RS-232 vs RS-422 vs RS-485, qual a diferença?

Para muitos jovens de hoje, comunicação serial pode parecer um termo ultrapassado. No entanto, alguns dos padrões mais comuns, como RS-232 , RS-422 e RS-485, ainda são amplamente utilizados em comunicações industriais. Portanto, escrevemos este artigo para ajudar os iniciantes a entender esses padrões e reconhecer as diferenças entre eles por meio de uma comparação detalhada.

Vamos começar.

O que é RS-232?

A interface RS-232 está em conformidade com o padrão de interface de comunicação de dados seriais estabelecido pela Electronic Industries Alliance (EIA). Sua designação original era EIA-RS-232 (frequentemente abreviada como 232 ou RS232). É amplamente utilizada para conectar dispositivos periféricos de interface serial de computador, cabos de conexão e em processos mecânicos, elétricos, de sinalização e transmissão.

O padrão RS-232 especifica taxas de transmissão de dados de 50, 75, 100, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600 e 19200 bits por segundo (baud).

Quais são as características do RS-232?

RS-232 é uma das principais interfaces de comunicação serial. Como o padrão de interface RS-232 surgiu antes, ele inevitavelmente apresenta algumas desvantagens, principalmente os quatro pontos a seguir:

#1: Nível de sinal de interface elevado

O nível de sinal da interface é alto, o que pode danificar facilmente os chips do circuito da interface. A tensão em qualquer linha de sinal da interface RS-232 utiliza uma relação lógica negativa.

O nível lógico "1" varia de -3V a -15V; o nível lógico "0" varia de +3V a +15V, com uma margem de ruído de 2V. O receptor deve reconhecer sinais acima de +3V como nível lógico "0" e sinais abaixo de -3V como nível lógico "1". O nível TTL, em contraste, utiliza +5V para nível lógico alto e 0V para nível lógico baixo. Como não é compatível com os níveis TTL, um circuito de conversão de nível é necessário para a conexão com circuitos TTL.

#2: Baixa taxa de transmissão

A taxa de transmissão é baixa. Na transmissão assíncrona, a taxa de bits é de 20 Kbps; portanto, a taxa de transmissão integrada do programa em uma placa de desenvolvimento CPLD 51 só pode atingir 19200, o que também é a razão para essa limitação.

#3: Imunidade fraca a ruídos

A interface RS-232 utiliza uma linha de sinal e uma linha de retorno de sinal (terra comum) para formar um esquema de transmissão com terra comum. Essa transmissão com terra comum é suscetível a interferências de modo comum, resultando em baixa imunidade a ruídos.

#4: Distância de transmissão curta

A distância de transmissão é limitada. A distância máxima é de 50 pés (cerca de 15 metros), alcançando apenas cerca de 15 metros.

O que é RS-485?

Quando a distância de comunicação precisa atingir dezenas de metros ou vários quilômetros, o barramento serial RS-485 é amplamente utilizado. O RS-485 utiliza transmissão balanceada e recepção diferencial, portanto, tem a capacidade de rejeitar interferências de modo comum.

Além de o transceptor de barramento possuir alta sensibilidade (capaz de detectar tensões tão baixas quanto 200mV), ele também pode recuperar sinais de transmissão a mais de um quilômetro de distância.

O RS-485 opera em modo half-duplex, o que significa que apenas um ponto pode estar em estado de transmissão por vez. Portanto, o circuito de transmissão deve ser controlado por um sinal de habilitação.

Quais são as características do RS-485?

O RS-485 facilita a interconexão multiponto, o que pode economizar muitas linhas de sinal. O RS-485 pode formar uma rede para criar um sistema distribuído, permitindo a conexão paralela de até 32 transmissores e 32 receptores. Superando as deficiências do RS-232, o novo padrão RS-485 apresenta as seguintes características:

• Características elétricas : O nível lógico "1" é representado por uma diferença de tensão entre os dois fios de +2V a +6V; o nível lógico "0" é representado por uma diferença de tensão de -6V a -2V. O nível do sinal da interface é inferior ao do RS-232-C, tornando-o menos propenso a danificar os chips do circuito de interface. Este nível é compatível com os níveis TTL e pode ser facilmente conectado a circuitos TTL.

• Taxa máxima de transmissão de dados : 10 Mbps

• Imunidade a ruídos : A interface RS-485 combina um driver balanceado e um receptor diferencial, proporcionando forte rejeição de interferências de modo comum e boa imunidade a ruídos.

• Distância máxima de transmissão : A distância máxima de transmissão para a interface RS-485 é de 4000 pés (cerca de 1219 metros), podendo alcançar até 3000 metros.

• Capacidade Multi-Drop : A interface RS-232-C permite apenas um transceptor no barramento (capacidade single-drop). Em contraste, a interface RS-485 permite até 128 transceptores no barramento (capacidade multi-drop). O uso de uma única interface RS-485 permite o estabelecimento rápido de uma rede de dispositivos de usuário.

O que é RS-422?

O nome completo do padrão RS-422 é "Características Elétricas de Circuitos de Interface Digital de Tensão Balanceada", que define as características do circuito de interface. Este padrão inclui um terra de sinal, totalizando 5 fios.

Como o receptor utiliza alta impedância de entrada e o driver de transmissão possui maior capacidade de acionamento do que o RS232, ele permite que vários nós receptores sejam conectados à mesma linha de transmissão, até um máximo de 10 nós.

Existe um dispositivo mestre (Master) e os demais são dispositivos escravos (Slave). Os dispositivos escravos não podem se comunicar entre si, portanto o RS-422 suporta comunicação bidirecional ponto-a-multiponto. A impedância de entrada do receptor é de 4 kΩ, logo, a capacidade máxima de carga na extremidade do transmissor é de 10 × 4 kΩ + 100 Ω (resistor de terminação).

Quais são as características do RS-422?

Como a interface RS-422 de quatro fios utiliza canais de envio e recebimento separados, não há necessidade de controlar a direção dos dados. Qualquer comunicação necessária entre dispositivos pode ser implementada por software (comunicação XON/XOFF) ou por hardware (utilizando um par de fios trançados separados).

• A distância máxima de transmissão do RS-422 é de 4000 pés (cerca de 1219 metros), e a taxa máxima de transmissão é de 10 Mb/s.

• O comprimento do par trançado balanceado é inversamente proporcional à taxa de transmissão; a distância máxima de transmissão só é possível com taxas abaixo de 100 kb/s. A taxa de transmissão mais alta só pode ser alcançada em distâncias muito curtas. Normalmente, a taxa de transmissão máxima alcançável em um par trançado de 100 metros de comprimento é de apenas 1 Mb/s.

• O padrão RS-422 requer um resistor de terminação, cuja resistência deve ser aproximadamente igual à impedância característica do cabo de transmissão. A terminação não é necessária para transmissões de curta distância (geralmente abaixo de 300 metros). O resistor de terminação é conectado na extremidade oposta do cabo de transmissão.

RS-422 vs RS-485: Qual a diferença?

Os circuitos RS-422 e RS-485 funcionam com o mesmo princípio. Ambos transmitem e recebem dados de forma diferencial e não requerem um terra digital. A operação diferencial é a razão fundamental para se alcançar longas distâncias de transmissão com a mesma taxa de dados.

Essa é a verdadeira diferença entre RS-422/RS-485 e RS-232. Como o RS-232 possui entrada e saída de terminação única, ele requer pelo menos três linhas para operação duplex (terra digital, linha de transmissão e linha de recepção para transmissão assíncrona), e outras linhas de controle podem ser adicionadas para funções como sincronização.

• O RS-422 pode operar em modo full-duplex (envio e recebimento simultâneos) usando dois pares de fios trançados.

• O RS-485 só pode operar em modo half-duplex (não pode enviar e receber simultaneamente), mas requer apenas um par de fios trançados.

• Tanto o RS-422 quanto o RS-485 podem transmitir a 1200 metros com 19 kbps. Novos transceptores permitem que dispositivos se conectem à linha.

O desempenho elétrico do RS-422 é o mesmo do RS-485. A principal diferença é:

• O RS-422 possui quatro linhas de sinal: duas para transmissão (Y, Z) e duas para recepção (A, B). Como a transmissão e a recepção são separadas no RS-422, ele pode receber e enviar simultaneamente (full-duplex).

• O RS-485 possui duas linhas de sinal: a transmissão e a recepção são compartilhadas.

O que é RS-423?

RS-423, ou RS/EIA/TIA-423, é um padrão de comunicação serial com características superiores ao RS-232. Ele define uma interface desbalanceada (single-ended), similar ao RS-232, com um driver de transmissão unidirecional que permite a conexão de até 10 receptores. Normalmente, é implementado utilizando tecnologia de circuitos integrados para a troca serial de sinais binários entre o transmissor (DTE) e o receptor (DCE).

• O RS-422 suporta conexões multiponto, enquanto o RS-423 suporta apenas ligações ponto a ponto.

• O RS-422 foi projetado para a conexão direta de dispositivos inteligentes.

• O RS-423 tem como objetivo aprimorar o RS-232 e atuar como intermediário entre o RS-422 e o RS-232.

Tanto o RS-423 quanto o RS-232 compartilham a desvantagem de usar dispositivos de aterramento comum, o que pode degradar a qualidade da comunicação e potencialmente causar falhas de comunicação cuja causa raiz é frequentemente difícil de determinar.

Nesse aspecto, RS-422, RS-485 e Ethernet, baseados em conexões de par trançado, são superiores. O RS-423 não é popular na indústria devido às suas desvantagens.

Qual a diferença entre RS-232, RS-422 e RS-485?

• RS232 é full-duplex, RS485 é half-duplex e RS422 é full-duplex.

• RS485 e RS232 são apenas protocolos de comunicação física (padrões de interface); RS485 utiliza o modo de transmissão diferencial, enquanto RS232 utiliza o modo de transmissão single-ended, mas o software de comunicação não difere significativamente.

• Os PCs já vêm equipados com RS232 e podem ser usados ​​diretamente. Caso seja necessária comunicação RS485, basta conectar um conversor RS232 para RS485 à porta RS232; nenhuma modificação de software é necessária.

As interfaces RS232/RS422/RS485 têm aparência diferente?

• Geralmente são interfaces DB9; existem também outros tipos, ou você pode precisar verificar a fiação interna para saber se é RS232, RS422 ou RS485.

• RS232 é uma interface padrão, uma interface D-subminiature de 9 pinos (DB9). As definições de sinal da interface para dispositivos conectados são unificadas. As definições de sinal são as seguintes:
  (Nota: O texto original provavelmente esperava um diagrama de pinagem, que não foi incluído no documento, portanto, as definições específicas dos pinos foram omitidas na tradução.)

Como os PCs normalmente possuem apenas uma interface RS232 por padrão, existem duas maneiras de obter um circuito RS485 para um computador host:

1. Utilize um circuito conversor RS232/RS485 para converter o sinal RS232 da porta serial do PC em um sinal RS485. Para ambientes industriais complexos, é recomendável o uso de produtos isolados com proteção contra surtos.

2. Utilize uma placa PCI com múltiplas portas seriais, onde você pode selecionar diretamente uma placa de expansão que emita sinais RS485.

O computador se conecta a vários dispositivos RS485 (controladores de acesso) através de um conversor RS232 para RS485 e consulta os dispositivos no barramento.

As etiquetas de fiação são 485+ e 485-, correspondendo às conexões 485+ e 485- no dispositivo (controlador).

• Distância de comunicação

  A distância máxima teórica entre o dispositivo mais distante (controlador) e o computador é de 1200 metros. Recomendamos que os clientes mantenham essa distância em até 800 metros, idealmente em até 300 metros.
  Se a distância for muito grande, você pode adquirir um repetidor (extensor) de 485 MHz (recomendamos comprar de um fabricante especializado em conversores; o repetidor deve ser instalado no meio ou no início do barramento - consulte o manual do fabricante). Teoricamente, um repetidor pode estender a distância para até 3000 metros.

• Capacidade de carga

  Quantos dispositivos (controladores) um barramento 485 pode suportar? Isso depende do chip de comunicação selecionado para o controlador e do chip de comunicação no conversor 485.
  As especificações comuns são 32, 64, 128 e 256 unidades. Este é um número teórico. Em aplicações práticas, dependendo do ambiente de campo, da distância de comunicação e de outros fatores, o número real de cargas pode não atingir esse valor. Os controladores e conversores da Weigeng são projetados para 256 unidades, mas recomendamos que os clientes limitem cada barramento a 80 unidades ou menos.
  Utilize um barramento de comunicação 485 (deve usar par trançado ou um par de um cabo de rede). Se usar fio comum (não par trançado), a interferência será significativa, a comunicação será instável e poderá até falhar completamente.
  Cada controlador deve ser conectado em série; conexões em estrela ou ramificações não são permitidas. Se houver conexões em estrela ou ramificações, a interferência será muito alta, a qualidade da comunicação será ruim e a transmissão poderá falhar.

Rede de Área de Controlador (CAN)

CAN é um protocolo de comunicação de rede veicular introduzido pela Bosch na década de 1980, amplamente utilizado nas áreas de controle automotivo e industrial. As principais características deste protocolo incluem:

• Características elétricas : O CAN também utiliza sinais diferenciais. Uma diferença de tensão de cerca de 2V entre os dois fios (CAN_H e CAN_L) representa o estado lógico "recessivo" (lógico "1"), enquanto o estado lógico "dominante" (lógico "0") apresenta uma diferença de tensão próxima de 0V.

• Modo de comunicação : Suporta comunicação multiponto com uma estrutura multi-mestre, utiliza um mecanismo de arbitragem para lidar com conflitos de barramento e suporta modos de alta velocidade (CAN High Speed) e baixa velocidade (CAN Low Speed).

• Distância de transmissão : Em condições de fiação corretas, a distância de transmissão de um barramento CAN pode atingir 10 km (CAN de alta velocidade) ou vários quilômetros (CAN de baixa velocidade).

• Aplicação : Utilizado principalmente em sistemas eletrônicos veiculares e sistemas de controle de automação industrial.

Lógica Transistor-Transistor (TTL)

TTL refere-se a um tipo de padrão de nível lógico, comumente usado para comunicação dentro ou entre circuitos integrados em curtas distâncias, e não a um padrão de comunicação em si. As principais características desse padrão incluem:

• Características elétricas : Os sinais de nível TTL são tipicamente definidos como "1" lógico sendo aproximadamente +5V (típico) e "0" lógico sendo próximo de 0V. A amplitude do sinal é relativamente pequena.

• Modo de comunicação : Os níveis TTL são usados ​​principalmente para interfaces de nível de chip, como UART, SPI e interfaces de transmissão de sinal I²C.

• Distância de transmissão : Como os sinais de nível TTL atenuam rapidamente, eles não são adequados para transmissão a longa distância e geralmente são limitados a alguns centímetros ou alguns metros.

• Aplicação : Os níveis TTL são amplamente utilizados para comunicação interna em sistemas embarcados e entre circuitos integrados em placas-mãe de computadores.

Perguntas frequentes (FAQs)

O que é UART?

UART significa Transmissor-Receptor Assíncrono Universal. É uma tecnologia de porta serial usada para implementar a transmissão de dados seriais. É um circuito responsável por converter dados paralelos em dados seriais para comunicação e converter dados seriais de volta em dados paralelos para uso no receptor.

Como eliminar a interferência de modo comum no RS-485?

A interferência de modo comum é normalmente eliminada pelos seguintes métodos:

• Utilize cabo de par trançado blindado e assegure-se de uma boa ligação à terra.

• Considere o uso de conduítes galvanizados para blindagem em áreas com fortes campos elétricos.

• Direcione a fiação para longe de linhas de alta tensão e nunca agrupe linhas de energia de alta tensão com linhas de sinal.

• Não compartilhe a mesma fonte de alimentação com dispositivos como fechaduras eletrônicas.

• (Utilize uma fonte de alimentação linear regulada ou uma fonte de alimentação chaveada de alta qualidade (interferência de ondulação inferior a 50mV)).

Conclusão

RS232, RS422, RS423 e RS485 são essencialmente protocolos da camada física. Todos são protocolos de comunicação serial e interfaces de dispositivos onipresentes. Interfaces seriais são amplamente utilizadas em eletrônica e sistemas embarcados, frequentemente para aquisição remota de dados de dispositivos ou controle remoto.

Eles alteram a forma como os sinais são transmitidos, seja para um PC, um microcontrolador ou usando um protocolo de comunicação serial ou nível TTL para comunicação serial. Um chip de conversão de comunicação é necessário para convertê-los em sinais RS232, RS422, RS423 ou RS485.

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