一、RS-232C、RS-422与RS-485的由来
RS-232、RS-422与RS-485是串行数据接口标准，最初是电子工业协会（EIA）制定并发布，RS-232于1962年发布，命名为EIA-232-E,以保证不同厂家产品之间的兼容性为工业标准。RS-422由RS-232的发展是为了弥补RS-提出了232的缺点。为改进RS-通信距离短，速度低，RS-422定义了将传输速率提高到10的平衡通信接口Mb/s,传输距离延长到4000英尺(低于1000英尺)kb/s)并允许在平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是单机发送和多机接收的单向平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。扩大应用范围，EIA又于1983年在RS-在422的基础上制定RS-485标准增加了多点和双向通信能力，允许多发送机连接到同一总线，增加了发送机的驱动能力和冲突保护特性，扩大了总线的共模范围，然后命名为TIA/EIA-485-A标准。由于EIA提出的建议标准是RS作为前缀，我们仍然习惯于在通信行业按照上述标准执行上述标准RS前缀称谓。
RS-232、RS-422与RS-485标准只规定接口的电气特性，不涉及
连接器、电缆或协议。在此基础上，用户可以建立自己的高级通信协议。因此，在视频行业的应用中，许多制造商建立了一套高层通信协议，或公开或独家使用。比如录像机厂家Sony与
松下对视频RS-422控制协议不同，视频服务器上的控制协议更多，如Louth、Odetis协议是公开的ProLINK则是基于Profile上的。
二、RS-串行接口标准232
目前RS-232是PC串行接口是机器和通信行业应用最广泛的接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232采用不平衡传输，即所谓单端通信。
收发数据信号相对于信号地，如从DTE使用设备发出的数据DB25连接器是2脚相对于7脚(信号地)的电平，DB各引脚定义见图1。典型的RS-发送数据时，发送端驱动器输出正电平在正负电平之间摆动232信号 5～ 15V,负电平在-5～-15V电平。当无数据传输时，在线是TTL,从开始传输数据到结束，在线电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。接收器典型的工作电平在 3～ 12V与-3～-12V。由于发送电平与接收电平的差仅为2V至3V因此其共模抑制能力差，加上双绞线上的分布式
电容器，其最大传输距离约为15米，最高速率为20米kb/s。RS-232是为点对点(即只有一对收发设备)通信而设计的，其驱动负载为3~7kΩ。所以RS-232适用于当地设备之间的通信。电气参数见下表。
9针接口针脚定义
Pin1ReceivedLineSignalDetector
(DataCarrierDetect)
Pin2ReceivedData
Pin3TransmitData
Pin4DataTerminalReady
Pin5SignalGround
Pin6DataSetReady
Pin7RequestToSend
Pin8ClearToSend
Pin9RingIndicator
三、RS-422与RS-485串行接口标准
1．平衡传输
RS-422、RS-485与RS-232不同，数据信号采用差异化传输，也称为平衡传输。它使用一对双绞线将其中一条线定义为A,另一行定义为B,如图2。
通常，发送驱动器A、B正电平在之间 2～ 6V,负电平为-2~6V,是另一种逻辑状态。另一个信号地C,在RS-在485中，还有一个使能端RS-422中这是可用可不用的。“使能”RS-422、RS-485与RS-232不同，数据信号采用差异化传输，也称为平衡传输。它使用一对双绞线将其中一条线定义为A,另一行定义为B,如图2。
通常，发送驱动器A、B正电平在之间 2～ 6V,负电平为-2~6V,是另一种逻辑状态。另一个信号地C,在RS-在485中，还有一个使能端RS-422中这是可用可不用的。用于控制发送驱动器与传输线之间的切断和连接。当使能起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称为第三态，即不同于逻辑1和0的第三态。
接收器也作为与发送端相对的规定，通过平衡双绞线收发端AA与BB对应连接，当在收端AB之间有大于 200mV输出正逻辑电平小于-200mV输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常为200mV至6V参见图3。
2．RS-422电气规定
RS-422标准全称衡电压数字接口电路的电气特性图5是典型的RS-422四线接口。实际上还有一条信号地线，共5条线。图4是其DB9连接器引脚定义。由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232具有较强的驱动能力，因此允许多个接收节点连接到同一传输线上，最多10个节点。即主设备（Master）,其余为设备（Salve）,设备之间无法通信，因此RS-支持点对多的双向通信。接收器输入阻抗为4k,故发端最大负载能力为10×4k 100Ω(终接电阻)。RS-由于422四线接口采用单独的发送和接收通道，因此无需控制数据方向。每个设备之间的任何必要信号交换都可以通过软件进行（XON/XOFF握手)或硬件(单对双绞线)。
RS-422的最大传输距离为4000英尺(约1219米)，最大传输速度为100英尺Mb/s。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，为100kb/s只有当速率低于时，才能达到最大传输距离。最高传输速率只能在很短的距离内获得。一般来说，100米长的双绞线上的最大传输速率只有1Mb/s。
RS-422需要一个终端电阻，要求其电阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在矩距传输时，不需要终端电阻，即一般在300米以下。最终电阻连接到传输电缆的最远端。RS-相关电气参数见表1422
RS232接口针脚定义
25针接口定义：
Pin1ProtectiveGround
Pin2TransmitData
Pin3ReceivedData
Pin4RequestToSend
Pin5ClearToSend
Pin6DataSetReady
Pin7SignalGround
Pin8ReceivedLineSignalDetector
(DataCarrierDetect)
Pin20DataTerminalReady
3．RS-485电气规定
由于RS-485是从RS-它是在422的基础上发展起来的，所以RS-许多485电气规定RS-422相似。如果采用平衡传输方式，则需要在传输线上连接最终电阻。RS-485可采用二线和四线方式，二线系统可实现多点双向通信，见图6。
四线连接时，与RS-422只能实现点对多通信，即只能有一个主（Master）其余的设备来自设备，但与设备相比RS-422有改进,无论是四线还是二线连接方式，总线上都可以多接到32个设备。见图7。
RS-485与RS-422的区别在于其共模输出电压不同，RS-485是-7V至 12V之间,而RS-422在-7V至 7V之间,RS-485接收器最小输入阻抗为12k剑鳵S-422是4k健;旧峡梢运礡S-485满足所有RS-422的规范,所以RS-485驱动器可用于RS-应用于422网络。
RS-485与RS-最大传输距离约为1219米，最大传输速率为10米Mb/s。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，为100kb/s只有当速率低于时，才能使用规定的最长电缆长度。最高速率传输只能在很短的距离内获得。一般来说，100米长双绞线的最大传输速率仅为1Mb/s。
RS-485需要两个最终电阻，其电阻要求等于传输电缆的特性阻抗。矩距传输时不需要最终电阻，即一般在300米以下。最终电阻连接到传输总线的两端。
四、RS-422与RS-485网络安装注意要点
RS-422可支持10个节点，RS-485支持32个节点，因此多个节点构成网络。网络拓扑一般采用终端匹配的总线结构，不支持环形或星形网络。在构建网络时，应注意以下几点：
1.以双绞线电缆为总线，连接各节点，从总线到各节点的引线长度应尽可能短，以减少引线中反射信号对总线信号的影响。图8显示了实际应用中常见的错误连接方法（a,c,e）正确的连接方式（b,d,f）。a,c,e虽然这三种网络连接不正确，但在短距离和低速下仍可能正常工作，但随着通信距离的延长或通信速率的提高，其不利影响将越来越严重。主要原因是信号在各支路末端反射后与原始信号叠加，导致信号质量下降。nbsp;
2．应注意总线特性阻抗的连续性,在阻抗不连续点就会发生信号的反射。下列几种情况易产生这种不连续性：总线的不同区段采用了不同电缆,或某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装,再者是过长的分支线引出到总线。
总之,应该提供一条单一、连续的信号通道作为总线。
图8
五、RS-422与RS-485传输线上匹配的一些说明
对RS-422与RS-485总线网络一般要使用终接电阻进行匹配。但在短距离与低速率下可以不用考虑终端匹配。那么在什么情况下不用考虑匹配呢？理论上,在每个接收数据信号的中点进行采样时,只要反射信号在开始采样时衰减到足够低就可以不考虑匹配。但这在实际上难以掌握,美国MAXIM公司有篇文章提到一条经验性的原则可以用来判断在什么样的数据速率和电缆长度时需要进行匹配：当信号的转换时间（上升或下降时间）超过电信号沿总线单向传输所需时间的3倍以上时就可以不加匹配。例如具有限斜率特性的RS-485接口MAX483输出信号的上升或下降时间最小为250ns,典型双绞线上的信号传输速率约为0.2m/ns（24AWG PVC电缆）,那么只要数据速率在250kb/s以内、电缆长度不超过16米,采用MAX483作为RS-485接口时就可以不加终端匹配。
一般终端匹配采用终接电阻方法,前文已有提及,RS-422在总线电缆的远端并接电阻,RS-485则应在总线电缆的开始和末端都需并接终接电阻。终接电阻一般在RS-422网络中取100Ω,在RS-485网络中取120Ω。相当于电缆特性阻抗的电阻,因为大多数双绞线电缆特性阻抗大约在100～120Ω。这种匹配方法简单有效,但有一个缺点,匹配电阻要消耗较大功率,对于功耗限制比较严格的系统不太适合。
另外一种比较省电的匹配方式是RC匹配,如图9。利用一只电容C隔断直流成分可以节省大部分功率。但电容C的取值是个难点,需要在功耗和匹配质量间进行折衷。
还有一种采用二极管的匹配方法,如图10。这种方案虽未实现真正的“匹配”,但它利用二极管的钳位作用能迅速削弱反射信号,达到改善信号质量的目的。节能效果显著。
六、RS-422与RS-485的接地问题
电子系统接地是很重要的,但常常被忽视。接地处理不当往往会导致电子系统不能稳定工作甚至危及系统安全。RS-422与RS-485传输网络的接地同样也是很重要的,因为接地系统不合理会影响整个网络的稳定性,尤其是在工作环境比较恶劣和传输距离较远的情况下,对于接地的要求更为严格。否则接口损坏率较高。很多情况下,连接RS-422、RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来。而忽略了信号地的连接,这种连接方法在许多场合是能正常工作的,但却埋下了很大的隐患,这有下面二个原因：
1．共模干扰问题：正如前文已述,RS-422与RS-485接口均采用差分方式传输信号方式,并不需要相对于某个参照点来检测信号,系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围,如RS-422共模电压范围为-7～+7V,而RS-485收发器共模电压范围为-7～+12V,只有满足上述条件,整个网络才能正常工作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠,甚至损坏接口。以图11为例,当发送驱动器A向接收器B发送数据时,发送驱动器A的输出共模电压为VOS,由于两个系统具有各自独立的接地系统,存在着地电位差VGPD。那么,接收器输入端的共模电压VCM就会达到VCM=VOS+VGPD。RS-422与RS-485标准均规定VOS≤3V,但VGPD可能会有很大幅度（十几伏甚至数十伏）,并可能伴有强干扰信号,致使接收器共模输入VCM超出正常范围,并在传输线路上产生干扰电流,轻则影响正常通信,重则损坏通信接口电路。
图11
2．（EMI）问题：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路,如没有一个低阻的返回通道（信号地）,就会以辐射的形式返回源端,整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。
由于上述原因,RS-422、RS-485尽管采用差分平衡传输方式,但对整个RS-422或RS-485网络,必须有一条低阻的信号地。一条低阻的信号地将两个接口的工作地连接起来,使共模干扰电压VGPD被短路。这条信号地可以是额外的一条线（非屏蔽双绞线）,或者是屏蔽双绞线的屏蔽层。这是最通常的接地方法。
值得注意的是,这种做法仅对高阻型共模干扰有效,由于干扰源内阻大,短接后不会形成很大的接地环路电流,对于通信不会有很大影响。当共模干扰源内阻较低时,会在接地线上形成较大的环路电流,影响正常通信。笔者认为,可以采取以下三种措施：
（1） 如果干扰源内阻不是非常小,可以在接地线上加限流电阻以限制干扰电流。接地电阻的增加可能会使共模电压升高,但只要控制在适当的范围内就不会影响正常通信。
（2） 采用浮地技术,隔断接地环路。这是较常用也是十分有效的一种方法,当共模干扰内阻很小时上述方法已不能奏效,此时可以考虑将引入干扰的节点（例如处于恶劣的工作环境的现场设备）浮置起来（也就是系统的电路地与机壳或大地隔离）,这样就隔断了接地环路,不会形成很大的环路电流。
（3） 采用隔离接口。有些情况下,出于安全或其它方面的考虑,电路地必须与机壳或大地相连,不能悬浮,这时可以采用隔离接口来隔断接地回路,但是仍然应该有一条地线将隔离侧的公共端与其它接口的工作地相连。参见图12。
图12
七、RS-422与RS-485的网络失效保护
RS-422与RS-485标准都规定了接收器门限为±200mV。这样规定能够提供比较高的噪声抑制能力,如前文所述,当接收器A电平比B电平高+200mV以上时,输出为正逻辑,反之,则输出为负逻辑。但由于第三态的存在,即在主机在发端发完一个信息数据后,将总线置于第三态,即总线空闲时没有任何信号驱动总线,使AB之间的电压在-200～+200mV直至趋于0V,这带来了一个问题：接收器输出状态不确定。如果接收机的输出为0V,网络中从机将把其解释为一个新的启动位,并试图读取后续字节,由于永远不会有停止位,产生一个帧错误结果,不再有设备请求总线,网络陷于瘫痪状态。除上述所述的总线空闲会造成两线电压差低于200mV的情况外,开路或短路时也会出现这种情况。故应采取一定的措施避免接收器处于不确定状态。
图13
通常是在总线上加偏置,当总线空闲或开路时,利用偏置电阻将总线偏置在一个确定的状态（差分电压≥-200mV）。如图13。将A上拉到地,B下拉到5V,电阻的典型值是1kΩ,具体数值随电缆的电容变化而变化。上述方法是比较经典的方法,但它仍然不能解决总线短路时的问题,有些厂家将接收门限移到-200mV/-50mV,可解决这个问题。例如Maxim公司的MAX3080系列RS-485接口,不仅省去了外部偏置电阻,而且解决了总线短路情况下的失效保护问题。
八、RS-422与RS-485的瞬态保护
前文提到的信号接地措施,只对低频率的共模干扰有保护作用,对于频率很高的瞬态干扰就无能为力了。由于传输线对高频信号而言就是相当于电感,因此对于高频瞬态干扰,接地线实际等同于开路。这样的瞬态干扰虽然持续时间短暂,但可能会有成百上千伏的电压。
实际应用环境下还是存在高频瞬态干扰的可能。一般在切换大功率感性负载如电机、
变压器、
继电器等或闪电过程中都会产生幅度很高的瞬态干扰,如果不加以适当防护就会损坏RS-422或RS-485通信接口。对于这种瞬态干扰可以采用隔离或旁路的方法加以防护。
1．隔离保护方法。这种方案实际上将瞬态高压转移到隔离接口中的电隔离层上,由于隔离层的高绝缘电阻,不会产生损害性的浪涌电流,起到保护接口的作用。通常采用高频变压器、光耦等元件实现接口的电气隔离,已有器件厂商将所有这些元件集成在一片IC中,使用起来非常简便,如Maxim公司的MAX1480/MAX1490,隔离电压可达2500V。这种方案的优点是可以承受高电压、持续时间较长的瞬态干扰,实现起来也比较容易,缺点是成本较高。
2．旁路保护方法。这种方案利用瞬态抑制元件（如TVS、MOV、气体放电管等）将危害性的瞬态能量旁路到大地,优点是成本较低,缺点是保护能力有限,只能保护一定能量以内的瞬态干扰,持续时间不能很长,而且需要有一条良好的连接大地的通道,实现起来比较困难。实际应用中是将上述两种方案结合起来灵活加以运用,如图14。在这种方法中,隔离接口对大幅度瞬态干扰进行隔离,旁路元件则保护隔离接口不被过高的瞬态电压击穿。
图14
九、接线说明
1.DB9和DB25的常用信号脚说明
9针串口（DB9） 25针串口（DB25）
针号 功能说明 缩写 针号 功能说明 缩写
1 数据载波检测 DCD 8 数据载波检测 DCD
2 接收数据 RXD 3 接收数据 RXD
3 发送数据 TXD 2 发送数据 TXD
4 数据终端准备 DTR 20 数据终端准备 DTR
5 信号地 GND 7 信号地 GND
6 数据设备准备好 DSR 6 数据准备好 DSR
7 请求发送 RTS 4 请求发送 RTS
8 清除发送 CTS 5 清除发送 CTS
9 振铃指示 DELL 22 振铃指示 DELL
2.RS232C串口通信接线方法（三线制）
首先,串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现：同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连,两个串口相连或一个串口和多个串口相连
• 同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连 对9针串口和25针串口,均是2与3直接相连;
• 两个不同串口（不论是同一台计算机的两个串口或分别是不同计算机的串口）
9针－9针 25针－25针 9针－25针
2 3 3 2 2 2
3 2 2 3 3 3
5 5 7 7 5 7
上面表格是对微机标准串行口而言的,还有许多非标准设备,如接收GPS数据或电子罗盘数据,只要记住一个原则：接收数据针脚（或线）与发送数据针脚（或线）相连,彼些交叉,信号地对应相接,就能百战百胜。
3.串口调试中要注意的几点：
• 不同编码机制不能混接,如RS232C不能直接与RS422接口相连,市面上专门的各种转换器卖,必须通过转换器才能连接;
• 线路焊接要牢固,不然程序没问题,却因为接线问题误事;
• 串口调试时,准备一个好用的调试工具,如串口调试助手、串口精灵等,有事半功倍之效果;
• 强烈建议不要带电插拨串口,插拨时至少有一端是断电的,否则串口易损坏。