача. Запатентована ефективна схема підкачування напруги живлення та низький рівень падіння напруги у тракті передачі забезпечує роботу мікросхеми від однополярного джерела напруги номіналом 3…5 Ст.

MAX13223E, виконаний у корпусі TSSOP-20, працює в діапазоні напруг живлення 3…5,5 В, забезпечуючи інтерфейс EIA/TIA-232 та V.28/V.24 з автоматичним відключенням та покращеним захистом від розрядів статичної електрики. Температурний діапазон мікросхеми -40...85°C.

MAX13223E створена для використання в автомобільних додатках, засобах зв'язку, базових станціях, системах обліку комунальних послуг, промисловому устаткуванні, торгових терміналах та телекомунікаційному обладнанні.

Типова схема підключення (рис. 4) містить мінімум навісних елементів, що дозволяє максимально спростити розведення плати, а також максимально ущільнити розташування елементів на платі.

Мал. 4.

MAX13234E, MAX13235E, MAX13236E, MAX13237E

Приймачі інтерфейсу RS-232 MAX13234E, MAX13235E, MAX13236E, MAX13237Eрозроблені для заміни існуючих приймачів сімейства MAX3224E…MAX3227E та забезпечують високу швидкість передачі даних (до 3 Мбіт/с). Вбудовані регулятори напруги дозволяють працювати з логічними рівнями при низькій напрузі живлення, а за рахунок використання схеми AutoShutdown Plus струм споживання зменшився до рівня менше 1 мкА. Схема ESD забезпечує високий рівень захисту від статичного розряду.

Мікросхеми MAX13234E…MAX13237E забезпечують можливість роботи за високої швидкості передачі за рахунок відсутності необхідності використання зовнішнього перетворення логічних рівнів. Мікросхеми MAX13234E і MAX13235E включають два приймачі та два передавачі. MAX13236E і MAX13237E включають один приймач і один передавач, що випускаються в компактному корпусі TQFN. MAX13235E та MAX13237E забезпечують швидкість передачі даних до 3 Мбіт/с, а MAX13234E та MAX13236E підтримують роботу на швидкості 250 кбіт/с. Усі пристрої працюють у розширеному температурному діапазоні -40...85°C від джерела живлення номіналом 3...5,5 В.

Дані мікросхеми були створені для застосування переважно в галузі комунікаційних систем, але вони також ідеально підійдуть для портативних електронних пристроїв та промислового обладнання.

HART-протокол

Якщо описаних вище інтерфейсах передачі даних використовувалося напруга, тобто. сигнал визначався різницею напруги між двома висновками схеми, то протоколі HART ( Highway Addressable Remote Transducer) Електричним сигналом є струм. Мережі HART побудовані за принципом аналогової струмової петлі із частотною модуляцією сигналу.

Протокол HART здатний забезпечити обмін даними на швидкості до 1200 Бод. Діаграма, яка пояснює роботу приладів HART-протоколу, представлена на рис. 5.

Мал. 5.

Для передачі логічної «1» HART використовує один повний період частоти 1200 Гц, а передачі логічного «0» — два неповних періоду 2200 Гц.

Як видно на малюнку 5, HART-складова накладається на струмову петлю 4...20 мА. Оскільки середнє значення синусоїди за період дорівнює «0», HART-сигнал ніяк не впливає на аналоговий сигнал 4 ... 20 мА.

HART-протокол побудований за принципом "головний-підлеглий", тобто польовий пристрій відповідає за запитом системи. Протокол допускає наявність двох керуючих пристроїв (керуюча система та комунікатор).

Існує два режими роботи датчиків, які підтримують обмін даними по HART-протоколу.

У режимі передачі цифрової інформації одночасно з аналоговим сигналом датчик працює в аналогових АСУ ТП, а обмін HART-протоколу здійснюється за допомогою HART-комунікатора або комп'ютера. При цьому можна віддалено (відстань до 3000 м) здійснювати повне налаштування та конфігурування датчика.

У багатоточковому режимі датчик передає та отримує інформацію лише у цифровому вигляді. Аналоговий вихід автоматично фіксується на мінімальному значенні (тільки живлення пристрою - 4 мА) і не містить інформації про величину, що вимірюється. Інформація про змінні процесу зчитується за HART-протоколом.

До пари проводів може бути підключено до 15 датчиків. Їх кількість визначається довжиною та якістю лінії, а також потужністю блоку живлення датчиків. Всі датчики в багатоточковому режимі мають свою унікальну адресу від 1 до 15, і звернення до кожного йде відповідною адресою. Комунікатор або система керування визначає всі датчики, підключені до лінії, та може працювати з будь-яким із них.

DS8500

Компанія Maxim Integrated Products, Inc представила DS8500 -однокристальний HART-модем, що відповідає фізично вимогам специфікації HART.

Як бачимо на рис. 6, на кристалі інтегровані модулятор та демодулятор 1200/2200 Гц частотно-модульованого сигналу.

Мал. 6.

Мікросхема має дуже мале енергоспоживання та завдяки реалізованій цифровій сигнальній обробці потребує лише кілька зовнішніх компонентів. Вхідний сигнал оцифровується АЦП і надходить на цифровий фільтр/демодулятор. Архітектура модему дозволяє впевнено виявляти сигнал навіть у зашумленому середовищі. Вихідний ЦАП генерує синусоїдальну напругу та зберігає зсув фаз при перемиканні частот 1200 та 2200 Гц. Низьке споживання досягається забороною роботи приймача під час передачі сигналу, передавач не працює під час прийому. DS8500 ідеальні для створення малоспоживаючих передавачів систем керування технологічними процесами.

Як бачимо на рис. 7, лише кілька зовнішніх компонентів та 20-вивідний мініатюрний корпус TQFN зменшують вартість та габарити виробу.

Мал. 7.

Основні особливості модему:

Однокристальне рішення для напівдуплексної передачі, 1200бод, FSK-модуляція та демодуляція;
Цифрова сигнальна обробка, що забезпечує надійне детектування вхідного сигналу в зашумленому середовищі;
Синусоїдальний вихідний сигнал з мінімальними гармонічними спотвореннями;
Стандартна тактова частота 3,6864 МГц;
Відповідність вимогам специфікації HART фізично;
Напруга живлення діапазоні 2,7…3,6В;
Максимальний струм споживання 285 мкА;
Мініатюрний 20-вивідний корпус TQFN з розмірами 5х5х0,8 мм.

Завдяки активному використанню протоколу HART, мікросхема DS8500 є незамінною при розробці передавачів для пристроїв збору інформації (температури, тиску і т.д.), HART-модемів або HART-мультиплексорів.

Висновок

Хоча стандарти RS-232 та RS-485 були створені понад 30 років тому, вони активно використовуються досі. Раніше жоден персональний комп'ютер не міг обійтися без COM-порту, передача даних яким грунтується на протоколі RS-232. Навіть незважаючи на те, що в сучасних комп'ютерах COM-порт давно замінено сучаснішими, це ще не означає, що протоколи RS-232 і RS-485 забуті.

У промислових мережах їм немає рівних через високу стабільність та великі відстані, на яких забезпечується передача даних. Проте ця надійність визначається як початкової вдалої розробкою протоколу, а й постійним удосконаленням апаратної частини.

Інтерфейсна продукція компанії MAXIM ідеально задовольняє потреби російського ринку промислової електроніки, а інтерфейси ще довго житимуть. Maxim активно вдосконалює надійні характеристики мікросхем зв'язку і розширює їх додатковий функціонал.

Отримання технічної інформації, замовлення зразків, постачання - e-mail:

Maxim придбав компанію Teridian

Компанія Maximоголосила про придбання компанії Teridian Semiconductor Corporation Teridian Semiconductor є fabless-компанією (розробником без власних виробничих потужностей), штаб-квартира якої знаходиться в Ірвайні, штат Каліфорнія. Компанія є великим постачальником напівпровідникових компонентів, при цьому основна увага зосереджена на мікросхемах для лічильників енергоспоживання та засобів вимірювання енергії інтелектуальних енергетичних систем. Вона є постачальником трьох із чотирьох основних виробників лічильників енергоспоживання у США та понад п'ятдесят їх виробників у світі. Основна відмінна характеристика інтелектуальних датчиків Teridian - нова архітектура, яка дозволяє проводити більш точні вимірювання потужності у ширшому динамічному діапазоні. Для того, щоб оптимізувати час виходу продукту на ринок та зменшити витрати, виробники лічильників електроспоживання потребують мікросхем з високим ступенем інтеграції компонентів на чіпі та готових багаторівневих рішеннях. Продемонстрована Maxim можливість об'єднувати множинні сигнальні функції буде вкрай корисна у виробництві високоінтегрованих систем-на-кристалі (SoC) і готових рішень, що задовольняють цим вимогам. Було заявлено, що кількість інтелектуальних лічильників, які використовують як «системи на кристалі», так і готові рішення, має щорічно збільшуватися на 10% до 2014 року.

Як нещодавно відзначив генеральний директор (СЕО) Maxim Тунк Долука ( Tunc Doluca): «Інвестиції у глобальні інтелектуальні енергетичні системи мають бути суттєвими, для того щоб використовувати електростанції та мережі енергопостачання більш ефективно. Засоби вимірювання енергії та засоби зв'язку є ключовими компонентами інтелектуальної енергетичної системи, а, отже, неминуче веде за собою розробку нових лічильників енергоспоживання на заміну застарілих. Придбання продуктової лінійки та команди компанії Teridian значною мірою прискорить наше впровадження на цей ринок, що швидко розвивається, і допоможе нам зміцнити наші позиції».

Природно, це дозволяє виробникам городити хто будь-що (наприклад, харчування по 9-му піну в RS-232 зовсім не обумовлено стандартом, проте широко використовується) і називається це стандартом. Далі, всі RS-протоколи можна приблизно розділити на напівдуплексні (half-duplex) та дуплексні (full-duplex). Щоправда, розподіл такий не зовсім точно, т.к. той же RS-485 може бути і напівдуплексним (два дроти) і дуплексним (чотири дроти), вони так і називаються - 2-wire (2-провідний) RS-485 та 4-wire (4-провідний) RS-485. Є ще такий вид протоколів як симплексні (simplex), але через ряд причин, зазначених нижче, в комп'ютерній техніці не застосовуються. Чим такі види протоколів різняться:

Симплексні протоколи дозволяють передавати дані лише одну сторону, тобто. тільки з передавача на приймач, але не назад. Хороший приклад симплексного протоколу - FM радіо чи телебачення, якщо не брати до уваги можливість зателефонувати на радіостанцію. Застосовується в тих випадках, коли треба просто передати інформацію якомусь пристрою без необхідності підтвердження та зворотного зв'язку.
напівдуплексні протоколи знімають головне обмеження симплексних протоколів – односторонній зв'язок. Вони дозволяють двом пристроям обмінюватися інформацією, причому обидва пристрої можуть бути і приймачами та передавачами, але не одночасно! Тобто. кожен пристрій може або передавати, або приймати (до речі, класичний /рекомендований/RS-485 саме напівдуплексний).
Дуплексні протоколи найбільш просунуті протоколи. Застосування дуплексного протоколу дозволяє і прийом і передачі інформації одночасно, тобто. обидва пристрої можуть бути приймачем і передавачем одночасно. Наприклад, RS-232 – дуплексний протокол.

Саме про різні протоколи

Найбільш використовуваними в комп'ютерній індустрії є два протоколи – RS-232 та RS-485 (ну і RS-422, який дуже схожий на RS-485). Важливо: протокол RS-232 використовує небалансний (unbalanced) сигнал, у той час як RS-422/RS-485 використовують балансний (balanced) сигнал.

Небалансний сигнал передається по незбалансованій лінії, що представляє собою сигнальну землю і одиночний сигнальний провід, рівень напруги на якому використовується, щоб передати або отримати двійкові 1 або 0. Навпаки, балансний сигнал передається по збалансованій лінії, яка представлена сигнальною землею та парою проводів, різниця напруг між якими використовується для передачі/прийому бінарної інформації (усі разом складає екрановану пару).

Не заглиблюючись у подробиці можна сказати, що збалансований сигнал передається швидше і далі, ніж незбалансований. Ось порівняльна таблиця для рекомендованих протоколів (треба сказати, що нинішні інтерпретації протоколів, особливо RS-232, дуже далекі від рекомендованих):

	RS-232	RS-422	RS-485
З'єднання	Одиночний провід	Одиночний дріт/багато з'єднань припустимо	Багато з'єднань припустимо
Кількість пристроїв	1 передавач 1 приймач	5 передавачів 10 приймачів на 1 передавач	32 передавачі 32 приймачі
Вигляд протоколу	дуплексний	дуплексний	напівдуплексний
Макс. довжина дроту	~15.25 м. за 19.2Kbps	~1220 м. при 100Kbps	~1220 м. при 100Kbps
Макс. швидкість передачі	19.2Kbps на 15 м.	10Mbps на 15 м.	10Mbps на 15 м.
Сигнал	небалансний	балансний	балансний
двійкова 1	-5В хв. -15В макс.	2В хв. (B>A) 6В макс. (B>A)	1.5В хв. (B>A) 5В макс. (B>A)
двійковий 0	5В хв. 15В макс.	2В хв. (A>B) 6В макс. (A>B)	1.5В хв. (A>B) 5В макс. (A>B)
мін. вхідна напруга	+/- 3В	0.2В диф.	0.2В диф.
Вихідний струм	500мА	150мА	250мА

Дозволю собі зауважити, що контролери RS-232, що застосовуються в персональних комп'ютерах, мають вихідний струм, що дорівнює 10мА максимум.

Докладніше про RS-232

Все обладнання, що з'єднується за протоколом RS-232, поділяють на DCE (Data Communication Equipment, обладнання Передачі Даних) і DTE (Data Terminal Equipment, Термінальне Устаткування), не можна з'єднати два DTE або два DCE. Відмінність полягає в роз'ємах та розведенні роз'ємів: DCE пристрої мають роз'єм DB25F (мама), а DTE - DB25M (тато). Також на DTE пристроях (наприклад, комп'ютерах, комп'ютери є DTE пристроями) іноді використовується урізана версія DB25M - DB9M. За допомогою NULL-modem (Нуль-модем) можна перетворити DTE на DCE і навпаки. Наочно подивитися, чим відрізняються роз'єми DTE від DCE:

	DCE (DB25F)	DTE (DB25M)	DTE (DB9M)
pin 1	Захисне заземлення	Захисне заземлення	CD (Carrier Detect, Несуча) вхід
pin 2	RD (Receive Data, Прийом даних) Вхід даних) вихід	TD (Transmitted Data, Передача даних) вихід	RD (Receive Data, Прийом даних) Вхід
pin 3	TD (Transmitted Data, Передача даних) вихід	RD (Receive Data, Прийом даних) вхід	TD (Transmitted Data, Передача даних) вихід
pin 4	CTS (Clear To Send, Запит на прийом даних) вхід	RTS (Request To Send, Запит на передачу даних) вихід	DTR (Data Terminal Ready, DTE готовий) вихід
pin 5	RTS (Request To Send, Запит на передачу даних) вихід	CTS (Clear To Send, Запит на прийом даних) вхід	Земля сигнальна
pin 6	DTR (Data Terminal Ready, DTE готовий) вихід	DSR (Data Set Ready, DCE готовий) вхід	DSR (Data Set Ready, DCE готовий) вхід
pin 7	Земля сигнальна	Земля сигнальна	RTS (Request To Send, Запит на передачу даних) вихід
pin 8	CD (Carrier Detect, Несуча) вихід	CD (Carrier Detect, Несуча) вхід	CTS (Clear To Send, Запит на прийом даних) вхід
pin 9	N/A	N/A	RI (Ring Indicator, Індикатор дзвінка) Вхід
pin 20	DSR (Data Set Ready, DCE готовий) вхід	DTR (Data Terminal Ready, DTE готовий)	вихід N/A
pin 22	RI (Ring Indicator, Індикатор дзвінка) вихід	RI (Ring Indicator, Індикатор дзвінка)	вхід N/A

Конкретніше для RS-485/RS-422

RS-485/RS-422 використовують екрановану виту пару, екран як сигнальну землю. Хоча сигнальна земля є обов'язковою, вона не використовується для визначення логічного стану лінії. Пристрій, що управляє збалансованою лінією (balanced line driver), може (для RS-485 - обов'язково, для RS-422 - ні) так само мати вхідний сигнал "Enable" (Дозволений), який використовується для керування вихідними терміналами пристрою. Якщо сигнал "Enable" вимкнений, це означає, що пристрій відключено від лінії, причому відключений стан пристрою зазвичай називається "tristate" (тобто третій стан, на додаток до двійкових 1 і 0).

Стандарт на RS-485 передбачає лише 32 пари передавач/приймач, але виробники розширили можливості RS-485 протоколу, тому тепер він підтримує від 128 до 255 пристроїв на одній лінії, а використовуючи репітери можна продовжувати RS-485/RS-422 практично до нескінченності. При використанні RS-485 можна, і в разі довгого дроту та/або великої кількості пристроїв необхідно використовувати термінатори, які втім, зазвичай вбудовані в пристрої з RS-485 протоколом, хоча при короткому дроті, може спостерігатися навіть погіршення зв'язку при використанні термінаторів. Так само стандарт на RS-485 передбачає використання двожильної екранованої кручений пари, так званий 2-wire RS-485, але можливе використання і чотирипровідної кручений пари (4-wire RS-485), тоді виходить повний дуплекс. У такому випадку необхідно, щоб один з пристроїв був налаштований як ведучий (Master), а решта як ведений (Slave). Тоді всі керовані пристрої спілкуються тільки з провідним пристроєм, і ніколи не передають нічого безпосередньо один одному. У разі зазвичай RS-422 драйвер використовується як провідний пристрій, т.к. RS-422 допускає підключення тільки як master/slave, а RS-485 пристрої як ведені для загального здешевлення системи. Стандарт на RS-422 спочатку передбачає використання чотирижильної екранованої кручений пари, але допускає з'єднання тільки від одного пристрою до інших (до п'яти драйверів і до десяти ресиверів на кожен драйвер). В принципі, RS-422 був придуманий для заміни RS-232 у тих випадках, коли RS-232 не задовольняє за швидкістю та дальністю передачі.

RS-422 використовує строго розділені дві (або більше) пари проводів: одну пару для прийому, одну для передачі (і ще по одній на кожен сигнал контролю/підтвердження (control/handshake)). RS-485 завдяки наявності третього стану ("tristate") дозволяє обійтися однією парою проводів, що знижує загальну вартість системи при забезпеченні зв'язку на великі відстані. Треба сказати, що зараз є велика кількість різноманітних пристроїв для сполучення RS-422/RS-485 з RS-232, причому RS-232 часто використовується для з'єднання з комп'ютером (втім, є і інтерфейсні карти RS-422/RS-485 в комп'ютер ), який використовується для керування системою. Також доступні різноманітні пристрої (хаби, репітери, перемикачі та ін.) для створення складних конфігурацій RS-422/RS-485 мереж, так що RS-422/RS-485 таять у собі дуже великі можливості.