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RS-485在很多場景都有，特別是在一些工業(yè)設(shè)備中，本文帶你深入理解RS-485的原理。
▉ 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，但是人們會習(xí)慣稱為RS-485標(biāo)準(zhǔn)，RS-485常用在工業(yè)、自動化、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，使用一對雙絞線，其中一根線定義為A，另一個定義為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)。它處理電信號到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，同時定義電壓、時序、數(shù)據(jù)速率等。

① 差分信號

長距離布線會有信號衰減，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，差值相減就會忽略掉干擾依舊能輸出正常的信號，把這種差分接收器忽略兩條信號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，在較長的電纜長度上，接收器接收到的電壓可能會降低到+/- 200 mV，這對于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)換器上面的信號都是T/R+、T/R-，即對應(yīng)RS-485的A+和B-。

對于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	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個節(jié)點(diǎn)。

RS-485總線同I2C，也是主從模式，支持點(diǎn)對點(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MCU控制一個RS-485的圖示。

收發(fā)器內(nèi)部是一個接收器（上半部分）加一個發(fā)送器（下半部分），下面簡單說說收發(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；

• DE為發(fā)送器使能信號；

• D為發(fā)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(fā)送器，有如下的真值表：

1、當(dāng)驅(qū)動器使能引腳DE為邏輯高時，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，輸出狀態(tài)反轉(zhuǎn)，B變高，A變低，VOD為負(fù)。

2、當(dāng)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(tài)是不相關(guān)的。

發(fā)送器真值表

對于接收器，有如下的真值表：

1、當(dāng)接收器使能引腳RE邏輯低時，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，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，接收機(jī)輸出為高阻抗，VID的大小和極性無關(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，通過從機(jī)的UART RXD線接收，當(dāng)從機(jī)準(zhǔn)備好響應(yīng)時，它按主機(jī)原來的方式進(jìn)行發(fā)送，而主機(jī)變?yōu)榻邮铡?br />

▉ RS-232和RS-485轉(zhuǎn)換

RS-232和RS-485之間可以轉(zhuǎn)換，一個方法是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&B和CANH&CANL都是差分信號，通信都需要收發(fā)器，都需要120歐姆的匹配電阻等等。

總線特性	CAN總線	RS-485總線
硬件成本	稍高	低廉
總線利用率	優(yōu)先級自動仲裁，利用率高	采用輪詢，利用率低
數(shù)據(jù)傳輸率	高	低
錯誤檢測機(jī)制	控制器帶校驗(yàn)機(jī)制，保證底層數(shù)據(jù)傳輸正確	只有物理層規(guī)范，無數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定
單節(jié)點(diǎn)故障影響	總線無影響	總線癱瘓
開發(fā)成本	軟件開發(fā)靈活，時間成本低	開發(fā)難度較大
系統(tǒng)成本	較低	高

▉ RS-485常用電路

網(wǎng)上找的一個常用的RS-485電路，其中需要注意兩點(diǎn)：

1、使能信號RE和DE可采用一個GPIO控制，節(jié)省資源，GPIO25輸出高電平，RE=DE=0V，進(jìn)入接收模式；GPIO25輸出低電平，RE=DE=3.3V，進(jìn)入發(fā)送模式。

2、有一些電路中會在A上加上拉，B上加下拉電阻，主要原因是：RS-485總線在idle狀態(tài)，電平是不固定的，即電平在-200mV~+200mV之間，收發(fā)器可能輸出高也可能輸出低，UART在空閑時需要保持高電平的，如果此時收發(fā)器輸出一個低電平，對UART來說是一個start bit，會導(dǎo)致通信異常，關(guān)于Ru和Rd的阻值在這里不作過多贅述，后面有機(jī)會會詳細(xì)寫一篇文章。

關(guān)于第二點(diǎn)，需要注意：

① A上加上拉，B上加下拉，接反數(shù)據(jù)通信也可能出錯。

② 某些收發(fā)器內(nèi)部集成上下拉電阻，則外部不需要再添加。

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