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串口通信物理层标准RS232和RS485对比

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作者 handsomestwei
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串口通信物理层标准RS232和RS485对比

串口通信物理层标准RS232和RS485对比

1. RS标准含义和数字含义

1.1 RS的含义

  • RS = “Recommended Standard”（推荐标准）
  • 由美国电子工业协会（EIA，Electronic Industries Association）制定
  • 定义电气特性和物理接口规范

1.2 数字含义

  • 232、485：只是EIA标准编号，没有特殊含义
  • 不是指信号线数量或信号类型
  • EIA标准编号通常是连续递增的：
    • RS-232（1960年制定）
    • RS-422（1975年制定）
    • RS-485（1983年制定）
    • RS-530（1987年制定）

1.3 常见误解

  • 误认为232代表2根、3根、2根信号线
  • 误认为485代表4根、8根、5根线
  • 实际只是纯粹的编号，像产品型号一样

2. RS-232 vs RS-485 的区别

2.1 基本特性对比

特性RS-232RS-485
通信方式点对点多点通信
信号线数量3根（TX、RX、GND）2根（A+、B-差分信号）
传输距离最大15米最大1200米
传输速率最高115.2kbps最高10Mbps
抗干扰能力较弱强（差分传输）
应用场景短距离、点对点长距离、多点

2.2 信号电平标准

RS-232信号电平

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逻辑1（MARK）：+3V 到 +15V
逻辑0（SPACE）：-3V 到 -15V
无效区域：-3V 到 +3V（死区）
典型值：±12V

RS-485信号电平

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差分信号：A+ 和 B- 之间的电压差
典型值：±2V
不需要地线作为参考

2.3 地线的作用

RS-232中的地线

  • 提供信号参考点：所有信号电压相对于地线测量
  • 形成完整回路：信号线→接收端→地线→发送端
  • 消除共模干扰：提供”干净”的参考点
  • 必须连接：地线断开会导致通信失败

RS-485中的地线

  • 不需要专门地线：两根信号线互为参考
  • 抗干扰能力强：差分传输天然抗干扰
  • 可选连接：某些应用可能需要地线用于屏蔽

2.4 电压判断逻辑

RS-232接收端判断

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if (电压 > +3V) {
    return 逻辑1;
} else if (电压 < -3V) {
    return 逻辑0;
} else {
    return 无效信号;
}

为什么用模糊判定？

  • 电压抖动：传输距离长、电磁干扰、电源波动
  • 死区设计：提供噪声容限，避免误判
  • 技术限制：模拟电路有误差，温度影响，器件老化
  • 成本考虑：容错设计更实用，工业环境要求可靠性

2.5 电平固定阈值说明

±3V阈值的来源

  • 标准制定：由EIA（美国电子工业协会）在RS-232标准中明确规定
  • 写入标准文档：所有厂商必须遵循的强制性要求
  • 硬件实现：芯片内部有比较器电路自动识别

对端如何知道阈值？

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标准协议：所有RS-232设备都遵循同一标准
地线作用：确保共同的电压参考
硬件芯片：MAX232、SP3232等自动转换

实际电压值的变化

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标准规定：+3V到+15V（逻辑1），-3V到-15V（逻辑0）
常见实现：±12V（MAX232芯片典型值）
其他可能：±5V、±9V、±15V（在标准范围内）

为什么不用精确值？

  • 技术限制：模拟电路有误差，温度影响，器件老化
  • 成本考虑：精确电路成本高，容错设计更实用
  • 实际需求：只要区分0和1，不需要精确电压值
  • 工业环境：容错性比精确性更重要

阈值判断的层次关系

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±3V：标准规定的固定阈值（不能改变）
±12V：常见的实际电压值（可以不同）
地线：共同的电压参考（必须连接）

3. 物理接口和通信协议的关系

3.1 物理接口类型

DB-9连接器（9针）

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针脚定义：
1. DCD (载波检测)
2. RXD (接收数据)
3. TXD (发送数据)
4. DTR (数据终端就绪)
5. GND (地线)
6. DSR (数据设备就绪)
7. RTS (请求发送)
8. CTS (清除发送)
9. RI  (振铃指示)

DB-25连接器（25针）

  • 更多控制信号线
  • 工业设备常用
  • 功能更完整

3.2 针脚使用对比

RS-232针脚使用

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最小配置（3针）：
- TXD (发送)
- RXD (接收)
- GND (地线)

标准配置（9针）：
- 包含控制信号
- 硬件流控
- 状态指示

RS-485针脚使用

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最小配置（2针）：
- A+ (差分正)
- B- (差分负)

标准配置（4针）：
- A+ (差分正)
- B- (差分负)
- GND (地线，可选)
- 使能控制

3.3 接口类型分类

专用接口

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设备A：DB-9 RS-232专用
设备B：DB-9 RS-485专用
  • 针脚定义固定
  • 只能使用一种协议

多功能接口

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设备C：DB-9 支持RS-232/485切换
设备D：DB-9 支持RS-232/485/422
  • 针脚定义可配置
  • 支持多种协议

3.4 多功能接口实现方式

硬件跳线

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跳线位置1：RS-232模式
跳线位置2：RS-485模式
  • 手动切换
  • 针脚定义改变

软件配置

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配置命令：SET_MODE RS232
配置命令：SET_MODE RS485
  • 动态切换
  • 实时生效

自动检测

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设备自动检测连接类型
自动配置相应模式

配置注意事项

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1. 确认当前模式
2. 正确配置参数
3. 检查针脚定义
4. 测试通信功能

总结

关键要点

  1. RS标准编号：232、485只是标准编号，没有特殊含义
  2. 通信方式：RS-232点对点，RS-485多点通信
  3. 信号传输：RS-232单端+地线，RS-485差分信号
  4. 物理接口：可以专用，也可以多功能支持多种协议
  5. 工业应用：RS-232用于短距离配置，RS-485用于长距离数据采集

选择建议

  • 短距离、点对点：选择RS-232
  • 长距离、多点：选择RS-485
  • 系统集成：考虑多功能接口设备
  • 工业环境：优先考虑RS-485的抗干扰能力
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本文由作者按照 CC BY 4.0 进行授权