RS-232 vs RS-422 vs RS-485, quelle est la différence ?

Pour beaucoup de jeunes aujourd'hui, la communication série peut sembler un terme désuet. Pourtant, certaines des normes les plus courantes, comme RS-232 , RS-422 et RS-485, restent largement utilisées dans les communications industrielles. C'est pourquoi nous avons rédigé cet article : pour aider les débutants à comprendre ces normes et à en saisir les différences grâce à une comparaison détaillée.

Maintenant, commençons.

Qu'est-ce que le RS-232 ?

L'interface RS-232 est conforme à la norme de communication de données série établie par l'Electronic Industries Alliance (EIA). Sa désignation d'origine était EIA-RS-232 (souvent abrégée en 232 ou RS232). Elle est largement utilisée pour la connexion de périphériques d'interface série informatique, le câblage et dans les processus mécaniques, électriques, de signalisation et de transmission.

La norme RS-232 spécifie des débits de transmission de données de 50, 75, 100, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600 et 19200 bits par seconde (baud).

Quelles sont les caractéristiques du RS-232 ?

L'interface RS-232 est l'une des interfaces de communication série les plus répandues. Étant donné que la norme RS-232 est apparue plus tôt, elle présente inévitablement certaines limitations, principalement les quatre suivantes :

#1 : Niveau de signal d'interface élevé

Le niveau du signal de l'interface est élevé, ce qui peut facilement endommager les puces du circuit d'interface. La tension sur chaque ligne de signal de l'interface RS-232 utilise une relation logique négative.

Le niveau logique « 1 » correspond à une tension de -3 V à -15 V ; le niveau logique « 0 » à une tension de +3 V à +15 V, avec une marge de bruit de 2 V. Le récepteur doit identifier les signaux supérieurs à +3 V comme des signaux logiques « 0 » et les signaux inférieurs à -3 V comme des signaux logiques « 1 ». Le niveau TTL, en revanche, utilise +5 V pour un niveau logique haut et 0 V pour un niveau logique bas. N'étant pas compatible avec les niveaux TTL, un circuit de conversion de niveau est nécessaire pour la connexion à des circuits TTL.

#2 : Faible débit de transmission

Le débit de transmission est faible. En transmission asynchrone, le débit binaire est de 20 kbit/s ; par conséquent, le débit de transmission du programme intégré sur une carte de développement CPLD 51 ne peut atteindre que 19 200 bits/s, ce qui explique également cette limitation.

#3 : Faible immunité au bruit

L'interface RS-232 utilise une ligne de signal et une ligne de retour (masse commune) pour former un schéma de transmission à masse commune. Cette transmission à masse commune est sensible aux interférences en mode commun, ce qui entraîne une faible immunité au bruit.

#4 : Distance de transmission courte

La portée de transmission est limitée. La portée maximale est de 50 pieds (environ 15 mètres), mais elle n'atteint qu'environ 15 mètres.

Qu'est-ce que le RS-485 ?

Lorsque la distance de communication doit atteindre plusieurs dizaines de mètres, voire plusieurs kilomètres, le bus série RS-485 est largement utilisé. Utilisant une transmission symétrique et une réception différentielle, le RS-485 est capable de rejeter les interférences en mode commun.

En plus de sa haute sensibilité (capable de détecter des tensions aussi faibles que 200 mV), l'émetteur-récepteur de bus peut également récupérer des signaux de transmission à plus d'un kilomètre de distance.

Le protocole RS-485 fonctionne en mode semi-duplex, ce qui signifie qu'un seul point peut être en transmission à la fois. Par conséquent, le circuit de transmission doit être commandé par un signal d'activation.

Quelles sont les caractéristiques de la norme RS-485 ?

La norme RS-485 facilite l'interconnexion multipoint, ce qui permet d'économiser de nombreuses lignes de signal. Elle permet de constituer un réseau pour créer un système distribué, autorisant la connexion en parallèle de jusqu'à 32 émetteurs et 32 ​​récepteurs. Palliant les limitations de la norme RS-232, la nouvelle norme RS-485 présente les caractéristiques suivantes :

• Caractéristiques électriques : L’état logique « 1 » est représenté par une différence de potentiel entre les deux fils de +2 V à +6 V ; l’état logique « 0 » est représenté par une différence de potentiel de -6 V à -2 V. Le niveau du signal d’interface est inférieur à celui du RS-232-C, ce qui réduit le risque d’endommager les circuits intégrés. Ce niveau est compatible avec les niveaux TTL et permet une connexion aisée aux circuits TTL.

• Débit de transmission de données maximal : 10 Mbit/s

• Immunité au bruit : L'interface RS-485 combine un pilote symétrique et un récepteur différentiel, offrant une forte réjection des interférences en mode commun et une bonne immunité au bruit.

• Distance de transmission maximale : La distance de transmission maximale pour l'interface RS-485 est de 4000 pieds (environ 1219 mètres), et elle peut atteindre jusqu'à 3000 mètres.

• Capacité multipoint : L’interface RS-232-C ne prend en charge qu’un seul émetteur-récepteur sur le bus (configuration monopoint). En revanche, l’interface RS-485 peut prendre en charge jusqu’à 128 émetteurs-récepteurs sur le bus (configuration multipoint). L’utilisation d’une seule interface RS-485 permet la mise en place rapide d’un réseau de périphériques utilisateurs.

Qu'est-ce que le RS-422 ?

La norme RS-422, intitulée « Caractéristiques électriques des circuits d'interface numérique à tension équilibrée », définit les caractéristiques du circuit d'interface. Elle comprend une masse, soit un total de cinq fils.

Étant donné que le récepteur utilise une impédance d'entrée élevée et que le pilote d'émission possède une capacité de pilotage supérieure à celle du RS232, il permet de connecter jusqu'à 10 nœuds de réception à la même ligne de transmission.

Il existe un appareil maître (Master) et des appareils esclaves (Slave). Les appareils esclaves ne peuvent pas communiquer entre eux ; le protocole RS-422 prend donc en charge une communication bidirectionnelle point à multipoint. L’impédance d’entrée du récepteur est de 4 kΩ, la capacité de charge maximale à l’émission est donc de 10 × 4 kΩ + 100 Ω (résistance de terminaison).

Quelles sont les caractéristiques de la norme RS-422 ?

L'interface RS-422 à quatre fils utilisant des canaux d'émission et de réception distincts, il n'est pas nécessaire de contrôler le sens des données. Toute synchronisation requise entre les appareils peut être implémentée par logiciel (synchronisation XON/XOFF) ou par matériel (à l'aide d'une paire de paires torsadées distinctes).

• La distance de transmission maximale pour RS-422 est de 4000 pieds (environ 1219 mètres) et le débit de transmission maximal est de 10 Mb/s.

• La longueur d'une paire torsadée équilibrée est inversement proportionnelle au débit de transmission ; la distance de transmission maximale n'est possible qu'à des débits inférieurs à 100 kbit/s. Le débit de transmission maximal ne peut être atteint que sur de très courtes distances. Typiquement, le débit de transmission maximal atteignable sur une paire torsadée de 100 mètres de long n'est que de 1 Mbit/s.

• La norme RS-422 requiert une résistance de terminaison dont la valeur doit être approximativement égale à l'impédance caractéristique du câble de transmission. La terminaison n'est pas nécessaire pour les transmissions à courte distance (généralement inférieures à 300 mètres). La résistance de terminaison est connectée à l'extrémité du câble de transmission.

RS-422 vs RS-485, quelle est la différence ?

Les circuits RS-422 et RS-485 fonctionnent selon le même principe. Ils émettent et reçoivent tous deux en mode différentiel et ne nécessitent pas de masse numérique. Le fonctionnement différentiel est la raison fondamentale pour laquelle il est possible d'atteindre de longues distances de transmission à débit de données constant.

Voici la véritable différence entre RS-422/RS-485 et RS232. Le RS232 étant asymétrique (entrée et sortie), il nécessite au moins trois lignes pour un fonctionnement duplex (masse numérique, ligne d'émission et ligne de réception pour la transmission asynchrone), et d'autres lignes de contrôle peuvent être ajoutées pour des fonctions telles que la synchronisation.

• Le RS-422 peut fonctionner en duplex intégral (envoi et réception simultanés) en utilisant deux paires de fils torsadés.

• Le RS-485 ne peut fonctionner qu'en semi-duplex (il ne peut pas envoyer et recevoir simultanément), mais il ne nécessite qu'une seule paire de fils torsadés.

• Les interfaces RS-422 et RS-485 permettent toutes deux une transmission sur 1 200 mètres à un débit de 19 kbit/s. De nouveaux émetteurs-récepteurs permettent la connexion d'appareils à cette ligne.

Les performances électriques du RS-422 sont identiques à celles du RS-485. La principale différence est :

• L'interface RS-422 possède quatre lignes de signal : deux pour l'émission (Y, Z) et deux pour la réception (A, B). L'émission et la réception étant séparées, l'interface RS-422 permet la réception et l'émission simultanées (mode duplex intégral).

• Le RS-485 possède deux lignes de signal : la transmission et la réception sont partagées.

Qu'est-ce que le RS-423 ?

La norme RS-423, ou RS/EIA/TIA-423, est une norme de communication série aux caractéristiques supérieures à celles de la norme RS-232. Elle définit une interface asymétrique (à une seule extrémité), similaire à la RS-232, avec un émetteur unidirectionnel permettant la connexion de jusqu'à 10 récepteurs. Elle est généralement mise en œuvre à l'aide de circuits intégrés pour l'échange de signaux binaires série entre l'ETD (équipement terminal de données) et l'ETCD (équipement de communication de données).

• Le RS-422 prend en charge les connexions multipoints, tandis que le RS-423 ne prend en charge que les liaisons point à point.

• Le RS-422 est conçu pour la connexion directe d'appareils intelligents.

• Le RS-423 est destiné à améliorer le RS-232 et à servir d'intermédiaire entre le RS-422 et le RS-232.

Les interfaces RS-423 et RS-232 présentent toutes deux l'inconvénient d'utiliser des dispositifs à masse commune, ce qui peut dégrader la qualité de la communication et potentiellement provoquer des pannes de communication dont la cause première est souvent difficile à déterminer.

À cet égard, les normes RS-422, RS-485 et Ethernet, basées sur des connexions à paires torsadées, sont supérieures. La norme RS-423 est peu répandue dans l'industrie en raison de ses inconvénients.

Quelle est la différence entre RS-232, RS-422 et RS-485 ?

• Le RS232 est en duplex intégral, le RS485 est en semi-duplex et le RS422 est en duplex intégral.

• RS485 et RS232 ne sont que des protocoles de communication physique (normes d'interface) ; RS485 est en mode de transmission différentiel, RS232 est en mode de transmission asymétrique, mais le logiciel de communication ne diffère pas significativement.

• Les PC sont déjà équipés d'un port RS232 et peuvent être utilisés directement. Si une communication RS485 est nécessaire, il suffit de connecter un convertisseur RS232 vers RS485 au port RS232 ; aucune modification logicielle n'est requise.

Les interfaces RS232/RS422/RS485 sont-elles différentes ?

• Il s'agit généralement d'interfaces DB9 ; il existe aussi d'autres types, ou vous devrez peut-être vérifier le câblage interne pour savoir s'il s'agit de RS232, RS422 ou RS485.

• RS232 est une interface standard, une interface D-subminiature à 9 broches (DB9). Les définitions des signaux d'interface pour les périphériques connectés sont unifiées. Ces définitions sont les suivantes :
  (Remarque : le texte original attendait probablement un schéma de brochage, qui n'était pas inclus dans le document ; les définitions spécifiques des broches sont donc omises dans la traduction.)

Étant donné que les PC ne disposent généralement que d'une interface RS232 par défaut, il existe deux façons d'obtenir un circuit RS485 pour un ordinateur hôte PC :

1. Utilisez un convertisseur RS232/RS485 pour convertir le signal RS232 provenant du port série du PC en un signal RS485. Dans les environnements industriels complexes, il est préférable d'utiliser des produits isolés avec protection contre les surtensions.

2. Utilisez une carte PCI multi-ports série, où vous pouvez sélectionner directement une carte d'extension qui génère des signaux RS485.

L'ordinateur se connecte à plusieurs appareils 485 (contrôleurs d'accès) via un convertisseur RS232 vers RS485 et interroge les appareils sur le bus.

Les étiquettes de câblage sont 485+ et 485-, correspondant aux connexions 485+ et 485- sur l'appareil (contrôleur).

• Distance de communication

  La distance maximale théorique entre le dispositif le plus éloigné (contrôleur) et l'ordinateur est de 1 200 mètres. Nous recommandons de ne pas dépasser 800 mètres, et idéalement 300 mètres.
  Si la distance est trop importante, vous pouvez utiliser un répéteur 485 MHz (extenseur) (veuillez vous adresser à un fabricant de convertisseurs professionnel ; le répéteur se place au milieu ou au début du bus – consultez le manuel du fabricant). En théorie, un répéteur peut étendre la portée jusqu'à 3 000 mètres.

• Capacité de charge

  Combien de contrôleurs un bus 485 peut-il gérer ? Cela dépend de la puce de communication du contrôleur et de celle du convertisseur 485.
  Les spécifications courantes sont 32, 64, 128 et 256 unités. Il s'agit d'un nombre théorique. En pratique, selon l'environnement, la distance de communication et d'autres facteurs, le nombre réel de charges peut être inférieur. Les contrôleurs et convertisseurs Weigeng sont conçus pour 256 unités, mais nous recommandons de limiter chaque bus à 80 unités maximum.
  Utilisez un bus de communication 485 (avec une paire torsadée ou une paire d'un câble réseau). L'utilisation d'un câble ordinaire (non torsadé) entraînera des interférences importantes, une communication instable, voire une panne complète.
  Chaque contrôleur doit être connecté en série ; les connexions en étoile ou en dérivation sont interdites. Ces dernières génèrent des interférences très importantes, une mauvaise qualité de communication et peuvent entraîner une panne de transmission.

Réseau de zone de contrôleur (CAN)

Le protocole CAN est un protocole de communication réseau embarqué introduit par Bosch dans les années 1980 et largement utilisé dans les secteurs de l'automobile et du contrôle industriel. Ses principales caractéristiques sont les suivantes :

• Caractéristiques électriques : Le protocole CAN utilise également des signaux différentiels. Une différence de potentiel d'environ 2 V entre les deux fils (CAN_H et CAN_L) représente l'état logique récessif (niveau logique « 1 »), tandis que l'état logique dominant (niveau logique « 0 ») présente une différence de potentiel proche de 0 V.

• Mode de communication : Il prend en charge la communication multipoint avec une structure multi-maître, utilise un mécanisme d'arbitrage pour gérer les conflits de bus et prend en charge les modes haute vitesse (CAN haute vitesse) et basse vitesse (CAN basse vitesse).

• Distance de transmission : Dans des conditions de câblage correctes, la distance de transmission d'un bus CAN peut atteindre 10 km (CAN haute vitesse) ou plusieurs kilomètres (CAN basse vitesse).

• Application : Principalement utilisé dans les systèmes électroniques des véhicules et les systèmes de contrôle d'automatisation industrielle.

Logique transistor-transistor (TTL)

TTL désigne un type de norme de niveau logique, couramment utilisé pour la communication au sein ou entre circuits intégrés sur de courtes distances, plutôt qu'une norme de communication à proprement parler. Les principales caractéristiques de cette norme sont les suivantes :

• Caractéristiques électriques : Les signaux de niveau TTL sont généralement définis comme suit : le niveau logique « 1 » étant approximativement à +5 V (valeur typique) et le niveau logique « 0 » proche de 0 V. L’amplitude du signal est relativement faible.

• Mode de communication : Les niveaux TTL sont principalement utilisés pour les interfaces au niveau de la puce, telles que les interfaces de transmission de signaux UART, SPI et I²C.

• Distance de transmission : Les signaux de niveau TTL s'atténuant rapidement, ils ne conviennent pas aux transmissions longue distance et sont généralement limités à une portée de quelques centimètres à quelques mètres.

• Application : Les niveaux TTL sont largement utilisés pour la communication interne dans les systèmes embarqués et entre les circuits intégrés sur les cartes mères d'ordinateurs.

Foire aux questions (FAQ)

Qu'est-ce que l'UART ?

UART signifie émetteur-récepteur asynchrone universel. Il s'agit d'une technologie de port série utilisée pour la transmission de données série. Ce circuit convertit les données parallèles en données série pour la communication, puis reconvertit les données série en données parallèles pour la réception.

Comment éliminer les interférences en mode commun sur le RS-485 ?

Les interférences en mode commun sont généralement éliminées par les méthodes suivantes :

• Utilisez un câble à paires torsadées blindées et assurez-vous d'une bonne mise à la terre.

• Envisagez l'utilisation de conduits galvanisés pour le blindage dans les zones à forts champs électriques.

• Éloignez les câbles des lignes à haute tension et ne regroupez jamais les lignes d'alimentation haute tension et les lignes de signalisation.

• Ne branchez pas la même alimentation électrique que des appareils tels que les serrures électriques.

• (Utilisez une alimentation régulée linéaire ou une alimentation à découpage de haute qualité (ondulation inférieure à 50 mV)).

Conclusion

Les protocoles RS232, RS422, RS423 et RS485 sont tous des protocoles de couche physique. Ce sont des protocoles de communication série, omniprésents dans l'électronique et les systèmes embarqués, notamment pour l'acquisition de données à distance ou le contrôle à distance.

Ces dispositifs modifient le mode de transmission des signaux, que ce soit vers un PC, un microcontrôleur, ou via un protocole de communication série ou un niveau TTL. Une puce de conversion de communication est nécessaire pour les convertir en signaux RS232, RS422, RS423 ou RS485.

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