سلام خدمت همه شما مایکروالکامی ها. در مطلب قبلی به بررسی درگاه CAN Bus و کاربرد های آن پرداخته شد. در این مطلب به بررسی پروتکل های استاندارد سریال RS422 ،RS232 و RS485 و تفاوت های آن با یکدیگر پرداخته خواهد شد. پس با من تا انتهای مطلب همراه باشید. همچنین شما میتونید سایر مطالب من رو از این لینک مطالعه و بررسی کنید.
مقدمه
ارتباطات الکترونیکی را می‌توان به معنای اتصال مدار (پردازنده یا IC ها) برای ایجاد یک سیستم یکپارچه تلقی کرد. لذا برای ایجاد این مدارات باید روش ها یا پروتکل های ارتباطی استاندارد معرفی و بکار گیری شود. رایج ترین استاندارد های دیتا ارتباط سریال RS232 ،RS422 و RS485 می‌باشند که برای کاربرد های خاص یا عمومی و صنعتی استفاده شده و دارای خصوصیات خاص خود و متمایز کننده از یکدیگر نیز هستند.
پروتکل RS232
در مطالب قبلی به معرفی و بررسی RS232 پرداخته شد. یکی از قدیمی ترین و در عین حال معروف ترین روش های ارتباطی سریال RS232 می‌باشد. از این پروتکل برای ارتباط های سرعت کم با طول متوسط استفاده می‌شود. همچنین پورت های سریال RS232 بصورت 9 و 25 پین وجود دارد که رایج ترین آن 9 پین می‌باشد. در تصویر زیر محدوده سطح ولتاژ RS232 مشخص گردیده است.
- Marking در تصویر زیر به معنی سطح منطقی 1
- Spacing در تصویر زیر به معنی سطح منطقی صفر
RS232 یک استاندارد کامل بوده به این معنی که می‌توان از سازگاری بین host (سیستم میزبان) و سیستم جانبی بواسطه عواملی که در ادامه به آنها اشاره می‌شود اطمینان حاصل کرد. همچنین RS232 دارای سه مولفه مهم و اصلی اعم از ویژگی های الکتریکی، عملکردی و مکانیکی می‌باشد.
- سطح ولتاژ و سیگنال مشترک
- پیکربندی اتصالات (وایرینگ) مشترک
- حداقل اطلاعات کنترلی بین host و سیستم های جانبی
در جدول زیر خصوصیات RS232 بصورت خلاصه قابل مشاهده است.
| عنوان | شرایط | Min | Max | واحد |
| ولتاژ خروجی درایور، مدار باز | 25 | ولت | ||
| ولتاژ خروجی درایور، با بار | 3kΩ<RL<7kΩ | ±5 | ±15 | ولت |
| مقاومت خروجی درایور، قطع بودن | 2V<V<2V- | 300 | ||
| Slew Rate | 4 | 30 | V/µs | |
| حداکثر ظرفیت خازنی بار | 2500 | pF | ||
| مقاومت ورودی گیرنده | 3 | 7 | kΩ | |
| خروجی با منطق 1 | 3- | ولت | ||
| خروجی با منطق 0 | 3 | ولت |
پروتکل RS422
این پروتکل با قابلیت مصونیت در برابر نویز و کابل کشی طولانی تر طراحی شده است. معمولا هر درایور یا فرستنده RS422 قابلیت اتصال یا کنترل 10 گیرنده را دارد. این کار با استفاده از یک راه انداز یا درایور خروجی جریان دیفرانسیلی که دارای ایمنی بالایی نیز هست صورت می‌پذیرد. مصونیت در برابر نویز RS422 باعث استفاده از این پروتکل در فواصل طولانی تر شده و عملکرد بهتری نسبت به RS232 خواهد داشت.
هر سیگنال از دو سیم جهت انتقال دیتا استفاده می‌کند. ولتاژ دیفرانسیلی روی سیم های A و B بیانگر یک مقدار دیجیتال اند. اگر ولتاژ A از B بزرگتر باشد، سطح 1 و اگر B بزرگتر از A باشد سطح 0 تلقی می‌گردد.
از جمله مزایای پروتکل سریال RS422 را می‌توان مواردی چون یک درایور و تا 10 گیرنده و فاصله کابل کشی بیشتر بر شمرد. معمولا از این پروتکل در حالت نیم دو طرفه (half-duplex) استفاده می‌شود. در ادامه به طول کابل کشی متناسب با نرخ تبادل دیتا اشاره شده است.
- 12 متر با نرخ دیتا 10Mbit/Sec
- 122 متر با نرخ دیتا 1Mbit/Sec
- 1219 متر با نرخ دیتا 100Kbit/Sec
یکی دیگر از مزیت های RS422 مسیر های ارسال و دریافت مجزا بوده که نیازی به کنترل جهت ندارد. لذا هر handshaking مورد نیاز را می‌توان بصورت نرم افزاری (XON/OFF handshaking) یا سخت افزاری (زوج سیم پیچ خورده مجزا) انجام داد. در جدول زیر خصوصیات RS422 بصورت خلاصه قابل مشاهده است.
| عنوان | شرایط | Min | Max | واحد |
| ولتاژ خروجی درایور، مدار باز | ±10 | ولت | ||
| مقاومت خروجی درایور | A to B | 100 | Ω | |
| جریان اتصال کوتاه خروجی درایور | Per output to common | 150 | mA | |
| زمان صعود (tr) درایور | RL=100Ω | 10% | درصد از عرض بیت | |
| ولتاژ مد مشترک درایور | RL=100Ω | ±3 | ولت | |
| حساسیت گیرنده | Vcm < ±7V | ±200 | mV | |
| محدوده ولتاژ مد مشترک گیرنده | 7- | 7 | ولت | |
| مقاومت ورودی گیرنده | 4 | kΩ | ||
| ولتاژ دیفراسنیلی گیرنده | Operational
Withstand |
±10
±12 |
ولت |
پروتکل RS485
در مطالب قبلی پروتکل سریال RS485 مورد بررسی قرار گرفت. به منظور کاهش هزینه های سیم کشی و همچنین دستیابی به طول بیشتر کانال انتقال، فرستنده گیرنده (transceiver) های پروتکل RS485 به انتخابی فراگیر در کاربرد هایی صنعتی تبدیل شده است. پروتکل RS485 بسیار شبیه به RS422 بوده و هر دو آنها بصورت multi-drop هستند. بصورت کلی RS485 بصورت یک سیستم 2 سیمه بوده هرچند برخی از تولید کننده ها نوع 4 سیمه را نیز عرضه داشته اند اما عمدتا نوع 4 سیمه آن کمتر استفاده می‌شود.
در RS485 می‌توان چندین دستگاه دستور دهنده (فرستنده) و چندین دستگاه گیرنده داشت اما در RS422 فقط می‌توان یک دستگاه فرستنده و چندین دستگاه گیرنده داشت. RS485 بصوت نیمه دو طرفه بوده که باعث افزایش تعداد فرستنده و گیرنده یک درگاه (Bus) تا 32 عدد خواهد شد. در تبادلات دیفرانسیلی RS485 جریان و میدان مغناطیسی معکوسی در طول هر مسیر (سیم) از زوج سیم ایجاد کرده و باعث به حداقل رساندن نویز الکترومغناطیسی (EMI) خواهد شد.
برای تبادل دیتا در طول کابل های طولانی یا در نرخ تبادل دیتا زیاد، سیم یا کابل مشابه یک کانال انتقال بوده و باید متناسب با مشخصات امپدانسی کابل اصطلاحا terminate یا پایان یابد. در جدول زیر خصوصیات RS485 بصورت خلاصه قابل مشاهده است.
| عنوان | شرایط | Min | Max | واحد |
| ولتاژ خروجی درایور، مدار باز | 1.5
1.5- |
6
6- |
ولت | |
| ولتاژ خروجی درایور، با بار | RL=100Ω | 1.5
1.5- |
5
5- |
ولت |
| جریان اتصال کوتاه خروجی درایور | Per output to common | ±250 | mA | |
| زمان صعود (tr) درایور | RL=54Ω
CL=50pF |
30% | درصد از عرض بیت | |
| ولتاژ مد مشترک درایور | RL=54Ω | ±3 | ولت | |
| حساسیت گیرنده | 7V <VCM< 12V- | ±200 | mV | |
| محدوده ولتاژ مد مشترک گیرنده | 7- | 12 | ولت | |
| مقاومت ورودی گیرنده | 12 | kΩ |
مقایسه پروتکل های RS422 ،RS232 و RS485
| مشخصه | RS232 | RS422 | RS485 |
| حالت دیفرانسیلی | خیر | بله | بله |
| حداکثر تعداد فرستنده | 1 | 1 | 32 |
| حداکثر تعداد گیرنده | 1 | 10 | 32 |
| حالت عملکرد | دو طرفه، تک سیمه (Single End) | دو طرفه، نیمه دو طرفه
دیفرانسیلی |
دو طرفه (4 سیمه)، نیمه دو طرفه (2 سیمه)
دیفرانسیلی |
| توپولوژی شبکه | point to point | Multi-drop | Multi-drop |
| حداکثر مسافت (برای مسافت های طولانی تر از کابل با ظرفیت خازنی کم استفاده می‌شود.) | 50 فوت (تقریبا 15 متر) | 4000 فوت (تقریبا 1219 متر) | 4000 فوت (تقریبا 1219 متر) |
| حداکثر سرعت | 20Kb/s | 10Mb/s تا 100Kb/s | 10Mb/s تا 100Kb/s |
| حساسیت ورودی گیرنده | ±3V | ±200mV | ±200mV |
| محدوده ولتاژ ورودی گیرنده | ±15V | 10V | 7- تا 12 ولت |
نتیجه گیری
ارتباط سریال RS232 ،RS422 و RS485 از بستر های سخت افزاری سریال بوده و در موارد صنعتی پر کاربرد می‌باشند. هرکدام از این پروتکل های سریال دارای خصوصیات منحصر به فرد خود بوده که باعث تمایز آن نسبت به دیگری می‌شود. بصورت خلاصه RS232 بصورت نیم دو طرفه و RS485 و RS422 هم نیم دو طرفه و هم دو طرفه می‌باشند.
امیدوارم از این مطلب کمال بهره را برده باشید. در صورت داشتن هرگونه نظر یا سوال درباره این مطلب یا تجربه مشابه اون رو در انتهای همین صفحه در قسمت دیدگاه ها قرار بدید. در کوتاه ترین زمان ممکن به اون ها پاسخ خواهم داد. اگر این مطلب براتون مفید بود، اون رو به اشتراک بگذارید تا سایر دوستان هم بتوانند استفاده کنند. همینطور میتونید این مطلب را توی اینستاگرام با هشتگ microelecom# به اشتراک بگذارید و پیج مایکروالکام (microelecom@) رو هم منشن کنید.