PROFIBUS—DP总线应用手册（rs485）.doc

目 次 1 前言 3 2 RS-485简介 3 2. 1 RS-485的规范 3 2.2 RS485应用中常见的问题 4 2.2.1 最多可带收发器（即节点数）的数目 4 2.2.2 关于终端匹配 5 2.2.3 引出线（分支）的长度 6 2.2.4 关于偏置电阻 6 3 Profibus-DP总线应用说明 9 3.1 标准最大配置 9 3.2 支持的传输速率 9 3.3 传输介质 9 3.4 传输线最大距离 10 3.5 长距离时节点数的计算 10 3.5.1 FM1模块的数据量 10 3.5.2 MACS系统数据交换周期的概念 11 3.5.3 数据交换周期的工程应用 11 3.6 重复器与终端匹配器的应用 12 3.7 通过重复器改变网络拓扑结构 12 Profibus-DP 总线 前言 目前用于过程控制的多种通讯协议中Profibus-DP、Arcnet、和CAN的物理层均是RS-485规范。 本手册围绕RS-485的理论和应用要点，对Profibus-DP的物理层进行工程应用上的说明。 读者如果熟悉第2节内容，可以跳过不阅。 RS-485简介 2. 1 RS-485的规范 RS-485标准采用平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动总线，是EIA制定的一种支持多节点、远距离和接收高灵敏度的串口总线标准。 其具体规范如表1。 参 数 条 件 最小值 最大值 单 位 驱动器开路输出电压 1.5 -1.5 6 -6 V V 驱动器带载输出电压 RL=100Ω 1.5 -1.5 5 -5 V V 驱动器输出短路电流 Per output to Common ±250 mA 驱动器输出上升时间 RL=54 Ω CL=50 pF 30 % of bit width 驱动器共模电压 RL=54 Ω ±3 V 接收器灵敏度 -7V≤VCM≤12V ±200 mV 接收器共模电压范围 -7 12 V 接收器输入电阻 12 kΩ 表1 RS-485电气规范 2.2 RS485应用中常见的问题 2.2.1 最多可带收发器（即节点数）的数目 RS485允许连接的收发器数标准并没有规定，但规定了最大总线负载为32个单位负载（UL），每单位负载的最大输入电流为1.0mA/-0.8mA，相当于约12K欧。 实际信号在电缆的传输过程中受传输衰减、信号反射、带载能力的影响。因此直接所带的节点数目有限。为了扩展节点数目，一般有两种做法，其一是采用重复器，通过重复器的信号整形、放大、转发，将节点数目扩大。另一个是增加收发器的输入电阻，例如输入电阻为48K欧以上（1/4UL），节点数就可以增加到128个。 在MACS的Profibus-DP应用中，采用上述第一种办法增加节点数目。Profibus-DP系统最多可连接126个站（站号从0~125），总线系统可以分为4个段，段与段之间用重复器连接。但在实际应用中，建议总线段数最好不超过3段。 在DP规范中每个段最多可连接32个站，重复器的每一端也作为一个站包含在内。但是在MACS系统设计中，由于模块间采用底座内的PCB布板线作为通讯连接线，因此破坏了阻抗连续的原则，此外还涉及到通讯总线到模块的引线，因此所带模块数目也与所配的模块的类型有关。综合上述考虑后的实验表明，工程配置为：每个段内最多24个站。 关于终端匹配 1、终端匹配的来由 当信号在一根长电缆上传输或是有很高的数据速率时，电缆将呈现传输线的特性，即信号在线路上以一定的速度传播开来，从而形成行波。当遇到不连续的阻抗时，就会产生反射波，反射波与原来信号叠加，从而造成原来信号的失真。一般来讲，经过几个回合的反射振荡后，会恢复原来信号的电平，加终端匹配就是要消除或减少线路中这种反射振荡。 因此RS485要求必须按其特征阻抗进行终端匹配。所谓终端匹配就是在信号传输线的两头各串入一个与电缆特征阻抗相等的电阻。 电缆的特征阻抗Z=（L/C）1/2，其中L为单位长度的电缆分布电感，C为单位长度电缆的线间分布电容。 RS485的典型终端匹配是120欧（24 AWG PVC电缆），一般不得低于90欧； 除非有重复器，总线上终端匹配电阻数目为2。 在Profibus-DP规范中，其终端匹配电阻为220欧。可见它的线缆特征阻抗比较特殊。 2、是否需要终端匹配的判断 是否要终端匹配取决于线缆的长度和传输速率及信号转换速率，如果传输延迟低于1bit信号宽度的3倍时，终端匹配就不需要。 例如，一条4000英尺的电缆，电信号传播速度为198000m/s，则传输延迟为 6.2 ms。如果线路的波特率设为9600bps，则1bit的信号时间宽度为104ms，6.2*3=18.6ms104ms，因此不需终端匹配。 另外，当信号的转换