Đặc tớnh điện học
Về đặc tớnh điện học, RS-485 và RS-422 cơ bản giống nhau. RS-485 cũng sử dụng tớn hiệu điện ỏp chờnh lệch đối xứng giữa hai dõy dẫn A và B. Ngưỡng giới hạn được quy định cho VCM đối với RS-485 được nới rộng ra khoảng -7V đến +12V, cũng như trở khỏng đầu vào cho phộp lớn gấp 3 lần so với RS-422. Cỏc thụng số quan trọng được túm tắt trong bảng dưới đõy.
Bảng 3.4: Túm tắt cỏc thụng sốquan trọng của RS-485
Thụng số Điều kiện Tối thiểu Tối đa
Điện ỏp đầu ra hở mạch ±1,5V ±6V
Điện ỏp đầu ra khi cú tải RLoad=54 ±1,5V ±5V
Dũng ra ngắn mạch ±250mA
Thời gian quỏ độ đầu ra RLoad=54 CLoad=54pF
30% TB*
Điện ỏp chế độ chung đầu ra VOC RLoad=54 -1V 3V
Độ nhạy cảm đầu vào -7v ≤ VCM ≤ 12V ±200mV
Điện ỏp chế độ chung VCM -7V 12V
Trở khỏng đầu vào 12k
Đặc tớnh khỏc nhau cơ bản của RS-485 so với RS-422 là khả năng ghộp nối nhiều điểm, vỡ thế cú thể được dựng phổ biến trong cỏc hệ thống bus trường. Cụ thể, 32 trạm cú thể dược tham gia ghộp nối, được định địa chỉ và giao tiếp đồng thời trong một đoạn RS-485 mà khụng cần bộ lặp.
Để đạt được điều này, trong một thời điểm chỉ một trạm được phộp kiểm soỏt đường truyền và phỏt tớn hiệu, vỡ thế mỗi bộ phỏt đều phải đưa về chế độ trở khỏng cao khi rỗi, tạo điều kiện cho cỏc bộ phỏt ở cỏc trạm khỏc tham gia. Chế độ này được gọi là tri-state. Một số vi mạch RS-485 tự động xử lý tỡnh huống này, trong nhiều trường hợp khỏc việc đú thuộc trỏch nhiệm của phần mềm điều khiển truyền thụng.Trong mạch của bộ phỏt RS-485 cú một tớn hiệu
"Enable được dựng cho mục đớch chuyển bộ kớch thớch về trạng thỏi phỏt tớn hiệu hoặc tri-state. Sơ đồ mạch cho bộ kớch thớch và bộ thu RS-485 được biểu diễn trờn hỡnh sau:
Hỡnh 3.7: Sơ đồ bộ phỏt và thu của RS 485
Mặc dự phạm vi tối đa là từ -6V đến +6V trong trường hợp hở mạch trạng thỏi logic của tớn hiệu chỉ được định nghĩa trong khoảng đến đối với đầu vào bờn thu như được minh họa trong hỡnh sau:
Hỡnh 3.8: Quy định trạng thỏi logic của RS-485
RS-485 cho phộp nối mạng 32 tải đơn vị (unit load, UL), ứng với 32 bộ thu phỏt hoặc nhiều hơn, tựy theo cỏch chọn tải cho mỗi thiết bị thành viờn. Thụng thường, mỗi bộ thu phỏt được thiết kế tương đương với tải đơn vị. Gần đõy cũng cú những cố gắng giảm tải xuống cũn 1/2 UL hoặc 1/4UL, tức là tăng trở khỏng đầu vào lờn hai hoặc bốn lần, với mục đớch tăng số trạm lờn 64 hoặc 128. Tuy nhiờn, tăng số trạm theo cỏch này sẽ gắn với việc phải giảm tốc độ truyền thụng vỡ cỏc trạm cú trở khỏng lớn sẽ hoạt động chậm hơn.
Giới hạn 32 tải đơn vị xuất phỏt từ đặc tớnh kỹ thuật của hệ thống truyền thụng nhiều điểm. Cỏc tải được mắc song song và vỡ thế việc tăng tải sẽ làm suy giảm tớn hiệu vượt quỏ mức cho phộp. Theo quy định chuẩn, một bộ kớch thớch tớn hiệu phải đảm bảo dũng tổng cộng 60mA vừa đủ để cung cấp cho:
• Hai trở đầu cuối mắc song song tương ứng tải 60 (120 ở mỗi đầu) với điện ỏp tối thiểu 1.5V, tạo dũng tương ứng với 25mA.
• 32 tải đơn vị mắc song song với dũng 1mA qua mỗi tải (trường hợp xấu nhất), tạo dũng tương đương với 32mA.
Tốc độ truyền tải và chiều dài dõy dẫn
Cũng như RS-422, RS-485 cho phộp khoảng cỏch tối đa giữa trạm đầu và trạm cuối trong một đoạn mạng là 1200m, khụng phụ thuộc vào số trạm tham gia. Tốc độ truyền dẫn tối đa cú thể lờn tới 10Mbit/s, một số hệ thống gần đõy cú khả năng làm việc với tốc độ 12Mbit/s. Tuy nhiờn cú sự ràng buộc giữa tốc độ truyền dẫn tối đa và độ dài dõy dẫn cho phộp, tức là một mạng dài 1200m khụng thể làm việc với tốc độ 10MBd.
Tốc độ truyền tối đa cũng phụ thuộc vào chất lượng cỏp mạng, cụ thể là đụi dõy xoắn kiểu STP cú khả năng chống nhiễu tốt hơn loại UTP và vỡ thế cú thể truyền với tốc độ cao hơn. Cú thể sử dụng cỏc bộ lặp để tăng số trạm trong một mạng, cũng như chiều dài dõydẫn lờn nhiều lần, đồng thời đảm bảo được chất lượng tớn hiệu.
Cấu hỡnh mạng
RS-485 là chuẩn duy nhất do EIA đưa ra mà cú khả năng truyền thụng đa điểm thực sự chỉ dựng một đường dẫn chung duy nhất, được gọi là bus. Chớnh vỡ vậy mà nú được dựng làm chuẩn cho lớp vật lý ở đa số cỏc hệ thống bus hiện thời.
Cấu hỡnh phổ biến nhất là sử dụng hai đường dõy cho việc truyền tớn hiệu, như được minh họa trong hỡnh vẽ dưới đõy. Trong trường hợp này, hệ thống chỉ cú thể làm việc với chế độ hai chiều giỏn đoạn (half-duplex) và cỏc trạm cú thể nhận quyền bỡnh đẳng trong việc truy nhập đường dẫn. Chỳ ý rằng đường dẫn được kết thỳc bằng hai trở tại hai đầu chứ khụng được phộp ở giữa đường dõy. Vỡ mục đớch đơn giản, dõy đất khụng được vẽ ở đõy, tuy nhiờn trong thực tế việc nối dõy đất là rất cần thiết.
Hỡnh 3.9: Cấu hỡnh mạng RS-485 kiểu 2 dõy
Trong một mạng RS-485 cũng cú thể được nối theo kiểu 4 dõy. Một trạm chủ
(master) đúng vai trũ điều khiển toàn bộ giao tiếp giữa cỏc trạm kể cả việc truy nhập đường dẫn. Cỏc trạm tớ (slaver) khụng thể liờn hệ trực tiếp mà đều phải qua trạm chủ. Trạm chủ phỏt tớn hiệu yờu cầu và cỏc trạm tớ cú trỏch nhiệm đỏp ứng. Vấn đề kiểm
soỏt thõm nhập đường dẫn ở đõy chớnh là việc khống chế cỏc trạm tớ khụng trả lời cựng một lỳc. Với cấu hỡnh này, việc truyền thụng cú thể thực hiện chế độ hai chiều toàn phần (full-duplex), phự hợp với cỏc ứng dụng đũi hỏi tốc độ truyền tải thụng tin cao, tuy nhiờn ở đõy phải sử dụng thờm hai đường dõy bổ xung.
Cỏp nối
RS-485 khụng phải là một chuẩn trọn vẹn mà chỉ là một chuẩn về đặc tớnh điện học, vỡ vậy khụng đưa ra cỏc quy định cho cỏp nối cũng như cỏc bộ nối. Cú thể dựng đụi dõy xoắn, cỏp trơn hoặc cỏc loại cỏp khỏc, tuy nhiờn đụi dõy xoắn vẫn là loại cỏp được sử dụng phổ biến nhất nhờ đặc tớnh chống tạp nhiễu và xuyờn õm.
Trở đầu cuối
Do tốc độ truyền thụng và chiều dài dõy dẫn cú thể khỏc nhau rất nhiều trong cỏc ứng dụng, hầu như tất cả cỏc bus RS-485 đều yờu cầu sử dụng trở đầu cuối tại hai đầu dõy. Sử dụng trở đầu cuối cú tỏc dụng chống cỏc hiệu ứng phụ trong truyền dẫn tớn hiệu, vớ dụ sự phản xạ tớn hiệu. Trở đầu cuối dựng cho RS-485 cú thể từ 100 đến 120. Một sai lầm thường gõy tỏc hại nghiờm trọng trong thực tế là dựng trở đầu cuối tại mỗi trạm. Đối với một mạng bus cú 10 trạm thỡ trở khỏng tạo ra do cỏc trở đầu cuối mắc song song sẽ là 10 chứ khụng phải là 50 như thụng thường. Chỳ ý rằng tải của cỏc trở đầu cuối chiếm phần lớn trong toàn mạch, nờn trong trường hợp này hậu quả gõy ra là dũng qua cỏc trở đầu cuối sẽ lấn ỏt, cỏc tớn hiệu mang thụng tin tới cỏc bộ thu sẽ suy yếu mạnh dẫn đến sai lệch hoàn toàn. Một số bộ nối cú tớch hợp sẵn trở đầu cuối, cú thể dựng Jumper để chọn chế độ thớch hợp tựy theo vị trớ của trạm trong mạng.
Hỡnh 3.10: Cấu hỡnh mạng RS-485 kiểu 4 dõy
Trong trường hợp cỏp truyền ngắn và tốc độ truyền thấp, ta cú thể khụng cần dựng trở đầu cuối. Tớn hiệu phản xạ sẽ suy giảm và triệt tiờu sau vài lần qua lại. Tốc độ truyền dẫn thấp cú nghĩa là chu kỳ nhịp bus dài. Nếu tớn hiệu phản xạ triệt tiờu hoàn toàn trước thời điểm trớch mẫu ở nhịp tiếp theo (thường vào giữa chu kỳ) thỡ tớn hiệu thỡ tớn hiệu mang thụng tin sẽ khụng bị ảnh hưởng, cú nhiều phương phỏp để chặn đầu cuối một đường truyền RS-485 như sau:
Phương phỏp: Khụng chặn Song song RC Tin cậy
Tốc độ: Thấp Cao Trung bỡnh Cao
Chất lượng: Kộm Tốt Hạn chế Tốt
Tổn hao nguồn: Thấp Cao Thấp Cao
Hỡnh 3.11: Cỏc phương phỏp chặn đầu cuối RS-485/RS-422
Phương phỏp thứ hai được gọi là chặn RC, sử dụng kết hợp một tụ C mắc nối tiếp với điện trở R, mạch RC này cho phộp khắc phục nhược điểm của cỏch sử dụng một điện trở thuần nờu trờn. Trong lỳc tớn hiệu ở giai đoạn quỏ độ, tụ C cú tỏc dụng ngắn mạch và trở R cú tỏc dụng chặn đầu cuối. Khi tụ C đảo chiều sẽ cản trở dũng một chiều và vỡ thế cú tỏc dụng giảm tải. Tuy nhiờn, hiệu ứng thụng thấp (lowpass) của mạch RC khụng cho phộp hệ thống làm việc với tốc độ cao.
Một biến thể của phương phỏp chặn song song cũng được sử dụng rộng rói cú tờn là chặn tin cậy, bởi nú cú tỏc dụng khỏc nữa là tạo thiờn ỏp tin cậy (pail-safe biasing) đảm bảo một dũng tối thiểu cho trường hợp bus rỗi hoặc cú sự cố.
Nối đất
Mặc dự mức tớn hiệu được xỏc định bằng điện ỏp chờnh lệch giữa hai dõy dẫn A và B khụng cú liờn quan tới đất, hệ thống RS-485 vẫn cần một đường dõy nối đất để tạo một đường thoỏt cho nhiễu chế độ chung và cỏc dũng khỏc, vớ dụ dũng đầu vào bộ thu. Một sai lầm thường gặp trong thực tế là chỉ dựng hai dõy để nối hai trạm. Trong trường hợp như vậy, dũng chế độ chung sẽ tỡm cỏch quay ngược trở lại nguồn phỏt, bức xạ nhiễu ra mụi trường xung quanh, ảnh hưởng tới tớnh tương thớch điện từ của hệ thống. Nối đất sẽ cú tỏc dụng tạo một đường thoỏt trở khỏng nhỏ tại một vị trớ xỏc định, nhờ vậy giảm thiểu tỏc hại gõy nhiễu. Hơn thế nữa, với cấu hỡnh trở đầu cuối tin cậy, việc nối đất tạo thiờn ỏp sẽ giữ một mức điện ỏp tối thiểu giữa hai dõy A và B trong trường hợp kể cả khi bus rỗi hoặc cú sự cố.