RS485通信学习笔记

RS485基础知识：

工作方式：差分信号
通信模式：半双工 单主多从
节点数：1发32收（有128,256，数量跟驱动芯片有关）
拓扑：    点对点（推荐），线性，总线型，不能使用星型或环型
特征阻抗：120Ω（需要并接120Ω终端电阻）
接收器输入阻抗：≥12KΩ
数据传输速度：最大10Mbps
最大传输距离：1200m
最大差动输出：±6V
最小差动输出：±1.5V
接收器灵敏度：±0.2V
共模电压范围：-7V~±12V
常用IC:SP3485 / MAX485

RS485硬件电路：

1、485基础电路

 

上图是最基本的RS485电路,R/D为低电平时，发送禁止，接收有效，R/D为高电平时，则发送有效，接收截止。上拉电阻R7和下拉电阻R8，用于保证无连接的SP485R芯片处于空闲状态，提供网络失效保护，提高RS485节点与网络的可靠性，R7，R8，R9这三个电阻，需要根据实际应用改变大小，特别是使用120欧或更小的终端电阻时，R9就不需要了，此时R7，R8使用680欧电阻。正常情况下，一般R7=R8=4.7K，R9不要。

图中钳位于6.8V的管V4，V5，V6，都是为了保护RS485总线的，避免受外界干扰，也可以选择集成的总线保护原件。另外图中的L1，L2，C1，C2为可选安装原件，用于提高电路的EMI性能.

2、带隔离的RS485电路

根本原理与基本电路的原理相似。使用DC-DC器件可以产生1组与微处理器电路完全隔离的电源输出，用于向RS485收发器提供+5V电源。电路中的光耦器件速率会影响RS485电路的通信速率。上图中选用了NEC的光耦PS2501，受其影响，该电路的通讯速率控制在19200bps下。

3、自收发电路1

上图中，TX,RX引脚均需要上拉电阻，这一点特别重要。

接收：默认没有数据时，TX为高电平，三极管导通，RE为低电平使能，RO收数据有效，MAX485为接收态。

发送：发送数据1时，TX为高电平时，三极管导通，DE为低电平，此时收发器处于接收状态，驱动器就变成了高阻态，也就是发送端与AB断开了，此时AB之间的电压就取决于AB的上下拉电阻了，A为高电平、B为低电平，也就成为了逻辑1了。

发送数据0时，TX为低电平，三极管截止，DE为高电平，驱动器使能，此时正好DI是接地的，也就是低电平，驱动器也就会驱动输出B为1，A为0，也就是所谓的逻辑0了。

理解自收发的作用，关键是要理解RE和DE的作用，尤其是DE为0时，驱动器与AB之间就是高阻态，也就是断开状态，而且AB都要有上下拉电阻。然后就有了逻辑0-1之间的切换了。所以很巧妙，但是这里也有一个很明显的bug，也就是只适用于“半双工”，如果是全双工，就不行了，因为TX为1时，接收使能，此时从机如果回复数据，那么也就乱了。

4、自收发电路设计2

电路的控制逻辑可通过UART信号波形特点，以及MAX485的收发控制真值表分析明白。

 
接收：在MCU不发送数据的时候，UART_485_TX为高电平，三极管导通，DE=RE =0，按照表1和表2，MX485为接收模式， 对于此MAX485来说，A，B为高阻态，信号由另一端来控制，RO可以正常输出接收到的数据。
发送：在MCU发送数据的时候，当UART_485_TX发送数据0的时候，三极管不导通，DE=RE=1，按照表1和表2，MAX485为发送模式，DI接GND，即DI=0，MAX485将数据0发送出去。当UART_485_TX发送数据1的时候，MAX485为接收模式，A，B为高阻态，但是外面有R10上拉（A=1），R11下拉（B=0），对于远端来说，会接收到A=1，B=0，即接收到差分数据1.
由此可知，此电路是可以正常的收发的。

注意事项：R10，R11在网上有很多电路上面是10K，4.7K，先前也试过，但是实测会发现是有问题的，或者通信速度特别慢。原因是因为上下拉电阻太小，在电平变化的时候，上升沿速度太慢，因此在速率较高时会有问题，改成1K拿示波器实测波形是更好的

接地问题：
RS485是差分传输的，所以很多工程师以为GND地线不重要，经常不接，甚至有些工程为了节约成本用两芯线或者用视频线来传输RS485信号。虽然如果不接地线，在很多场合是能正常工作的，但却埋下了很大的隐患，这有二个原因：
(1)共模干扰问题： RS-485接口采用差分方式传输信号，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围，RS-485收发器共模电压范围为-7～+12V，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作。因为RS-485是总线方式的传输，总线上有很多的节点，当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。
(2)EMI电磁兼容性问题：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如没有一个信号地这个低阻的返回通道，信号中的共模部分就会以辐射的形式返回源端，整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。

 

软件设计：

1、RS485是一种常规的通信总线，它不能够做总线的自动仲裁，也就是不能够同时发送数据以避免总线竞争，所以整个系统的通信效率必然较低，数据冗余量较大，对于速度要求高的应用场所不适应用RS485总线。同时由于RS485总线上通常只有一台主机，所以这种总线方式是典型的集中—分散型控制系统

2、RS485仅定义的物理层传输，是rs232一个拓展，解决串口多机通信问题。所以rs485一般使用场景是，MCU的串口 <---> rs485 < ---> MCU串口；所以通信双方遵循的还是串口协议，比如波特率、数据位、检验位等等。

3、Rs485单主多从设计时，需要软件自定义地址以区分多从机，因为rs485芯片仅工作物理链路层并没有硬件地址区分多个主机，所以需要软件设计时加上地址以便区分不同从机。例如我们定义协议如下： 起始帧 地址帧 指令码 数据 数据长度 检验码；在这个自定义协议下，地址帧一般设置为1~32，我们每次发送和接收数据都带上自己的地址，对主机而言，接收到数据后解析地址，然后根据地址加以区分。

4、一般来说，rs485单主多从设计，很多时候采用的是 modbus协议， modbus协议是一个标准，方便不同485接口设备之间更好对接