标题通信协议之485

标题RS-485通信协议标准

通信协议是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定，主要实现两个设备之间的数据交换功能.
通信协议分硬件层协议和软件层协议。

硬件层协议决定数据如何传输，比如要设备A要想设备B发送0x63,0x63的二进制数为0110 0011，这8个二进制数要从设备A传输到设备B，涉及到1怎么传，0怎么传，这就是硬件层要解决的问题。

硬件层协议目前比较多见的有RS-232、RS-485和SPI等。
其中串行通信RS-485规定：逻辑“1”以两线间的电压差为+（2-6）伏表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（2-6）伏表示。
再者，比如要选择多少条线传输数据，选择什么材质的线传输输入，这些也是属于硬件层协议约束的。

MCU管脚输出TTL电平，TTL电平的意思是，当MCU管脚输出0电平时，一般情况下电压是0伏，当MCU管脚输出1电平时，电压是5伏。因TTL电平是由一条信号线，一条地线产生，信号线上的干扰信号会跟随有效信号传送到到接收端，使得有效信号受到干扰，485通信实际上是把MCU出来的TTL电平通过硬件层的一个转换器芯片进行转换，示意图如图一所示。

图 1

把MCU出来的一条TTL信号经过芯片转换为两根线（线A、线B）上的信号。当MCU给转换器输入低TTL电平时，转换器会使线B上的电压比线A上的电压高，反之，线A上的电压比线B上的电压高。

485协议规定两条线上电压差值为多少表示0或者1，电压通过仪表可以测量得到，所以说RS-485是硬件层协议。

485协议的接收端可能是另一个MCU，MCU管脚也只接受TTL电平，转换芯片过来的是两条线的电压，所以需要对此两条线差分电压转换为TTL电平，示意图如图二所示。

图 2

把TTL电平转换为485电平，实质是一个集成芯片，其间无任何程序代码，纯粹是硬件逻辑。同理，将485电平转换为TTL电平也是如此。现在很多芯片将接收和转换都集成到了一块IC，注意，转换器和接收器依旧是没有同时工作的。

2.RS-485通信总线标准

RS-485标准采用平衡式发送和差分接收方式实现通信，由于传输线通常使用双绞线，又是差分传输，所以有极强的抗共模干扰的能力。RS-485采用半双工工作方式，支持多点数据通信。

总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，即采用一条总线将各个节点串接起来，不支持环形或星型网络，如果需要使用星型结构，就必须使用485中继器或485集线器。RS-485总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或256个节点，最大的可以支持到400个节点。

3.RS-485电路设计原理
TTL，RS-485两者之间的电平标准定义不通，需要电平转换芯片来实现两者间的数据交换。图三是一般RS-485电平转换芯片引脚数及其定义，或者称为RS-485收发芯片。

RS-485收发芯片（电平转换芯片）可以理解成两部分，分别为驱动器和接收器。

驱动器输出是差分输出，DE管脚上的逻辑高电平将使能驱动器差分输出，如果DE为逻辑低电平，则驱动器输出呈现高阻态，将发送端与输出A，B断开。

表 1驱动器输出真值表

通过该真值表可知，在发送时，/RE的电平高低就无所谓了DE是高电平时，

那么DI为1，A>B，驱动器发送器输出1，

DI为0时，B>A，驱动器发送器输出0。

而当DE为低电平时，则输出高阻态，也就是隔开了DI与A，B之间的关系。

RS-485接收器输入时差分输入，/RE来使能接收器，当/RE为低电平时，接收器使能。

表 2接收器输出真值表

差分传输：发送端在两条信号线上传输幅值相等，相位相反电信号，接收端在对接收的两条线信号做减法运算，这样就获得幅值翻倍的信号。

特别注意：千万不要以为RS-485的逻辑“1”是B>A，逻辑“0”就是A>B。

正确理解：分两种情况驱动器（发送器）和接收器，

对于驱动器（发送器），逻辑“1”（正）是A>B，AB之间电压为+（2~6）V；

逻辑“0”（负）是A<B，AB之间电压为-（2~6）V。

而对于接收器，则逻辑“1”（正）则是B>A，BA之间电压不小于200mV;

逻辑“0”（负）则是A>B，BA之间电压小于-200mV;
即正负逻辑，电压绝对值都大于200mV。

由于RS-485芯片特性，接收器的检测灵敏度为±220mV，当A，B端的电位差绝对值小于200mV时，输出为不稳定，如果在总线上所有发送器被禁止时，接收器输出逻辑“0”，这会误认为通信帧的起始引起工作不正常，解决这个问题的办法就是人为的地使A端电位高于B端电位，这样Rxd的电平在485总线不发送期间（总线悬浮时）呈现唯一的高电平，MCU就不会被误中断而收到乱字符，通常在485电路的A，B输出端加接上拉、下拉电阻，提供网络失效保护，提高RS-485节点与网络的可靠性。

一般情况下不需要增加终端电阻，只有在485通信距离超过300米的情况下，要在485通信的开始端和结束端增加终端电阻。

隔离虽然能够有效的抑制高共模电压，但总线上还会存在浪涌冲击、电源线与485线短路等潜在危害，所以一般会在总线端采取一定的保护措施。

通常在RS-485通讯接口的A，B通讯线上各串接一个热敏电阻，在热敏电阻与RS-485通讯接口之间的A，B通讯线和地之间分别设有TVS瞬变抑制二极管。

没有故障时，热敏电阻接近零，不影响正常通讯，当误接220V时，热敏电阻变的无穷大，相当于通讯回路和外面断开，当故障消失后，热敏电阻阻值降到零，又可以正常使用。

由于RS-485是半双工通信，收发转换是需要一定的时间，所以一般在收发转换之间和每发送完一帧数据之后，都要有相应的延时，如果出现收发不正常或第一帧数据之后就出现误码现象，则可以适当的增加一下延时时间。

异步通信数据以字节的方式传送，在每一个字节传送之前，先要通过一个低电平起始位实现握手。为防止干扰信号误触RO（接收器输出）产生负跳变，使接收端MCU进入接收状态，建议RO外接10kΩ的上拉电阻。

电源旁路电容，作用是给485芯片提供一个干净的电源，使它稳定的工作。
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最后

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