一文看懂RS-485總線
[導(dǎo)讀]?RS-485概述RS-485和RS-232一樣，都是串行通信標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)名稱是TIA485/EIA-485-A，但是人們會(huì)習(xí)慣稱為RS-485標(biāo)準(zhǔn)，RS-485常用在工業(yè)、自動(dòng)化、汽車和建筑物管理等領(lǐng)域。RS-485總線彌補(bǔ)了RS-232通信距離短，速率低的缺點(diǎn)，RS-48...
?RS-485概述
RS-485和RS-232一樣，都是串行通信標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)名稱是TIA485/EIA-485-A，但是人們會(huì)習(xí)慣稱為RS-485標(biāo)準(zhǔn)，RS-485常用在工業(yè)、自動(dòng)化、汽車和建筑物管理等領(lǐng)域。
RS-485總線彌補(bǔ)了RS-232通信距離短，速率低的缺點(diǎn)，RS-485的速率可高達(dá)10Mbit/s，理論通訊距離可達(dá)1200米；RS-485和RS-232的單端傳輸不一樣，是差分傳輸，使用一對(duì)雙絞線，其中一根線定義為A，另一個(gè)定義為B。
雙絞線
▉ RS-485物理層
RS-485的物理層負(fù)責(zé)在設(shè)備和物理傳輸介質(zhì)之間傳輸原始數(shù)據(jù)。它處理電信號(hào)到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，同時(shí)定義電壓、時(shí)序、數(shù)據(jù)速率等。
① 差分信號(hào)
長(zhǎng)距離布線會(huì)有信號(hào)衰減，而且引入噪聲和干擾的可能性更大，在線纜A和B上的表現(xiàn)就是電壓幅度的變化，但是，采用差分線的好處就是，差值相減就會(huì)忽略掉干擾依舊能輸出正常的信號(hào)，把這種差分接收器忽略兩條信號(hào)線上相同電壓的能力稱為共模抑制。
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了，邏輯1： 2V to 6V；邏輯0：-6V to -2V。
RS-485不需要使用特定的總線電壓，只看最小差分電壓，在較長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度上，接收器接收到的電壓可能會(huì)降低到 /- 200 mV，這對(duì)于RS-485仍然是完全可以接受的，這也是RS-485的優(yōu)點(diǎn)之一。
很多收發(fā)器的標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到甚至超過(guò)TIA/EIA-485A規(guī)范，在實(shí)際使用中，以器件的SPEC參數(shù)為主，如下某收發(fā)器的負(fù)輸入閾值最小也是-200mV。
② 信號(hào)定義
現(xiàn)在很多的RS-485轉(zhuǎn)換器都是兼容RS-422的，所以看到很多轉(zhuǎn)換器上面的信號(hào)都是T/R 、T/R-，即對(duì)應(yīng)RS-485的A 和B-。
對(duì)于DB9針型的母頭，RS-485有如下的接線定義示意，Pin6~Pin9為N/A不接。
③?拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用，多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在同一總線上最多可以掛接32個(gè)節(jié)點(diǎn)。
RS-485總線同I2C，也是主從模式，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)單從機(jī)模式，也支持多從機(jī)模式，不支持多主機(jī)模式。
▉ RS-485收發(fā)器
RS-485是差分傳輸，如果用單片機(jī)控制RS-485接口的設(shè)備，需要用到收發(fā)器，這一點(diǎn)和CAN總線是類似的，如下是一個(gè)MCU控制一個(gè)RS-485的圖示。
收發(fā)器內(nèi)部是一個(gè)接收器（上半部分）加一個(gè)發(fā)送器（下半部分），下面簡(jiǎn)單說(shuō)說(shuō)收發(fā)器的原理，便于理解MCU是如何和485設(shè)備通信的。
RS-485收發(fā)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)其中：
對(duì)于使能信號(hào)，字母上面加一橫的為低電平有效（如上圖RE），不加的為高電平有效（如DE）。
對(duì)于發(fā)送器，有如下的真值表：
1、當(dāng)驅(qū)動(dòng)器使能引腳DE為邏輯高時(shí)，差分輸出A和B遵循數(shù)據(jù)輸入D處的邏輯狀態(tài)。D處的邏輯高導(dǎo)致A轉(zhuǎn)為高，B轉(zhuǎn)為低。在這種情況下，定義為VOD=VA-VB的差分輸出電壓為正。當(dāng)D為低時(shí)，輸出狀態(tài)反轉(zhuǎn)，B變高，A變低，VOD為負(fù)。
2、當(dāng)DE低時(shí)，兩個(gè)輸出都變成高阻抗。在這種情況下，與D處的邏輯狀態(tài)是不相關(guān)的。
發(fā)送器真值表
對(duì)于接收器，有如下的真值表：
1、當(dāng)接收器使能引腳RE邏輯低時(shí)，接收器被激活。當(dāng)定義為VID=VA–VB的差分輸入電壓為正且高于正輸入閾值VIT 時(shí)，接收機(jī)輸出R變高。當(dāng)VID為負(fù)且低于負(fù)輸入閾值VIT-，接收機(jī)輸出R變低。如果VID在VIT 和VIT-之間，則輸出不確定。
2、當(dāng)RE為邏輯高或懸空時(shí)，接收機(jī)輸出為高阻抗，VID的大小和極性無(wú)關(guān)。
接收器真值表
▉ RS-485數(shù)據(jù)鏈路
上面講到的RS-485收發(fā)器的工作原理，下面簡(jiǎn)單描述RS-485的數(shù)據(jù)鏈路，可以先看一下通俗易懂的UART協(xié)議幀格式
主機(jī)發(fā)送給從機(jī)或者從機(jī)發(fā)送給主機(jī)，都會(huì)占用到A和B線，所以RS-485多用在半雙工模式。
主機(jī)的GPIO會(huì)控制RS-485收發(fā)器的DE管腳，設(shè)置發(fā)送模式，從UART TXD線向RS-485收發(fā)器的數(shù)據(jù)（D或DI）線發(fā)送一個(gè)字節(jié)，收發(fā)器將在A和B線上將單端UART位流轉(zhuǎn)換為差分位流，數(shù)據(jù)離開收發(fā)器后，主機(jī)立即將收發(fā)器的模式切換為接收模式。
從機(jī)和主機(jī)是類似的，從機(jī)控制RS-485收發(fā)器的/RE管腳，設(shè)置為接收模式，接收主機(jī)發(fā)送的比特流，將其轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)，通過(guò)從機(jī)的UART RXD線接收，當(dāng)從機(jī)準(zhǔn)備好響應(yīng)時(shí)，它按主機(jī)原來(lái)的方式進(jìn)行發(fā)送，而主機(jī)變?yōu)榻邮铡?/span>
▉ RS-232和RS-485轉(zhuǎn)換
RS-232和RS-485之間可以轉(zhuǎn)換，一個(gè)方法是RS-232轉(zhuǎn)換成TTL，再由TTL轉(zhuǎn)換為RS-485，當(dāng)然也有芯片支持將RS-232直接轉(zhuǎn)換成RS-485，網(wǎng)上有很多模塊。
RS-232和RS-485轉(zhuǎn)換模塊
▉ RS-485和CAN的區(qū)別
雖說(shuō)RS-485沒有標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)協(xié)議格式，但和CAN總線在很多地方是有相似的，比如A
RS-485和RS-232一樣，都是串行通信標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)名稱是TIA485/EIA-485-A，但是人們會(huì)習(xí)慣稱為RS-485標(biāo)準(zhǔn)，RS-485常用在工業(yè)、自動(dòng)化、汽車和建筑物管理等領(lǐng)域。
RS-485總線彌補(bǔ)了RS-232通信距離短，速率低的缺點(diǎn)，RS-485的速率可高達(dá)10Mbit/s，理論通訊距離可達(dá)1200米；RS-485和RS-232的單端傳輸不一樣，是差分傳輸，使用一對(duì)雙絞線，其中一根線定義為A，另一個(gè)定義為B。
雙絞線
▉ RS-485物理層
RS-485的物理層負(fù)責(zé)在設(shè)備和物理傳輸介質(zhì)之間傳輸原始數(shù)據(jù)。它處理電信號(hào)到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，同時(shí)定義電壓、時(shí)序、數(shù)據(jù)速率等。
① 差分信號(hào)
長(zhǎng)距離布線會(huì)有信號(hào)衰減，而且引入噪聲和干擾的可能性更大，在線纜A和B上的表現(xiàn)就是電壓幅度的變化，但是，采用差分線的好處就是，差值相減就會(huì)忽略掉干擾依舊能輸出正常的信號(hào)，把這種差分接收器忽略兩條信號(hào)線上相同電壓的能力稱為共模抑制。
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了，邏輯1： 2V to 6V；邏輯0：-6V to -2V。
RS-485不需要使用特定的總線電壓，只看最小差分電壓，在較長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度上，接收器接收到的電壓可能會(huì)降低到 /- 200 mV，這對(duì)于RS-485仍然是完全可以接受的，這也是RS-485的優(yōu)點(diǎn)之一。
很多收發(fā)器的標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到甚至超過(guò)TIA/EIA-485A規(guī)范，在實(shí)際使用中，以器件的SPEC參數(shù)為主，如下某收發(fā)器的負(fù)輸入閾值最小也是-200mV。
② 信號(hào)定義
現(xiàn)在很多的RS-485轉(zhuǎn)換器都是兼容RS-422的，所以看到很多轉(zhuǎn)換器上面的信號(hào)都是T/R 、T/R-，即對(duì)應(yīng)RS-485的A 和B-。
對(duì)于DB9針型的母頭，RS-485有如下的接線定義示意，Pin6~Pin9為N/A不接。
| DB9 | 輸出信號(hào) | RS-422全雙工接線 | RS-485半雙工接線 |
| 1 | T/R | 發(fā)（A ） | RS-485（A ） |
| 2 | T/R- | 發(fā)（B-） | RS-485（B-） |
| 3 | RXD | 收（A ） | 空 |
| 4 | RXD- | 收（B-） | 空 |
| 5 | GND | 地線 | 地線 |
③?拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用，多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在同一總線上最多可以掛接32個(gè)節(jié)點(diǎn)。
RS-485總線同I2C，也是主從模式，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)單從機(jī)模式，也支持多從機(jī)模式，不支持多主機(jī)模式。
▉ RS-485收發(fā)器
RS-485是差分傳輸，如果用單片機(jī)控制RS-485接口的設(shè)備，需要用到收發(fā)器，這一點(diǎn)和CAN總線是類似的，如下是一個(gè)MCU控制一個(gè)RS-485的圖示。
收發(fā)器內(nèi)部是一個(gè)接收器（上半部分）加一個(gè)發(fā)送器（下半部分），下面簡(jiǎn)單說(shuō)說(shuō)收發(fā)器的原理，便于理解MCU是如何和485設(shè)備通信的。
RS-485收發(fā)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)其中：
- A和B為總線；
- R為接收器輸入；
- RE為接收器使能信號(hào)；
- DE為發(fā)送器使能信號(hào)；
- D為發(fā)送器輸出；
對(duì)于使能信號(hào)，字母上面加一橫的為低電平有效（如上圖RE），不加的為高電平有效（如DE）。
對(duì)于發(fā)送器，有如下的真值表：
1、當(dāng)驅(qū)動(dòng)器使能引腳DE為邏輯高時(shí)，差分輸出A和B遵循數(shù)據(jù)輸入D處的邏輯狀態(tài)。D處的邏輯高導(dǎo)致A轉(zhuǎn)為高，B轉(zhuǎn)為低。在這種情況下，定義為VOD=VA-VB的差分輸出電壓為正。當(dāng)D為低時(shí)，輸出狀態(tài)反轉(zhuǎn)，B變高，A變低，VOD為負(fù)。
2、當(dāng)DE低時(shí)，兩個(gè)輸出都變成高阻抗。在這種情況下，與D處的邏輯狀態(tài)是不相關(guān)的。
發(fā)送器真值表
對(duì)于接收器，有如下的真值表：
1、當(dāng)接收器使能引腳RE邏輯低時(shí)，接收器被激活。當(dāng)定義為VID=VA–VB的差分輸入電壓為正且高于正輸入閾值VIT 時(shí)，接收機(jī)輸出R變高。當(dāng)VID為負(fù)且低于負(fù)輸入閾值VIT-，接收機(jī)輸出R變低。如果VID在VIT 和VIT-之間，則輸出不確定。
2、當(dāng)RE為邏輯高或懸空時(shí)，接收機(jī)輸出為高阻抗，VID的大小和極性無(wú)關(guān)。
接收器真值表
▉ RS-485數(shù)據(jù)鏈路
上面講到的RS-485收發(fā)器的工作原理，下面簡(jiǎn)單描述RS-485的數(shù)據(jù)鏈路，可以先看一下通俗易懂的UART協(xié)議幀格式
主機(jī)發(fā)送給從機(jī)或者從機(jī)發(fā)送給主機(jī)，都會(huì)占用到A和B線，所以RS-485多用在半雙工模式。
主機(jī)的GPIO會(huì)控制RS-485收發(fā)器的DE管腳，設(shè)置發(fā)送模式，從UART TXD線向RS-485收發(fā)器的數(shù)據(jù)（D或DI）線發(fā)送一個(gè)字節(jié)，收發(fā)器將在A和B線上將單端UART位流轉(zhuǎn)換為差分位流，數(shù)據(jù)離開收發(fā)器后，主機(jī)立即將收發(fā)器的模式切換為接收模式。
從機(jī)和主機(jī)是類似的，從機(jī)控制RS-485收發(fā)器的/RE管腳，設(shè)置為接收模式，接收主機(jī)發(fā)送的比特流，將其轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)，通過(guò)從機(jī)的UART RXD線接收，當(dāng)從機(jī)準(zhǔn)備好響應(yīng)時(shí)，它按主機(jī)原來(lái)的方式進(jìn)行發(fā)送，而主機(jī)變?yōu)榻邮铡?/span>
▉ RS-232和RS-485轉(zhuǎn)換
RS-232和RS-485之間可以轉(zhuǎn)換，一個(gè)方法是RS-232轉(zhuǎn)換成TTL，再由TTL轉(zhuǎn)換為RS-485，當(dāng)然也有芯片支持將RS-232直接轉(zhuǎn)換成RS-485，網(wǎng)上有很多模塊。
RS-232和RS-485轉(zhuǎn)換模塊
▉ RS-485和CAN的區(qū)別
雖說(shuō)RS-485沒有標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)協(xié)議格式，但和CAN總線在很多地方是有相似的，比如A
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