RS-232 vs RS-422 vs RS-485, ¿cuál es la diferencia?

Para muchos jóvenes de hoy, la comunicación serial puede parecer un término obsoleto. Sin embargo, algunos de los estándares más comunes, como RS-232 , RS-422 y RS-485, todavía se utilizan ampliamente en las comunicaciones industriales. Por ello, hemos escrito este artículo para ayudar a los principiantes a comprender estos estándares y reconocer las diferencias entre ellos mediante una comparación detallada.

Ahora, ¡comencemos!

¿Qué es RS-232?

La interfaz RS-232 cumple con el estándar de interfaz de comunicación de datos en serie establecido por la Electronic Industries Alliance (EIA). Su designación original era EIA-RS-232 (a menudo abreviada como 232 o RS232). Se utiliza ampliamente para conectar periféricos con interfaz serie de ordenadores, cables de conexión y en procesos mecánicos, eléctricos, de señalización y transmisión.

El estándar RS-232 especifica velocidades de transmisión de datos de 50, 75, 100, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600 y 19200 bits por segundo (baudios).

¿Cuáles son las características de RS-232?

RS-232 es una de las interfaces de comunicación serial más utilizadas. Debido a que el estándar de interfaz RS-232 surgió hace tiempo, inevitablemente presenta algunas deficiencias, principalmente las siguientes cuatro:

#1: Nivel de señal de interfaz alto

El nivel de señal de la interfaz es alto, lo que puede dañar fácilmente los chips del circuito de interfaz. El voltaje en cualquier línea de señal de la interfaz RS-232 utiliza una relación lógica negativa.

El nivel lógico "1" abarca de -3 V a -15 V; el nivel lógico "0" abarca de +3 V a +15 V, con un margen de ruido de 2 V. El receptor debe reconocer las señales superiores a +3 V como nivel lógico "0" y las señales inferiores a -3 V como nivel lógico "1". En cambio, el nivel TTL utiliza +5 V para el nivel lógico alto y 0 V para el nivel lógico bajo. Debido a su incompatibilidad con los niveles TTL, se requiere un circuito de conversión de nivel para conectarlo a circuitos TTL.

#2: Baja tasa de transmisión

La velocidad de transmisión es baja. En la transmisión asíncrona, la velocidad de bits es de 20 Kbps; por lo tanto, la velocidad de baudios del programa integrado en una placa de desarrollo CPLD de 51 pines solo puede alcanzar los 19200 baudios, lo cual también es la razón de esta limitación.

#3: Inmunidad débil al ruido

La interfaz RS-232 utiliza una línea de señal y una línea de retorno de señal (tierra común) para formar un esquema de transmisión de tierra común. Esta transmisión de tierra común es susceptible a interferencias de modo común, lo que resulta en una baja inmunidad al ruido.

#4: Distancia de transmisión corta

La distancia de transmisión es limitada. La distancia máxima es de 50 pies (unos 15 metros), alcanzando únicamente unos 15 metros.

¿Qué es RS-485?

Cuando la distancia de comunicación debe abarcar desde decenas de metros hasta varios kilómetros, se utiliza ampliamente el bus serie RS-485. El RS-485 emplea transmisión balanceada y recepción diferencial, lo que le permite rechazar la interferencia de modo común.

Además de que el transceptor del bus tiene una alta sensibilidad (capaz de detectar voltajes tan bajos como 200 mV), también puede recuperar señales de transmisión a más de un kilómetro de distancia.

RS-485 funciona en modo semidúplex, lo que significa que solo un punto puede estar en estado de transmisión en un momento dado. Por lo tanto, el circuito de transmisión debe controlarse mediante una señal de habilitación.

¿Cuáles son las características de RS-485?

El estándar RS-485 facilita la interconexión multipunto, lo que permite ahorrar numerosas líneas de señal. RS-485 puede formar una red para crear un sistema distribuido, permitiendo la conexión en paralelo de hasta 32 controladores y 32 receptores. Para superar las limitaciones del estándar RS-232, el nuevo estándar RS-485 presenta las siguientes características:

• Características eléctricas : El nivel lógico "1" se representa mediante una diferencia de voltaje entre los dos cables de +2 V a +6 V; el nivel lógico "0" se representa mediante una diferencia de voltaje de -6 V a -2 V. El nivel de la señal de interfaz es inferior al de RS-232-C, lo que reduce la probabilidad de dañar los chips del circuito de interfaz. Este nivel es compatible con los niveles TTL y se puede conectar fácilmente a circuitos TTL.

• Velocidad máxima de transmisión de datos : 10 Mbps

• Inmunidad al ruido : La interfaz RS-485 combina un controlador balanceado y un receptor diferencial, lo que proporciona un fuerte rechazo de interferencias de modo común y una buena inmunidad al ruido.

• Distancia máxima de transmisión : La distancia máxima de transmisión para la interfaz RS-485 es de 4000 pies (aproximadamente 1219 metros), y puede alcanzar hasta 3000 metros.

• Capacidad multidrop : La interfaz RS-232-C solo permite un transceptor en el bus (capacidad de un solo punto). En cambio, la interfaz RS-485 permite hasta 128 transceptores en el bus (capacidad multidrop). El uso de una única interfaz RS-485 permite el establecimiento rápido de una red de dispositivos de usuario.

¿Qué es RS-422?

El nombre completo del estándar RS-422 es "Características eléctricas de los circuitos de interfaz digital de voltaje balanceado", que define las características del circuito de interfaz. Este estándar incluye una conexión a tierra de señal, lo que hace un total de 5 cables.

Debido a que el receptor utiliza una alta impedancia de entrada y el controlador de transmisión tiene una capacidad de transmisión más fuerte que RS232, permite conectar múltiples nodos receptores a la misma línea de transmisión, hasta 10 nodos.

Existe un dispositivo maestro (Master) y el resto son dispositivos esclavos (Slave). Los dispositivos esclavos no pueden comunicarse entre sí, por lo que RS-422 admite comunicación bidireccional punto a multipunto. La impedancia de entrada del receptor es de 4 kΩ, por lo que la capacidad de carga máxima en el transmisor es de 10 × 4 kΩ + 100 Ω (resistencia de terminación).

¿Cuáles son las características de RS-422?

Dado que la interfaz RS-422 de cuatro hilos utiliza canales de envío y recepción separados, no es necesario controlar la dirección de los datos. El protocolo de enlace necesario entre dispositivos se puede implementar por software (protocolo de enlace XON/XOFF) o por hardware (mediante un par de pares trenzados separados).

• La distancia máxima de transmisión para RS-422 es de 4000 pies (unos 1219 metros) y la velocidad máxima de transmisión es de 10 Mb/s.

• La longitud del par trenzado balanceado es inversamente proporcional a la velocidad de transmisión; la distancia máxima de transmisión solo es posible con velocidades inferiores a 100 kb/s. La velocidad de transmisión más alta solo se puede alcanzar en distancias muy cortas. Normalmente, la velocidad de transmisión máxima que se puede lograr en un par trenzado de 100 metros es de tan solo 1 Mb/s.

• El estándar RS-422 requiere una resistencia de terminación, cuyo valor debe ser aproximadamente igual a la impedancia característica del cable de transmisión. No se necesita terminación para transmisiones de corta distancia (generalmente inferiores a 300 metros). La resistencia de terminación se conecta en el extremo opuesto del cable de transmisión.

RS-422 vs RS-485, ¿Cuál es la diferencia?

Los circuitos RS-422 y RS-485 funcionan según el mismo principio. Ambos transmiten y reciben de forma diferencial y no requieren una conexión a tierra digital. El funcionamiento diferencial es la razón fundamental para lograr largas distancias de transmisión con la misma velocidad de datos.

Esta es la verdadera diferencia entre RS-422/RS-485 y RS232. Debido a que RS232 es una entrada y salida de un solo extremo, requiere al menos tres líneas para operación dúplex (tierra digital, línea de transmisión y línea de recepción para transmisión asíncrona), y se pueden agregar otras líneas de control para funciones como la sincronización.

• RS-422 puede funcionar en modo dúplex completo (envío y recepción simultáneos) utilizando dos pares de cables trenzados.

• RS-485 solo puede funcionar en modo semidúplex (no puede enviar y recibir simultáneamente), pero solo requiere un par de cables trenzados.

• Tanto RS-422 como RS-485 pueden transmitir a 19 kbps a una distancia de 1200 metros. Los nuevos transceptores permiten conectar dispositivos a la línea.

El rendimiento eléctrico de RS-422 es el mismo que el de RS-485. La principal diferencia es:

• El estándar RS-422 cuenta con cuatro líneas de señal: dos para transmisión (Y, Z) y dos para recepción (A, B). Dado que la recepción y la transmisión son independientes en RS-422, puede enviar y recibir datos simultáneamente (funcionamiento dúplex completo).

• RS-485 tiene dos líneas de señal: la transmisión y la recepción son compartidas.

¿Qué es RS-423?

RS-423, o RS/EIA/TIA-423, es un estándar de comunicación serial con características superiores a RS-232. Define una interfaz desbalanceada (de un solo extremo), similar a RS-232, con un controlador de transmisión unidireccional que permite la conexión de hasta 10 receptores. Generalmente se implementa mediante tecnología de circuitos integrados para el intercambio de señales binarias seriales entre el transmisor-receptor (DTE) y el controlador-transmisor-controlador (DCE).

• RS-422 admite conexiones multidrop, mientras que RS-423 solo admite enlaces punto a punto.

• El RS-422 está diseñado para la conexión directa de dispositivos inteligentes.

• El estándar RS-423 tiene como objetivo mejorar el RS-232 y actuar como intermediario entre el RS-422 y el RS-232.

Tanto RS-423 como RS-232 comparten la desventaja de utilizar dispositivos de tierra común, lo que puede degradar la calidad de la comunicación y potencialmente causar fallas de comunicación cuya causa raíz suele ser difícil de determinar.

En este sentido, RS-422, RS-485 y Ethernet, basados ​​en conexiones de par trenzado, son superiores. RS-423 no es popular en la industria debido a sus inconvenientes.

¿Cuál es la diferencia entre RS-232, RS-422 y RS-485?

• RS232 es dúplex completo, RS485 es semidúplex y RS422 es dúplex completo.

• RS485 y RS232 son solo protocolos de comunicación física (estándares de interfaz); RS485 es un modo de transmisión diferencial, RS232 es un modo de transmisión de un solo extremo, pero el software de comunicación no difiere significativamente.

• Los ordenadores ya vienen equipados con RS232 y se pueden usar directamente. Si se necesita comunicación RS485, basta con conectar un convertidor de RS232 a RS485 al puerto RS232; no es necesario modificar el software.

¿Las interfaces RS232/RS422/RS485 tienen un aspecto diferente?

• Suelen ser interfaces DB9; también hay otros tipos, o puede que necesites comprobar el cableado interno para saber si es RS232, RS422 o RS485.

• RS232 es una interfaz estándar, una interfaz D-subminiatura de 9 pines (DB9). Las definiciones de señal de la interfaz para los dispositivos conectados están unificadas. Dichas definiciones son las siguientes:
  (Nota: Es probable que el texto original incluyera un diagrama de pines, el cual no se incluyó en el documento; por lo tanto, las definiciones específicas de los pines se omiten en la traducción).

Dado que los PC normalmente solo tienen una interfaz RS232 de forma predeterminada, existen dos maneras de obtener un circuito RS485 para un ordenador host PC:

1. Utilice un circuito de conversión RS232/RS485 para convertir la señal RS232 del puerto serie del PC a una señal RS485. En entornos industriales complejos, se recomienda utilizar productos aislados con protección contra sobretensiones.

2. Utilice una tarjeta PCI de puertos serie múltiples, donde podrá seleccionar directamente una tarjeta de expansión que emita señales RS485.

El ordenador se conecta a múltiples dispositivos 485 (controladores de acceso) a través de un convertidor RS232 a RS485 y sondea los dispositivos en el bus.

Las etiquetas de cableado son 485+ y 485-, que corresponden a las conexiones 485+ y 485- del dispositivo (controlador).

• Distancia de comunicación

  La distancia máxima teórica entre el dispositivo más alejado (controlador) y el ordenador es de 1200 metros. Recomendamos mantenerla dentro de los 800 metros, e idealmente dentro de los 300 metros.
  Si la distancia es excesiva, puede adquirir un repetidor 485 (extensor) (adquiéralo de un fabricante de convertidores profesional; el repetidor se coloca en el centro o al inicio del bus; consulte el manual del fabricante). En teoría, un repetidor puede extender la distancia hasta 3000 metros.

• Capacidad de carga

  ¿Cuántos dispositivos (controladores) puede soportar un bus 485? Esto depende del chip de comunicación seleccionado para el controlador y del chip de comunicación del convertidor 485.
  Las especificaciones comunes son 32, 64, 128 y 256 unidades. Este es un número teórico. En aplicaciones prácticas, dependiendo del entorno, la distancia de comunicación y otros factores, la cantidad real de cargas puede no alcanzar esta cifra. Los controladores y convertidores de Weigeng están diseñados para 256 unidades, pero recomendamos a los clientes limitar cada bus a 80 unidades o menos.
  Utilice un bus de comunicación 485 (debe usar cable de par trenzado o un par de un cable de red). Si utiliza cable común (no de par trenzado), la interferencia será significativa, la comunicación será inestable e incluso podría fallar por completo.
  Cada controlador debe estar conectado en serie; no se permiten conexiones en estrella ni ramificaciones. Si existen conexiones en estrella o ramificaciones, la interferencia será muy alta, la calidad de la comunicación será deficiente y la transmisión podría fallar.

Red de área de controlador (CAN)

CAN es un protocolo de comunicación de red para vehículos introducido por Bosch en la década de 1980, ampliamente utilizado en los sectores de la automoción y el control industrial. Las principales características de este protocolo incluyen:

• Características eléctricas : CAN también utiliza señales diferenciales. Una diferencia de voltaje de aproximadamente 2 V entre los dos cables (CAN_H y CAN_L) representa el estado lógico "recesivo" (lógico "1"), mientras que el estado lógico "dominante" (lógico "0") tiene una diferencia de voltaje cercana a 0 V.

• Modo de comunicación : Admite comunicación multipunto con una estructura multi-maestro, utiliza un mecanismo de arbitraje para manejar conflictos de bus y admite modos de alta velocidad (CAN High Speed) y baja velocidad (CAN Low Speed).

• Distancia de transmisión : En condiciones de cableado correctas, la distancia de transmisión de un bus CAN puede alcanzar los 10 km (CAN de alta velocidad) o varios kilómetros (CAN de baja velocidad).

• Aplicación : Se utiliza principalmente en sistemas electrónicos de vehículos y sistemas de control de automatización industrial.

Lógica transistor-transistor (TTL)

TTL se refiere a un tipo de estándar de nivel lógico, comúnmente utilizado para la comunicación dentro o entre circuitos integrados a corta distancia, más que a un estándar de comunicación en sí mismo. Las principales características de este estándar incluyen:

• Características eléctricas : Las señales de nivel TTL se definen típicamente como un "1" lógico de aproximadamente +5V (típico) y un "0" lógico cercano a 0V. La amplitud de la señal es relativamente pequeña.

• Modo de comunicación : Los niveles TTL se utilizan principalmente para interfaces a nivel de chip, como UART, SPI e interfaces de transmisión de señales I²C.

• Distancia de transmisión : Debido a que las señales de nivel TTL se atenúan rápidamente, no son adecuadas para la transmisión a larga distancia y generalmente se limitan a unos pocos centímetros o unos pocos metros.

• Aplicación : Los niveles TTL se utilizan ampliamente para la comunicación interna en sistemas embebidos y entre circuitos integrados en placas base de ordenadores.

Preguntas frecuentes (FAQ)

¿Qué es UART?

UART significa Transmisor-Receptor Asíncrono Universal. Es una tecnología de puerto serie utilizada para la transmisión de datos en serie. Se trata de un circuito encargado de convertir los datos paralelos en datos serie para la comunicación y de reconvertir los datos serie en datos paralelos para su uso en el extremo receptor.

¿Cómo eliminar la interferencia de modo común en el RS-485?

La interferencia de modo común se elimina normalmente mediante los siguientes métodos:

• Utilice cable de par trenzado blindado y asegúrese de una buena conexión a tierra.

• Considere la posibilidad de utilizar conductos galvanizados para el blindaje en áreas con campos eléctricos intensos.

• Aleje el cableado de las líneas de alto voltaje y nunca agrupe líneas de alimentación de alto voltaje con líneas de señal.

• No comparta la misma fuente de alimentación con dispositivos como cerraduras de control eléctrico.

• (Utilice una fuente de alimentación lineal regulada o una fuente de alimentación conmutada de alta calidad (interferencia de rizado inferior a 50 mV)).

Conclusión

RS232, RS422, RS423 y RS485 son, esencialmente, protocolos de capa física. Son protocolos de comunicación serial y constituyen interfaces de dispositivos omnipresentes. Las interfaces seriales se utilizan ampliamente en electrónica y sistemas embebidos, a menudo para la adquisición remota de datos o el control remoto de dispositivos.

Modifican la forma en que se transmiten las señales, ya sea a un PC, un microcontrolador o mediante un protocolo de comunicación serie o nivel TTL para comunicación serie. Se requiere un chip de conversión de comunicaciones para convertirlas a señales RS232, RS422, RS423 o RS485.

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