示波器调试RS485通信波形图

由于笔者在调试STM32移植的MODBUS协议的时候遇到了一些问题,需要借助示波器来看波形,而关于485通信波形相关的资料网上不多,所以把自己调试过程中的波形记录下来。
硬件:STM32单片机,1个主机和10个从机,移植MODBUS协议,采用轮询机制,主机挨个询问从机,从机采集一些信息回复给主机。
原理图:使用带隔离的芯片ADM2483,PA1,PA2,PA3指的是单片机的引脚,分别是使能,TXD和RXD。
原理图
代码:基本上是http://www.openedv.com/forum.php?mod=viewthread&tid=98367&highlight=modbus
根据自己的业务稍微做了简化和修改。
以下是主机询问以及从机回答的波形,两组。测试的是AB两线的电压差
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以下是一组主机询问与从机回答的波形,中间间隔7ms左右。注意,MODBUS规定两组数据之间必须有3.5字符的间隔,我的单个字符时长大约1ms,所以这个间隔不得小于3.5ms。
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以下是一个命令的波形,可以看出一个命令用时约为8ms多一点,而一个命令是8个字符,通常情况下1个字符包括1位起始位、8位数据位(一般情况)、1位校验位(或者没有,本例子没有校验位)、1位停止位(一般情况下)。也就是一个字符是10位,由此可以推算出波特率:10bit / 1.05ms X 1000 ≈ 9600 bit/s
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以下两图是把波形进一步“放大”,尝试从波形里读出数据。约4格表示一个字符。
此图是上图前四格的第一个字符,也就是10位,起始位总是低电平,而结束位是高电平,8个数据位,低位在前。可以看出,第一格式起始位的低电平,接下来是连续3个高电平和5个低电平,最后一格是结束位的高电平。中间的数据位是1110 0000,由于低位在前,所以实际是0000 0111,也就是0x07
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下图的黄色线是A线对地电压,蓝线是B线对地电压。为了方便观察,第一个图把两个波形完全分开了,第二个图的“地”在同一水平线上。而A减去B,也就是黄色减去蓝色,就可以得到465总线上的电压情况。可以看出,单个A或是B的波形都不是很理想,定时A-B的波形还不错。大概这就是485通信稳定的一个原因了吧。
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<think>好的,用户想了解CAN通信波形振铃对通讯的影响,包括原因和解决方案。首先,我需要回顾一下CAN总线的基本工作原理和信号传输方式。CAN总线使用差分信号,即CAN_H和CAN_L两条线,通过电压差来表示数据。显性电平(逻辑0)时,CAN_H比CAN_L高约2V;隐性电平(逻辑1)时,两者电压差接近0V。 振铃效应通常是由于信号反射引起的,这在高频信号传输中比较常见。信号反射的原因可能有终端电阻不匹配、总线拓扑结构不合理、线缆阻抗不连续等。在CAN通信中,振铃会导致信号波形出现振荡,可能影响接收端对信号的正确判断,尤其是在边沿转换时,比如显性到隐性的跳变。 根据用户提供的引用内容,特别是引用[1],提到共模信号引起的振铃可能导致数据丢失同步,增加错误计数。而引用[3]提到检查差分信号,确保电平符合要求,这可能涉及到终端电阻的匹配问题。解决方案方面,终端电阻的匹配是关键,通常CAN总线两端需要各接一个120Ω的电阻,以匹配总线阻抗,减少反射。此外,优化布线、避免分支过长、使用屏蔽双绞线等方法也能减少干扰和反射。 需要进一步考虑用户可能的应用场景,比如汽车或工业控制,这些环境下干扰较多,因此解决方案需要兼顾可靠性和实际可行性。同时,用户可能还关心如何检测振铃现象,使用示波器观察差分信号是一个方法,如引用[3]所述。此外,检查波特率设置是否正确,避免因速率过高导致信号完整性问题。 可能遗漏的点包括总线长度和节点数量对振铃的影响,长距离传输更容易出现阻抗不匹配。另外,共模扼流圈的使用是否有效,或者增加滤波电容等措施是否适用。需要确认这些方案是否在CAN规范允许的范围内,比如终端电阻的值是否严格符合要求。 总结回答结构:先解释振铃现象及其对CAN通讯的影响,然后分析主要原因,如阻抗不匹配、拓扑结构等,最后给出解决方案,包括终端电阻、布线优化、共模抑制等,并引用提供的资料支持观点。</think>### CAN通信波形振铃的影响与解决方案 #### 一、振铃对信号质量的影响 1. **同步问题** 振铃会导致信号边沿(如显性到隐性电平的跳变)出现振荡,可能使接收端误判信号时序,引发同步丢失和错误帧累计[^1]。 2. **共模干扰放大** 振铃产生的共模电压可能叠加在差分信号上,若幅值过大(如超过接收器共模范围),会导致数据解析错误[^1]。 3. **信号完整性下降** 振铃会延长信号稳定时间,在高波特率场景下可能影响位采样精度,例如在$1\,\text{Mbps}$速率下,位宽仅$1\,\mu\text{s}$,振铃若持续超过$200\,\text{ns}$即可能引发错误[^3]。 --- #### 二、振铃产生的原因 1. **阻抗不匹配** 终端电阻未按规范配置(两端各$120\,\Omega$),导致信号反射。反射系数计算公式为: $$ \Gamma = \frac{Z_L - Z_0}{Z_L + Z_0} $$ 其中$Z_0$为线缆特性阻抗(典型值$120\,\Omega$),$Z_L$为负载阻抗。 2. **总线拓扑问题** 长分支线(Stub)或菊花链过长,导致阻抗突变。例如,分支长度超过$\lambda/10$($\lambda$为信号波长)时,反射显著增加。 3. **线缆质量差** 非屏蔽双绞线(UTP)或线缆阻抗不均匀(如接头处阻抗突变)加剧信号反射。 --- #### 三、解决方案 1. **终端电阻匹配** - 在总线两端分别接入$120\,\Omega$电阻,确保阻抗匹配[^1]。 - 验证方法:断开所有节点,测量总线两端电阻应为$60\,\Omega$(并联结果)。 2. **优化拓扑结构** - 采用直线型拓扑,分支长度控制在$0.3\,\text{m}$以内(ISO 11898-2标准)。 - 避免星型或环形拓扑(如图1): ``` [错误拓扑] [正确拓扑] Controller Controller /|\ ——— Node1 / | \ ——— Node2 Node1 Node2 ——— Node3 ``` 3. **抑制共模干扰** - 在CAN_H/CAN_L对地之间并联$4.7\,\text{nF}$电容,滤除高频共模噪声。 - 使用共模扼流圈(CMC),典型参数:$100\,\text{MHz}$阻抗$1\,\text{k}\Omega$。 4. **信号质量检测** 通过示波器数学函数观察差分信号($CAN\_H - CAN\_L$),要求: - 显性电平$2.0\pm0.5\,\text{V}$,隐性电平$0\pm0.1\,\text{V}$。 - 上升/下降时间不超过$0.3T_{\text{bit}}$($T_{\text{bit}}$为位周期)。 --- #### 四、工程调试建议 1. **故障复现工具** 使用CAN干扰注入仪模拟振铃,观察节点容错表现(如错误帧发送频率)。 2. **眼图分析** 通过协议分析仪生成眼图(如图2),要求信号在采样点(通常位宽70%~80%)处满足: $$ V_{\text{margin}} > 0.5\,\text{V} $$ ---
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