代码收藏家 485通讯：深入了解
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一、485 简介
485（一般称作 RS485/EIA-485）是隶属于 OSI 模型物理层的电气特性规定为 2 线，半双工，多点通信的标准。它的电气特性和 RS-232 大不一样。用缆线两端的电压差值来表示传递信号。
RS485 仅仅规定了接受端和发送端的电气特性。它没有规定或推荐任何数据协议。RS485 的特点包括：
（1） 接口电平低，不易损坏芯片。RS485 的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+(2~ 6)V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-(2~6)V 表示。接口信号电平比 RS232 降低了，不易损坏接口电路的芯片，且该电平与 TTL 电平兼容，可方便与 TTL 电路连接。
（2） 传输速率高。10 米时，RS485 的数据最高传输速率可达 35Mbps，在 1200m 时，传输速度可达 100Kbps。
（3） 抗干扰能力强。RS485 接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。
（4） 传输距离远，支持节点多。RS485 总线最长可以传输 1200m 以上（速率≤100Kbps）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 个或者 256 个节点，最大的可以支持到 400 个节点。
RS485 推荐使用在点对点网络中，线型，总线型，不能是星型，环型网络。理想情况下 RS485需要 2 个匹配电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗（一般为 120Ω）。没有特性阻抗的话，当所有的设备都静止或者没有能量的时候就会产生噪声，而且线移需要双端的电压差。没有终接电阻的话，会使得较快速的发送端产生多个数据信号的边缘，导致数据传输出错。485 推荐的连接方式如下图所示：
在上面的连接中，如果需要添加匹配电阻，我们一般在总线的起止端加入，也就是主机和设备 4 上面各加一个 120Ω的匹配电阻。
由于 RS485 具有传输距离远、传输速度快、支持节点多和抗干扰能力更强等特点，所以RS485 有很广泛的应用。
本节我以原子哥的战舰STM32开发板为例进行485通讯
战舰 STM32 开发板采用 SP3485 作为收发器，该芯片支持 3.3V 供电，最大传输速度可达10Mbps，支持多达 32 个节点，并且有输出短路保护。该芯片的框图如下图所示：
图中 A、B 总线接口，用于连接 485 总线。RO 是接收输出端，DI 是发送数据收入端，RE是接收使能信号（低电平有效），DE 是发送使能信号（高电平有效）。
本节我们通过该芯片连接 STM32 的串口 2，实现两个开发板之间的 485 通信。本节将实现这样的功能：通过连接两个战舰 STM32 开发板的 RS485 接口，然后由 KEY0 控制发送，当按下一个开发板的 KEY0 的时候，就发送 5 个数据给另外一个开发板，并在两个开发板上分别显示发送的值和接收到的值。
本节，我们只需要配置好串口 2，就可以实现正常的 485 通信了，串口 2 的配置和串口 1基本类似，只是串口的时钟来自 APB1，最大频率为 36Mhz。
二、 硬件设计
本次实验需要用到的硬件资源如下：
（1） 指示灯 DS0
（2） KEY0 按键
（3） TFTLCD 模块
（4） 串口 2
（5） RS485 收发芯片
前面 3 个在上几节中都有详细介绍，这里我主要介绍 RS485 和串口 2 的连接关系，如下图所示：
从上图可以看出：STM32F1 的串口 2 通过 P7 端口设置，连接到 SP3485，通过 STM32F1的 PD7 控制 SP3485 的收发，当 PD7=0 的时候，为接收模式；当 PD7=1 的时候，为发送模式。
这里需要注意，RS485_RE 信号和 DM9000_RST 共用 PD7，所以他们也不可以同时使用，只能分时复用。
另外，图中的 R19 和 R22 是两个偏置电阻，用来保证总线空闲时，A、B 之间的电压差都会大于 200mV（逻辑 1）。从而避免因总线空闲时，A、B 压差不定，引起逻辑错乱，可能出现的乱码。
然后，我们要设置好开发板上P7排针的连接，通过跳线帽将PA2和PA3分别连接到485_RX和 485_TX 上面，如图 下所示：
最后，用 2 根导线将两个开发板 RS485 端子的 A 和 A，B 和 B 连接起来。这里注意不要接反了（A 接 B），接反了会导致通讯异常。
三、软件设计
rs485.c
#include "sys.h"
#include "rs485.h"
#include "delay.h"
#ifdef EN_USART2_RX //如果使能了接收
//接收缓存区
u8 RS485_RX_BUF[64]; //接收缓冲,最大64个字节.
//接收到的数据长度
u8 RS485_RX_CNT=0;
void USART2_IRQHandler(void)
{
u8 res;
if(USART_GetITStatus(USART2, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收到数据
{
res =USART_ReceiveData(USART2); //读取接收到的数据
if(RS485_RX_CNT<64)
{
RS485_RX_BUF[RS485_RX_CNT]=res; //记录接收到的值
RS485_RX_CNT++; //接收数据增加1
}
}
}
#endif
//初始化IO 串口2
//pclk1:PCLK1时钟频率(Mhz)
//bound:波特率
void RS485_Init(u32 bound)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE);//使能GPIOA,D时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE);//使能USART2时钟
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7; //PD7端口配置
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; //PA2
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;//PA3
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE);//复位串口2
RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_USART2,DISABLE);//停止复位
#ifdef EN_USART2_RX //如果使能了接收
USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//波特率设置
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//8位数据长度
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;///奇偶校验位
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;//收发模式
USART_Init(USART2, &USART_InitStructure); ; //初始化串口
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn; //使能串口2中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3; //先占优先级2级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; //从优先级2级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能外部中断通道
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
USART_ITConfig(USART2, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启中断
USART_Cmd(USART2, ENABLE); //使能串口
#endif
RS485_TX_EN=0; //默认为接收模式
}
//RS485发送len个字节.
//buf:发送区首地址
//len:发送的字节数(为了和本代码的接收匹配,这里建议不要超过64个字节)
void RS485_Send_Data(u8 *buf,u8 len)
{
u8 t;
RS485_TX_EN=1; //设置为发送模式
for(t=0;t<len;t++) //循环发送数据
{
while(USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TC) == RESET);
USART_SendData(USART2,buf[t]);
}
while(USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TC) == RESET);
RS485_RX_CNT=0;
RS485_TX_EN=0; //设置为接收模式
}
//RS485查询接收到的数据
//buf:接收缓存首地址
//len:读到的数据长度
void RS485_Receive_Data(u8 *buf,u8 *len)
{
u8 rxlen=RS485_RX_CNT;
u8 i=0;
*len=0; //默认为0
delay_ms(10); //等待10ms,连续超过10ms没有接收到一个数据,则认为接收结束
if(rxlen==RS485_RX_CNT&&rxlen)//接收到了数据,且接收完成了
{
for(i=0;i<rxlen;i++)
{
buf[i]=RS485_RX_BUF[i];
}
*len=RS485_RX_CNT; //记录本次数据长度
RS485_RX_CNT=0; //清零
}
}
此部分代码总共 4 个函数，其中 RS485_Init 函数为 485 通信初始化函数，其实基本上就是在配置串口 2，只是把 PD7 也顺带配置了，用于控制 SP3485 的收发。同时如果使能中断接收的话，会执行串口 2 的中断接收配置。USART2_IRQHandler 函数用于中断接收来自 485 总线的数据，将其存放在 RS485_RX_BUF 里面。
最后 RS485_Send_Data 和RS485_Receive_Data 这两个函数用来发送数据到 485 总线和读取从 485 总线收到的数据。
在头文件 rs485.h 中开启串口 2 的中断接收。
main.c
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "sys.h"
#include "lcd.h"
#include "usart.h"
#include "rs485.h"
int main(void)
{
u8 key;
u8 i=0,t=0;
u8 cnt=0;
u8 rs485buf[5];
delay_init(); //延时函数初始化
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级
uart_init(115200); //串口初始化为115200
LED_Init(); //初始化与LED连接的硬件接口
LCD_Init(); //初始化LCD
KEY_Init(); //按键初始化
RS485_Init(9600); //初始化RS485
POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色
LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"WarShip STM32");
LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"RS485 TEST");
LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");
LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2015/1/15");
LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"KEY0:Send"); //显示提示信息
POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色
LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"Count:"); //显示当前计数值
LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"Send Data:"); //提示发送的数据
LCD_ShowString(30,210,200,16,16,"Receive Data:"); //提示接收到的数据
while(1)
{
key=KEY_Scan(0);
if(key==KEY0_PRES)//KEY0按下,发送一次数据
{
for(i=0;i<5;i++)
{
rs485buf[i]=cnt+i;//填充发送缓冲区
LCD_ShowxNum(30+i*32,190,rs485buf[i],3,16,0X80); //显示数据
}
RS485_Send_Data(rs485buf,5);//发送5个字节
}
RS485_Receive_Data(rs485buf,&key);
if(key)//接收到有数据
{
if(key>5)key=5;//最大是5个数据.
for(i=0;i<key;i++)LCD_ShowxNum(30+i*32,230,rs485buf[i],3,16,0X80); //显示数据
}
t++;
delay_ms(10);
if(t==20)
{
LED0=!LED0;//提示系统正在运行
t=0;
cnt++;
LCD_ShowxNum(30+48,150,cnt,3,16,0X80); //显示数据
}
}
}
此部分代码， cnt 是一个累加数，一旦 KEY0 按下按下，就以这个数位基准连续发送 5 个数据。当 485 总线收到数据的时候，就将收到的数据直接显示在 LCD 屏幕上。
