RS485通信技术详解：原理、硬件实现与代码应用
RS485通信技术详解：原理、硬件实现与代码应用
RS485通信技术是一种广泛应用于工业和商业环境中的数据传输方式。本文从基本原理、通信协议特点、硬件实现、电路设计、代码实现以及调试方法等多个方面，对RS485通信技术进行了全面总结。
一、基本原理
- 差分信号传输
RS485采用差分信号传输方式。它使用一对双绞线，这两条线分别称为A线和B线。发送端会将信号以差分的形式发送，即在A线和B线上分别施加相反的电压。当接收端收到信号时，是通过检测A线和B线之间的电压差来确定信号的逻辑状态。这种差分传输方式能够有效抑制电磁干扰（EMI），因为干扰信号通常会在两条线上以相同的方式出现，接收端通过差分检测可以将其抵消。
在实际的PCB板绘制中，走线也是要走成差分信号的方式的：
- 半双工通信模式
RS485通信是半双工的。半双工通信是一种数据传输模式，允许设备在通信链路中交替进行发送和接收数据，但是不能同时进行双向传输。
模式 | 数据传输方向 | 典型应用 |
|---|---|---|
单工 | 单向传输（固定发送端和接收端） | 广播、遥控器 |
半双工 | 双向交替传输 | RS-485总线、对讲机、CAN总线 |
全双工 | 双向同时传输 | 电话、以太网、USB |
二、RS485的通信协议特点
长距离传输：RS485DE通信协议支持长达1200米（甚至更远，取决于波特率和线路条件）的传输距离，使其适用于各种工业和商业环境中的设备互联。
高抗干扰性：由于采用差分信号传输，RS485DE对于共模噪声具有很强的抑制能力，能够在恶劣的电磁环境中保持数据的完整性。
多点通信：一个RS485DE总线上可以连接多达32个（或更多，取决于总线驱动器和接收器的性能）节点，方便构建复杂的网络拓扑结构。
灵活的波特率设置：波特率可以在300bps到10Mbps之间灵活设置，以满足不同应用场景对数据传输速率的要求。
三、RS485的通信协议的硬件实现
- 硬件选型
选用符合RS-485标准的收发器芯片，如MAX485、SN65HVD485或LTC1495等。这些芯片具有差分信号收发功能、低功耗和高驱动能力等特点，能够确保数据在总线上的可靠传输。
例：SP485收发芯片：
包含一路驱动器，一路收发器，具有驱动使能(DE)和接收使能(RE）管脚，当处于关闭状态时，驱动和接收输出为高阻状态。
电路内部电平
硬件电路设计
- 此电路图为传统的RS485电路
该电路图采用3线控制,485RE、485RX、485TX
控制策略如下：485RE为低电平，485处于接收状态；485RE为高电平，485处于发送状态。通过切换485RE的电平来达到485收发状态的切换。
- 此电路图为自收发型电路设计
- 还有一种电路为带隔离的（此图来自网络）
RS485自收发实现方案，典型应用电路及问题经验总结-CSDN博客
带收发控制脚的485在编程时需要切换控制端电平。增加程序的复杂度。那么为了编程方便，所以改成自收发电路。
TX、RX引脚需要上拉电阻。
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，485芯片为接收状态。
发送：发送数据时，TX会先有一个下拉的电平（起始位-由高向低），表示开始发送数据，此时三极管截止，DE为高电平发送使能。当发送数据“0”时，由于DI接口相当于接地，此时数据“0”就会传输到AB扣，A-B<0，则传输“0”，完成低电平传输，当发送“1”时，此时三极管导通，按理说RO会使能，此时由于还处于发送数据中，这种状态下MAX485处于高阻太，此时的状态通过A上来，B下拉电阻决定，此时A-B>0传输“1”，完成高电平的传输。
自动收发电路发送高电平时同时也是接收状态。
四、拓展RS-485/RS-422
RS-232，由于工业现场比较复杂，各种电气设备会在环境中产生比较多的电磁干扰，会导致信号传输错误。RS-232只能实现点对点的通信方式，不具备联网功能最大传输距离也只能达到几十米，不能满足远距离通信要求。为了解决这一问题，一个新的标准RS-485产生。
RS-485的数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，可以有效的解决共模干扰的问题，最大距离可以达到1200米，并且允许多个设备接到同一条总线上。它使用一对双绞线，一线叫A，一线叫B。该电平与TTL兼容，可方便与TTL电路连接。
对于发送端：
一般情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2+6V（发送逻辑1时总线上A的电压大于B的电压），负电平在-2-6V（发送逻辑0时总线上的电压小于B的电压）。
对于接收端：
当总线上A的电压大于B的电压，且压差大于200mv时，表示接收到逻辑1
当总线上A的电压小于B的电压，且压差小于-200mv时，表示接收到逻辑0
RS-422跟RS-485的主要区别：RS-422有4根信号线：两根发送，两根接收。由于RS-422的收与发是分开的，所以可以同时收和发（全双工），也正因为全双工要求收发要有单独的信道，所以RS-422适用于两个站之间通信，不可用于总线网；RS-485只有2根信号线，所以工作在半双工模式，常用于总线网。
五、代码实现
以STM32系列芯片为例：
STM32F103C8T6-RS485通讯完整版_stm32中rs485-CSDN博客
这为大哥写的基本已经很详细了。
六、调试遇到的问题
常规485电路/自收发电路/隔离电路：
- 可以使用USB转TTL进行测试485是否有数据（黄灯会闪）；
- 可以使用示波器，看是否能够检测到高低电平；
- 硬件问题：我这边遇到的我问题，就是三极管坏了，因为485电路的前端有接收到数据，但是没有输出，后续排查就是三极管坏了。
以上为学习总结，如有问题各位提出来嚯~大家共同学习！