RS-485

RS-485は、 TIA-485(-A)またはEIA-485とも呼ばれ、1983 年に最初に導入された規格で、シリアル通信システムで使用するドライバとレシーバの電気的特性を定義しています。電気信号は平衡型で、マルチポイントシステムがサポートされています。この規格は、米国電気通信工業会(TIA)と米国電子工業連盟(EIA) によって共同で発行されています。この規格を実装したデジタル通信ネットワークは、長距離や電気的ノイズの多い環境でも効果的に使用できます。このようなネットワークには、リニア マルチドロップ バスで複数のレシーバを接続できます。これらの特性により、RS-485 は産業用制御システムや同様のアプリケーションで役立ちます。

RS-485 は、RS-422と同じツイストペア上の差動信号を使用して、安価なローカルネットワークとマルチドロップ通信リンクをサポートします。RS-485 は、最大 10 Mbit/s のデータ速度で使用できることが一般的に認められています ^[a]。または、低速の場合は、最大 1,200 m (4,000 フィート) の距離で使用できます。 ^[2]経験則として、ビット/秒の速度とメートル単位の長さの積は 10 ^{8 を}超えてはなりません。したがって、50 メートルのケーブルは2 Mbit/s を超える速度で信号を送信してはなりません。^[3]

RS-422 のドライバ回路はオフにできませんが、RS-485 のドライバは3 ステート ロジックを使用して個々のトランスミッタを非アクティブにすることができます。これにより、RS-485 は2 本のワイヤのみを使用してリニア バス トポロジを実装できます。RS-485 ワイヤ セットに沿って配置される機器は、ノード、ステーション、またはデバイスと同義に呼ばれます。^[4]推奨されるワイヤ配置は、スター、リング、または多重接続ネットワークではなく、ポイントツーポイント (マルチドロップ) ノードの接続されたシリーズ、つまりラインまたはバスです。スター トポロジとリング トポロジは、信号の反射や、終端インピーダンスが極端に低いか高いため、推奨されません。スター構成が避けられない場合は、各スパンで双方向にデータをリッスンし、データを他のすべてのスパンに再送信する特別な RS-485 リピータを使用できます。

理想的には、ケーブルの両端には、2 本のワイヤ間に接続された終端抵抗器があります。終端抵抗器がないと、ケーブルの終端されていない端からの信号反射によってデータが破損する可能性があります。終端抵抗器は、インピーダンスが低いため、電気ノイズに対する感度も低下させます。^{[詳細な説明が必要]}各終端抵抗器の値は、ケーブルの特性インピーダンス(通常、ツイストペアの場合は 120 オーム) と同じである必要があります。終端には、ラインがどのデバイスによっても駆動されていない場合に各データ ワイヤのバイアスを確立するためのプルアップ抵抗器とプルダウン抵抗器も含まれます。このようにして、ラインは既知の電圧にバイアスされ、ノードは駆動されていないラインからのノイズを実際のデータとして解釈しません。バイアス抵抗器がないと、データ ラインはフローティング状態になり、すべてのデバイス ステーションがサイレントまたは電源が入っていないときに電気ノイズに対する感度が最大になります。^[5]

EIA はかつてすべての標準規格に RS (推奨標準) という接頭辞を付けていましたが、EIA/TIA は標準規格の起源を識別しやすくするために、RS を EIA/TIA に正式に置き換えました。EIA は正式に解散し、現在この標準規格は TIA によって TIA-485 として管理されていますが、エンジニアやアプリケーション ガイドでは引き続き RS-485 という名称が使用されています。^[6] EIA RS-485 の初版は 1983 年 4 月に発行されました。^[7]

RS-485 は、ジェネレータとレシーバの電気特性、つまり物理層のみを指定します。通信プロトコルを指定または推奨するものではありません。他の標準規格が RS-485 リンクを介した通信プロトコルを定義します。この標準規格の序文では、データ信号速度とケーブル長、スタブ長、構成などのアプリケーション ガイドラインが記載されている Telecommunications Systems Bulletin TSB-89 を参照しています。

セクション 4 では、ジェネレータ (送信機またはドライバー)、受信機、トランシーバー、およびシステムの電気特性を定義します。これらの特性には、単位負荷の定義、電圧範囲、開回路電圧、しきい値、および過渡許容値が含まれます。また、ジェネレータの 3 つのインターフェイス ポイント (信号線)、A、B、および C も定義します。データは A と B で送信されます。C は接地基準です。このセクションでは、A 端子と B 端子間の極性によって、論理状態 1 (オフ) と 0 (オン) も定義します。A が B に対して負の場合、状態はバイナリ 1 です。逆極性 (A が B に対して正) はバイナリ 0 です。この規格では、2 つの状態に論理関数を割り当てていません。

RS-485はRS-422と同様に、4本のワイヤを使用することで全二重にすることができます。 ^[8]ただし、RS-485はマルチポイント仕様であるため、多くの場合、これは必要ではなく、望ましくありません。RS-485とRS-422は、一定の制限付きで相互運用できます。^{[9] [検証失敗]}

RS-485とRS-232間のコンバーターは、パソコンがリモートデバイスと通信できるようにするために用意されています。リピータを使用することで、非常に大規模なRS-485ネットワークを形成できます。TSB-89A、TIA/EIA-485-Aのアプリケーションガイドラインでは、スタートポロジーの使用は推奨されていません。^[10]

RS-485 信号は、幅広いコンピュータおよびオートメーション システムで使用されています。コンピュータ システムでは、SCSI -2 および SCSI-3 がこの仕様を使用して、コントローラとディスク ドライブ間のデータ転送用の物理層を実装する場合があります。RS-485 は、商用航空機の客室の車両バスでの低速データ通信に使用されます。配線は最小限で済み、複数の座席で配線を共有できるため、重量が軽減されます。

これらは、プログラマブル ロジック コントローラや工場現場で使用されます。RS-485 は、 ModbusやProfibusの最も一般的なバージョンを含む、産業用制御システムの実装に使用される多くの標準および独自のオートメーション プロトコルの基礎となる物理層として使用されます。DH 485は、アレン・ブラッドリー産業用制御ユニットのラインで使用している独自の通信プロトコルです^[11]差動型であるため、モーターや溶接装置からの電磁干渉に耐性があります。

劇場やパフォーマンス会場では、RS-485 ネットワークを使用して、 DMX512プロトコルを使用して照明やその他のシステムを制御し、AES3デジタル オーディオ相互接続 の物理層として機能します。

RS-485 は、シンプルなバス配線と長いケーブル長がリモート デバイスの接続に最適であるため、ビルディング オートメーションにも使用されます。ビデオ監視システムの制御や、セキュリティ コントロール パネルとアクセス コントロール カード リーダーなどのデバイスの相互接続に使用できます。

また、鉄道模型のデジタルコマンド制御（DCC）にも使用されています。DCCコマンドステーションへの外部インターフェースは、ハンドヘルドコントローラ^[12]で使用されるRS-485や、ネットワーク化されたPC環境でレイアウトを制御するために使用されるRS-485であることが多いです。この場合、8P8Cモジュラーコネクタが使用されます。 ^[13]

RS-485 は通信プロトコルを定義しておらず、単に電気インターフェースを定義しています。多くのアプリケーションが RS-485 信号レベルを使用していますが、データ転送の速度、形式、プロトコルは RS-485 では指定されていません。異なるメーカーの類似デバイスであっても、信号レベルに準拠しているだけでは相互運用性は保証されません。

RS-485 差動ラインは 2 つの信号で構成されます。

• Aは論理1の場合は低く、論理0の場合は高くなります。
• B、論理 1 の場合は高く、論理 0 の場合は低くなります。

マーク（論理1）状態は伝統的に（例えばRS-232では）負の電圧で表され、スペース（論理0 ）は正の電圧で表されているため、Aは非反転信号、Bは反転信号とみなすことができます。RS-485規格では次のように述べられています（言い換えると）：^[14]

• オフ、マーク、またはロジック 1 状態の場合、ドライバの A 端子は B 端子に対して負になります。
• オン、スペース、またはロジック 0 状態の場合、ドライバの A 端子は B 端子に対して正になります。^[b]

SN75176 をはじめとする、最も一般的なデバイスの真理値表では、出力信号が反転して表示されます。これは、次のようなほとんどの差動トランシーバー メーカーが使用する A/B 命名法に準拠しています。

• インターシルのISL4489トランシーバーのデータシートに記載されている^[15]
• マキシムは、MAX483トランシーバ^[16]と新世代の3.3VマイクロコントローラMAX3485のデータシートに見られるように、
• リニアテクノロジー、LTC2850、LTC2851、LTC2852のデータシートに記載されている^[17]
• アナログ・デバイセズのADM3483、ADM3485、ADM3488、ADM3490、ADM3491のデータシートに記載されている通り^[18]
• FTDIのUSB-RS485-WE-1800-BTのデータシートに記載されている通り^[19]

これらのメーカーはすべて標準の意味に同意しており、その実践は広く使用されています。この問題は、プログラマブル ロジック コントローラ アプリケーションにも存在します。^[c] A/B 命名を使用する場合は注意が必要です。A/B 命名に関する混乱を避けるために、代替命名法がよく使用されます。

• B の代替として TX+/RX+ または D+ (マークの場合はハイ、つまりアイドル)
• TX−/RX− または D− を A の代替として（マークの場合は低、つまりアイドル）

RS-485規格に準拠したドライバは、54Ω負荷で最低1.5Vの差動出力を提供しますが、規格に準拠したレシーバは200mVまでの差動入力を検出します。この2つの値は、ケーブルとコネクタ間の信号劣化が激しい場合でも、信頼性の高いデータ伝送に十分なマージンを提供します。この堅牢性が、RS-485がノイズの多い環境での長距離ネットワークに適している主な理由です。^[28]

AおよびB接続に加えて、オプションで 3 番目の接続が存在する場合があります (TIA 規格では、適切な動作のために平衡線路に沿ったすべての回路グランド間に共通のリターン パスが存在する必要があります) ^{[29] 。これは}SC、Gまたはリファレンスと呼ばれ、受信機が A および B 電圧を測定するために使用する共通信号リファレンス グランドです。この接続は、受信機入力に印加できるコモン モード信号を制限するために使用できます。許容されるコモン モード電圧は -7 V ～ +12 V の範囲、つまり 0～5 V の信号範囲に ±7 V を加えたものです。この範囲から外れると、よくても信号の破損、最悪の場合は接続されたデバイスが損傷します。

SC 接続、特に長いケーブル配線では、異なる接地同士を接続しないように注意する必要があります。SC接続に電流制限を追加するのが賢明です。建物間の接地は電圧がわずかに異なる可能性がありますが、インピーダンスは非常に低いため、信号ケーブル、PCB トレース、トランシーバー デバイスを溶かすほどの壊滅的な電流が発生する可能性があります。

RS-485 では、コネクタやピン配置は指定されていません。回路は、ネジ端子、D サブミニチュアコネクタ、またはその他のタイプのコネクタで終端できます。

この規格ではケーブルのシールドについては説明されていませんが、信号基準コモンと機器ケースの接地を相互接続するための推奨方法についていくつかの推奨事項が示されています。

下の図は、非同期スタートストップ方式を使用して 1 バイト (0xD3、最下位ビットが先頭) のデータを送信する前、送信中、送信後の RS-485 ラインの A (青) ピンと B (赤) ピンの電位を示しています。

• ネットワークバスのリスト
• シリアル

Wikibooks には、シリアル プログラミング:RS-485 技術マニュアルに関する書籍があります。

• 「TIA 標準ストア: TIA-485 改訂 A」。TIA。2012 年 12 月 7 日。2020 年9 月 2 日に閲覧。- 現在の出版社から販売されている標準。
• 「チュートリアル 763: RS-485 (TIA/EIA-485-A) ネットワークの適切な配線に関するガイドライン」。Maxim Integrated。2001年 11 月 19 日。
• 「RS232 から RS485 へのケーブル ピン配列」。Pinouts.ru。2012 年 10 月 7 日。
• 「RS485シリアル情報」。ランマート・ビーズ。 2012 年 8 月。2012 年11 月 12 日に取得。– RS485の実装に関する実用的な情報
• Marais, Hein (2008). 「アプリケーション ノート AN-960: RS-485/RS-422 回路実装ガイド」(PDF) . Analog Devices .