RS-485總線之收發器與數據鏈路基礎知識介紹

**1 **RS-485 收發器

RS-485是差分傳輸，如果用單片機控制RS-485接口的設備，需要用到收發器，這一點和CAN總線是類似的，如下是一個MCU控制一個RS-485的圖示。

圖1

收發器內部是一個接收器（上半部分）加一個發送器（下半部分），下面簡單說說收發器的原理，便于理解MCU是如何和485設備通信的。

圖2 RS-485收發器內部結構

其中：

A和B為總線；

R為接收器輸入；

RE為接收器使能信號；

DE為發送器使能信號；

D為發送器輸出；

對于使能信號，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）。

對于發送器，有如下的真值表：

當驅動器使能引腳DE為邏輯高時，差分輸出A和B遵循數據輸入D處的邏輯狀態。D處的邏輯高導致A轉為高，B轉為低。在這種情況下，定義為VOD=VA-VB的差分輸出電壓為正。當D為低時，輸出狀態反轉，B變高，A變低，VOD為負。

當DE低時，兩個輸出都變成高阻抗。在這種情況下，與D處的邏輯狀態是不相關的。

圖3 發送器真值表

對于接收器，有如下的真值表：

當接收器使能引腳RE邏輯低時，接收器被激活。當定義為VID=VA–VB的差分輸入電壓為正且高于正輸入閾值VIT+時，接收機輸出R變高。當VID為負且低于負輸入閾值VIT-，接收機輸出R變低。如果VID在VIT+和VIT-之間，則輸出不確定。

當RE為邏輯高或懸空時，接收機輸出為高阻抗，VID的大小和極性無關。

圖4 接收器真值表

**2 **RS-485數據鏈路

上面講到的RS-485收發器的工作原理，下面簡單描述RS-485的數據鏈路。

圖5

主機發送給從機或者從機發送給主機，都會占用到A和B線，所以RS-485多用在半雙工模式。

主機的GPIO會控制RS-485收發器的DE管腳，設置發送模式，從UART TXD線向RS-485收發器的數據（D或DI）線發送一個字節，收發器將在A和B線上將單端UART位流轉換為差分位流，數據離開收發器后，主機立即將收發器的模式切換為接收模式。

從機和主機是類似的，從機控制RS-485收發器的/RE管腳，設置為接收模式，接收主機發送的比特流，將其轉換為單端信號，通過從機的UART RXD線接收，當從機準備好響應時，它按主機原來的方式進行發送，而主機變為接收。

**3 **RS-232和RS-485轉換

RS-232和RS-485之間可以轉換，一個方法是RS-232轉換成TTL，再由TTL轉換為RS-485，當然也有芯片支持將RS-232直接轉換成RS-485，網上有很多模塊。

4 RS485和RS422

RS232接口是一種用于近距離(最大30-60米)、慢速度、點對點通訊的通訊協議，在RS232中一個信號只用到一條信號線，采取與地電壓參考的方式，因而在長距離傳輸后，發送端和接收端地電壓有出入，容易造成通訊出錯或速度降低。

RS485/422接口采用不同的方式:每個信號都采用雙絞線(兩根信號線)傳送，兩條線間的電壓差用于表示數字信號。例如把雙絞線中的一根標為 A(正)，另一根標為B(負)，當A為正電壓(通常為+5V)，B為負電壓時(通常為0)，表示信號“1”;反之，A為負電壓，B為正電壓時表示信號 “0”。RS485/422允許通訊距離可達到1200米，采用合適的電路可達到2.5MB/s的傳輸速率。

RS422與RS485采用相同的通訊協議，但有所不同:它采用兩根雙絞線，數據可以同時雙向傳遞(全雙工)。而RS485則采用一根雙絞線，輸入輸出信號不能同時進行(半雙工)，RS485可用于多點通訊，一條信號線上可連接多個設備，它通常采用主/從結構。

在RS485(半雙工)通信中，發送信號時，由TXD輸出的TTL電平信號經RS485轉換器轉換后，從發送器(A和B)輸出RS485信號;接收信號時，RS485信號經接收器(A和B)接收后，然后RS485轉換器將信號轉換為TTL電平信號，傳給RXD 。（注意： 2個需要通訊設備之間是各有一個RS485轉換器 ， 并不是它們的信號只經過了一個RS485轉換器就成功通訊了 ）

圖7

在RS422(全雙工)通信中，因信號的輸入和輸出分開，所以需要兩根雙絞線來傳送輸入和輸出信號，標為A、B、Y、Z(A為輸入信號的正極，B為輸入信號的負極，Y為輸出信號的正極，Z為輸出信號的負極)。發送信號時，由TXD輸出的TTL電平信號經RS422轉換器后，從發送器(Y和Z)輸出RS485/RS422 信號;接收信號時，RS485/RS422信號經接收器(A和B)接收后，RS422轉換器將信號轉換為TTL電平信號，傳給串口的RXD。

圖8:DM系列RS485/RS422接口轉換器原理圖(半雙工)

圖9:DM系列RS485/RS422接口轉換器原理圖(全雙工)

以上圖片只是貼出了一半的接線圖，這里給出一張多機通訊的RS485接線原理圖（半雙工）

圖10

典型接法

DM485的輸出端最多可以連接256個RS485接口，其典型接法如圖3(半雙工)和圖4(全雙工)所示。在最遠的兩個終端上，輸入和輸出端之間各需接上一個120歐姆的電阻。在RS485/RS422的接口連接時，甲接口的輸出端接乙接口的輸入端，雙絞線的正極接正極，負極接負極;甲接口的輸入端接乙接口的輸出端，雙絞線的正極接正極，負極接負極。

圖11

圖12

注意事項

1、在長距離傳輸中，一定要使用用雙絞線

2、多終端傳輸時，距離最遠的兩個終端上，輸入和輸出端之間一定連接120歐姆的電阻。

補充：我不知道為什么那么多的資料都沒有說明RS485通信發送和接收數據時的細節，都只說2根線就能發送和接收數據？注意：485芯片有個控制端，控制端高電平時候為接收數據，低電平時候為發送數據。而我們在實際項目開發的時候，在使用RS485通信時，如果自己的電路并沒有設計成RS485硬件自收發切換的電路，則需要自己控制485的收發使能引腳。即發送數據時，需要拉低485芯片控制端的IO口；相反接收數據時，需要拉高控制端的IO口。

需要自己控制收發的485芯片原理圖:

圖13

控制策略：UART_CON為低電平，485處于接收狀態；UART_CON為高電平，485處于發送狀態。通過切換UART_CON的電平來達到485收發狀態的切換。

485芯片硬件自動收發切換電路:

圖14

接收：默認沒有數據時，在接收數據的過程中，TXD引腳是一直保持高電平的，三極管導通，RE低電平使能，485芯片處于接收狀態，然后485芯片的RO引腳（也就是接RXD的引腳）就會反應AB傳輸過來的數據。

發送：發送數據時，TX會先有一個下拉的電平（起始位-由高向低），表示開始發送數據，此時三極管截止，DE為高電平發送使能。當發送數據“0”時，由于DI接口相當于接地，此時數據“0”就會傳輸到AB扣，A-B<0，則傳輸“0”，完成低電平傳輸，當發送“1”時，此時三極管導通，RE變為低電平，按理說會讓接收使能，但是由于還處于發送數據中，這種狀態下MAX485處于高阻態，此時的狀態通過A上拉電阻(R5)，B下拉電阻(R4)決定，此時A-B>0傳輸“1”，完成高電平的傳輸。

注意：這里面有個疑惑，發送數據“1”，三極管RE低電平有效，應該是接收使能，為什么芯片是高阻態呢？這是因為UART發送數據是有一定格式的，TX和RX數據均以“位”為最小單位進行傳輸，在發送數據之前，UART之間要約定好數據傳輸速率，即波特率，數據傳輸格式（數據位，校驗，停止），平時數據線處于空閑狀態（1狀態），當發送數據時，TX由“1”變為“0”維持1位的時間，這樣接收方檢測到開始位后，再等待1.5位時間就開始一位一位的進行數據傳輸了，也就是說，已經確定好發送狀態，電路發送“1”時RE雖然有效，但是由于它處于發送階段，芯片也不會收，即芯片處于高阻狀態。

**5 **RS-485和CAN的區別

雖說RS-485沒有標準的數據協議格式，但和CAN總線在很多地方是有相似的，比如A&B和CANH&CANL都是差分信號，通信都需要收發器，都需要120歐姆的匹配電阻等等。