STM32的RS485通信實驗詳解

ID:154876 · 發表于 2018-12-17 15:52

41.1 RS-485通訊協議簡介

與CAN類似，RS-485是一種工業控制環境中常用的通訊協議，它具有抗干擾能力強、傳輸距離遠的特點。RS-485通訊協議由RS-232協議改進而來，協議層不變，只是改進了物理層，因而保留了串口通訊協議應用簡單的特點。
41.1.1 RS-485的物理層

從《CAN—通訊實驗》章節中了解到，差分信號線具有很強的干擾能力，特別適合應用于電磁環境復雜的工業控制環境中，RS-485協議主要是把RS-232的信號改進成差分信號，從而大大提高了抗干擾特性，它的通訊網絡示意圖見圖 411。

對比CAN通訊網絡，可發現它們的網絡結構組成是類似的，每個節點都是由一個通訊控制器和一個收發器組成，在RS-485通訊網絡中，節點中的串口控制器使用RX與TX信號線連接到收發器上，而收發器通過差分線連接到網絡總線，串口控制器與收發器之間一般使用TTL信號傳輸，收發器與總線則使用差分信號來傳輸。發送數據時，串口控制器的TX信號經過收發器轉換成差分信號傳輸到總線上，而接收數據時，收發器把總線上的差分信號轉化成TTL信號通過RX引腳傳輸到串口控制器中。

RS-485通訊網絡的最大傳輸距離可達1200米，總線上可掛載128個通訊節點，而由于RS-485網絡只有一對差分信號線，它使用差分信號來表達邏輯，當AB兩線間的電壓差為-6V~-2V時表示邏輯1，當電壓差為+2V~+6V表示邏輯0，在同一時刻只能表達一個信號，所以它的通訊是半雙工形式的，它與RS-232通訊協議的特性對比見圖 411。

表 411 RS-232/422/485 標準對比

RS-485與RS-232的差異只體現在物理層上，它們的協議層是相同的，也是使用串口數據包的形式傳輸數據。而由于RS-485具有強大的組網功能，人們在基礎協議之上還制定了MODBUS協議，被廣泛應用在工業控制網絡中。此處說的基礎協議是指前面串口章節中講解的，僅封裝了基本數據包格式的協議(基于數據位)，而MODBUS協議是使用基本數據包組合成通訊幀格式的高層應用協議(基于數據包或字節)。感興趣的讀者可查找MODBUS協議的相關資料了解。
由于RS-485與RS-232的協議層沒有區別，進行通訊時，我們同樣是使用STM32的USART外設作為通訊節點中的串口控制器，再外接一個RS-485收發器芯片把USART外設的TTL電平信號轉化成RS-485的差分信號即可。
41.2 RS-485—雙機通訊實驗本小節演示如何使用STM32的USART控制器與MAX485收發器，在兩個設備之間使用RS-485協議進行通訊，本實驗中使用了兩個實驗板，無法像CAN實驗那樣使用回環測試(把STM32 USART外設的TXD引腳使用杜邦線連接到RXD引腳可進行自收發測試，不過這樣的通訊不經過RS-485收發器，跟普通TTL串口實驗沒有區別)，本教程主要以"USART—485通訊"工程進行講解。

圖 412 雙CAN通訊實驗硬件連接圖

圖 4016中的是兩個實驗板的硬件連接。在單個實驗板中，作為串口控制器的STM32從USART外設引出TX和RX兩個引腳與RS-485收發器MAX485相連，收發器使用它的A和B引腳連接到RS-485總線網絡中。為了方便使用，我們每個實驗板引出的A和B之間都連接了1個120歐的電阻作為RS-485總線的端電阻，所以要注意如果您要把實驗板作為一個普通節點連接到現有的RS-485總線時，是不應添加該電阻的！
由于485只能以半雙工的形式工作，所以需要切換狀態，MAX485芯片中有"RE"和"DE"兩個引腳，用于控制485芯片的收發工作狀態的，當RE引腳為低電平時，485芯片處于接收狀態，當DE引腳為高電平時芯片處于發送狀態。實驗板中使用了STM32的PD11直接連接到這兩個引腳上，所以通過控制PD11的輸出電平即可控制485的收發狀態。
要注意的是，由于我們的實驗板485使用的信號線與液晶屏共用了，為防止干擾，平時我們默認是不給485收發器供電的，使用485的時候一定要把485接線端子旁邊的"C/4-5V"排針使用跳線帽與"5V"排針連接起來進行供電，并且把液晶屏從板子上拔下來；而又由于實驗板的RS-232與RS-485通訊實驗都使用STM32的同一個USART外設及收發引腳，實驗時注意必須要把STM32的"PD5引腳"與MAX485的"485_D"及"PD6"與"485_R"使用跳線帽連接起來(這些信號都在485接線端子旁邊的排針上)。
要實現通訊，我們還要使用導線把實驗板引出的A和B兩條總線連接起來，才能構成完整的網絡。實驗板之間A與A連接，B與B連接即可。
41.2.2 軟件設計為了使工程更加有條理，我們把RS485控制相關的代碼獨立分開存儲，方便以后移植。在"串口實驗"之上新建"bsp_485.c"及"bsp_485.h"文件，這些文件也可根據您的喜好命名，它們不屬于STM32標準庫的內容，是由我們自己根據應用需要編寫的。這個實驗的底層STM32驅動與串口控制區別不大，上層實驗功能上與CAN實驗類似。
1. 編程要點

(1) 初始化485通訊使用的USART外設及相關引腳；

(2) 編寫控制MAX485芯片進行收發數據的函數；

(3) 編寫測試程序，收發數據。

2. 代碼分析485硬件相關宏定義我們把485硬件相關的配置都以宏的形式定義到"bsp_485.h"文件中，見代碼清單 242。

代碼清單 411 485硬件配置相關的宏(bsp_485.h文件)