RS485通讯----Modbus物理层（一）
RS485通讯—Modbus物理层（一）
根据OSI模型，物理层以SP3485芯片作为参考，其次芯片引脚与MAX485也差不多
关于双绞线观点有点问题更新一下 — 2020/5/5
引入Modbus RTU观点 —2020/5/19
修改文章标题 —2020/5/22
增加终端电阻阻值 —2020/6/6
1、RS-485简介
RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。
应用特点：
- 传输数据速度高达10Mbps，即10000000 bit /1024/1024/8=1.192MB/s。
- VCC正常电压5V供电
- 使用双绞线传输数据，如果使用STP屏蔽的双绞线信号质量更好，前提是信号是差模传输。
- 传输数据距离远，可高达1200米（仅仅是两个SP3485发送与接收之间距离）
2、SP3485芯片
下面是芯片的原理图：
- 引脚6和7分别是A、B用来实现差分传输。
- 引脚1和引脚4是RO、DI引脚，分别负责接收与发送数据。
- 引脚8是VCC接电源5V，引脚5接地
- 引脚2是RE低电平有效，接收数据。换个说法引脚RE低电平使能接收，高电平失效接收，我个人理解为是否要接收数据的引脚
- 引脚3是DE高电平有效，发送数据。换句话说引脚DE高电平使能驱动（A线、B线），低电平失效驱动（A线、B线）
当接收与发送时使用差分传输，所谓差分传输就是A引脚和B引脚通过电压比较得到逻辑电平：
A-B>+0.2V 逻辑电平，RO输出电平1
A-B<-0.2V 逻辑电平，RO输出电平0
另外，当DE引脚置于高电平时候有下表
| A电平 | B电平 | |
|---|---|---|
| DI逻辑电平1 | 1 | 0 |
| DI逻辑电平0 | 0 | 1 |
3、实际应用
我先放出一个原理图：
一般将RE引脚和DE引脚连接起来，SP3485芯片可以使用一个I/O引脚来控制RS485芯片高电平发送，低电平接收。
上图有三个电阻R1、R2、R3，芯片阻值大可忽略不计，只看三个电阻，他们的参数一般是这样设置：R1=R3，要确保R2占电压在200mV以上，即A线与B线之间电压在200mV左右，但一定大于200mV，R2是终端匹配电阻
这里大于200mV是保证不发送数据情况下，在异步串口通讯为处于空闲状态（高电平），换个方向理解空闲状态就是A线与B线之间关系为：A-B>+0.2V。
R2直接选取100～120ohm的电阻，这是为了信号阻抗连续，如果发射端与接收端的阻抗相差太大容易造成信号反射，也就是R2会信号A、B线电压跳转，导致接收不良信号。
我在原理图中终端电阻为R2=120(ohm)，分压电阻串联接5V，经过计算R1=R3=1.440K(ohm)电阻，根据厂家规格R1、R3选用1.4K或者1.5K代替使用。
注意：图片上的电阻值没换，以后再更新一下
4、光耦隔离
由于传送距离较远情况，通讯使用的A、B线（双绞线）有可能遭遇雷击后，或是其他不好因素影响通讯系统。所以485通讯部分与主控制芯片间还应该加入光耦进行隔离，避免整个系统烧毁。
5、提高信号传输质量
A线与B线之间需要一个匹配电阻，也就是上图的R1、R2、R3电阻来保证在空闲状态下，不会出现信号混乱的的情况，防止接收混乱的数据（锁死在一个稳定电压差，一般锁定电压差在200mV以上）
【滤波】
- 根据传输距离长远以及环境，还可在A线、B线上接入滤波电容(这里我放置104电容，应该按照实际情况选取滤波效果最好的值（原理跟RC无源滤波有点像))，去除高频噪声，如下图所示。
- 另一种是在A、B线上加入无源LC滤波电路，但成本也会微略提高，如下图所示。
【双绞线】
使用STP(屏蔽)双绞线能够提高信号的传输质量，前提是信号差模传输。
像上面这张图中，一根线中有多跟细小的铜丝线（多芯铜线），这样会影响信号传输的质量，原因是多根铜芯下抗干扰能力差，而且小铜丝线会互相串扰细（共模信号），所以这种不推荐远距离使用。
像这种7类（CAT7）的双绞线，它传输信号质量不错，单芯铜线适合用于高频，而且每组双绞线都有铝箔屏蔽干扰信号，一条CAT7的线一共四组双绞线，但这个真的贵。。。。
如果说电路板上有一个SP3485芯片，那么至少需要一组双绞线（也可以使用两组双绞线传输，但每组双绞线一定要是差模传输才能提高质量），为提高传输可靠度，也可以使用两组的双绞线，每组双绞线中各取一根铜线选择A线，另外的剩下铜线选择B线。
拿CAT7中两组双绞线举个栗子铜线（我看图片CAT7线举个栗子）：
绿色、绿白是一组双绞线
蓝色、蓝白是一组双绞线
485芯片中A、B线应该对应关系：
A -->> 绿色、蓝色
B -->> 绿白、蓝白
也可以是这样：
A -->> 绿白、蓝白
B -->> 绿色、蓝色
这样就保证是差模传输，如果有人接错共模传输就diao死它。
就像这样接：
A -->> 绿白、绿色
B -->> 蓝白、蓝色
同样适用于CAN总线，因为它也是差模传输
这种STP双绞线相对CAT7的双绞线比较便宜一半的价格，推荐使用这种结构的双绞线，根据自己需求选择多少组双绞线，第几类双绞线。
总结
我觉得这个软件程序设计上并不是重点，先放图。
因传输时，使用USART通讯经过SP3485芯片发送，然后发送给另一个接收SP3485芯片转换成USART通讯，从而完成远距离数据传输。RS485只是作为远距离传输一种手段，RS485应该侧重于硬件设计上信号传输质量。
以上是Modbus通讯物理层。
Modbus RTU通讯协议基于串口/TCP/UDP等方式通讯，理解这个协议之后看看Modbus TCP就不会太难。