串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過使用和發(fā)展，目前已經(jīng)有幾種。RS-232、RS-422與RS-485都是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，*初都是由電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）制訂并發(fā)布的，RS-232在1962年發(fā)布，命名為EIA-232-E，作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以保證不同廠家產(chǎn)品之間的兼容。RS-422由RS-232發(fā)展而來，它是為彌補(bǔ)RS-232之不足而提出的。為改進(jìn)RS-232通信距離短、速率低的缺點(diǎn)，RS-422定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mb/s，傳輸距離延長到4000英尺（速率低于100kb/s時(shí)），并允許在一條平衡總線上連接*多10個(gè)接收器。RS-422是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為TIA/EIA-422-A標(biāo)準(zhǔn)。為擴(kuò)展應(yīng)用范圍，EIA又于1983年在RS-422基礎(chǔ)上制定了RS-485標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA-485-A標(biāo)準(zhǔn)。由于EIA提出的建議標(biāo)準(zhǔn)都是以“RS”作為前綴，所以在通訊工業(yè)領(lǐng)域，仍然習(xí)慣將上述標(biāo)準(zhǔn)以RS作前綴稱謂。
RS-232、RS-422與RS-485標(biāo)準(zhǔn)只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。因此在視頻界的應(yīng)用，許多廠家都建立了一套高層通信協(xié)議，或公開或廠家**使用。如錄像機(jī)廠家中的Sony與松下對錄像機(jī)的RS-422控制協(xié)議是有差異的，視頻服務(wù)器上的控制協(xié)議則更多了，如Louth、Odetis協(xié)議是公開的，而ProLINK則是基于Profile上的。
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在討論RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容之前，先說明兩點(diǎn)：
首先，RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)*初是遠(yuǎn)程通信連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(Data Terminal Equipment)與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE（Data Communication Equipment)而制定的。因此這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，并未考慮計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用要求。但目前它又廣泛地被借來用于計(jì)算機(jī)（更準(zhǔn)確的說，是計(jì)算機(jī)接口）與終端或外設(shè)之間的近端連接標(biāo)準(zhǔn)。顯然，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的有些規(guī)定及和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是不一致的，甚至是相矛盾的。有了對這種背景的了解，我們對RS-232C標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)算機(jī)不兼容的地方就不難理解了。
其次，RS-232C標(biāo)準(zhǔn)中所提到的“發(fā)送”和“接收”，都是站在DTE立場上，而不是站在DCE的立場來定義的。由于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，往往是CPU和I/O設(shè)備之間傳送信息，兩者都是DTE，因此雙方都能發(fā)送和接收。
一、RS-232-C
RS-232C標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）的全稱是EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn)，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)，RS（ecommeded standard）代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識號，C代表RS232的*新一次修改（1969），在這之前，有RS232B、RS232A。。它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號功能及傳送過程。常用物理標(biāo)準(zhǔn)還有有EIA�RS-232-C、EIA�RS-422-A、EIA�RS-423A、EIA�RS-485。這里只介紹EIA�RS-232-C（簡稱232，RS232）。例如，目前在IBM PC機(jī)上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。
1.電氣特性
EIA-RS-232C對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規(guī)定。
在TxD和RxD上：邏輯1(MARK)=-3V～-15V
邏輯0(SPACE)=+3～＋15V
在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上：
信號有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）＝+3V～+15V
信號無效（斷開，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓)=-3V～-15V
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以上規(guī)定說明了RS-323C標(biāo)準(zhǔn)對邏輯電平的定義。對于數(shù)據(jù)（信息碼）：邏輯“1”（傳號）的電平低于-3V，邏輯“0”（空號）的電平告語+3V；對于控制信號；接通狀態(tài)（ON）即信號有效的電平高于+3V，斷開狀態(tài)(OFF)即信號無效的電平低于-3V，也就是當(dāng)傳輸電平的**值大于3V時(shí)，電路可以有效地檢查出來，介于-3～+3V之間的電壓無意義，低于-15V或高于+15V的電壓也認(rèn)為無意義，因此，實(shí)際工作時(shí)，應(yīng)保證電平在±(3～15)V之間。
EIA-RS-232C與TTL轉(zhuǎn)換：EIA-RS-232C是用正負(fù)電壓來表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或終端的TTL器件連接，必須在EIA-RS-232C與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。實(shí)現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯片。目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL電平到EIA電平的轉(zhuǎn)換，而MC1489、SN75154可實(shí)現(xiàn)EIA電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換。MAX232芯片可完成TTL←→EIA雙向電平轉(zhuǎn)換，圖1顯示了1488和1489的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳。MC1488的引腳(2)、(4,5)、(9,10)和(12,13)接TTL輸入。引腳3、6、8、11輸出端接EIA-RS-232C。MC1498的14的1、4、10、13腳接EIA輸入，而3、6、8、11腳接TTL輸出。具體連接方法如圖2所示。圖中的左邊是微機(jī)串行接口電路中的主芯片UART，它是TTL器件，右邊是EIA-RS-232C連接器，要求EIA高電壓。因此，RS-232C所有的輸出、輸入信號都要分別經(jīng)過MC1488和MC1498轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后才能送到連接器上去或從連接器上送進(jìn)來。
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圖2
2、連接器的機(jī)械特性：
連接器：由于RS-232C并未定義連接器的物理特性，因此，出現(xiàn)了DB-25、DB-15和DB-9各種類型的連接器，其引腳的定義也各不相同。下面分別介紹兩種連接器。
（1）DB-25：PC和XT機(jī)采用DB-25型連接器。DB-25連接器定義了25根信號線，分為4組：
①異步通信的9個(gè)電壓信號（含信號地SG）2，3，4，5，6，7，8，20，22
②20mA電流環(huán)信號9個(gè)（12，13，14，15，16，17，19,23，24）
③空6個(gè)（9，10，11，18，21，25）
④保護(hù)地（PE）1個(gè)，作為設(shè)備接地端（1腳）
DB-25型連接器的外形及信號線分配如圖3所示。注意，20mA電流環(huán)信號僅IBM PC和IBM PC/XT機(jī)提供，至AT機(jī)及以后，已不支持。
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圖3
（2）DB-9連接器
在AT機(jī)及以后，不支持20mA電流環(huán)接口，使用DB-9連接器，作為提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2兩個(gè)串行接口的連接器。它只提供異步通信的9個(gè)信號。DB-25型連接器的引腳分配與DB-25型引腳信號完全不同。因此，若與配接DB-25型連接器的DCE設(shè)備連接，必須使用專門的電纜線。
電纜長度：在通信速率低于20kb/s時(shí)，RS-232C所直接連接的*大物理距離為15m（50英尺）。
*大直接傳輸距離說明：RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，若不使用MODEM，在碼元畸變小于4%的情況下，DTE和DCE之間*大傳輸距離為15m（50英尺）。可見這個(gè)*大的距離是在碼元畸變小于4%的前提下給出的。為了保證碼元畸變小于4%的要求，接口標(biāo)準(zhǔn)在電氣特性中規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載電容應(yīng)小于2500pF。
3、RS-232C的接口信號
RS-232C規(guī)標(biāo)準(zhǔn)接口有25條線，4條數(shù)據(jù)線、11條控制線、3條定時(shí)線、7條備用和未定義線，常用的只有9根，它們是：
（1）聯(lián)絡(luò)控制信號線：
數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好（Data set ready-DSR)——有效時(shí)（ON）狀態(tài)，表明MODEM處于可以使用的狀態(tài)。
數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好(Data set ready-DTR)——有效時(shí)（ON）狀態(tài)，表明數(shù)據(jù)終端可以使用。
這兩個(gè)信號有時(shí)連到電源上，一上電就立即有效。這兩個(gè)設(shè)備狀態(tài)信號有效，只表示設(shè)備本身可用，并不說明通信鏈路可以開始進(jìn)行通信了，能否開始進(jìn)行通信要由下面的控制信號決定。
請求發(fā)送(Request to send-RTS)——用來表示DTE請求DCE發(fā)送數(shù)據(jù)，即當(dāng)終端要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，使該信號有效（ON狀態(tài)），向MODEM請求發(fā)送。它用來控制MODEM是否要進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)。
允許發(fā)送（Clear to send-CTS）——用來表示DCE準(zhǔn)備好接收DTE發(fā)來的數(shù)據(jù)，是對請求發(fā)送信號RTS的響應(yīng)信號。當(dāng)MODEM已準(zhǔn)備好接收終端傳來的數(shù)據(jù)，并向前發(fā)送時(shí)，使該信號有效，通知終端開始沿發(fā)送數(shù)據(jù)線TxD發(fā)送數(shù)據(jù)。
這對RTS/CTS請求應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號是用于半雙工MODEM系統(tǒng)中發(fā)送方式和接收方式之間的切換。在全雙工系統(tǒng)中作發(fā)送方式和接收方式之間的切換。在全雙工系統(tǒng)中，因配置雙向通道，故不需要RTS/CTS聯(lián)絡(luò)信號，使其變高。
接收線信號檢出(Received Line detection-RLSD)——用來表示DCE已接通通信鏈路，告知DTE準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。當(dāng)本地的MODEM收到由通信鏈路另一端（遠(yuǎn)地）的MODEM送來的載波信號時(shí)，使RLSD信號有效，通知終端準(zhǔn)備接收，并且由MODEM將接收下來的載波信號解調(diào)成數(shù)字兩數(shù)據(jù)后，沿接收數(shù)據(jù)線RxD送到終端。此線也叫做數(shù)據(jù)載波檢出(Data Carrier dectection-DCD）線。
振鈴指示(Ringing-RI)——當(dāng)MODEM收到交換臺送來的振鈴呼叫信號時(shí)，使該信號有效（ON狀態(tài)），通知終端，已被呼叫。
（2）數(shù)據(jù)發(fā)送與接收線：
發(fā)送數(shù)據(jù)(Transmitted data-TxD)——通過TxD終端將串行數(shù)據(jù)發(fā)送到MODEM，(DTE→DCE)。
接收數(shù)據(jù)(Received data-RxD)——通過RxD線終端接收從MODEM發(fā)來的串行數(shù)據(jù)，(DCE→DTE)。
（3）地線
有兩根線SG、PG——信號地和保護(hù)地信號線，無方向。
上述控制信號線何時(shí)有效，何時(shí)無效的順序表示了接口信號的傳送過程。例如，只有當(dāng)DSR和DTR都處于有效（ON）狀態(tài)時(shí)，才能在DTE和DCE之間進(jìn)行傳送操作。若DTE要發(fā)送數(shù)據(jù)，則預(yù)先將DTR線置成有效(ON)狀態(tài)，等CTS線上收到有效(ON)狀態(tài)的回答后，才能在TxD線上發(fā)送串行數(shù)據(jù)。這種順序的規(guī)定對半雙工的通信線路特別有用，因?yàn)榘腚p工的通信才能確定DCE已由接收方向改為發(fā)送方向，這時(shí)線路才能開始發(fā)送。
2個(gè)數(shù)據(jù)信號：發(fā)送TXD；接收RXD。
1個(gè)信號地線：SG。
6個(gè)控制信號：
DSR��數(shù)傳機(jī)（即modem）準(zhǔn)備好，Data Set Ready.
DTR��數(shù)據(jù)終端（DTE，即微機(jī)接口電路，如Intel8250/8251,16550）準(zhǔn)備好，Data Terminal Ready。
RTS��DTE請求DCE發(fā)送(Request To Send)。
CTS��DCE允許DTE發(fā)送（Clear To Send）,該信號是對RTS信號的回答。
DCD��數(shù)據(jù)載波檢出，Data Carrier Detection當(dāng)本地DCE設(shè)備（Modem）收到對方的DCE設(shè)備送來的載波信號時(shí)，使DCD有效，通知DTE準(zhǔn)備接收，并且由DCE將接收到的載波信號解調(diào)為數(shù)字信號，經(jīng)RXD線送給DTE。
RI��振鈴信號Ringing當(dāng)DCE收到交換機(jī)送來的振鈴呼叫信號時(shí)，使該信號有效，通知DTE已被呼叫。
232引腳 | CCITT | Modem | 名稱 | 說明 | 用途 |
異步 | 同步 |
1 | 101 | AA | 保護(hù)地 | 設(shè)備外殼接地 | PE | PE√ |
2 | 103 | BA | 發(fā)送數(shù)據(jù) | 數(shù)據(jù)送Modem | TXD | |
3 | 104 | BB | 接收數(shù)據(jù) | 從Modem接收數(shù)據(jù) | RXD | |
4 | 105 | CA | 請求發(fā)送 | 在半雙工時(shí)控制發(fā)送器的開和關(guān) | RTS | |
5 | 106 | CB | 允許發(fā)送 | Modem允許發(fā)送 | CTS | |
6 | 107 | CC | 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 | Modem準(zhǔn)備好 | DSR | |
7 | 102 | AB | 信號地 | 信號公共地 | SG | SG√ |
8 | 109 | CF | 載波信號檢測 | Modem正在接收另一端送來的信號 | DCD | |
9 | | | 空 | | | |
10 | | | 空 | | | |
11 | | | 空 | | | |
12 | | | 接收信號檢測（2） | 在**通道檢測到信號 | | √ |
13 | | | 允許發(fā)送（2） | **通道允許發(fā)送 | | √ |
14 | 118 | | 發(fā)送數(shù)據(jù)（2） | **通道發(fā)送數(shù)據(jù) | | √ |
15 | 113 | DA | 發(fā)送器定時(shí) | 為Modem提供發(fā)送器定時(shí)信號 | | √ |
16 | 119 | | 接收數(shù)據(jù)（2） | **通道接收數(shù)據(jù) | | √ |
17 | 115 | DD | 接收器定時(shí) | 為接口和終端提供定時(shí) | | √ |
18 | | | 空 | | | |
19 | | | 請求發(fā)送（2） | 連接**通道的發(fā)送器 | | √ |
20 | 108 | CD | 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 | 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 | DTR | |
21 | | | 空 | | | |
22 | 125 | | 振鈴 | 振鈴指示 | RI | |
23 | 111 | CH | 數(shù)據(jù)率選擇 | 選擇兩個(gè)同步數(shù)據(jù)率 | | √ |
24 | 114 | DB | 發(fā)送器定時(shí) | 為接口和終端提供定時(shí) | | √ |
25 | | | 空 | | | |
3．遠(yuǎn)距離通信
第1和第2中情況是屬于遠(yuǎn)距離通信（傳輸距離大于15m的通信）的例子，故一般要加調(diào)制解調(diào)器MODEM，因此使用的信號線較多。注意：在以下各圖中，DTE信號為RS-232-C信號，DTE與計(jì)算機(jī)間的電平轉(zhuǎn)換電路未畫出。
1、采用Modem(DCE)和電話網(wǎng)通信時(shí)的信號連接：
若在雙方MODEM之間采用普通電話交換線進(jìn)行通信，除了需要2～8號信號線外還要增加RI(22號)和DTR(20號)兩個(gè)信號線進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，如圖1所示。
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圖1
DSR、DTR：數(shù)傳機(jī)（DCE）準(zhǔn)備好、數(shù)據(jù)終端（DTE）準(zhǔn)備好，只表示設(shè)備本身可用。 首先，通過電話機(jī)拔號呼叫對方，電話交換臺向?qū)Ψ桨l(fā)出拔號呼叫信號，當(dāng)對方DCE收到該信號后，使RI（振鈴信號）有效，通知DTE，已被呼叫。當(dāng)對方“摘機(jī)”后，兩方建立了通信鏈路。
若計(jì)算機(jī)要發(fā)送數(shù)據(jù)至對方，首先通過接口電路（DTE）發(fā)出RTS（請求發(fā)送）信號。此時(shí)，若DCE（Modem）允許傳送，則向DTE回答CTS（允許發(fā)送）信號。一般可直接將RTS/CTS接高電平，即只要通信鏈路已建立，就可傳送信號。（RTS/CTS可只用于半雙工系統(tǒng)中作發(fā)送方式和接收方式的切換。
當(dāng)DTE獲得CTS信號后，通過TXD線向DCE發(fā)出串行信號，DCE（Modem）將這些數(shù)字信號調(diào)制成模擬信號（又稱載波信號），傳向?qū)Ψ健?/span>
計(jì)算機(jī)向DTE“數(shù)據(jù)輸出寄存器”傳送新的數(shù)據(jù)前，應(yīng)檢查Modem狀態(tài)和數(shù)據(jù)輸出寄存器為空。當(dāng)對方的DCE收到載波信號后，向?qū)Ψ降?/span>DTE發(fā)出DCD信號（數(shù)據(jù)載波檢出），通知其DTE準(zhǔn)備接收，同時(shí)，將載波信號解調(diào)為數(shù)據(jù)信號，從RXD線上送給DTE，DTE通過串行接收移位寄存器對接收到的位流進(jìn)行移位，當(dāng)收到1個(gè)字符的全部位流后，把該字符的數(shù)據(jù)位送到數(shù)據(jù)輸入寄存器，CPU可以從數(shù)據(jù)輸入寄存器讀取字符。
2、采用專用電話線通信：在通信雙方的MODEM之間采用電話線進(jìn)行通信，則只要使用2～8號信號線進(jìn)行聯(lián)絡(luò)與控制。不需要電話機(jī)、振鈴信號RI和DTR信號，其信號線的連接如圖2那樣。
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圖2
4.近距離通信：當(dāng)通信距離較近時(shí)，可不需要Modem，通信雙方可以直接連接，這種情況下，只需使用少數(shù)幾根信號線。*簡單的情況，在通信中根本不需要RS-232C的控制聯(lián)絡(luò)信號，只需三根線（發(fā)送線、接收線、信號地線）便可實(shí)現(xiàn)全雙工異步串行通信，即是這里要討論的**種情況。
無Modem時(shí)，*大通信距離按如下方式計(jì)算：
RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：當(dāng)誤碼率小于4%時(shí)，要求導(dǎo)線的電容值應(yīng)小于2500PF。對于普通導(dǎo)線，其電容值約為170PF/M。則允許距離L=2500PF/（170PF/M）=15M
這一距離的計(jì)算，是偏于保守的，實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)使用9600bps，普通雙絞屏蔽線時(shí)，距離可達(dá)30~35米。
1、零Modem 的*簡連線（3線制）
圖3是零MODEM方式的*簡單連接（即三線連接），圖中的2號線與3號線交叉連接是因?yàn)樵谥边B方式時(shí)，把通信雙方都當(dāng)作數(shù)據(jù)終端設(shè)備看待，雙方都可發(fā)也可收。在這種方式下，通信雙方的任何一方，只要請求發(fā)送RTS有效和數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR有效就能開始發(fā)送和接收。
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圖3
（1）RTS與CTS互聯(lián)：只要請求發(fā)送，立即得到允許（2）DTR與DSR互聯(lián)：只要本端準(zhǔn)備好，認(rèn)為本端立即可以接收（DSR、數(shù)傳機(jī)準(zhǔn)備好）。
2、零Modem標(biāo)準(zhǔn)連接：
如果想在直接連接時(shí)，而又考慮到RS-232C的聯(lián)絡(luò)控制信號，則采用零MODEM方式的標(biāo)準(zhǔn)連接方法，其通信雙方信號線安排如下1-2-3-4-5順序所演示的那樣。
無Modem的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)線（7線制）如圖所示：
從中可以看出，RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)定義的所有信號線都用到了，并且是按照DTE和DCE之間信息交換協(xié)議的要求進(jìn)行連接的，只不過是把DTE自己發(fā)出的信號線送過來，當(dāng)作對方DCE發(fā)來的信號，因此，又把這種連接稱為雙叉環(huán)回接口。
雙方的握手信號關(guān)系如下（注：甲方乙方并未在圖中標(biāo)出）：
（1）當(dāng)甲方的DTE準(zhǔn)備好，發(fā)出DTR信號，該信號直接聯(lián)至乙方的RI（振鈴信號）和DSR（數(shù)傳機(jī)準(zhǔn)備好）。即只要甲方準(zhǔn)備好，乙方立即產(chǎn)生呼叫（RI）有效，并同時(shí)準(zhǔn)備好（DSR）。盡管此時(shí)乙方并不存在DCE（數(shù)傳機(jī)）。 （2）甲方的RTS和CTS相連，并與乙方的DCD互連。即：一旦甲方請求發(fā)送（RTS），便立即得到允許（CTS），同時(shí)，使乙方的DCD有效，即檢測到載波信號。 （3）甲方的TXD與乙方的RXD相連，一發(fā)一收。 | 此主題相關(guān)圖片如下：
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二．RS-422與RS-485串行接口標(biāo)準(zhǔn)
1．平衡傳輸
RS-422、RS-485與RS-232不一樣，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B，如圖2。
圖2
通常情況下，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器A、B之間的正電平在+2～+6V，是一個(gè)邏輯狀態(tài)，負(fù)電平在-2～6V，是另一個(gè)邏輯狀態(tài)。另有一個(gè)信號地C，在RS-485中還有一“使能”端，而在RS-422中這是可用可不用的。“使能”端是用于控制發(fā)送驅(qū)動(dòng)器與傳輸線的切斷與連接。當(dāng)“使能”端起作用時(shí)，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器處于高阻狀態(tài)，稱作“第三態(tài)”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態(tài)。
接收器也作與發(fā)送端相對的規(guī)定，收、發(fā)端通過平衡雙絞線將AA與BB對應(yīng)相連，當(dāng)在收端AB之間有大于+200mV的電平時(shí)，輸出正邏輯電平，小于-200mV時(shí)，輸出負(fù)邏輯電平。接收器接收平衡線上的電平范圍通常在200mV至6V之間。參見圖3。
2．RS-422電氣規(guī)定
RS-422標(biāo)準(zhǔn)全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。圖5是典型的RS-422四線接口。實(shí)際上還有一根信號地線，共5根線。圖4是其DB9連接器引腳定義。由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動(dòng)器比RS232更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，故允許在相同傳輸線上連接多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)，*多可接10個(gè)節(jié)點(diǎn)。即一個(gè)主設(shè)備（Master），其余為從設(shè)備（Salve），從設(shè)備之間不能通信，所以RS-422支持點(diǎn)對多的雙向通信。接收器輸入阻抗為4k，故發(fā)端*大負(fù)載能力是10×4k+100Ω（終接電阻）。RS-422四線接口由于采用單獨(dú)的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一對單獨(dú)的雙絞線）實(shí)現(xiàn)。
圖4圖5
RS-422的*大傳輸距離為4000英尺（約1219米），*大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達(dá)到*大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得*高速率傳輸。一般100米長的雙絞線上所能獲得的*大傳輸速率僅為1Mb/s。
RS-422需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在短距離傳輸時(shí)可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸電纜的*遠(yuǎn)端。
RS-422有關(guān)電氣參數(shù)見表1
3．RS-485電氣規(guī)定
由于RS-485是從RS-422基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，所以RS-485許多電氣規(guī)定與RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。RS-485可以采用二線與四線方式，二線制可實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙向通信，參見圖6。
而采用四線連接時(shí)，與RS-422一樣只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對多的通信，即只能有一個(gè)主（Master）設(shè)備，其余為從設(shè)備，但它比RS-422有改進(jìn)，無論四線還是二線連接方式總線上可多接到32個(gè)設(shè)備。參見圖7。
圖6圖7
RS-485與RS-422的不同還在于其共模輸出電壓是不同的，RS-485是-7V至+12V之間，而RS-422在-7V至+7V之間，RS-485接收器*小輸入阻抗為12k，RS-422是4k；RS-485滿足所有RS-422的規(guī)范，所以RS-485的驅(qū)動(dòng)器可以用在RS-422網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。
RS-485有關(guān)電氣規(guī)定參見表1。
RS-485與RS-422一樣，其*大傳輸距離約為1219米，*大傳輸速率為10Mb/s。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用規(guī)定*長的電纜長度。只有在很短的距離下才能獲得*高速率傳輸。一般100米長雙絞線*大傳輸速率僅為1Mb/s。
RS-485需要2個(gè)終接電阻，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗。在短距離傳輸時(shí)可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸總線的兩端。
三．RS-422與RS-485的網(wǎng)絡(luò)安裝注意要點(diǎn)
RS-422可支持10個(gè)節(jié)點(diǎn)，RS-485支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，因此多節(jié)點(diǎn)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡(luò)。在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：
1．采用一條雙絞線電纜作總線，將各個(gè)節(jié)點(diǎn)串接起來，從總線到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的引出線長度應(yīng)盡量短，以便使引出線中的反射信號對總線信號的影響*低。圖8所示為實(shí)際應(yīng)用中常見的一些錯(cuò)誤連接方式（a，c，e）和正確的連接方式（b，d，f）。a，c，e這三種網(wǎng)絡(luò)連接盡管不正確，在短距離、低速率仍可能正常工作，但隨著通信距離的延長或通信速率的提高，其**影響會(huì)越來越嚴(yán)重，主要原因是信號在各支路末端反射后與原信號疊加，會(huì)造成信號質(zhì)量下降。
2．應(yīng)注意總線特性阻抗的連續(xù)性，在阻抗不連續(xù)點(diǎn)就會(huì)發(fā)生信號的反射。下列幾種情況易產(chǎn)生這種不連續(xù)性：總線的不同區(qū)段采用了不同電纜，或某一段總線上有過多收發(fā)器緊靠在一起安裝，再者是過長的分支線引出到總線。
總之，應(yīng)該提供一條單一、連續(xù)的信號通道作為總線。
圖8
四、RS-422與RS-485傳輸線上匹配的一些說明
對RS-422與RS-485總線網(wǎng)絡(luò)一般要使用終接電阻進(jìn)行匹配。但在短距離與低速率下可以不用考慮終端匹配。那么在什么情況下不用考慮匹配呢？理論上，在每個(gè)接收數(shù)據(jù)信號的中點(diǎn)進(jìn)行采樣時(shí)，只要反射信號在開始采樣時(shí)衰減到足夠低就可以不考慮匹配。但這在實(shí)際上難以掌握，美國MAXIM公司有篇文章提到一條經(jīng)驗(yàn)性的原則可以用來判斷在什么樣的數(shù)據(jù)速率和電纜長度時(shí)需要進(jìn)行匹配：當(dāng)信號的轉(zhuǎn)換時(shí)間（上升或下降時(shí)間）超過電信號沿總線單向傳輸所需時(shí)間的3倍以上時(shí)就可以不加匹配。例如具有限斜率特性的RS-485接口MAX483輸出信號的上升或下降時(shí)間*小為250ns，典型雙絞線上的信號傳輸速率約為0.2m/ns（24AWG PVC電纜），那么只要數(shù)據(jù)速率在250kb/s以內(nèi)、電纜長度不超過16米，采用MAX483作為RS-485接口時(shí)就可以不加終端匹配。
一般終端匹配采用終接電阻方法，前文已有提及，RS-422在總線電纜的遠(yuǎn)端并接電阻，RS-485則應(yīng)在總線電纜的開始和末端都需并接終接電阻。終接電阻一般在RS-422網(wǎng)絡(luò)中取100Ω，在RS-485網(wǎng)絡(luò)中取120Ω。相當(dāng)于電纜特性阻抗的電阻，因?yàn)榇蠖鄶?shù)雙絞線電纜特性阻抗大約在100～120Ω。這種匹配方法簡單有效，但有一個(gè)缺點(diǎn)，匹配電阻要消耗較大功率，對于功耗限制比較嚴(yán)格的系統(tǒng)不太適合。
另外一種比較省電的匹配方式是RC匹配，如圖9。利用一只電容C隔斷直流成分可以節(jié)省大部分功率。但電容C的取值是個(gè)難點(diǎn)，需要在功耗和匹配質(zhì)量間進(jìn)行折衷。
還有一種采用二極管的匹配方法，如圖10。這種方案雖未實(shí)現(xiàn)真正的“匹配”，但它利用二極管的鉗位作用能迅速削弱反射信號，達(dá)到改善信號質(zhì)量的目的。節(jié)能效果顯著。
圖910
五、RS-422與RS-485的接地問題
電子系統(tǒng)接地是很重要的，但常常被忽視。接地處理不當(dāng)往往會(huì)導(dǎo)致電子系統(tǒng)不能穩(wěn)定工作甚至危及系統(tǒng)**。RS-422與RS-485傳輸網(wǎng)絡(luò)的接地同樣也是很重要的，因?yàn)榻拥叵到y(tǒng)不合理會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，尤其是在工作環(huán)境比較惡劣和傳輸距離較遠(yuǎn)的情況下，對于接地的要求更為嚴(yán)格。否則接口損壞率較高。很多情況下，連接RS-422、RS-485通信鏈路時(shí)只是簡單地用一對雙絞線將各個(gè)接口的“A”、“B”端連接起來。而忽略了信號地的連接，這種連接方法在許多場合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有下面二個(gè)原因：
1．共模干擾問題：正如前文已述，RS-422與RS-485接口均采用差分方式傳輸信號方式，并不需要相對于某個(gè)參照點(diǎn)來檢測信號，系統(tǒng)只需檢測兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍，如RS-422共模電壓范圍為-7～+7V，而RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7～+12V，只有滿足上述條件，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路**模電壓超出此范圍時(shí)就會(huì)影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。以圖11為例，當(dāng)發(fā)送驅(qū)動(dòng)器A向接收器B發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器A的輸出共模電壓為VOS，由于兩個(gè)系統(tǒng)具有各自獨(dú)立的接地系統(tǒng)，存在著地電位差VGPD。那么，接收器輸入端的共模電壓VCM就會(huì)達(dá)到VCM=VOS+VGPD。RS-422與RS-485標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定VOS≤3V，但VGPD可能會(huì)有很大幅度（十幾伏甚至數(shù)十伏），并可能伴有強(qiáng)干擾信號，致使接收器共模輸入VCM超出正常范圍，并在傳輸線路上產(chǎn)生干擾電流，輕則影響正常通信，重則損壞通信接口電路。
2．（EMI）問題：發(fā)送驅(qū)動(dòng)器輸出信號中的共模部分需要一個(gè)返回通路，如沒有一個(gè)低阻的返回通道（信號地），就會(huì)以輻射的形式返回源端，整個(gè)總線就會(huì)像一個(gè)巨大的天線向外輻射電磁波。
由于上述原因，RS-422、RS-485盡管采用差分平衡傳輸方式，但對整個(gè)RS-422或RS-485網(wǎng)絡(luò)，必須有一條低阻的信號地。一條低阻的信號地將兩個(gè)接口的工作地連接起來，使共模干擾電壓VGPD被短路。這條信號地可以是額外的一條線（非屏蔽雙絞線），或者是屏蔽雙絞線的屏蔽層。這是*通常的接地方法。
值得注意的是，這種做法僅對高阻型共模干擾有效，由于干擾源內(nèi)阻大，短接后不會(huì)形成很大的接地環(huán)路電流，對于通信不會(huì)有很大影響。當(dāng)共模干擾源內(nèi)阻較低時(shí)，會(huì)在接地線上形成較大的環(huán)路電流，影響正常通信。筆者認(rèn)為，可以采取以下三種措施：
（1）如果干擾源內(nèi)阻不是非常小，可以在接地線上加限流電阻以限制干擾電流。接地電阻的增加可能會(huì)使共模電壓升高，但只要控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)就不會(huì)影響正常通信。
（2）采用浮地技術(shù)，隔斷接地環(huán)路。這是較常用也是十分有效的一種方法，當(dāng)共模干擾內(nèi)阻很小時(shí)上述方法已不能奏效，此時(shí)可以考慮將引入干擾的節(jié)點(diǎn)（例如處于惡劣的工作環(huán)境的現(xiàn)場設(shè)備）浮置起來（也就是系統(tǒng)的電路地與機(jī)殼或大地隔離），這樣就隔斷了接地環(huán)路，不會(huì)形成很大的環(huán)路電流。
（3）采用隔離接口。有些情況下，出于**或其它方面的考慮，電路地必須與機(jī)殼或大地相連，不能懸浮，這時(shí)可以采用隔離接口來隔斷接地回路，但是仍然應(yīng)該有一條地線將隔離側(cè)的公共端與其它接口的工作地相連。參見圖12。
六、RS-422與RS-485的網(wǎng)絡(luò)失效保護(hù)
RS-422與RS-485標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了接收器門限為±200mV。這樣規(guī)定能夠提供比較高的噪聲抑制能力，如前文所述，當(dāng)接收器A電平比B電平高+200mV以上時(shí)，輸出為正邏輯，反之，則輸出為負(fù)邏輯。但由于第三態(tài)的存在，即在主機(jī)在發(fā)端發(fā)完一個(gè)信息數(shù)據(jù)后，將總線置于第三態(tài)，即總線空閑時(shí)沒有任何信號驅(qū)動(dòng)總線，使AB之間的電壓在-200～+200mV直至趨于0V，這帶來了一個(gè)問題：接收器輸出狀態(tài)不確定。如果接收機(jī)的輸出為0V，網(wǎng)絡(luò)中從機(jī)將把其解釋為一個(gè)新的啟動(dòng)位，并試圖讀取后續(xù)字節(jié)，由于永遠(yuǎn)不會(huì)有停止位，產(chǎn)生一個(gè)幀錯(cuò)誤結(jié)果，不再有設(shè)備請求總線，網(wǎng)絡(luò)陷于癱瘓狀態(tài)。除上述所述的總線空閑會(huì)造成兩線電壓差低于200mV的情況外，開路或短路時(shí)也會(huì)出現(xiàn)這種情況。故應(yīng)采取一定的措施避免接收器處于不確定狀態(tài)。
通常是在總線上加偏置，當(dāng)總線空閑或開路時(shí)，利用偏置電阻將總線偏置在一個(gè)確定的狀態(tài)（差分電壓≥-200mV）。如圖13。將A上拉到地，B下拉到5V，電阻的典型值是1kΩ，具體數(shù)值隨電纜的電容變化而變化。
上述方法是比較經(jīng)典的方法，但它仍然不能解決總線短路時(shí)的問題，有些廠家將接收門限移到-200mV/-50mV，可解決這個(gè)問題。例如Maxim公司的MAX3080系列RS-485接口，不僅省去了外部偏置電阻，而且解決了總線短路情況下的失效保護(hù)問題。
七、RS-422與RS-485的瞬態(tài)保護(hù)
前文提到的信號接地措施，只對低頻率的共模干擾有保護(hù)作用，對于頻率很高的瞬態(tài)干擾就無能為力了。由于傳輸線對高頻信號而言就是相當(dāng)于電感，因此對于高頻瞬態(tài)干擾，接地線實(shí)際等同于開路。這樣的瞬態(tài)干擾雖然持續(xù)時(shí)間短暫，但可能會(huì)有成百上千伏的電壓。
實(shí)際應(yīng)用環(huán)境下還是存在高頻瞬態(tài)干擾的可能。一般在切換大功率感性負(fù)載如電機(jī)、變壓器、繼電器等或閃電過程中都會(huì)產(chǎn)生幅度很高的瞬態(tài)干擾，如果不加以適當(dāng)防護(hù)就會(huì)損壞RS-422或RS-485通信接口。對于這種瞬態(tài)干擾可以采用隔離或旁路的方法加以防護(hù)。
1．隔離保護(hù)方法。這種方案實(shí)際上將瞬態(tài)高壓轉(zhuǎn)移到隔離接口中的電隔離層上，由于隔離層的高絕緣電阻，不會(huì)產(chǎn)生損害性的浪涌電流，起到保護(hù)接口的作用。通常采用高頻變壓器、光耦等元件實(shí)現(xiàn)接口的電氣隔離，已有器件廠商將所有這些元件集成在一片IC中，使用起來非常簡便，如Maxim公司的MAX1480/MAX1490，隔離電壓可達(dá)2500V。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是可以承受高電壓、持續(xù)時(shí)間較長的瞬態(tài)干擾，實(shí)現(xiàn)起來也比較容易，缺點(diǎn)是成本較高。
2．旁路保護(hù)方法。這種方案利用瞬態(tài)抑制元件（如TVS、MOV、氣體放電管等）將危害性的瞬態(tài)能量旁路到大地，優(yōu)點(diǎn)是成本較低，缺點(diǎn)是保護(hù)能力有限，只能保護(hù)一定能量以內(nèi)的瞬態(tài)干擾，持續(xù)時(shí)間不能很長，而且需要有一條良好的連接大地的通道，實(shí)現(xiàn)起來比較困難。實(shí)際應(yīng)用中是將上述兩種方案結(jié)合起來靈活加以運(yùn)用，如圖14。在這種方法中，隔離接口對大幅度瞬態(tài)干擾進(jìn)行隔離，旁路元件則保護(hù)隔離接口不被過高的瞬態(tài)電壓擊穿。