Мал. 4 Стандарти послідовних інтерфейсів

Інтерфейси EIA-RS-422 (ITU-T V.ll, X.27) і EIA-RS-485 (ISO 8482) використовують симетричну передачу сигналу і допускають як двоточкову, так і шинну топологію з'єднань. У них інформативною є різниця потенціалів між провідниками А і В. Еслі на вході приймача UA-UB>0,2В (А положительнее В) — стан «вимкнений» (space), UA-UB<-0,2 В (А отрицательнее В) — стан «включений» (mark). Діапазон |U_A-U_B|Е0,2В є зоною нечутливості (гістерезис), що захищає від дії перешкод. На виходах передавача сигнали UA і UB зазвичай перемикаються між рівнями 0 і +5 У (КМОП) або +1 і +4 У (ТТЛ), диференціальна вихідна напруга повинна лежати в діапазоні 1,5—5 В. Виходноє опір передавачів 100 Ом. Інтерфейси електрично сумісні між собою, хоча і мають деякі відмінності в обмеженнях. Принципова відмінність передавачів RS-485 — можливість перемикання в третій стан. Передавачі RS-422/485 сумісні з приймачами RS-423. Основні параметри інтерфейсів приведені в табл. 2.3.

Щоб збільшити число вузлів, можна підвищити вхідний опір приймачів, але при цьому знижується допустима швидкість або максимально можлива дальність передачі. Максимальна швидкість передачі на коротких відстанях (до 10м) обмежується швидкодією передавачів (досяжна частота 25 Мгц). На середніх відстанях обмеження визначається ємкістю кабелю (1200 бит/с - 25 нФ, 9600 бит/с - 30 нф, 115  кбит/с -250 пФ). Максимальна дальність (1200 м) обмежена опором петлі постійному струму.

Таблиця 2.3. Параметри інтерфейсів RS-422 і RS-485

Параметр	RS-422	RS-485
Поріг спрацьовування |UA-UB|,В	0,2	0,2
Допустима напруга синфазної перешкоди, В1	-6,8...+6,8	-6,8...+11,8
Допустима напруга на входах, В1	-7...+7	-7...+12
Вхідний опір приймача, кОм	4	12
Мінімальний опір навантаження передавача, Ом	100	60
Максимальне число вузлів	1 передавач +10 приймачів	32 (передавачів, приймачів або їх комбінацій)
Максимальна довжина, м	1200 (100 кбит/с) 12(10Мбит/с)	1200 (100 кбит/с) 12(10Мбит/с)
Термінатори, R=100 Ом	На дальньому кінці від передавача	На обох кінцях
Струм короткого замикання, мА	<150 на шину GND	<250 на шину з потенціалом -7...+12 У або між проводами А і В
1 Напруга вимірюється щодо «схемної землі» вузла.

Інтерфейс RS-485 може бути в двох версіях: двопровідною і чотирипровідною. Чотирипровідна версія виділяє задаючий вузол (master), передавач якого працює на приймачі всіх останніх. Передавач задаючого вузла завжди активний — перехід в третій стан йому не потрібний. Передавачі решти ведених (slave) вузлів повинні мати тристабильные виходи, вони об'єднуються на загальній шині з приймачем провідного вузла. У двопровідній версії всі вузли равноправны.

Для визначеності стану спокою шини RS-485, коли немає активних передавачів, на лінію встановлюють активні терминаторы, що «розтягують» потенціали проводів. У спокої дріт В повинен мати позитивніший потенціал, ніж А.

При багатоточковому з'єднанні необхідно організувати метод доступу до середовища передачі. Найчастіше використовують полинг (polling) — опит готовності до передачі, що виконується провідним пристроєм, або передачу права доступу відповідно до певного (встановленим) регламенту. Іноді використовують і методи випадкового доступу (аналогічно Ethernet).

Диференціальний вхід інтерфейсів захищає від дії перешкод, але при цьому повинне здійснюватися з'єднання «схемних земель» пристроїв між собою і з шиною заземлення. Для з'єднання пристроїв між собою використовують третій дріт інтерфейсу (можна і екран). Для того, щоб по третьому дроту не протікав великий струм, вирівнюючий «земляні потенціали», в його ланцюг включають резистори (мал. 2.10).

Інтерфейс RS-422 часто використовується для підключення периферійних пристроїв (наприклад, принтерів). Інтерфейс RS-485 популярний як шини пристроїв промислової автоматики.

Інтерфейс «струмова петля» для представлення сигналу використовує не напругу, а струм в двопровідній лінії, що сполучає приймач і передавач.

Логічній одиниці (стану «включено») відповідає протікання струму 20 мА, а логічному нулю — відсутність струму. Таке представлення сигналів для вищеописаного формату асинхронної посилки дозволяє виявити обрив лінії — приймач відмітить відсутність стоп-бита (обрив лінії діє як постійний логічний нуль).

Спільний провід або екран

всі резисторы 100 Ом

мал. 5 З'єднання «схемних земель» для інтерфейсів RS-422 і RS-485

Струмова петля зазвичай припускає гальванічну розв'язку вхідних ланцюгів приймача від схеми пристрою. При цьому джерелом струму в петлі є передавач (цей варіант називають активним передавачем). Можливо і живлення від приймача (активний приймач), при цьому вихідний ключ передавача може бути також гальванічно розв'язаний з рештою схеми передавача. Існують спрощені варіанти без гальванічної розв'язки, але це вже вироджений випадок інтерфейсу. Відмітимо, що інтерфейс MIDI (див. п. 8.5.3) з «класичною» струмовою петлею несумісний.

Струмова петля з гальванічною розв'язкою дозволяє передавати сигнали на відстані до декількох кілометрів, але при невисоких швидкостях (вище 19200 бит/с не використовують, а на кілометрових відстанях допустима швидкість до 9600 бит/с і нижче). Допустима відстань визначається опором пари проводів і рівнем перешкод. Оскільки інтерфейс вимагає пари проводів для кожного сигналу, зазвичай використовують тільки два сигнали послідовного інтерфейсу (4-дротяна лінія). У разі двонаправленого обміну застосовуються тільки сигнали передаваних даних, що приймаються, а для управління потоком використовується програмний метод XON/XOFF. Якщо двонаправлений обмін не потрібний, застосовують одну лінію даних, а для управління потоком зворотна лінія задіюється для сигналу CTS (апаратний протокол) або зустрічній лінії даних (програмний протокол). При належному ПО однією струмовою петлею можна забезпечити двонаправлений напівдуплексний зв'язок двох пристроїв. При цьому кожен приймач «чує» як сигнали передавача на протилежній стороні каналу, так і сигнали свого передавача. Вони розцінюються комунікаційними пакетами просто як луна-сигнал. Для безпомилкового прийому передавачі повинні працювати по черзі.

Струмова петля дозволяє використовувати виділені фізичні лінії без модемів, але на малих швидкостях. Іноді по струмовій петлі підключають термінали з інтерфейсом RS-232C, якщо не вистачає штатної довжини інтерфейсу або потрібна гальванічна розв'язка. Для отримання двуполярного сигналу, потрібного для вхідних сигналів СОМ-ПОРТА, застосовується живлення від інтерфейсу. Схема може бути ускладнена для захисту оптронів від перевантаження і поліпшення форми потенційних сигналів. Допустима швидкість визначається і швидкодією вживаних оптронів (швидкість 9600 бит/с досягається практично на будь-яких оптронах).