RS485总线讨论
RS485 是美国电子工业协会(Electronic Industries Association,EIA)于1983年发布的串行通信接口标准,经通讯工业协会(TIA)修订后命名为 TIA/EIA-485-A。。RS485总线支持一对多数据传输，遵从主从模式，是一种2线差分、半双工、平衡传输线多点通信总线。
RS-485的主要特性有以下几点。多点采用单一5V电源供电，通信方式采用差分通信，共模电压：±6V。在通信传输数据时，RS485总线采用特性阻抗为120Ω的双绞线作为传输介质，传输距离可达1200m，其通信距离长短主要与通信线缆、驱动IC、使用场景密切相关。在传输速率方面，RS485最大理论传输速率为10Mbit/s，但也会因不同IC厂家有所变化。RS485采用一主多从的通信方式，同一时刻总线上只能有一个主机在发送数据，但可以有多个从机接收数据。
RS485总线的网络拓扑如下图1所示。网络上存在一个主设备和多个从设备，标准设计中从设备最多可达32个，当然根据不同应用IC设计，从设备数量可达64/128/256个。在信号电平方面，根据RS485标准，驱动器可以输出一个不小于1.5V 的差分信号，对应的，在负载端可以接收的最小差分电平为200mV。由于传输电平信号为差分信号，RS485可以在复杂噪声环境中稳定工作，传输距离可达1200m。对于RS485通信的传输线缆，同样也有着严格定义，工业RS-485电缆分为有保护套、无保护套、双绞线、非屏蔽双绞线，符合 22-24AWG 线规的电缆特性阻抗为120Ω。为避免信号反射，数据传输线应始终端接，并且存根应尽可能的短。正常设计中，需要在输出和负载端端接120Ω电阻进行阻抗匹配，电阻精度至少达到1%以上。
图 1
RS485应用电路如下图2所示。CPU通过串口或者其他通信协议与RS485收发器通信，该通信协议可以是串口、IIC、SPI等，主要取决于RS485收发器IC。RS485收发器将来自CPU的信号转换为RS485的差分信号后，传输给各个串行设备，进行通信。需要注意，通信电路设计时需要在RS485收发器输出端和负载端串联120Ω电阻，以形成阻抗匹配，避免信号发射导致通信异常。RS485收发器常用的IC有：MAX485、SN75176、LTC1480、SP3485、ST485等。本文以SP3485为例的电路如图3所示，SP3485具有以下引脚：
DE（Driver Enable）：驱动器使能输入，用于控制发送数据时的驱动器使能。
/RE（Receiver Enable）：接收器使能输入，用于控制接收数据时的接收器使能。
A（RS-485 A端）：A端数据线
B（RS-485 B端）：B端数据线
GND（地）：接地引脚
VCC（电源）：电源引脚
其中UART的TX、RX，RS485_RE引脚接CPU的GPIO进行信号传输，VCC接电源。
图 2
图 3
在使用过程中，RS485存在以下三种失效原因：开路、短路与总线空闲。当输入信号为零时，会使传统的接收器输出随机状态。现在的收发器内部都包含一个偏置电路，可以对开路、短路和总线空闲进行保护，即使信号丢失时，接收器也能强制输出一个确定的状态。但即使如此，这些失效保护设计的缺点是最坏情况下的噪声容限仅为 10mV，因此在干扰环境中，要额外增加外部失效保护电路以增加噪声容限。外部失效保护电路由一个电阻分压器组成，可以产生足够的总线差分电压，以驱动接收器产生一个确定的输出状态。其具体计算公式为：
在日常工作中，我们除了使用RS485通信协议以外，还会经常使用IIC（Inter-Integrated Circuit）、SPI（Serial Peripheral Interface）、UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）、RS232（Recommended Standard 232）等通信协议。这些协议会根据不同的应用场景进行配置使用。这些通信协议都有其独特的特点和适用范围，比如IIC通信协议适用于短距离、高速、串行数据传输，SPI通信协议适用于芯片间通信、数据传输速度快，UART通信协议适用于点对点通信等。因此，根据具体的通信要求和硬件设备的支持情况，我们会灵活地选择并配置相应的通信协议，以满足不同应用场景下的通信需求。这些通信协议的灵活应用，为我们的工作提供了便利和灵活性，使得各种设备和系统能够高效地进行数据交换和通信。
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