RS485总线详解

一只特立独行的猪\n️ 2023-04-20 原文

RS485总线详解

前言

前面有讲过协议，具体参考FPGA学习笔记（Day12）SingalTap使用&&Uart串口通信
本次详细了解介绍。

RS485:en置0；

一、常见接口划分

物理层:接口类型、电平标准

串口电平标准:

TTL电平的串口(3.3V)
RS232电平的串口(+5 ~ +12V为低电平，-12~-5V为高电平)

串口按电气标准分包括:

RS-232-C:TXD/RXD/GND、15米/9600bps
RS-422: TX+/TX-…/RX+/RX-/GND
RS485:A/B/G、1200米/9600bps

二、RS485概述

本模块参考RS485基本知识

（一）简介

485协议规定两条线上电压差值为多少表示0或者1，电压通过仪表可以测量得到，所以说RS-485是硬件层协议。

485的接收端可能是另外一个MCU，MCU管脚只接受TTL电平，需要将两条线的差分电压转换为TTL电平。

基本电平转换：TTL电平转 485电平 485电平转 TTL电平给MCU

RS485原理：由于485电平和TTL电平标准定义不通，需要电平转换芯片来实现两者间的数据交换。

（二）接口/引脚图

三、RS485总线详解

（一）RS485总线概述

RS-485采用平衡式发送和差分接收方式实现通信，由于传输线通常使用双绞线，又是差分输入，所以有极强的抗共模干扰能力，RS485采用半双工工作方式，支持多点数据通信。总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，即一条总线将各个节点串接起来，不支持环形或星型网络，如果需要使用星型结构就必须适用485中继器或485集线器。RS-485 总线一般支持32个节点，如果特质的485芯片可以达到128或256个节点最大支持400个节点。

RS485收发芯片(电平转换芯片)可以理解为两部分：驱动器和接收器

（二）差分传输：

1. 发送端在两条信号线上传输辐值相等，相位相反的电信号，接收端在对接收的两条信号线做减法运算，这样就能获得信号翻倍的信号。
1. 一般情况下不需要增加终端电阻，通信距离超过300米的情况下在开始端和结束端增加终端电阻
1. 隔离虽能有效抑制高共模电压，但在总线还会存在浪涌冲击，电源线与485短路的情况，通常在总线端采取保护措施，在A，B，两端各串一个热敏电阻，在AB接口与热敏电阻中间设有TVS瞬变抑制二极管。
  - 没有故障时，热敏电阻接近零，不影响正常通讯
  - 当误接220V时，热敏电阻变的无穷大，相当于通讯回路和外面断开
  - 当故障消失后，热敏电阻阻值降到零，又可以正常使用。
1. 由于RS-485是半双工通信，收发转换是需要一定的时间，所以一般在收发转换之间和每发送完一帧数据之后，都要有相应的延时，如果出现收发不正常或第一帧数据之后就出现误码现象，则可以适当的增加一下延时时间。

（三）原理图

1. 异步通信数据以字节的方式传送，在每一个字节传送之前，先要通过一个低电平起始位实现握手。
1. 为防止干扰信号误触RO（接收器输出）产生负跳变，使接收端MCU进入接收状态，建议RO外接10kΩ的上拉电阻。
1. 电源旁路电容，作用是给485芯片提供一个干净的电源，使它稳定的工作。

（三）RS485与RS232的区别

RS485和RS232一样都是基于串口的通讯接口，数据收发的操作是一致的，所以使用的是同样WinCE的底层驱动程序。但是它们在实际应用中通讯模式却有着很大的区别，RS485接口为半双工数据通讯模式，而RS232接口为全双工数据通讯模式，数据的收发不能同时进行，为了保证数据收发的不冲突，硬件上是通过方向切换来实现的，相应也要求软件上必须将收发的过程严格地分开。

RS485接口组成的半双工网络，一般是两线制(以前有四线制接法，只能实现点对点的通信方式，现很少采用)，多采用屏蔽双绞线传输。这种接线方式为总线式拓扑结构在同一总线上最多可以挂接32个结点。在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。

RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺(约1219米)，实际上可达3000英尺，另外RS-232接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力，这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。

四、应用详解

本模块参考RS485简介

（一）接口结构

现在很多的RS-485转换器都是兼容RS-422的，所以看到很多转换器上面的信号都是T/R+、T/R-，即对应RS-485的A+和B-。

（二）与RS-422对照表

对于DB9针型的母头，RS-485有如下的接线定义示意，Pin6~Pin9为N/A不接。

（三）拓扑结构

RS485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线拓扑结构，在同一总线上最多可以挂接32个节点。

RS-485总线同I2C，也是主从模式，支持点对点单从机模式，也支持多从机模式，不支持多主机模式。

（四） RS-485收发器

RS-485是差分传输，如果用单片机控制RS-485接口的设备，需要用到收发器，这一点和CAN总线是类似的，如下是一个MCU控制一个RS-485的图示

收发器内部是一个接收器（上半部分）加一个发送器（下半部分），下面简单说说收发器的原理，便于理解MCU是如何和485设备通信的。

信号	简介
A、B	总线
R	接收器输入
$\overline{\text{RE}}$	接收器使能信号
DE	发送器使能信号
D	发送器输出

对于使能信号，字母上面加一横的为低电平有效（如上图 $\overline{\text{RE}}$ ），不加的为高电平有效（如DE）

（五）真值表

1.对于发送器

当驱动器使能引脚DE为逻辑高时，差分输出A和B遵循数据输入D处的逻辑状态。D处的逻辑高导致A转为高，B转为低。在这种情况下，定义为VOD=VA-VB的差分输出电压为正。当D为低时，输出状态反转，B变高，A变低，VOD为负。
当DE低时，两个输出都变成高阻抗。在这种情况下，与D处的逻辑状态是不相关的。

2.对于接受器

当接收器使能引脚RE逻辑低时，接收器被激活。当定义为VID=VA–VB的差分输入电压为正且高于正输入阈值VIT+时，接收机输出R变高。当VID为负且低于负输入阈值VIT-，接收机输出R变低。如果VID在VIT+和VIT-之间，则输出不确定。
当RE为逻辑高或悬空时，接收机输出为高阻抗，VID的大小和极性无关。

（六）RS-485数据链路

上面讲到的RS-485收发器的工作原理，下面简单描述RS-485的数据链路，可以先看一下通俗易懂的UART协议帧格式

主机发送给从机或者从机发送给主机，都会占用到A和B线，所以RS-485多用在半双工模式。

主机的GPIO会控制RS-485收发器的DE管脚，设置发送模式，从UART TXD线向RS-485收发器的数据（D或DI）线发送一个字节，收发器将在A和B线上将单端UART位流转换为差分位流，数据离开收发器后，主机立即将收发器的模式切换为接收模式。

从机和主机是类似的，从机控制RS-485收发器的/RE管脚，设置为接收模式，接收主机发送的比特流，将其转换为单端信号，通过从机的UART RXD线接收，当从机准备好响应时，它按主机原来的方式进行发送，而主机变为接收。

参考链接

RS-485通讯协议
 RS485基本知识
 RS485简介

详解 485 xff xff0c xff0 fpga开发单片机嵌入式硬件

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