第41章 RS-485通讯实验—零死角玩转STM32-F429系列

 

第41章     RS-485通讯实验

全套200集视频教程和1000页PDF教程请到秉火论坛下载：www.firebbs.cn

野火视频教程优酷观看网址：http://i.youku.com/firege

 

 

 

本章参考资料：《STM32F4xx中文参考手册》USART章节。

学习本章时，配合本书前面的《USART—串口通讯》及《CAN—通讯实验》章节进行对比学习，效果更佳。

关于实验板中使用的MAX485收发器资料可查阅《MAX485》规格书了解。

41.1 RS-485通讯协议简介

与CAN类似，RS-485是一种工业控制环境中常用的通讯协议，它具有抗干扰能力强、传输距离远的特点。RS-485通讯协议由RS-232协议改进而来，协议层不变，只是改进了物理层，因而保留了串口通讯协议应用简单的特点。

41.1.1 RS-485的物理层

从《CAN—通讯实验》章节中了解到，差分信号线具有很强的干扰能力，特别适合应用于电磁环境复杂的工业控制环境中，RS-485协议主要是把RS-232的信号改进成差分信号，从而大大提高了抗干扰特性，它的通讯网络示意图见图 411。

图 411 RS-485通讯网络示意图

对比CAN通讯网络，可发现它们的网络结构组成是类似的，每个节点都是由一个通讯控制器和一个收发器组成，在RS-485通讯网络中，节点中的串口控制器使用RX与TX信号线连接到收发器上，而收发器通过差分线连接到网络总线，串口控制器与收发器之间一般使用TTL信号传输，收发器与总线则使用差分信号来传输。发送数据时，串口控制器的TX信号经过收发器转换成差分信号传输到总线上，而接收数据时，收发器把总线上的差分信号转化成TTL信号通过RX引脚传输到串口控制器中。

RS-485通讯网络的最大传输距离可达1200米，总线上可挂载128个通讯节点，而由于RS-485网络只有一对差分信号线，它使用差分信号来表达逻辑，当AB两线间的电压差为-6V~-2V时表示逻辑1，当电压差为+2V~+6V表示逻辑0，在同一时刻只能表达一个信号，所以它的通讯是半双工形式的，它与RS-232通讯协议的特性对比见图 411。

表 411 RS-232/422/485 标准对比

通讯标准	信号线	通讯方向	电平标准	通讯距离	通讯节点数
RS232	单端TXD、RXD、GND	全双工	逻辑1：-15V~-3V 逻辑0：+3V~+15V	100米以内	只有两个节点
RS485	差分线AB	半双工	逻辑1：-6V~-2V 逻辑0：+2V~+6V	1200米	支持多个节点。支持多个主设备，任意节点间可互相通讯

RS-485与RS-232的差异只体现在物理层上，它们的协议层是相同的，也是使用串口数据包的形式传输数据。而由于RS-485具有强大的组网功能，人们在基础协议之上还制定了MODBUS协议，被广泛应用在工业控制网络中。此处说的基础协议是指前面串口章节中讲解的，仅封装了基本数据包格式的协议(基于数据位)，而MODBUS协议是使用基本数据包组合成通讯帧格式的高层应用协议(基于数据包或字节)。感兴趣的读者可查找MODBUS协议的相关资料了解。

由于RS-485与RS-232的协议层没有区别，进行通讯时，我们同样是使用STM32的USART外设作为通讯节点中的串口控制器，再外接一个RS-485收发器芯片把USART外设的TTL电平信号转化成RS-485的差分信号即可。

41.2 RS-485—双机通讯实验

本小节演示如何使用STM32的USART控制器与MAX485收发器，在两个设备之间使用RS-485协议进行通讯，本实验中使用了两个实验板，无法像CAN实验那样使用回环测试(把STM32 USART外设的TXD引脚使用杜邦线连接到RXD引脚可进行自收发测试，不过这样的通讯不经过RS-485收发器，跟普通TTL串口实验没有区别)，本教程主要以"USART—485通讯"工程进行讲解。

41.2.1 硬件设计

图 412 双CAN通讯实验硬件连接图

图 4016中的是两个实验板的硬件连接。在单个实验板中，作为串口控制器的STM32从USART外设引出TX和RX两个引脚与RS-485收发器MAX485相连，收发器使用它的A和B引脚连接到RS-485总线网络中。为了方便使用，我们每个实验板引出的A和B之间都连接了1个120欧的电阻作为RS-485总线的端电阻，所以要注意如果您要把实验板作为一个普通节点连接到现有的RS-485总线时，是不应添加该电阻的！

由于485