STM32F4_RS485、RS232
目录
1. 485简介
2. 串口UART存在的问题
3. RS232协议
4. RS485协议
6. 硬件分析
7. 实验程序
7.1 main.c
7.2 RS485.c
7.3 RS485.h
RS232的高电平1的逻辑为-5V~-15V，低电平0的逻辑为+5V~+15V。高电平和TTL的0~5V不兼容，传输的距离也不够长。
1. 485简介
485（一般称作RS485）是隶属于OSI模型物理层的电气特性，规定为2线，半双工模式，多点通信。其电气特性和RS232不太一样，RS485是用缆线两端的电压差值来传递信号。RS485仅仅规定了接收端和发送端的电气特性。没有规定或推荐任何数据协议。
特点：
- 接口电平低，不容易损坏芯片。这一点相对于RS232接口的高电平来说，是非常大的优点。
- RS485的电气特性：逻辑 “1” 以两线间的电压差+(2~6)V表示；逻辑 “0” 以两线间的电压差-(2~6)V表示。接口电平低，不易损坏接口电路的芯片，并且该电平与TTL电平兼容，可以方便与TTL电路连接。
- 传输速率高。10米时，RS485的数据最高传输速率可达35Mbps，在1200m时，传输速度可达100Kbps。
- 抗干扰能力强。RS485接口采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力强，也可以说是抗噪声干扰性好。
- 传输距离远，支持节点多。RS485总线最长可以传输1200m以上，一般最大支持32个节点。
总结：
RS232 和 RS485 并不是和 IIC、SPI 协议一样，是一个单独的总线协议，RS232 和 RS485 都是建立在电气层面的，他们的实现都需要依赖于串口。
2. 串口UART存在的问题
这里为什么要说明串口 UART 存在的问题呢？ 是因为一般在进行项目时，通常很少使用串口通信，就是因为串口存在诸多问题。也正是因为串口存在的这诸多问题，所以才有 RS485 通讯存在的意义。
电气接口不统一(致命)：
1. UART只是对信号的时序进行了定义，而未定义接口的电气特性。（电气特性：打个比方，我们买了个家具，不管买的哪个厂家的，回到家之后都可以通过地线、火线、零线接到自家的插座上使用，这是因为插座的尺寸是全国统一标准规定的，而 UART 就没有对这一特性进行规定，导致不同器件之间通信变得复杂化）
2. UART通信时一般使用处理器提供的电平，即TTL电平，但不同处理器使用的电平是存在差异的，所以不同处理器使用 UART 通信时一般不能直接相连。（打个比方，我想使用51单片机和STM32单片机通信，51单片机处理器提供的电平0~5V，STM32处理器提供的电平是0~3.3V，如果两者之间想要进行通信，必须经过转电平处理才可以）
3. UART没有规定不同器件连接时连接器的标准，所以不同器件之间通过UART通信时连接很不方便。
抗干扰能力差：
UART一般直接使用TTL信号来表示 0 和 1 ，但TTL信号的抗干扰能力较差，数据在传输过程中很容易出错。
通信距离极短：
因为TTL信号的抗干扰能力较差，所以其通信距离也很短，一般只能用于一个电路板上的两个不同芯片之间的通信。
3. RS232协议
RS232协议是1970年美国电子工业协会 EIA 联合贝尔系统、调制解调器厂家、计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通信的标准(从上面介绍的UART的缺点来看，串口通信最致命的缺点就是没有统一的标准，导致不同器件之间的通讯变得异常的复杂，而 RS232 和 RS485 就是这样的一个标准，应用在串口之上，使得串口通信具有一定的标准)。
该标准规定采用一个标准的连接器，标准中对连接器的每个引脚的作用都加以规定，同时也对信号的电平加以规定。
接口：
该标准规定采用一个 25 引脚的 DB-25 连接器，标准中对连接器的每个引脚的信号内容加以规定。还对各种信号的电平加以规定；后来1BM的PC机将RS232简化成了 DB-9 连接器，再后来成了事实的标准(就像我们家用的三头插座一样，火线、零线、地线)；现在工业控制的RS-232接口一般只使用RXD、TXD、GND三条线(STM32开发板中的原理图上也是如此)。
信号：
RS232标准规定逻辑 “1” 的电平为-5V到-15V，逻辑 “0” 的电平为+5V到+15V，选择该电气标准的目的在于提高抗干扰能力，增大通信距离，其传送的距离一般可达15m。
C1+：倍增器电荷泵电容器的正极。
V+：充电泵产生的+5.5V。
C1-：倍增器电荷泵电容器的负极。
C2+：反转电荷泵电容器的正极。
C2-：反转电荷泵电容器的负极。
V-：-5.5V由电荷泵产生。
DOUT2：RS-232驱动输出。
RIN2：RS-232接收输入。
VCC：+3V~+5.5V供给电圧。
GND：地。
DOUT1：RS-232驱动输出。
RIN1：RS-232接收输入。
ROUT1：RS-232接收输出。
DIN1：RS-232驱动输入。
DIN2：RS-232驱动输入。
ROUT2：RS-232接收输出。
RS232存在的问题：
1. 接口的信号电平较高（-15V~+15V），易损坏接口电路芯片，又因为与TTL电平不兼容，所以需要使用电平转换芯片才能与TTL电路连接。
2. 通信速度较低，不适合用于那些高速通信的场合。
3. 易产生共模干扰，抗噪声干扰性弱。
4. 传输距离较短，一般情况只有15m。
最后强调一点：程序编程方面 RS232 和串口没有任何区别，只是在硬件方面做出了一些改善。
4. RS485协议
RS485协议是由电信行业协会和电子工业联盟定义；使用该标准的通信网络能在远距离条件下(1500m)以及电子噪声大的环境下有效传输信号。该标准允许连接多个收发器，即具有多站能力，这样可以利用单一的 RS485 接口方便的建立起一个设备网络。
像串口 UART 和 RS232 是点对点通信；点对点的意思就是说只能实现两个设备之间的收发数据；
而RS485是可以建立起设备通信网络的，主机可以像下图一样连接多个 RS485 设备进行通信；在理想情况下，RS485需要两个终端匹配电阻（一般在总线的起始和终止端加，也就是主机和最后一个设备上加，匹配电阻通常情况下是120Ω，如下图所示），电阻的阻值等于传输电缆的特性阻抗。
至于为什么要加这两个终端匹配电阻，是因为如果不加的话，当所有RS485设备都静止或者没有能量的时候就会产生噪音。并且可能在线移的过程中导致数据传输错误。
信号：
RS485标准规定采用差分信号进行数据传输，两线间的电压差为+2V~+6V表示逻辑 “1” ，两线间的电压差-2V到-6V表示逻辑 “0” 。使用差分信号能有效地减少噪声信号的干扰，延长通信距离，RS485 的通信距离可以达到1500m；RS485 接口信号的电平比 RS232 降低了，所以不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平信号兼容，可以方便与TTL电路连接。
拓展：
1. 什么是差分信号？
官方点说：差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。简单来说就是：通常我们通信的信号都是通过一根线来表示高低电平1 或者 0 的，但是差分信号是通过 2 根线互铰在一起传达的(如下图)，更精确的说是2根线传达一个信号，这个信号可以是0，也可以是1（不像我们平时通信，1 根线传 0，另一根线传 1）。通过这两根线传达的电平高低差异来定义逻辑1 和逻辑 0 。
2. 为什么RS485可以通过差分信号明显的降低噪声干扰？
其实在我们日常生活中，差分信号的应用还是很多的。比方说我们家用的网线，细心的可以发现，其中就是通过两根线互铰在一起的。
之所以能明显的降低噪声干扰，是因为噪声是确确实实存在的，我们无法直接去掉这种干扰，可以反过来这样的考虑，既然无法处理这种干扰，那不妨就让他干扰，因为差分信号是用两根线进行传递一个信号的，所以噪音只要干扰，一定是同时干扰我的两根线的，而且干扰我的两根线的程度一定是相同的，这样一来，逻辑1 还是逻辑 1 ，逻辑0 还是逻辑 0 。没有实质上的影响。
接口：
RS485采用两线制（RS422采用四线制），两线制就是说 RS485 设备通过两根线连接到主机上即可实现通信，这种接线方式为总线式拓扑结构，在同一总线上可以同时存在多个节点。也就是可以连接多个 RS485 设备，实现组成一个通信网络。
因为采用的是两线制，数据的发送和接收都是要使用这对差分信号线，（两根线是互铰在一起的，发送的时候同时需要这两根线，接收的时候也同时需要这两根线）发送和接收不能同时进行（所以虽然是两根线，但是不能一根用来发送，另外一根用来接收），所以只能采用半双工的方式进行，编程时需要进行格外的处理。
RS485主从机通信：
通过对 IIC 和 SPI 的学习，我们知道 IIC 通信是通过主机寻址的方式进行的，对应的每个 IIC 从机都有一个确定的地址，主机想要和哪个从机进行通信，找到对应从机的地址即可进行通信。SPI 通信时主机上对应多个 SPI 片选信号线 CS ，有的地方也称作 SS、NSS，实际上是一个意思，都是片选信号线，每个 SPI 从机上都有独立的片选信号线，主机想要和特定的从机通信时，只需要将对应从机的片选信号线置 0 即可，结束通讯时只需要将片选信号线置 1 即可。那么 RS485 呢？
事实上，RS485的主从机通讯并没有明确的规定，这完全由我们编程的程序来确定，我们可以效仿 IIC ，给每个从机写一个确定的地址，通过寻址的方式来确定主从机通讯。当然，也可以是其他的方式。
电平转换：
虽然很多处理器都会集成 UART 控制器，但处理器产生的信号一般都是TTL信号并不是符合 RS485 标准的信号，所以一般我们还需要在处理器外部去添加电路将TTL信号转换成差分信号。RS485用到的TTL信号转换成差分信号的芯片就是SP3485。
RO：接收输出引脚。
RE：接收输出使能。（接收使能信号低电平有效）
DE：驱动输出使能。（发送使能信号高电平有效）
DI：驱动输入使能。
GND：地。
A：总线接口，用于连接485总线。 接线的时候A对A，B对B。
B：总线接口，用于连接485总线。
VCC：该芯片支持3.3V供电。
RS485的优势：
1. 接口信号的电平值较低，不易损坏接口电路芯片，且与TTL电平兼容，可以方便的与TTL电路连接。
2. 通信速度快。
3. 抗噪声干扰性强。
4. 传输距离远（1500m）。
5. 可以实现多节点网络。
总结：
举个例子来说明本节中 RS485 和 RS232 的用处。
我们从A地去往B地。串口UART的方式就是保证谁先去，谁先谁后的顺序，其他的一概不管。而RS485和RS232在串口的基础上强调了怎么去，比方说我们是坐火车、高铁还是飞机的方式，具体什么方式还需要我们来选择，选择不同的方式会大大的减少出行的时间。
6. 硬件分析
上图是 STM32F4 的 RS485 的相关引脚连接图。其中 SP3485 芯片中的 RE 和 DE 引脚分别为接收使能引脚和发送使能引脚。通过 RS485_RE 连接到芯片的 PG8 引脚上，使能控制SP3485 的收发，当 PG8=0，输出低电平，RE接收使能有效，为接收模式；当 PG8=1，输出高电平，DE 发送使能有效，为发送模式。
这里需要注意，PA2，PA3 和 ETH_MDIO 和 PWM_DAC 有共用 IO，所以在使用的时候，注意 分时复用，不能同时使用。另外 RS485_RE 信号，也和 NRF_IRQ 共用 PG8，所以他们也不可 以同时使用，只能分时复用。
电阻 R38 和 R40 是两个偏置电阻，是用来保证总线空闲时，A B 压差不定，引起逻辑错乱，可能出现乱码的情况。
C71 是电源滤波电容，保证芯片 SP3485 正常稳定的运行，过滤掉其他噪声的干扰。
本次实验需要将两个开发板上的 P9排针 的跳线帽按上图进行连接；
最后，我们用 2 根导线将两个开发板 RS485 端子的 A 和 A，B 和 B 连接起来。这里注意不 要接反了（A 接 B），接反了会导致通讯异常！！
7. 实验程序
本实验将实现两个开发板之间的RS485通讯，KEY0控制发送，当按下开发板的KEY0按键时，就会发送5个数据给另外一个开发板，在两个开发板上分别显示发送的值和接收到的值。
7.1 main.c
#include "stm32f4xx.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "LED.h"
#include "lcd.h"
#include "Key.h"
#include "usmart.h"
#include "RS485.h"
//LCD状态设置函数
void led_set(u8 sta)//只要工程目录下有usmart调试函数，主函数就必须调用这两个函数
{
LED1=sta;
}
//函数参数调用测试函数
void test_fun(void(*ledset)(u8),u8 sta)
{
led_set(sta);
}
int main(void)
{
u8 key;
u8 i=0;
u8 t=0;
u8 CNT=0; //CNT是一个累加数，一旦KEY0按下，就以这个数位基准连续发送5个数据
u8 RS485Buf[5];
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2
delay_init(168);
uart_init(115200); //切记：不初始化延迟函数和串口是不能用LCD的
LED_Init();
LCD_Init();
Key_Init();
RS485_Init(9600); //初始化RS485，设置波特率为9600
POINT_COLOR=RED;
LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Explorer STM32F4");
LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"RS485 TEXT");
LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");
LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2023/06/08");
LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"KEY0:Send"); //显示提示信息，按KEY0发送
POINT_COLOR=BLUE;
LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"Count:"); //显示当前计数值
LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"Send Data:"); //提示发送的数据
LCD_ShowString(30,210,200,16,16,"Receive Data:"); //提示接收到的数据
while(1)
{
key=KEY_Scan(0); //获取Key按键扫描函数
if(key==1) //KEY0按下，显示发送一位数据
{
for(i=0;i<5;i++)
{
//因为定义的RS485Buf[5];所以需要通过循环来填充发送缓冲区，每填充一个数据，下一次的填充就需要在本次的数据位基础之上进行填充，所以就需要一个累加数CNT
RS485Buf[i]=CNT+i;//CNT是一个累加数，一单按键按下，就以CNT为基准进行数据发送
LCD_ShowxNum(30+i*32,190,RS485Buf[i],3,16,0x80);//显示每一次发送缓冲区收到的数据
//LCD是通过x y坐标来表示某一确切位置的
//30+i*32,：30是起始x的坐标，一个坐标放一个字节，一个字节是8位，4*8=32，所以每按键发送一个字节，下一次按键发送的字节和前一个字节有4位的间距，也可以理解为两个字符间保持间距
//显示的数字是：RS485Buf[i] 数字占3位
//0x80表示1000 0000 表示填充0
}
RS485_Send_Data(RS485Buf,5); //按键发送，一次发送5个字节
}
//通过上面的if语句，按键已经发送了数据，那么紧接着就需要接收这些数据字节
RS485_Receive_Data(RS485Buf,&key); //调用接收数据函数，接收的地址就是RS485Buf，接收的字节长度就是&key，&key表示按键按了多少次，
//因为每按一次发送的字节长度是确定的，那么按了多少次后整个字节长度len也就是确定的
if(key)//只要key为真，就表示接收到了字节
{
if(key>5)//因为定义的接收缓存区最大值就是5
key=5;
for(i=0;i7.2 RS485.c
#include "stm32f4xx.h"
#include "RS485.h"
#include "delay.h"
//因为RS485是半双工通讯方式，所以发送和接收是不能同时进行的，这时候就要通过函数来定义什么时候发送，什么时候接收了
//如果使能了串口接收功能
#if EN_USART2_RX // #if 和 #endif 是同时使用的函数，表示如果定义了if后面的语句，才会进入循环中。
u8 RS485_RX_BUF[64];//接收缓冲区,最大可以储存64个字节
u8 RS485_RX_CNT=0; //接收到的数据长度
void USART2_IRQHandler(void) //表示如果使能了串口的接收功能，就会执行串口2的中断接收配置
//该中断服务函数表示接收来自485总线的数据，将其存放在RS485_RX_BUF里面。
{
u8 res;
if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)!=RESET)//获取中断状态位，判断是否接收到了数据
//通过以往学习，我们知道状态寄存器的TXE位是发送缓冲区的标志位，当该位为0时，表示发送缓冲区非空；该位为1时，表示发送缓冲区为空，也就表示可以发送下一个数据了
//状态寄存器的RXNE位是接收缓冲区的标志位，当该位为0时，表示接收缓冲区非空，暂时还不能接收下一个数据；该位为1时，表示接收缓冲区为空，可以接收了
{
res=USART_ReceiveData(USART2); //通过调用串口接收函数，把从串口2接收到的数据赋给res
if(RS485_RX_CNT<64) //因为定义的接收缓冲区是静态定义的，所以有其接收的最大值限制，如果大于64个字节，那么这个空间是不够存储的
{
RS485_RX_BUF[RS485_RX_CNT]=res; //把接收的数据res赋给接收缓冲区，占用字节长度为RS485_RX_CNT，也就是发送的这一位数据的字节长度
RS485_RX_CNT++;//我们知道通过串口接收数据是一位一位传的，所以需要启动循环，一位一位的传数据，
//每传一位，接收到的数据长度就加1，因为下一次存放数据需要建立在上一次存放数据的基础之上。
}
}
}
#endif
//初始化RS485
//初始化IO口 和 串口2
//bound：波特率
void RS485_Init(u32 bound)
{
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE); //使能GPIOA时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE); //使能USART2时钟
GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource2,GPIO_AF_USART2); //GPIOA2复用为串口2
GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource3,GPIO_AF_USART2); //GPIOA3复用为串口2
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType=GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_UP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_100MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_OUT; //设置为推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_OType=GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_8;
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_UP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_100MHz;
GPIO_Init(GPIOG,&GPIO_InitStructure);
//串口2初始化
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
USART_InitStructure.USART_BaudRate=bound; //设置波特率
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None; //无硬件数据流控制
USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //模式为串口收发模式
USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No; //无奇偶校验位
USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1; //1个停止位
USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b; //字长为8位
USART_Init(USART2,&USART_InitStructure);
USART_Cmd(USART2,ENABLE); //使能串口2
USART_ClearFlag(USART2,USART_FLAG_TC); //清除串口2中断标志位
#if EN_USART2_RX //表示使能串口2的接收模式
//如果该 #if EN_USART2_RX 成立，那么就会进入串口2的中断服务程序，既然用到了中断，那么必须使能中断优先级NVIC
USART_ITConfig(USART2,USART_IT_RXNE,ENABLE); //串口中断命令，USART_IT_RXNE是串口状态寄存器的接收缓存区的标志位，该函数表示开启接收中断
//串口2中断优先级配置
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=USART2_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3; //抢占优先级3
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=3; //子优先级3
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
#endif
RS485_TX_EN=0; //初始化情况下默认引脚PG8是接收模式，然后通过两个判断函数判断是否进入接收中断函数
}
//RS485发送len个字节
//BufAddress：发送区首地址
//len：发送的字节数，因为定义接收缓冲区的大小为64个字节，所以发送的字节数原则上不大于64
void RS485_Send_Data(u8 *BufAddress,u8 len)
{
u8 t;
RS485_TX_EN=1; //设置为发送模式
for(t=0;t7.3 RS485.h
#ifndef _RS485__H_
#define _RS485__H_
extern u8 RS485_RX_BUF[64]; //接收缓冲区，定义最大可以存放64个字节
extern u8 RS485_RX_CNT; //接收到的数据长度
#define EN_USART2_RX 1 //0：不接受 1：接收
#define RS485_TX_EN PGout(8) //485模式控制，RS485芯片的RE引脚是低电平有效，DE引脚是高电平有效
//所以低电平0表示接收使能；高电平1表示发送使能；
void RS485_Init(u32 bound);
void RS485_Send_Data(u8 *BufAddress,u8 len);
void RS485_Receive_Data(u8 *BufAddress,u8 *len);
#endif
注：本节介绍的 485 总线时通过串口控制收发的，我们只需要将 P9 的跳线帽稍作改变(跳线帽COM2_RX接PA2_TX，COM2_TX接PA2_RX)，该实验就变成了一个 RS232 串口通信实验了，通过对接两个开发板的 RS232 接口，即可得到同样的实验现象！！！