Rs 485 и can в чем разница
CAN против RS 485: почему тенденция направлена в сторону CAN
В отличие от предыдущих стандартов физического уровня, в частности RS‑423, RS‑422 и RS‑232, появление RS‑485 стало поистине эволюционным этапом. Системы связи с поддержкой данного стандарта представляют собой многоточечную систему и имеют до 32 узлов в одиночной системе (с репитерами до 256).
Благодаря своей высокой устойчивости при эксплуатации в непростых условиях, характерных для автомобильных приложений, возможностям защиты от сбоев и уникальной обработке сообщений CANbus теперь используется там, где прежде никогда не был распространен. Нынешние рыночные тенденции демонстрируют все более широкое внедрение CANbus, порой заменяющего RS‑485 в традиционных индустриальных программах.
Согласно рыночным отчетам, применение CANbus увеличивается в разы, что является исключительным фактом для рынка интерфейсов. И хотя отчеты не разделяют промышленные и автомобильные рынки, многие согласны с тем, что промышленные рынки составляют около 20–30% от общего объема выпускаемой продукции. Рост использования интерфейсов в автомобильной промышленности можно объяснить распространением электроники, установленной сегодня в автомобилях. Современные автомобили имеют сложные микропроцессорные системы, необходимые для таких функций, как резервные камеры, автоматическая парковка, информационно-развлекательные системы, распознавание слепых зон и многое другое. Появление данных подсистем связано с увеличением числа датчиков и микроконтроллеров в авто, требующихся для обработки информации от всех сложных систем, действующих внутри машины. Еще в 1990‑х годах многие автопроизводители начали переход от ручного переключения передач к автоматическим, а позже и к коробкам передач с электронным управлением, основанным на поступающих на микроконтроллер данных о скорости, положении дроссельной заслонки и информации от барометрических датчиков. Сегодня на одном транспортном средстве можно насчитать свыше 100 датчиков и микроконтроллеров, многие из которых общаются по шине CAN. Даже полностью электрический автомобиль Tesla S имеет внутри 65 микроконтроллеров [2].
На индустриальном рынке также наблюдается рост внедрения интерфейса CAN. Промышленные CAN-приложения имеют достаточно широкий охват и устанавливаются в самых разнообразных приложениях — от коммерческих беспилотных летательных аппаратов (дронов) до элементов управления лифтом и даже газонокосилками коммерческого назначения. Поставщики микросхем признают этот факт и разрабатывают продукты для удовлетворения все возрастающей потребности в CAN вне традиционного рынка автомобильной промышленности. Другой фактор, способствующий увеличению применения CAN в индустриальной сфере, — это переход многих инженеров‑автомобилестроителей в промышленный сегмент, где они, естественно, применили свой опыт работы с шиной CAN и ее уникальные преимущества. Еще одна причина внедрения интерфейса CAN на промышленном рынке связана с присущей ему отказоустойчивостью и способностью эффективно обрабатывать кадры сообщений на многоузловой шине.
Для того чтобы объяснить преимущества CAN по отношению к RS‑485, лучше всего оценить сходства и различия между двумя стандартами — ISO 11898-2-2016 [3] и TIA/EIA‑485 (сейчас действует ANSI TIA/EIA‑485‑A ) соответственно. Оба стандарта определяют уровни приемопередатчиков, которые представлены на диаграмме (рис. 1) для стороны передачи.
Оба протокола имеют дифференциальный выходной сигнал. Выход RS‑485 представляет собой классический дифференциальный сигнал, в котором один сигнал является инвертированным, или зеркальным отражением другого. Выход A — неинвертирующая линия, а выход B — инвертирующая линия. Дифференциальный диапазон +1,5…+5 В равен логической 1 или значению, а пределы –1,5…–5 В — логическому 0 или пробелу. Сигнал с уровнем, лежащим в диапазоне –1,5…+1,5 В, считается как неопределенный. Важно отметить, что когда RS‑485 не используется, то его выход пребывает в состоянии высокого импеданса.
У шины CAN выходной дифференциальный сигнал несколько иной. Так, здесь предусмотрено два выхода в виде CANH- и CANL-линий данных, которые являются отражением друг друга (рис. 1) и представляют собой инвертированную логику. В доминирующем состоянии (бит нуля, используемый для указания приоритета сообщения) CANH-CANL определяются как 0, когда напряжение на них составляет +1,5…+3 В. В рецессивном состоянии (1 бит и состоянии незанятой шины) сигнал драйвера определяется как логическая 1, когда дифференциальное напряжение находится в диапазоне –120…+12 мВ или в приближении к нулю.
Рис. 1. Сравнение допустимых уровней выходных дифференциальных сигналов драйверов RS 485 и CAN
Для стороны приемника стандарт RS‑485 определяет входной дифференциальный сигнал, когда он находится в пределах ±200 мВ…+5 В. Для CAN входной дифференциальный сигнал составляет +900 мВ…+3 В, а рецессивный режим находится в диапазоне –120…+500 мВ. Когда шина пребывает в режиме ожидания или когда не загружена и трансивер находится в рецессивном состоянии, напряжения на линиях CANH и CANL должны быть в рамках 2–3 В.
Как RS‑485, так и CAN имеют необходимый технологический запас по уровням распознавания для работы в приложениях, в которых сигнал может быть ослаблен из-за характеристик и качества используемого кабеля (экранированного или неэкранированного) и длины кабелей, что может сказаться на емкости подключения системы. Для сравнения допустимых уровней входных дифференциальных сигналов со стороны приемника RS‑485 и CAN следует обратиться к рис. 2.
Рис. 2. Сравнение допустимых уровней входных дифференциальных сигналов для RS 485 и CAN со стороны приемника
Кроме того, оба стандарта имеют нагрузочные согласующие резисторы с одинаковым значением 120 Ом, устанавливаемые на концах линии. Эти резисторы необходимы, чтобы обеспечить согласование линии связи по волновому сопротивлению линии передачи и тем самым избежать отражения сигнала. Другие технические характеристики, такие как скорость передачи данных и количество допустимых узлов, носят информационный характер, а не являются строгими требованиями, подлежащими обязательному выполнению. Для удовлетворения нужд рынка большинство выпускаемых RS‑485- и CAN-трансиверов превышает стандартную скорость передачи данных и допустимое количество узлов. Например, интегральный полудуплексный трансивер RS‑485 индустриального класса из микросхемы MAX22500E [4] от компании Maxim достиг скорости в 100 Мбит/с. А новый стандарт CAN-FD, ISO 11898-2:2016, хотя и определяет временные характеристики для скоростей 2 и 5 Мбит/с, но не ограничивает скорость передачи данных значением 5 Мбит/с. CAN-трансиверы превысят требования своего стандарта так же, как и приемопередатчики RS‑485. Что касается устойчивости к синфазному сигналу, параметр CMR (Common-Mode Range, диапазон синфазных напряжений) для RS‑485 составляет –7…+12 В и для CAN –2…+7 В.
Однако многим приложениям требуется более высокая производительность в части CMR, что относится к обоим типам рассматриваемых интерфейсов. Это связано с тем, что они в основном используются для многоузловых шин, а их узлы могут иметь источники питания с разными силовыми трансформаторами или кабели находиться в непосредственной близости к оборудованию с достаточно мощными переменными электромагнитными полями, способными повлиять на заземление между узлами системы. Таким образом, учитывая множество самых различных приложений, работающих в жестких условиях индустриальной среды, часто требуется более высокая устойчивость CMR, выходящая за пределы стандартных уровней –7…+12 В.
Для решения этой проблемы существуют приемопередатчики RS‑485 и CAN нового поколения, которые имеют значительно более широкий диапазон устойчивости к воздействию синфазной помехи, а именно до ±25 В. На диаграмме, приведенной на рис. 3, представлен флуктуирующий диапазон синфазного сигнала для приемопередатчика RS‑485. Несмотря на то, что сигнал синфазного напряжения растет вверх и вниз, пока уровень синфазного напряжения (VCM) находится в пределах допустимого диапазона, он не влияет на дифференциальный сигнал шины и приемник способен принимать и распознавать сигнал на линии без ошибок. Диаграмма на рис. 3 показывает допустимый диапазон изменения синфазного сигнала для RS‑485.
Рис. 3. Пояснение параметра CMR на примере трансивера RS 485
Еще одна особенность, присущая как приемопередатчикам CAN, так и RS‑485, — защита от сбоев. Устройства с защитой от ошибок имеют внутреннюю цепь защиты от воздействия повышенного напряжения на выходы драйвера входа приемника. Это необходимо, чтобы уберечь устройства от случайных коротких замыканий между локальным источником питания и линиями передачи. В данном направлении микросхемы компании Maxim занимают лидирующее положение в отрасли. Они, как, например, широко используемая и в настоящее время MAX13041, гарантируют уровни защиты от сбоев до ±80 В и даже с некоторым дополнительным запасом до полного пробоя и выхода цепи защиты из строя [5]. Причем важно то, что этот уровень защиты гарантируется независимо от того, подано питание на трансивер или он обесточен.
Среди основных причин того, почему в индустриальных приложениях предпочтение отдается CAN-, а не RS‑485‑трансиверам, следует назвать и способ обработки сообщений на шине. В мультиузловой системе, используемой для общения с микропроцессором RS‑485, могут быть случаи, когда несколько сообщений отправляются одновременно. Что иногда приводит к коллизиям, иначе известным как конкуренция. Если подобное происходит, состояние шины может оказаться неверным или неопределенным, что вызовет ошибки данных. Кроме того, такая конкуренция может повредить или ухудшить параметры производительности, когда несколько трансиверов RS‑485 на шине находятся в одном, а один приемопередатчик — в противоположном состоянии. Тогда от одиночного передатчика RS‑485 может потребоваться довольно значительный ток, который, вероятно, вызовет отключение микросхемы из-за превышения максимально допустимой температуры или даже приведет к необратимому повреждению системы. Здесь CANbus по сравнению с протоколом RS‑485 имеет большое преимущество. С помощью CANbus удается разрешить проблему передачи нескольких сообщений на линии путем ранжирования каждого из них.
Рис. 4. Формат кадра передачи данных CAN
Перед тем как приступить к работе по проектированию системы, инженеры назначают разные уровни задач. Ранее упоминалось, что CAN имеет доминантное и рецессивное состояние. Во время передачи сообщение с более высоким назначенным доминантным состоянием «выигрывает» конкуренцию и будет продолжать передачу, в то время как другие узлы с более низким приоритетом будут видеть доминирующий бит и прекратят передавать данные. Этот метод называется арбитражем, где сообщения приоритетны и принимаются в порядке их статуса. Узел, который проигрывает в результате более низкого назначенного приоритета, повторно отправит свое сообщение, когда его уровень окажется доминирующим. Это продолжается для всех узлов, пока они не выполнят передачу. На рис. 4 более подробно рассмотрен формат кадра данных сообщения в протоколе CAN. Эта временная диаграмма и таблица 1 наглядно демонстрируют, где и как происходит арбитраж.
Таблица 1. Формат кадра передачи данных в протоколе CAN
Digitrode
цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы
Ключевые различия между протоколами RS-485 и RS-232
Сравнение RS-232 и RS-485
Использование последовательной связи дает ряд преимуществ, включая простоту, легкость в использовании и требует всего нескольких контактов GPIO. RS-485 и RS-232 – это два стандарта последовательной передачи данных, которые были рождены давно. Они существовали задолго до USB, SPI, I2C и многих других протоколов, но все еще остаются актуальными и имеют свое место в сегодняшнюю эпоху. Хоть они в возрасте, но они все еще живы и работают.
В этой статье мы проведем сравнительный обзор RS485 и RS232 на основе их рабочего расстояния, методов передачи электрических сигналов, скорости передачи данных, количества драйверов и приемников, а также требований к напряжению. Давай начнем.
Основы протокола RS-232
Стандарт RS-232 был разработан для обеспечения совместимой связи между различными поставщиками небольших интерфейсов последовательной передачи данных. Он определяет имена и электрические характеристики сигналов в интерфейсах, а также механические атрибуты используемых интерфейсов. Любой интерфейс RS-232 используется только для подключения двух устройств. Одним из них является оконечное оборудование данных (DTE), а другим – оборудование передачи данных (DCE). Интерфейсы RS-232 обычно используются для подключения периферийных устройств к ПК, поэтому обычно DTE может быть ПК, а DCE может быть принтером. Связь между двумя устройствами увеличена до 50 футов, а скорость передачи данных – до 20 Кбит/с.
Связи, используемые в RS-232, классифицируются как несимметричные и несимметричные. Это означает, что линии передачи связаны с общей землей, или, проще говоря, один провод используется для передачи данных, а земля служит вторым проводом. Несимметричные линии могут быстро исказить передаваемые данные при использовании на очень больших расстояниях. Повреждение может быть вызвано сдвигом заземления, контурами заземления и даже разными потенциалами заземления между отправителем и получателем.
Основы протокола RS-485
RS-485 носит официальное название TIA/EIA-485. Он был разработан для увеличения расстояния и преодоления ограничения передачи данных RS-232, а также для преодоления односторонней связи через двухпроводной интерфейс RS-422. Это двунаправленный многоточечный интерфейс, поэтому он не ограничивается подключением только двух устройств, так как при RS-232. К порту RS-485 можно подключить до 32 комплектов драйверов и приемников, расстояние увеличивается до 4000 футов, а скорость передачи данных – до 100 Кбит/с.
Двухпроводные линии передачи A и B, которые связывают устройства, являются симметричными линиями. Симметричны в том смысле, что, когда линия A передает напряжение, линия B несет дополнение к напряжению или наоборот. Эта балансировка технически называется сбалансированной дифференциальной сигнализацией и обеспечивает подавление синфазного шума. Итак, RS-485 будет иметь более высокую помехозащищенность. Когда данные не передаются, две линии передачи уравновешиваются или их напряжения компенсируют друг друга. Когда есть данные на одной из линий, создается электрический дисбаланс, который улавливается и усиливается приемником. RS-485 указывает, что кабели, используемые в качестве каналов передачи, должны быть витыми парами, а используемый формат данных такой же, как у RS-232.
Разница между протоколами связи RS232 и RS485
RS-232 покрывает меньшее расстояние и имеет меньшую скорость передачи данных. Он имеет максимальную длину кабеля 50 футов и максимальную скорость передачи данных 20 Кбит/с, в то время как RS-485 распространяется на расстояние до 4000 футов и имеет максимальную скорость передачи данных 100 Кбит/с. Это объясняет, почему RS-232 используется для соединений на малых расстояниях, а RS-485 – на больших расстояниях с более высокими требованиями к скорости передачи данных.
Методы электрической передачи сигналов – важный параметр, определяющий помехоустойчивость двух протоколов. В RS-232 используются несимметричные линии или несимметричная передача сигналов, что снижает помехозащищенность стандарта от помех, таких как контуры заземления. Более высокая помехозащищенность обеспечивается RS-485, поскольку он использует метод сбалансированной дифференциальной сигнализации, который награждает пользователя подавлением синфазного шума.
В идеале, чем больше устройств мы сможем подключить, тем лучше. RS-485 разработан для многоточечных систем, где подключено несколько драйверов и приемников, а RS-232, с другой стороны, используется для подключения только двух устройств.
Компромисс, связанный с подключением нескольких устройств, увеличивает сложность сети. RS-232 легче реализовать, так как требуется меньшее количество приемников и драйверов. Это действительно простое и дешевое решение.
Выводы
Скажем, мистер Х хочет подключить модем к своему ПК, а расстояние между двумя устройствами чуть более 1,5 метров. Мистер Икс не любит сложных вещей и предпочитает более дешевое решение. Какой из протоколов RS-232 и RS-485 использовать мистеру X? RS-232, конечно!
Если приложения требуют подключения нескольких систем, более высоких скоростей передачи данных, большей помехоустойчивости и большого расстояния, то RS-485 является более подходящим кандидатом.
Русские Блоги
Связь между UART и RS232 / RS485 / RS422
UART эквивалентен станции, а RS232 / RS485 / RS422 соответствует правилам дорожного движения.
Данные в памяти: 1 1 1 0 0 1 0 1
RS232/RS485， Это два разных электрических протокола, то есть они обеспечивают электрические и физические характеристики, которые влияют на путь передачи данных и не содержат способа обработки данных.Например, наиболее заметными особенностями являются:RS232 использует эффективный уровень 3-15 В,
—— И UART, потому что нет регулирования электрических характеристик, поэтому используйте его напрямую Уровень загрузки ЦП , Это так называемый уровень TTL (может быть между 0
В частности, электрические характеристики также определяют способ подключения проводки, например: RS232, предусмотрено выражать данные по уровням, Следовательно, линия представляет собой одну линию, и только две линии могут использоваться для достижения Назначение полного дуплекса ；
И RS485, используйте Дифференциальный уровень представляет данные Следовательно, необходимо использовать два провода для удовлетворения основных требований к передаче данных. Для достижения полного дуплекса необходимо использовать 4 провода., Однако, независимо от того, используется ли RS232 или RS485, они относительно независимы от UART, но из-за разницы в электрических характеристиках для завершения нормального потока данных между линией и UART необходимы специальные устройства и соединения UART.
Скорость передачи данных, указанная в стандарте RS-232-C, составляет 50, 75, 100, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200 бод в секунду.
Характеристики RS232:
(2) Скорость передачи относительно низкая. При асинхронной передаче скорость передачи составляет 20 Кбит / с, поэтому в плате разработки 51CPLD скорость передачи интегрированной программы может составлять только 19200 бод, что также является причиной.
(3) Интерфейс использует сигнальную линию и обратную линию сигнала для формирования общей формы наземной передачи.Эта общая наземная передача подвержена синфазным помехам, поэтому шумозащитные помехи являются слабыми.
(4) Расстояние передачи ограничено. Стандартное максимальное расстояние передачи составляет 50 футов, но его можно использовать только на расстоянии около 15 метров.
Обзор RS485
Когда расстояние связи составляет от десятков метров до тысяч метров, широко используется последовательная шина RS-485. RS-485 использует сбалансированную передачу и дифференциальный прием, поэтому он может подавлять синфазные помехи. Кроме того, шинный трансивер обладает высокой чувствительностью и может обнаруживать напряжения до 200 мВ, поэтому сигнал передачи может быть восстановлен за километры.
RS-485 принимает полудуплексный режим работы, и только одна точка может находиться в состоянии отправки в любое время, поэтому схема отправки должна управляться сигналом разрешения.
Характеристики RS485:
RS-485 очень удобен при использовании для многоточечного соединения, что позволяет сэкономить много сигнальных линий. Приложение RS-485 может быть объединено в сеть, образуя распределенную систему, которая позволяет подключать до 32 драйверов и 32 приемника параллельно. Ввиду недостатков RS-232-C новый стандарт RS-485 имеет следующие характеристики:
(1) Электрические характеристики RS-485: логическая «1» представлена разностью напряжений между двумя проводами + 2 В
-2 В. Уровень сигнала интерфейса ниже, чем у RS-232-C, не так просто повредить микросхему схемы интерфейса, уровень совместим с уровнем TTL, и его удобно подключать к цепи TTL.
(2) Максимальная скорость передачи данных: 10 Мбит / с.
(3) Интерфейс RS-485 использует комбинацию сбалансированного драйвера и дифференциального приемника, который обладает сильной способностью подавлять синфазные помехи, то есть хорошей защитой от шума.
(4) Стандартное значение максимального расстояния передачи интерфейса RS-485 составляет 4000 футов, что на самом деле может достигать 3000 метров.
(5) Интерфейс RS-232-C позволяет подключать к шине только один приемопередатчик, то есть возможность подключения одной станции; в то время как интерфейс RS-485 позволяет подключать к шине только до 128 приемопередатчиков, то есть он может работать с несколькими станциями. Один интерфейс RS-485 можно использовать для простого создания сети устройств.
Обзор RS422
RS-422 может работать в полнодуплексном режиме через две пары проводов витой пары, не влияя друг на друга, в то время как RS485 может работать только в полудуплексном режиме, отправка и прием не могут выполняться одновременно, для этого требуется только пара витых пар. RS422 и RS485 могут передавать 1200 метров со скоростью менее 19 кбит / с. Новый тип линии трансивера может быть подключен к части оборудования.
Электрические характеристики RS-422 точно такие же, как у RS-485. Основное отличие: RS-422 имеет 4 сигнальные линии: две отправляющие (Y, Z) и две принимающие (A, B). Поскольку прием и отправка RS-422 разделены, он может принимать и отправлять одновременно (полный дуплекс); RS-485 имеет 2 сигнальные линии: отправку и прием.
Особенности RS422:
Четырехпроводной интерфейс RS-422 использует отдельные каналы отправки и приема, поэтому нет необходимости контролировать направление данных. Любой необходимый обмен сигналами между устройствами может выполняться программно (квитирование XON / XOFF) или аппаратно (пара отдельных двойных Многожильный провод). Максимальное расстояние передачи RS-422 составляет 4000 футов (около 1219 метров), а максимальная скорость передачи составляет 10 Мбит / с. Длина сбалансированной витой пары обратно пропорциональна скорости передачи, а максимальное расстояние передачи возможно только при скорости ниже 100 кбит / с. Только на небольшом расстоянии можно получить самую высокую скорость передачи. Как правило, максимальная скорость передачи данных по кабелю витой пары длиной 100 метров составляет всего 1 Мбит / с.
RS-422 требует оконечного резистора, и его сопротивление должно быть приблизительно равным характеристическому сопротивлению кабеля передачи. При передаче на короткие расстояния оконечные резисторы не требуются, то есть оконечные резисторы, как правило, не требуются ниже 300 метров. Согласующий резистор подключается к дальнему концу кабеля передачи.
Разница между RS-232 / RS-422 / RS-485
ПК уже оборудован RS232, так что вы можете использовать его напрямую.Если вы используете связь RS485, вам нужно только подключить преобразователь RS232 к RS485 к порту RS232, нет необходимости изменять программу.
RS-232 обеспечивает связь только один-к-одному (возможность использования одной станции)
Интерфейс RS-485 позволяет подключать к шине до 128 трансиверов (с возможностью подключения нескольких станций)
Поскольку по умолчанию ПК имеет только интерфейс RS232, есть два способа получить схему RS485 верхнего компьютера ПК:
(1) Преобразуйте сигнал RS232 последовательного порта ПК в сигнал RS485 с помощью схемы преобразования RS232 / RS485. Для более сложных промышленных условий лучше всего выбрать продукт с защитой от перенапряжения и изоляцией.
(2) С помощью карты с несколькими последовательными портами PCI вы можете напрямую выбрать карту расширения, выходной сигнал которой является типом RS485.
Компьютер подключает несколько устройств 485 (контроллеров доступа) по очереди через преобразователь RS232-RS485 и использует опрос для связи с устройствами на шине по очереди.
Расстояние связи: теоретическое расстояние между самым дальним устройством (контроллером) и компьютером составляет 1200 м. Клиентам рекомендуется управлять им в пределах 800 м, а наилучшие результаты можно контролировать в пределах 300 м. Если расстояние слишком велико, вы можете приобрести ретранслятор 485 (расширитель) (приобретайте его у профессионального производителя преобразователя. Независимо от того, расположен ли ретранслятор в середине шины или в начале, обратитесь к инструкциям соответствующего производителя). Репитер теоретически можно увеличить до 3000 метров.
Количество нагрузки: то есть, сколько устройств (контроллеров) может переноситься по шине 485. Это зависит от микросхемы связи контроллера и выбора микросхемы связи преобразователя 485. Как правило, их 32, 64, 128 или 256. Это теоретическое число. В реальных приложениях, в зависимости от таких факторов, как окружающая среда и расстояние связи, величина нагрузки не может достичь числового индекса. Контроллеры и преобразователи Micro-Tillage Company рассчитаны на 256 единиц. Фактически, заказчику рекомендуется контролировать 80 единиц на шину.
Коммуникационная шина 485 (необходимо использовать витую пару или один из сетевых кабелей), если вы используете обычные провода (без витой пары), помехи будут очень большими, связь не будет гладкой или даже связь не будет работать.
Каждое устройство контроллера должно быть соединено рука об руку, соединение звездой или разветвление не допускается. Если есть соединение звездой или вилкой, помехи будут очень большими, связь не будет гладкой, или даже связь.