原來rs-485這么簡單？
▉ rs-485概述
rs-485和rs-232一樣，都是串行通信標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)名稱是tia485/eia-485-a，但是人們會習(xí)慣稱為rs-485標(biāo)準(zhǔn)，rs-485常用在工業(yè)、自動化、汽車和建筑物管理等領(lǐng)域。
rs-485總線彌補(bǔ)了rs-232通信距離短，速率低的缺點(diǎn)，rs-485的速率可高達(dá)10mbit/s，理論通訊距離可達(dá)1200米；rs-485和rs-232的單端傳輸不一樣，是差分傳輸，使用一對雙絞線，其中一根線定義為a，另一個定義為b。
▉ rs-485物理層
rs-485的物理層負(fù)責(zé)在設(shè)備和物理傳輸介質(zhì)之間傳輸原始數(shù)據(jù)。它處理電信號到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，同時定義電壓、時序、數(shù)據(jù)速率等。
① 差分信號
長距離布線會有信號衰減，而且引入噪聲和干擾的可能性更大，在線纜a和b上的表現(xiàn)就是電壓幅度的變化，但是，采用差分線的好處就是，差值相減就會忽略掉干擾依舊能輸出正常的信號，把這種差分接收器忽略兩條信號線上相同電壓的能力稱為共模抑制。
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了，邏輯1：+2v to +6v；邏輯0：-6v to -2v。
rs-485不需要使用特定的總線電壓，只看小差分電壓，在較長的電纜長度上，接收器接收到的電壓可能會降低到+/- 200 mv，這對于rs-485仍然是可以接受的，這也是rs-485的優(yōu)點(diǎn)之一。
很多收發(fā)器的標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到甚至超過tia/eia-485a規(guī)范，在實際使用中，以器件的spec參數(shù)為主，如下某收發(fā)器的負(fù)輸入閾值小也是-200mv。
② 信號定義
現(xiàn)在很多的rs-485轉(zhuǎn)換器都是兼容rs-422的，所以看到很多轉(zhuǎn)換器上面的信號都是t/r+、t/r-，即對應(yīng)rs-485的a+和b-。
對于db9針型的母頭，rs-485有如下的接線定義示意，pin6~pin9為n/a不接。
③ 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
rs485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用，多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在同一總線上多可以掛接32個節(jié)點(diǎn)。
rs-485總線同i2c，也是主從模式，支持點(diǎn)對點(diǎn)單從機(jī)模式，也支持多從機(jī)模式，不支持多主機(jī)模式。
▉ rs-485收發(fā)器
rs-485是差分傳輸，如果用單片機(jī)控制rs-485接口的設(shè)備，需要用到收發(fā)器，這一點(diǎn)和can總線是類似的，如下是一個mcu控制一個rs-485的圖示。
收發(fā)器內(nèi)部是一個接收器（上半部分）加一個發(fā)送器（下半部分），下面簡單說說收發(fā)器的原理，便于理解mcu是如何和485設(shè)備通信的。
其中：
a和b為總線；
r為接收器輸入；
re為接收器使能信號；
de為發(fā)送器使能信號；
d為發(fā)送器輸出；
對于使能信號，字母上面加一橫的為低電平有效（如上圖re），不加的為高電平有效（如de）。
對于發(fā)送器，有如下的真值表：
1、當(dāng)驅(qū)動器使能引腳de為邏輯高時，差分輸出a和b遵循數(shù)據(jù)輸入d處的邏輯狀態(tài)。d處的邏輯高導(dǎo)致a轉(zhuǎn)為高，b轉(zhuǎn)為低。在這種情況下，定義為vod=va-vb的差分輸出電壓為正。當(dāng)d為低時，輸出狀態(tài)反轉(zhuǎn)，b變高，a變低，vod為負(fù)。
2、當(dāng)de低時，兩個輸出都變成高阻抗。在這種情況下，與d處的邏輯狀態(tài)是不相關(guān)的。
對于接收器，有如下的真值表：
1、當(dāng)接收器使能引腳re邏輯低時，接收器被激活。當(dāng)定義為vid=va–vb的差分輸入電壓為正且高于正輸入閾值vit+時，接收機(jī)輸出r變高。當(dāng)vid為負(fù)且低于負(fù)輸入閾值vit-，接收機(jī)輸出r變低。如果vid在vit+和vit-之間，則輸出不確定。
2、當(dāng)re為邏輯高或懸空時，接收機(jī)輸出為高阻抗，vid的大小和極性無關(guān)。
▉ rs-485數(shù)據(jù)鏈路
上面講到的rs-485收發(fā)器的工作原理，下面簡單描述rs-485的數(shù)據(jù)鏈路，可以先看一下通俗易懂的uart協(xié)議幀格式
主機(jī)發(fā)送給從機(jī)或者從機(jī)發(fā)送給主機(jī)，都會占用到a和b線，所以rs-485多用在半雙工模式。
主機(jī)的gpio會控制rs-485收發(fā)器的de管腳，設(shè)置發(fā)送模式，從uart txd線向rs-485收發(fā)器的數(shù)據(jù)（d或di）線發(fā)送一個字節(jié)，收發(fā)器將在a和b線上將單端uart位流轉(zhuǎn)換為差分位流，數(shù)據(jù)離開收發(fā)器后，主機(jī)立即將收發(fā)器的模式切換為接收模式。
從機(jī)和主機(jī)是類似的，從機(jī)控制rs-485收發(fā)器的/re管腳，設(shè)置為接收模式，接收主機(jī)發(fā)送的比特流，將其轉(zhuǎn)換為單端信號，通過從機(jī)的uart rxd線接收，當(dāng)從機(jī)準(zhǔn)備好響應(yīng)時，它按主機(jī)原來的方式進(jìn)行發(fā)送，而主機(jī)變?yōu)榻邮铡?br>▉ rs-232和rs-485轉(zhuǎn)換
rs-232和rs-485之間可以轉(zhuǎn)換，一個方法是rs-232轉(zhuǎn)換成ttl，再由ttl轉(zhuǎn)換為rs-485，當(dāng)然也有芯片支持將rs-232直接轉(zhuǎn)換成rs-485，網(wǎng)上有很多模塊。
▉ rs-485和can的區(qū)別
雖說rs-485沒有標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)協(xié)議格式，但和can總線在很多地方是有相似的，比如a&b和canh&canl都是差分信號，通信都需要收發(fā)器，都需要120歐姆的匹配電阻等等。
▉ rs-485常用電路
網(wǎng)上找的一個常用的rs-485電路，其中需要注意兩點(diǎn)：
1、使能信號re和de可采用一個gpio控制，節(jié)省資源，gpio25輸出高電平，re=de=0v，進(jìn)入接收模式；gpio25輸出低電平，re=de=3.3v，進(jìn)入發(fā)送模式。
2、有一些電路中會在a上加上拉，b上加下拉電阻，主要原因是：rs-485總線在idle狀態(tài)，電平是不固定的，即電平在-200mv~+200mv之間，收發(fā)器可能輸出高也可能輸出低，uart在空閑時需要保持高電平的，如果此時收發(fā)器輸出一個低電平，對uart來說是一個start bit，會導(dǎo)致通信異常，關(guān)于ru和rd的阻值在這里不作過多贅述，后面有機(jī)會會詳細(xì)寫一篇文章。
關(guān)于第二點(diǎn)，需要注意：
① a上加上拉，b上加下拉，接反數(shù)據(jù)通信也可能出錯。
② 某些收發(fā)器內(nèi)部集成上下拉電阻，則外部不需要再添加。