STM32之485通信
1、RS-232/422/485协议描述
RS-232通讯的最大传输距离在不增加缓冲器的情况下可以达到15m左右，传输距离较短，所以RS-485与RS-422通讯方式就诞生了。
RS-232、RS-422与RS-485最初都是由电子工业协会订制并发布的，RS-422是由RS-232发展过来的，主要是解决RS-232传输距离短和速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mbps，在速率低于100kbps时传输距离可以延长到4000英尺（大约1219米），并允许在一条平衡总线上连接到最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范。之后为了扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围。
RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议。由于PC上的串行数据通讯是通过UART芯片来处理的，其通讯协议也规定了串行数据单元的格式（8-N-1格式）：1位逻辑0的起始位，6/7/8位数据位，1位可选择的奇偶校验位，1/2位逻辑1的停止位。基于PC的RS-232、RS-422与RS-485标准均采用同样的通讯协议。
RS-232、RS-422与RS-485通讯方式的区别见表1.1。
|
标准 |
RS-232 |
RS-422 |
RS-485 |
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|
工作方式 |
单端 |
差分 |
差分 |
|
|
节点数 |
单对单 |
1发10收 |
1发32收 |
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最大传输电缆长度 |
15m |
1219m |
1219m |
|
|
最大传输速率 |
20kbps |
10Mbps |
10Mbps |
|
|
最大驱动输出电压 |
+/-25V |
-0.25V~+6V |
-7V~+12V |
|
|
发送器输出信号电平（负载最小值） |
负载 |
+/-5V~+/-15V |
±2.0V |
±1.5V |
|
发送器输出信号电平（空载最大值） |
空载 |
+/-25V |
±6V |
±6V |
|
发送器负载阻抗 |
3K~7K |
100 |
54 |
|
|
摆率（最大值） |
30V/μs |
N/A |
N/A |
|
|
接收器输入电压范围 |
±15V |
-10V~+10V |
-7V~+12V |
|
|
接收器输入门限 |
±3V |
±200mV |
±200mV |
|
|
接收器输入电阻（Ω |
3K~7K |
4K(最小) |
≥12K |
|
|
发送器共模电压 |
-- |
-3V~+3V |
-1V~+3V |
|
|
接收器共模电压 |
-- |
-7V~+7V |
-7V~+12V |
|
2、RS-232标准
RS-232被定义为一种在低速率、近距离串行通讯的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓的单端通讯。
RS-232的电气标准：
（1）电平为逻辑“0”时：+3V~+15V；
（2）电平为逻辑“1”时：-3V~-15V；
未定义区：-3V~+3V。在此区域内的信号处理将由通讯接口的RS-232收发器决定。
3、RS-422/485标准
RS-422/485标准与RS-232标准不一样，数据信号采样差分传输方式，也称平衡传输。
由于RS-422/485标准在电气特性上非常相近，但是在传输方式上也有所区别。
（1）RS-485标准
电子工业协会（EIA）于1983年制定了 RS-485标准，之后经TIA修订后命名为TIA/EIA-485-A，习惯的称之为RS-485标准。
RS-485标准是为了弥补RS-232通信距离短、速率低等缺点而产生的，RS-485标准只规定了平衡发送器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆和应用层通信协议。
RS-485标准与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式，也称平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B，如图1.1所示。
图1.1 RS-485发送器的示意图
通常情况下，发送发送器A、B之间的正电平在+2~+6V，是一个逻辑状态；负电平在-2~-6V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地C。在RS-485器件中，一般还有一个“使能”控制信号。“使能”信号用于控制发送发送器与传输线的切断与连接，当“使能”端起作用时，发送发送器处于高阻状态，称作“第三态”,它是有别于逻辑“1”与“0”的第三种状态。
对于接收发送器，也作出与发送发送器相对的规定，收发端通过平衡双绞线将A-A、B-B对应相连，当在接收端A-B之间有大于+200mV的电平时，输出为正逻辑电平；小于 -200mV时，输出为负逻辑电平 。在接收发送器的接收平衡线上，电平范围通常在200mV至6V之间，具体见图1.2。
图1.2
定义逻辑1（正逻辑电平）为B>A的状态，逻辑0（负逻辑电平）为A>B的状态，A、B之间的压差不小于200mV.
RS-485标准的最大传输距离约为1219米，最大传输速率为10Mbps
通常RS-485网络采用平衡双绞线作为传输媒体，平衡双绞线的长度与传输速率成反比，只有在20kbps速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度，只有在很短的距离下才能获得最高速率传输，一般来说，15米长双绞线最大传输速率仅为1Mbps。
注意：并不是所有的RS-485收发器都能够支持高达10Mbps的通讯速率，如果采用光电隔离方式，则通讯速率一般还会受到光电隔离器件响应速度的限制。
RS-485网络采用直线拓扑结构，需要安装2个终端匹配电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗（一般取值为120Ω）,在短距离或低波特率数据传输时可不需终端匹配电阻，即一般在300米以下、19200bps不需终端匹配电阻，终端匹配电阻安装在RS-485传输网络的两个端点，并联连接在A-B引脚之间。
RS-485标准通常被用于作为一种相对经济、具有相同高噪声抑制、相对高的传输速率、传输距离远、宽共模范围的通信平台。
4、RS-485芯片引脚连接说明
（1）引脚说明
|
管脚 |
名称 |
描述 |
|
1 |
RO |
接收器输出 |
|
2 |
RE |
接收器输出使能（低电平有效） |
|
3 |
DE |
发送器输出使能（高电平有效） |
|
4 |
DI |
发送器输入 |
|
5 |
GND |
地连接 |
|
6 |
A |
发送器输出/接收器输入反相 |
|
7 |
B |
发送器输出/接收器输入反相 |
|
8 |
VCC |
正电源电压（+3.0V<VCC<+3.60V） |
（2）连接简图
5、SP3485芯片功能分析
发送器：SP3485的发送器输出是差分输出，满足RS-485和RS-422标准，空载时输出电压的大小为0V~+3.3V。即使在差分输出连接了54Ω负载的条件下，发送器仍可保证输出电压大于1.5V。SP3485有一根使能控制线（高电平有效）。DE上的逻辑高电平将使能发送器的差分输出。如果DE为低，则发送器输出呈现三态。
接收器：SP3485接收器的输入是差分输入，输入灵敏度可低至±200mV。接收器的输入电阻通常为15KΩ（最小为12KΩ）。-7V~+12V的宽共模方式范围允许系统之间存在大的零电位偏位。SP3485的接收器有一个三态使能控制脚，如果RE为低，接收器使能，反之接收器禁止。
6、RS-485接口电路
RS-485接口电路的主要功能是：将来自微处理器的发送信号TX通过“发送器”转换成通讯网络中的差分信号，也可以将通讯网络中的差分信号通过“接收器”转换成被微处理器接收的RX信号。任一时刻，RS-485收发器只能够工作在“接收”或“发送”两种模式之一，因此，必须为RS-485接口电路的附加保护措施也是必须重点考虑的环节。
基本的RS-485电路：微处理器的标准串行接口通过RXD直接连接SP3485芯片的RO引脚，通过TXD直接连接SP3485芯片的DI引脚。
由微处理器输出的 R/D 信号直接控制 SP485R 芯片的发送器/接收器使能：R/D 信号为“1”，则SP485R芯片的发送器有效，接收器禁止，此时微处理器可以向RS-485总线发送
数据字节；R/D 信号为“0”，则 SP485R 芯片的发送器禁止，接收器有效，此时微处理器
可以接收来自 RS-485 总线的数据字节。此电路中，任一时刻 SP485R 芯片中的“接收器”
和“发送器”只能够有1个处于工作状态。
连接至A引脚的上拉电阻R7、连接至B引脚的下拉电阻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，以提高RS-485节点与网络的可靠性。
如果将 SP485R 连接至微处理器 80C51 芯片的 UART 串口，则 SP485R 芯片的 RO 引脚不需要上拉；否则，需要根据实际情况考虑是否在RO引脚增加1个大约10K的上拉电阻。
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