RS的设计与应用

1、RS-422/485的设计与应用摘要RS-422/485 是美国电子工业协会 (electronic industries al-liance，EIA)在 20 世纪 70 年代末推出的数字通讯电气标准。该标准采用平衡驱动差分接收电路，最大传输速率 10 Mb/s，最大传输距离 1200 m，其中 RS-422 为全双工，RS-485 为半双工串行通信接口标准RS一422/48,具有显著的优点:抗干扰能力强,传输距离远,传送汽率高,因而在分布式控制系统和工业局部网络中得到日益广泛地应用。RS-422/485 只对接口的电气特性作了规定，没有规定接插件、传输电缆和通讯协议，因此，在实际工程和应用

2、中，用户根据实际情况自行设计，给实际应用带来了许多问题。从物理层、传输层和应用层角度提出了设计和应用的要求，提出了构造串行异步通讯接口的方法，从而规范了 RS422/485 的设计。而RS-422/485在众多领域中也开始运用的越来越多，比如：火力发电自动化系统，电隔离，串行口等。并且利用率高，操作方便。关键词：RS-422/485 串行通信 接口标准AbstractRS-422/485 al-liance electronic (EIA), the Electronic Industry Association (industries) in the end of 1970s, the in

3、troduction of digital communication electrical standards. The standard adopts the balanced drive differential receiver circuit, the maximum transmission rate of 10 Mb/s, the maximum transmission distance of 1200 m, RS-422 for full duplex, RS-485 for the half duplex serial communication interface sta

4、ndard RS a 422/48, has significant advantages: strong anti-interference ability, transmission distance, high transmission rate, and thus in the distributed control system and industrial local network has been widely used. RS-422 / 485 only to the interface electrical characteristics specified, no pr

5、ovisions of connectors, cables and communication protocols. Therefore, in practical engineering and application, the user according to the actual situation of self-designed, to the actual application brought many problems. From the viewpoint of physical layer, transport layer and application layer,

6、the design and application of the design and application of serial asynchronous communication interface is proposed, which can regulate the design of RS422/485. And RS-422/485 in many areas also began to use more and more, such as: thermal power automation system, electrical isolation, serial port,

7、etc. And the utilization rate is high, the operation is convenient.Key words: RS-422/485 serial communication interface standard目录一、实验目的1二、实验条件12.1开发软件12.2实验设备1三、原理及其应用13.1 应用13.2原理1物理层1传输层3应用层44.1软件设计44.2 硬件设计5五、实验结果分析与总结6参考文献7一、实验目的RS-422/485 电气标准被广泛应用于近距离数字系统之间的数据传输。为了扩大串行通信的有效传输距离,提高通信传输速率,增强抗干扰

8、能力, EIA制定了RS-422/485串行总线通信标准,也叫双端接口电气标准或平衡传输电气标准。RS-422/485与RS)232C的关键不同之处在于将单端输入改为双端差分输入,信号地不再共用,通信双方的信号地不再连在一起。然而，此电气标准及其通讯接口在工程中，常常发生不规范设计和应用的情况，重则导致接口器件经常损坏，轻则通讯误码率高，最终影响系统的通讯。所以我们采用采用双端差分输入,总线的抗干扰能力强;(2)互连双方的信号地分立,两条信号线形成回路,避免了电平偏移,同时也避免了潜在接地问题;(3)输出端采用双端平衡驱动,其信号放大倍数高,信号传输距离远。RS-422支持全双工串行通信,RS

9、-485支持半双工串行通信。同时将RS-422/485 接口设计和应用划分为 3 个层次物理层、传输层和应用层。并且在每个应用层设计和应用的方法和要求，和必要的协议。二、实验条件2.1开发软件C+、嵌入式、RAM2.2实验设备摄像头、各种控件的GUI、鼠标、计算机三、原理及其应用3.1 应用利用TW2824 的 OSD 功能实现了 GUI 接口 在监视通道，通过显示包含各种控件的GUI界面，使用户能够通过鼠标来设置 DVR 的摄像头，录像时间等参数，极大的方便了用户的使用。在编码通道，将时间、摄像头编号等附加信息叠加在视频信号上进行存储。整体上达到了比较理想的效果，也为其它系统的 OSD 设计

10、提供了一种参考。3.2原理3.2.1物理层实现通讯的最底层物理连接，包含串行异步通讯，接口和连线。电气接口以 RS-422 或 RS-485 标准实现串行数据的传输。串行异步通讯接口可分为通讯接口和电气接口，其中通讯接口以 UART 协议实现串并之间的转换，通讯接口可构造成非智能或智能接口。由 RS-422/485 串行异步通讯接口构成的通讯网络，在物理层设计考虑下列要点：（a）根据RS-422 和RS-485 的电气规范，RS-422 可以在一对平衡线上连接 1 个发送器、最多 10 个接收器，RS-485 可以在一对平衡线上连接最多 32 个发送器、最多 32 个接收器。（b）距 离RS-

11、422/485 采用 24AWG 双绞电缆时传输距离与最大传输速率的关系如表 1 所示（c）连 线 为保证信号传输的连续性，减少信号的反射，要避免电缆的分叉。如果不行，应当减少长度。（d）为吸收信号的反射，按照RS-422/485基准，RS-422在线缆最远端并接匹配电阻 100-140 ,典型值 100 。RS-485 在线缆开始和末端各并接匹配电阻 100-140 ,典型值 120 。（e）瞬态保护由于 RS-422/485 抗共模电压的范围较低，分别为±7 V和-7 V+12 V，在静电或雷电等情况下很容易超过此范围，从而导致器件的损坏。解决方法可采用在传输线与信号地线上加钳位

12、二极管，使共模信号电压不超过范围；或者使发、收系统的共模信号等电位，即信号地需要互连，使两系统共地。通常不希望进行通讯的两系统共地，解决方法是在各系统的电气接口与通讯接口之间加隔离电路。归纳起来可有两种瞬态保护方案：“不隔离旁路”和“隔离旁路”，分别如图 1 和图2所示，采用何种方案需要根据具体系统情况而定（f）三态保护在发送器无信号输出时，差分线呈现高阻，即不稳定状态，容易收到外界干扰，可能在接收器端产生变化，可能触发串行通讯接口接收干扰数据。为使线路闲置时状态稳定，在传输线上增加上拉(+信号到电源)和下拉(信号到信号地)电阻，阻值 1 K 。3.2.2传输层传输层实现基本数据流的传输，包括

13、数据字的传输和数据帧的传输。传输层实现两系统之间底层的数据传输，所以应首先确定传输层通讯协议。此通讯协议通常要规定：通常通过软件对硬件进行初始设置，以选择通讯的波特率，如波特率 4800、9600、614400 等。对硬件进行初试设置字的格式等，通常选用标准的UART数据字格式：起始位、数据位、校验位(可选)和停止位。在数据字定义的基础上，组织一批数据(数据帧)的传输，数据帧可采用此格式定义：帧头、帧号、帧长、数据、数据、校验、帧尾。其中，帧头一帧数据的开始，与帧中其它元素尽量保证惟一性，便于接收方对“帧头”通过时间间隔不同而识别。 对于数据帧的传输，在通讯协议中要明确下列内容：(1)帧内字节

14、之间最大时间间隔；(2)对周期性帧，保证帧的传输在周期内传输完成，并留有20 %以上余量；(3)接收方以“帧头”搜索，并以“帧头”、“帧号”、“帧长”和“帧尾”结合进行帧完整性判断；(4) 接收方要对“帧头”、“帧号”、“帧长”和“帧尾”结合进行有效性判断；(5)接收方在帧完整性保证条件下，通过“校验”对帧的数据正确性进行判断；(6)接收方和发送方通过超时判断，避免“死等”；(7)当帧完整性、有效性、正确性不能满足或超时时，则软件置错误标志，通知主流程；(8)接收方对字节间无间隔的帧接收时不丢数。3.2.3应用层应用层是指应用程序通过调用传输层的帧及数据字的传输，而实现应用程序中的通讯工作。为

15、了使通讯协议简单，通讯可靠，在通讯系统中常采用“主从”及“命令应答”方式，即每次通讯工作均由“主机”发出命令帧，由“从机”返回响应帧。在定义应用层通讯协议时，还应明确：(1)若为周期性，明确发送方周期时间及帧间最大时间间隔。(2)明确帧是周期或非周期传输；(3) 明确帧的最大长度和最小长度另外，协议中还需定义通讯失败的处理方法。对于采用智能接口时，应用层的使用要有上述相关要求外，当发现智能接口帧通讯错误，若干次重试后仍然错误，主CPU 可发复位命令使智能接口复位并初始化，再重试若干次仍然错误，则主 CPU 报告通讯故障，停止该接口使用。四、实验设计步骤4.1软件设计TW2824 具有两个视频通

16、道，可以将其中的一个设置为监控等实时查看，另外一个设置为产生视频数据流传送给编码部件，进行各种格式的编码如 MPEG4。两个通道的 OSD 部分是完全独立的，本项目中利用OSD在监控通道叠加GUI系统，使用户可以通过鼠标来设置 DVR 的参数，如监视的模式、摄像头的角度等。在编码通道中，利用 OSD 叠加了时间、摄像头编号等信息，这样在回放时就能很方便的获知视频图像摄取的时间等附加信息。TW2824 每个通道的 OSD 具有两块 RAM：字体存储器(FONT RAM) 和显示存储器 (DISPLAY RAM)。字体存储器存放字体等要显示的字模，显示存储器用来存储字符的索引、属性等信息。实现流程

17、图4.2 硬件设计本课题采用的DVR的总体结构如图1所示，其中TW2824完成视频编码A/D、视频解码D/A、显示视频信号、帧存DRAM等功能。整个DVR系统由以下模块组成：模拟视频输入模块、视频编解码模块、音频编解码模块和系统控制模块。TW2824 是由 TECHWELL 公司生产的视频处理芯片，具有视频输入、动态检测、视频控制、OSD叠加、视频输出和多片级连等功能。可应用于模拟矩阵视频切换系统、4/8/16 路DVR、车载后视系统等众多领域。TW2824 的 OSD 共提供了 5 个层，从低到高依次为视频层、二维边框层、一维边框层、字符层和鼠标层。上面的层能够覆盖下面的层，除了要显示的内容

18、外，其余的区域可以设为透明。这样就能很方便在视频上叠加字符、鼠标、边框等信息。单片 TW2824 同时能够接收 5 路视频信号(4 路模拟视频和一路 ITU656 格式的数字视频)，芯片 OSD 部分接收来自经过 A/D 转换后的数字视频信号，叠加 OSD 信息后，传送至芯片的输出控制部分。芯片接口TW2824 提供了两种接口方式，一种是 I2C 的控制方式(串行)，另外一种是并口的控制方式 (并行)。虽然串行能够达到400 kbits/s，但并行传输速度要比串行快很多。本课题中 GUI界面要根据用户的不同操作来重画，将新的字符和显示信息从总线下载到字符存储器和显示存储器中，所以对数据的传输有较高的要求，因此采用并行的接口方式。TW2824 的寄存器地址由两部分组成，分为页和页内地址。1x34 表示第 1 页中地址为 0x34 的寄存器。