1、RS-232/422/485标准
通常的微处理器都集成有1路或多路硬件UART通道，可以非常方便地实现串行通讯。在工业控制、电力通讯、智能仪表等领域中，也常常使用简便易用的串行通讯方式作为数据交换的手段。
但是，在工业控制等环境中，常会有电气噪声干扰传输线路，使用RS-232通讯时经常因外界的电气干扰而导致信号传输错误；另外，RS-232通讯的最大传输距离在不增加缓冲器的情况下只可以达到15米。为了解决上述问题，RS-485/422通讯方式就应运而生了。
RS-232、RS-422与RS-485最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的。RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。RS-422是由RS-232发展而来，它是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mbps，传输距离延长到4000英尺（速率低于100kbps时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。由于EIA提出的建议标准都是以“RS”作为前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。
RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。但由于PC上的串行数据通讯是通过UART芯片(较老版本的PC采用I8250芯片或Z8530芯片)来处理的，其通讯协议也规定了串行数据单元的格式（8-N-1格式）：1位逻辑0的起始位，6/7/8位数据位，1位可选择的奇(ODD)/偶(EVEN)校验位，1/2位逻辑1的停止位。基于PC的RS-232、RS-422与RS-485 标准均采用同样的通讯协议。
RS-232、RS-422、RS-485的区别：
1.1 RS-232标准
RS-232被定义为一种在低速率、近距离串行通讯的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。
RS-232的电气标准：
电平为逻辑“0”时：+3V～+15V；
电平为逻辑“1”时：-3V～-15V；
未定义区：－3V～＋3V。在此区域内的信号处理将由通讯接口的RS-232收发器决定。
1.2 RS-422/485标准
RS-422/485标准的全称为TIA/EIA-422-B和TIA/EIA-485串行通讯标准。RS-422/485标准与RS-232标准不一样，数据信号采用差分传输方式（Differential Driver Mode），也称作平衡传输。
由于RS-422/485标准在电气特性上非常相近，在传输方式上有所区别；为便于理解，下面将主要介绍应用比较普遍的RS-485标准，并简单介绍RS-422标准与RS-485标准的区别。
1.2.1 RS-485标准
RS-485是半双工方式，两线双向传送差分信号,具有多点、双向通信能力，即允许多个发送器和接收器连接到同一条总线上，传输线上信号的传输方向不定。因此，识别和控制好传输线上的信号传递方向是设计RS-485中继器的关键。
RS-485标准规定：数据信号采用差分传输方式（differential driver mode），也称为“平衡传输”。它使用一对双绞线，将其中一根线定义为A，另一根线定义为B，如图 1所示。RS-485标准只规定了平衡发送器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆和应用层通信协议。
图1 RS-485发送器的示意图
通常情况下，RS485发送器A、B 之间的正电平在+2～+6 V，是一种逻辑状态；负电平在-6～-2 V，是另一种逻辑状。RS-485发送器件中，一般有一个“使能”控制信号，用于控制发送器与传输线的切断和连接。当“使能”端为低电平时，发送器输出处于高阻状态，称作“第三态”。它是有别于逻辑“1”与“0”的第三种状态。
对于RS-485接收器，也作出与发送器相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将AA与BB 对应相连。当在接收端A、B 之间有大于+200 mV 的电平时，输出为正逻辑电平；小于-200 mV 时，输出为负逻辑电平。在接收器的接收平衡线上，电平范围通常为200 mV~6 V，如图2所示。
图2 RS-485接收器的示意图
RS-485 接收器同样定义逻辑1（正逻辑电平）为B＞A 的状态，逻辑0（负逻辑电平）为A>B 的状态，A、B 之间的压差不小于200 mV。在RS-485 接收器件中，一般也有一个“使能”控制信号，用于控制接收器与传输线的切断和连接。当“使能”端为高电平时，接收器与传输线切断，接收器输出为高电平；当 “使能”端为低电平时，接收器输出电平与总线信号的逻辑电平一致。
TIA/EIA-485串行通讯标准的性能：
RS-485标准的最大传输距离约为1219米，最大传输速率为10Mbps。通常，RS-485网络采用平衡双绞线作为传输媒体。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，只有在20kbps速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般来说，15米长双绞线最大传输速率仅为1Mbps。注意：并不是所有的RS-485收发器都能够支持高达10Mbps的通讯速率。如果采用光电隔离方式，则通讯速率一般还会受到光电隔离器件响应速度的限制。RS-485网络采用直线拓朴结构，需要安装2个终端匹配电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗（一般取值为120Ω）。在矩距离、或低波特率波数据传输时可不需终端匹配电阻，即一般在300米以下、19200bps不需终端匹配电阻。终端匹配电阻安装在RS-485传输网络的两个端点，并联连接在A-B引脚之间。
终端电阻是为了消除在通信电缆中的信号反射，在通信过程中，有两种原因导致信号反射：阻抗不连续和阻抗不匹配。阻抗不连续，信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射。这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。消除这种反射的方法，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。由于信号在电缆上的传输是双向的，因此，在通讯电缆的另一端可跨接一个同样大小的终端电阻。引起信号反射的另外一个原因是数据收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配。这种原因引起的反射，主要表现在通讯线路处在空闲方式时，整个网络数据混乱。为了提高网络节点的拓扑能力，总线两端需要接有120Ω的抑制反射的终端电阻， 它对匹配总线阻抗起着非常重要的作用，如果忽略此电阻，会使数字通信的抗干扰性和可靠性大大降低，甚至无法通信。
RS-485标准通常被用作为一种相对经济、具有相当高噪声抑制、相对高的传输速率、传输距离远、宽共模范围的通信平台。同时，RS-485电路具有控制方便、成本低廉等优点。在过去的20年时间里，建议性标准RS-485作为一种多点差分数据传输的电气规范，被应用在许多不同的领域，作为数据传输链路。目前，在我国应用的现场网络中，RS-485半双工异步通信总线也是被各个研发机构广泛使用的数据通信总线。但是基于在RS-485总线上任一时刻只能存在一个主机的特点，它往往应用在集中控制枢纽与分散控制单元之间。
2、RS485芯片
功能分析：
1．描述
SP481E和SP485E是半双工差分收发器，完全满足RS-485和RS-422的要求。它们由Sipex特有的BiCMOS工艺制造而成。RS-485标准理想地用于多分支（multi-drop）应用和远程接口中。它允许在一条数据线上连接32个发送器和接收器，非常适合于多分支应用。由于允许使用4000英尺长的电缆，RS-485收发器可以使用一个宽（－7V～+12V）共模方式范围来调整零电位偏差。因为RS-485是一个差分接口，所以传输数据时完全可以抑制来自发送线的干扰。
2．发送器
SP481E和SP485E的输出是差分输出，满足RS-485和RS-422标准。空载时输出电压的范围为0V～+5V。即使在差分输出连接了54?负载的条件下，发送器仍可保证输出电压大于1.5V。SP481E和SP485E有一根使能控制线（高电平有效）。DE（Pin3）上的逻辑高电平将使能发送器的差分输出。如果DE（Pin3）为低，则发送器输出呈现三态。SP481E和SP485E发送器的数据传输速率至少为10Mbps。
3．接收器
SP481E和SP485E接收器的输入是差分输入，输入灵敏度可低至±200mV。接收器的输入电阻通常为15k?（最小为12k?）。－7V～+12V的宽共模方式范围允许系统之间大的零电位偏差的存在。SP481E和SP485E的接收器有一个三态使能脚。如果RE（Pin2）为低，接收器使能，反之接收器禁止。SP481E和SP485E接收器的数据传输速率至少为10Mbps。两者的接收器都有故障自动保护（fail-safe）特性，该特性可以使得输出在输入悬空时为高电平状态。
4．关断模式
SP481E可以工作在关断模式。关断状态通过同时禁能发送器和接收器来使能。当DE （Pin3）为低且RE（Pin2）为高时SP481E进入关断模式。关断模式下，电源电流降至1uA。
3、RS-485接口电路
RS-485接口电路的主要功能是：将来自微处理器的发送信号TX通过“发送器”转换成通讯网络中的差分信号，也可以将通讯网络中的差分信号通过“接收器”转换成被微处理器接收的RX信号。任一时刻，RS-485收发器只能够工作在“接收”或“发送”两种模式之一，因此，必须为RS-485接口电路增加一个收/发逻辑控制电路。另外，由于应用环境的各不相同，RS-485接口电路的附加保护措施也是必须重点考虑的环节。下面以选用SP485R芯片为例，列出RS-485接口电路中的几种常见电路，并加以说明。
3.1基本RS-485电路
图1-19 SP485R的基本RS-485电路
图1-19为一个经常被应用到的SP485R芯片的示范电路，可以被直接嵌入实际的RS-485应用电路中。由微处理器输出的R/D信号直接控制SP485R芯片的发送器/接收器使能：R/D信号为“1”，则SP485R芯片的发送器有效，接收器禁止，此时微处理器可以向RS-485总线发送数据字节；R/D信号为“0”，则SP485R芯片的发送器禁止，接收器有效，此时微处理器可以接收来自RS-485总线的数据字节。此电路中，任一时刻SP485R芯片中的“接收器”和“发送器”只能够有1个处于工作状态。连接至A引脚的上拉电阻R7、连接至B引脚的下拉电阻R8用于保证总线空闲时，A/B差分信号仍是确定状态，避免杂讯影响。
电路图中，钳位于6.8V的TVS管V4、V5、V6都是用来保护RS-485总线的，避免RS-485总线在受外界干扰时（雷击、浪涌）产生的高压损坏RS-485收发器。另外，电路中的L1、L2、C1、C2是可选安装元件，用于提高电路的EMI性能。
3.2隔离RS-485电路
图1-20 SP485R的隔离RS-485电路
图1-20为一个使用光电隔离方式连接的SP485R芯片的示范电路，可以被直接嵌入实际的RS-485应用电路中。微处理器的UART串口的RXD、TXD通过光电隔离电路连接SP485R芯片的RO、DI引脚，控制信号R/D同样经光电隔离电路去控制SP485R芯片的DE和/RE引脚。由微处理器输出的R/D信号通过光电隔离器件控制SP485R芯片的发送器/接收器使能：R/D信号为“1”，则SP485R芯片的DE和/RE 引脚为“1”，发送器有效，接收器禁止，此时微处理器可以向RS-485总线发送数据字节；R/D信号为“0”，则SP485R芯片的DE和/RE引脚为“0”，发送器禁止，接收器有效，此时微处理器可以接收来自RS-485总线的数据字节。任一时刻，SP485R芯片中的“接收器”和“发送器”只能够有1个处于工作状态。
连接至A引脚的上拉电阻R7、连接至B引脚的下拉电阻R8用于保证无连接的SP485R芯片处于空闲状态，提供网络失效保护，以提高RS-485节点与网络的可靠性。使用DC-DC器件可以产生1组与微处理器电路完全隔离的电源输出，用于向RS-485收发器电路提供+5V电源。电路中光耦器件的速率将会影响RS-485电路的通讯速率。图1-20中选用了NEC公司的光耦器件PS2501芯片，受PS2501芯片的响应速率影响，这一示范RS-485接口电路的通讯速率只可保障在19200bps速率下正常工作；如果需要达到更高的RS-485通讯速率，则需要选用响应速度更快的光耦器件，比如Agilent公司的超高速光耦元件。
3.5 一个实际产品中的RS485接口电路
4、RS485总线输出电路部分的设计
输出电路的设计要充分考虑到线路上的各种干扰及线路特性阻抗的匹配。由于工程环境比较复杂，现场常有各种形式的干扰源，所以485总线的传输端一定要加有保护措施。在电路设计中采用稳压管 D301、D302组成的吸收回路，也可以选用能够抗浪涌的 TVS 瞬态杂波抑制器件，或者直接选用能抗雷击的485芯片（如 SN75LBC184等）。
考虑到线路的特殊情况（如某一台分机的485芯片被击穿短路），为防止总线中其它分机的通信受到影响，在MAX487EESA信号输出端串联了两个200Ω的电阻 R314、R315。这样本机的硬件故障就不会使整个总线的通信受到影响。
在应用系统工程的现场施工中，由于通信载体是双绞线，它的特性阻抗为120Ω左右，所以线路设计时，在 RS-485网络传输线的始端和末端各应接1只120Ω的匹配电阻（这是可选的，见前面说明），以减少线路上传输信号的反射。
由于 RS-485芯片的特性，接收器的检测灵敏度为± 200mV，即差分输入端 VA－VB ≥+200mV，输出逻辑1，VA－VB ≤－200mV，输出逻辑0；而 A、B 端电位差的绝对值小于200mV时，输出为不确定。如果在总线上所有发送器被禁止时，接收器输出逻辑0，这会误认为通信帧的起始引起工作不正常。解决这个问题的办法是人为地使 A 端电位高于 B 两端电位，这样RXD的电平在485总线不发送期间（总线悬浮时）呈现唯一的高电平，单片机就不会被误中断而收到乱字符。通过在485电路的A、B 输出端加接上拉、下拉电阻 R313、R312，即可很好地解决这个问题。