RS-485

RS-485 , también conocido como TIA-485(-A) o EIA-485 , es un estándar, introducido originalmente en 1983, que define las características eléctricas de los controladores y receptores para su uso en sistemas de comunicaciones seriales . La señalización eléctrica es balanceada y admite sistemas multipunto . El estándar es publicado conjuntamente por la Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones y la Alianza de Industrias Electrónicas (TIA/EIA). Las redes de comunicaciones digitales que implementan este estándar pueden utilizarse eficazmente a largas distancias y en entornos con interferencias eléctricas . Se pueden conectar varios receptores a dicha red en un bus lineal multipunto . Estas características hacen que RS-485 sea útil en sistemas de control industrial y aplicaciones similares.

RS-485 admite redes locales económicas y enlaces de comunicación multipunto , utilizando la misma señalización diferencial sobre par trenzado que RS-422 . Generalmente se acepta que RS-485 puede utilizarse con velocidades de datos de hasta 10 Mbit/s ^{[ a ]} o, a velocidades inferiores, distancias de hasta 1200 m (4000 pies) ^{[ 2 ]} . Como regla general , la velocidad en bits/s multiplicada por la longitud en metros no debe superar 10⁸ ^. Por lo tanto, un cable de 50 metros no debería señalizar a más de 2 Mbit/s ^{[ 3 ]} .   

A diferencia de RS-422, que tiene un circuito controlador que no se puede apagar, los controladores RS-485 utilizan lógica de tres estados que permite la desactivación de transmisores individuales. Esto permite que RS-485 implemente topologías de bus lineales utilizando solo dos cables. Los equipos ubicados a lo largo de un conjunto de cables RS-485 se denominan indistintamente nodos, estaciones o dispositivos. ^{[ 4 ]} La disposición recomendada de los cables es como una serie conectada de nodos punto a punto (multidrop), es decir, una línea o bus , no una red en estrella , anillo o multiconectada. Las topologías en estrella y anillo no se recomiendan debido a las reflexiones de la señal o a una impedancia de terminación excesivamente baja o alta. Si una configuración en estrella es inevitable, existen repetidores RS-485 especiales que escuchan bidireccionalmente los datos en cada tramo y luego los retransmiten a todos los demás tramos.

Idealmente, los dos extremos del cable tendrán una resistencia de terminación conectada entre los dos conductores. Sin resistencias de terminación, las reflexiones de la señal en el extremo no terminado del cable pueden causar corrupción de datos. Las resistencias de terminación también reducen la sensibilidad al ruido eléctrico debido a la menor impedancia . El valor de cada resistencia de terminación debe ser igual a la impedancia característica del cable (normalmente, 120  ohmios para pares trenzados). La terminación también incluye resistencias de polarización (pull-up y pull-down) para establecer la polarización de cada conductor de datos cuando las líneas no están siendo alimentadas por ningún dispositivo. De esta manera, las líneas estarán polarizadas a voltajes conocidos y los nodos no interpretarán el ruido de las líneas no alimentadas como datos reales; sin resistencias de polarización, las líneas de datos flotan de tal manera que la sensibilidad al ruido eléctrico es mayor cuando todas las estaciones de dispositivos están en silencio o sin alimentación. ^{[ 5 ]}

La EIA en su momento etiquetó todas sus normas con el prefijo RS ( Norma Recomendada ), pero la EIA/TIA reemplazó oficialmente RS por EIA/TIA para facilitar la identificación del origen de sus normas. La EIA se disolvió oficialmente y la norma ahora la mantiene la TIA como TIA-485, pero los ingenieros y las guías de aplicaciones siguen utilizando la designación RS-485. ^{[ 6 ]} La edición inicial de EIA RS-485 data de abril de 1983. ^{[ 7 ]}

RS-485 solo especifica las características eléctricas del generador y del receptor: la capa física . No especifica ni recomienda ningún protocolo de comunicación ; otros estándares definen los protocolos para la comunicación a través de un enlace RS-485. El prólogo del estándar hace referencia al Boletín de Sistemas de Telecomunicaciones TSB-89, que contiene directrices de aplicación, incluyendo la velocidad de señalización de datos en función de la longitud del cable, la longitud del stub y las configuraciones.

La sección 4 define las características eléctricas del generador (transmisor o controlador), el receptor, el transceptor y el sistema. Estas características incluyen: definición de una carga unitaria, rangos de voltaje, voltajes de circuito abierto, umbrales y tolerancia a transitorios. También define tres puntos de interfaz del generador (líneas de señal): A, B y C. Los datos se transmiten a través de A y B. C es una referencia a tierra. Esta sección también define los estados lógicos 1 (apagado) y 0 (encendido), según la polaridad entre los terminales A y B. Si A es negativo con respecto a B, el estado es binario 1. La polaridad inversa (A positivo con respecto a B) es binario 0. La norma no asigna ninguna función lógica a los dos estados.

RS-485, al igual que RS-422, puede implementarse en modo dúplex completo mediante el uso de cuatro cables. ^{[ 8 ]} Sin embargo, dado que RS-485 es una especificación multipunto, esto no es necesario ni deseable en muchos casos. RS-485 y RS-422 pueden interoperar con ciertas restricciones. ^{[ 9 ]}

Existen convertidores entre RS-485 y RS-232 que permiten la comunicación entre ordenadores personales y dispositivos remotos. Mediante repetidores, se pueden formar redes RS-485 de gran tamaño.

La norma TSB-89A, Directrices de aplicación para TIA/EIA-485-A, no recomienda el uso de topología en estrella, ya que esto puede generar ramificaciones largas (stubs de la estrella), lo que puede provocar reflexiones de la señal que hacen que la transmisión de datos no sea fiable. ^{[ 10 ]}

RS-485 no define un protocolo de comunicación , sino simplemente una interfaz eléctrica. Si bien muchas aplicaciones utilizan los niveles de señal RS-485, la velocidad, el formato y el protocolo de transmisión de datos no están especificados por este estándar. La interoperabilidad, incluso entre dispositivos similares de diferentes fabricantes, no se garantiza únicamente con el cumplimiento de los niveles de señal.

Las señales RS-485 se utilizan en una amplia gama de sistemas informáticos y de automatización.

En un sistema informático, SCSI -2 y SCSI-3 pueden utilizar RS-485 para implementar la capa física de transmisión de datos entre un controlador y una unidad de disco.

El estándar RS-485 se utiliza para comunicaciones de datos de baja velocidad en el bus de vehículos de las cabinas de los aviones comerciales . Requiere un cableado mínimo y puede compartirse entre varios asientos, lo que reduce el peso.

Estos se utilizan en controladores lógicos programables y en plantas de producción. RS-485 se utiliza como capa física subyacente a muchos protocolos de automatización estándar y propietarios que se emplean para implementar sistemas de control industrial , incluidas las versiones más comunes de Modbus y Profibus .DH 485 es un protocolo de comunicación propietario utilizado porAllen-Bradleyen su línea de unidades de control industrial. Mediante una serie de dispositivos de interfaz específicos, permite la comunicación entre PC y controladores industriales. ^{[ 11 ]} Al ser diferencial, resiste las interferencias electromagnéticas de motores y equipos de soldadura.

En teatros y salas de espectáculos, las redes RS-485 se utilizan para controlar la iluminación y otros sistemas mediante el protocolo DMX512 . RS-485 actúa como capa física para la interconexión de audio digital AES3 .

El estándar RS-485 también se utiliza en la automatización de edificios, ya que su sencillo cableado y la longitud de sus cables lo hacen ideal para conectar dispositivos remotos. Puede emplearse para controlar sistemas de videovigilancia o para interconectar paneles de control de seguridad y dispositivos como lectores de tarjetas de control de acceso.

También se utiliza en el Control Digital de Comandos (DCC) para maquetas de ferrocarril . La interfaz externa a la estación de control DCC suele ser RS-485, utilizada por controladores portátiles ^{[ 12 ]} o para controlar el trazado en un entorno de PC en red. En este caso, se utilizan conectores modulares 8P8C . ^{[ 13 ]}

La línea diferencial RS-485 consta de dos señales:

• A , que es bajo para lógica 1 y alto para lógica 0 y,
• B , que es alto para lógica 1 y bajo para lógica 0.

Dado que una condición de marca (lógica 1) se representa tradicionalmente (por ejemplo, en RS-232) con un voltaje negativo, y un espacio (lógica 0) con uno positivo, A puede considerarse la señal no inversora y B como inversora. El estándar RS-485 establece (parafraseado): ^{[ 14 ]}

• Para un estado apagado, marcado o lógico 1, el terminal A del controlador es negativo en relación con el terminal B.
• Para un estado de encendido, espacio o lógica 0, el terminal A del controlador es positivo en relación con el terminal B. ^{[ b ]}

Las tablas de verdad de la mayoría de los dispositivos más populares, comenzando con el SN75176, muestran las señales de salida invertidas. Esto concuerda con la nomenclatura A/B utilizada por la mayoría de los fabricantes de transceptores diferenciales, entre ellos:

• Intersil , como se ve en su hoja de datos para el transceptor ISL4489 ^{[ 15 ]}
• Maxim , como se ve en su hoja de datos para el transceptor MAX483 ^{[ 16 ]} y para el microcontrolador de nueva generación de 3,3 V, el MAX3485
• Linear Technology , como se puede ver en su hoja de datos para el LTC2850, LTC2851, LTC2852 ^{[ 17 ]}
• Analog Devices , como se ve en su hoja de datos para los ADM3483, ADM3485, ADM3488, ADM3490, ADM3491 ^{[ 18 ]}
• FTDI , como se ve en su hoja de datos para el USB-RS485-WE-1800-BT ^{[ 19 ]}

Todos estos fabricantes coinciden en el significado del estándar, y su práctica está ampliamente extendida. El problema también se presenta en las aplicaciones de controladores lógicos programables. ^{[ c ]} Se debe tener cuidado al usar la nomenclatura A/B. A menudo se utiliza una nomenclatura alternativa para evitar confusiones en torno a la nomenclatura A/B:

• TX+/RX+ o D+ como alternativa para B (alto para la marca, es decir, inactivo)
• TX−/RX− o D− como alternativa para A (bajo para marcar, es decir, inactivo)

Los controladores que cumplen con el estándar RS-485 proporcionan una salida diferencial de un mínimo de 1,5 V a través de una carga de 54 Ω, mientras que los receptores que cumplen con el estándar detectan una entrada diferencial de hasta 200 mV. Estos dos valores proporcionan un margen suficiente para una transmisión de datos fiable incluso con una degradación severa de la señal a través del cable y los conectores. Esta robustez es la razón principal por la que RS-485 es idóneo para redes de larga distancia en entornos ruidosos. ^{[ 28 ]}

Además de las conexiones A y B , puede existir una tercera conexión opcional (el estándar TIA requiere la presencia de una ruta de retorno común entre todas las tierras del circuito a lo largo de la línea balanceada para un funcionamiento correcto) ^{[ 29 ]} denominada SC , G o referencia , la tierra de referencia de señal común utilizada por el receptor para medir los voltajes A y B. Esta conexión puede utilizarse para limitar la señal de modo común que puede aplicarse a las entradas del receptor. El voltaje de modo común admisible se encuentra en el rango de −7  V a +12  V, es decir, ±7  V además del  rango de señal de 0–5 V. Si no se respeta este rango, se producirá, en el mejor de los casos, corrupción de la señal y, en el peor, daños a los dispositivos conectados.

Es fundamental asegurarse de que una conexión SC, especialmente en cables largos, no provoque la conexión de tomas de tierra dispares. Se recomienda añadir algún tipo de limitación de corriente a la conexión SC. Las tomas de tierra entre edificios pueden presentar pequeñas variaciones de voltaje, pero con una impedancia muy baja, lo que conlleva la posibilidad de corrientes catastróficas, suficientes para fundir cables de señal, pistas de circuitos impresos y dispositivos transceptores.

El estándar RS-485 no especifica ningún conector ni configuración de pines. Los circuitos pueden terminarse en terminales de tornillo , conectores D-subminiatura u otros tipos de conectores.

La norma no trata sobre el blindaje de los cables, pero sí hace algunas recomendaciones sobre los métodos preferidos para interconectar la tierra común de referencia de la señal y las tierras de la carcasa del equipo.

El diagrama que aparece a continuación muestra los potenciales de los pines A (azul) y B (rojo) de una línea RS-485 antes, durante y después de la transmisión de un byte (0xD3, bit menos significativo primero) de datos utilizando un método de inicio y parada asíncrono .

• Lista de autobuses de la red

• "TIA-485-A" - compra del estándar oficial
• "Directrices para el cableado correcto de una red RS-485" - Maxim
• "Guía de implementación de circuitos RS-485" - Analógica
• "Preguntas frecuentes sobre RS-485" - TI
• "Polarización externa a prueba de fallos de redes RS-485" - Renesas
• "Sistema de seguridad pasiva RS-485 para un bus inactivo" - TI, y calculadora de resistencias RS-485