通信总线模块：RS485、SP3232

学习目标

了解RS485和SP3232通信的方法。

典型的串行通讯标准是RS232和RS485，它们定义了电压,阻抗等，但不对软件协议给予定义。
RS485总线标准规定了总线接口的电气特性标准即对于2个逻辑状态的定义：正电平在+2V～+6V之间，表示一个逻辑状态；负电平在-2V～-6V之间，则表示另一个逻辑状态；数字信号采用差分传输方式，能够有效减少噪声信号的干扰。

由于RS-232-C接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点：
（1）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL电平不兼容，故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。
（2）传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps。
（3）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。
（4）传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在50米左右。
针对RS-232-C的不足，于是就不断出现了一些新的接口标准，RS485就是其中之一。

一、RS485

RS485采用差分传输方式，也称作平衡传输，＋2V～＋6V表示“0”，- 6V～- 2V表示“1”。它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B。

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，现在多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓朴结构在同一总线上最多可以挂接32个结点。

RS485的数据最高传输速率为10Mbps 。

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。

因RS485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。

图1 MAX485ESA+管脚图

二、SP3232

SP3232是一种RS232标准的变种，只是码制、波特率等等和RS232定义都是一样的，只有一点不一样，就是高低电平的定义。

单片机高电平一般是VCC，而低电平一般是GND。而RS232标准的高电平是负逻辑，而低电平是正逻辑。

电脑的COM口就是标准RS232接口，它的高电平定义为-12V，而低电平定义为+12V。所以单片机的串口必须经过电平转换才可以和标准RS232通信，这个转换芯片5V的一般是MAX232或SP232，3.3V的一般是MAX3232或SP3232。

要注意区分SP232/SP3232

图2 SP3232管脚图

三、UART与RS232/RS485之间的联系

1.UART

UART是通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，是一种异步收发传输器，是设备间进行异步通信的关键模块。UART负责处理数据总线和串行口之间的串/并、并/串转换，并规定了帧格式；通信双方只要采用相同的帧格式和波特率，就能在未共享时钟信号的情况下，仅用两根信号线(Rx和Tx)就可以完成通信过程，因此也称为异步串行通信。
若加入一个合适的电平转换器，如SP3232E、SP3485、UART还能用于RS-232、RS-485通信，或与计算机端口连接。UART应用非常广泛，手机、工业控制、PC等应用中都要用到UART。

2.UART原理

发送数据时，CPU将并行数据写入UART，UART按照一定的格式在一根电线上串行发出；接收数据时，UART检测另一根电线上的信号，串行收集然后放在缓冲区中，CPU即可读取UART获得这些数据。UART之间以全双工方式传输数据，最精确的连线方法只有3根电线：TXD用于发送数据，RXD用于接收数据，GND用于给双方提供参考电平，连线如下：

UART使用标准的TTL/COMS逻辑电平（0～5V、0～3.3V、0～2.5V或0～1.8V）来表示数据，高电平表示1，低电平表示0。为了增强数据的抗干扰能力、提高传输长度，通常将TTL/COMS逻辑电平转换为RS232逻辑电平，3～12V表示0，-3～-12V表示1。
TXD、RXD数据线以位为最小单位传输数据，而帧由具有完整意义的、不可分割的若干位组成，它包含开始位、数据位、校验位（需要的话）和停止位。发送数据之前，UART之间要约定好数据的传输速率（即每位占据的时间，其倒数称为波特率）、数据的传输格式（即有多少个数据位、是否使用校验位、是否奇校验还是偶校验、有多少个停止位）。

数据传输流程如下：

①平时数据线处于空闲状态（1状态）
②当要发送数据时，UART改变TXD数据线的状态（变为0状态）并维持1位的时间，这样接收方检测到开始位后，在等待1.5位的时间就开始一位一位地检测数据线的状态得到所传输的数据。
③UART一帧中可以有5、6、7或8位的数据，发送方一位一位地改变数据线的状态将它们发送出去，首先发送最低位。
④如果使用校验功能，UART在发送完数据后，还要发送1位校验位。有两种校验方法：奇校验、偶校验–数据位连同校验位中，状态1的数量等于奇数或者偶数。
⑤最后，发送停止位，数据线恢复到空闲状态（1状态）。停止位的长度有三种：1位、1.5位或2位。

下图演示了UART使用7个数据位、偶校验、2个停止位的格式传输字符’A’（二进制位0100 0001）时，TTL/COMS逻辑电平和RS-232逻辑电平对应的波形。
TTL/COMS逻辑电平：0 1000001 0 11

RS232逻辑电平：0 1000001 0 11