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RS-485标准和OSI系统模型通信层详解

RS-485协议,也称为TIA-485 EIA-485,是为通信协议定义驱动器和接收器电气特性的标准。开放系统互连 (OSI) 模型试图描述通信系统的各个层,从最终应用到网络层,最后到物理层,

开放系统互连OSI模型
1:开放系统互连 (OSI) 模型

OSI模型的物理层

OSI 模型的物理层负责在设备和物理传输介质之间传输原始数据。它处理电信号到数字数据的转换,同时定义电压、时序、数据速率等。

RS-485使用两条信号线“A”“B”,两条信号线必须平衡和差分的。平衡信号是在双绞线电缆中共享一对的两条线,每条线上的阻抗相同。除了线路的匹配阻抗外,接收器和发射器还必须有匹配的阻抗。下图显示了一个典型的多点RS-485通信网络拓扑结构,其中每个设备都有一个区分RS-485 收发器,设备之间的链路由双绞线电缆和终端电阻组成。

图 6:OSI模型物理层定义

OSI模型的数据链路层

在数据链路层,RS-485通常使用UART串口进行串行通信,UART主机以全双工方式驱动和接收串行通信。它连接到构成物理层的RS-485差分收发器,并将信号转换为半双工差分格式,以便在RS485总线上使用。

具有专用发送和接收线路的UART 允许它以全双工、半双工甚至单工方式运行,这意味着数据只能通过一条线路输出或输入。由于 RS-485 通常是半双工的,因此连接到它的 UART 也将以半双工方式运行。

图 10:定义了数据链路层的 OSI 模型

OSI模型的网络层

网络层处理发生在RS-485总线上各个通信设备之间的实际通信。由于RS-485 主要是一种电气通信规范,由于它支持多点通信,因此需要在OSI模型中对数据通信保驾护航。

虽然网络层通信寻址没有固定的协议规范,但是RS-485总线必须通过主机统一管理,防止rs485总线的通信冲突。

图 11:定义了网络层的 OSI 模型

OSI模型的应用层

由于RS-485 标准仅定义了具有寻址要求的物理和数据链路层,因此应用层可以采用各种专有或开放的通信协议。比如,CUI Devices RS-485编码器使用快速位置协议,该协议允许编码器在一个字节的时间内响应位置。这些编码器根据其版本具有各种命令,所有设备都支持扩展命令,例如复位或设置零位。简单来说,RS-485总线就是通过OSI模型的应用层实现。

图 12:完全定义的 OSI 模型

RS485通信接口支持高速、长电缆距离、电气噪声容限和同一总线上的多个设备,由于其在广泛应用中的多功能性,已成为旋转编码器中流行的串行接口。本文希望能给使用带有RS485接口编码器的工作人员带来帮助,包括其各个层、实现以及整个系统通信中的最佳实践。CUI Devices具有RS485接口的基于电容的 AMT 绝对编码器具有更高的耐用性和工业稳健性,由于其高精度、低电流消耗和对环境污染物的免疫力,是运动控制应用的优质选择。

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