STM32的RS485通信實(shí)驗(yàn)詳解

ID:154876 · 發(fā)表于 2018-12-17 15:52

41.1 RS-485通訊協(xié)議簡(jiǎn)介

與CAN類似，RS-485是一種工業(yè)控制環(huán)境中常用的通訊協(xié)議，它具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)。RS-485通訊協(xié)議由RS-232協(xié)議改進(jìn)而來(lái)，協(xié)議層不變，只是改進(jìn)了物理層，因而保留了串口通訊協(xié)議應(yīng)用簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。
41.1.1 RS-485的物理層

從《CAN—通訊實(shí)驗(yàn)》章節(jié)中了解到，差分信號(hào)線具有很強(qiáng)的干擾能力，特別適合應(yīng)用于電磁環(huán)境復(fù)雜的工業(yè)控制環(huán)境中，RS-485協(xié)議主要是把RS-232的信號(hào)改進(jìn)成差分信號(hào)，從而大大提高了抗干擾特性，它的通訊網(wǎng)絡(luò)示意圖見(jiàn)圖 411。

對(duì)比CAN通訊網(wǎng)絡(luò)，可發(fā)現(xiàn)它們的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成是類似的，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是由一個(gè)通訊控制器和一個(gè)收發(fā)器組成，在RS-485通訊網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)中的串口控制器使用RX與TX信號(hào)線連接到收發(fā)器上，而收發(fā)器通過(guò)差分線連接到網(wǎng)絡(luò)總線，串口控制器與收發(fā)器之間一般使用TTL信號(hào)傳輸，收發(fā)器與總線則使用差分信號(hào)來(lái)傳輸。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，串口控制器的TX信號(hào)經(jīng)過(guò)收發(fā)器轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)傳輸?shù)娇偩€上，而接收數(shù)據(jù)時(shí)，收發(fā)器把總線上的差分信號(hào)轉(zhuǎn)化成TTL信號(hào)通過(guò)RX引腳傳輸?shù)酱诳刂破髦小?br />
RS-485通訊網(wǎng)絡(luò)的最大傳輸距離可達(dá)1200米，總線上可掛載128個(gè)通訊節(jié)點(diǎn)，而由于RS-485網(wǎng)絡(luò)只有一對(duì)差分信號(hào)線，它使用差分信號(hào)來(lái)表達(dá)邏輯，當(dāng)AB兩線間的電壓差為-6V~-2V時(shí)表示邏輯1，當(dāng)電壓差為+2V~+6V表示邏輯0，在同一時(shí)刻只能表達(dá)一個(gè)信號(hào)，所以它的通訊是半雙工形式的，它與RS-232通訊協(xié)議的特性對(duì)比見(jiàn)圖 411。

表 411 RS-232/422/485 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

RS-485與RS-232的差異只體現(xiàn)在物理層上，它們的協(xié)議層是相同的，也是使用串口數(shù)據(jù)包的形式傳輸數(shù)據(jù)。而由于RS-485具有強(qiáng)大的組網(wǎng)功能，人們?cè)诨A(chǔ)協(xié)議之上還制定了MODBUS協(xié)議，被廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中。此處說(shuō)的基礎(chǔ)協(xié)議是指前面串口章節(jié)中講解的，僅封裝了基本數(shù)據(jù)包格式的協(xié)議(基于數(shù)據(jù)位)，而MODBUS協(xié)議是使用基本數(shù)據(jù)包組合成通訊幀格式的高層應(yīng)用協(xié)議(基于數(shù)據(jù)包或字節(jié))。感興趣的讀者可查找MODBUS協(xié)議的相關(guān)資料了解。
由于RS-485與RS-232的協(xié)議層沒(méi)有區(qū)別，進(jìn)行通訊時(shí)，我們同樣是使用STM32的USART外設(shè)作為通訊節(jié)點(diǎn)中的串口控制器，再外接一個(gè)RS-485收發(fā)器芯片把USART外設(shè)的TTL電平信號(hào)轉(zhuǎn)化成RS-485的差分信號(hào)即可。
41.2 RS-485—雙機(jī)通訊實(shí)驗(yàn)本小節(jié)演示如何使用STM32的USART控制器與MAX485收發(fā)器，在兩個(gè)設(shè)備之間使用RS-485協(xié)議進(jìn)行通訊，本實(shí)驗(yàn)中使用了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)板，無(wú)法像CAN實(shí)驗(yàn)?zāi)菢邮褂没丨h(huán)測(cè)試(把STM32 USART外設(shè)的TXD引腳使用杜邦線連接到RXD引腳可進(jìn)行自收發(fā)測(cè)試，不過(guò)這樣的通訊不經(jīng)過(guò)RS-485收發(fā)器，跟普通TTL串口實(shí)驗(yàn)沒(méi)有區(qū)別)，本教程主要以"USART—485通訊"工程進(jìn)行講解。

圖 412 雙CAN通訊實(shí)驗(yàn)硬件連接圖

圖 4016中的是兩個(gè)實(shí)驗(yàn)板的硬件連接。在單個(gè)實(shí)驗(yàn)板中，作為串口控制器的STM32從USART外設(shè)引出TX和RX兩個(gè)引腳與RS-485收發(fā)器MAX485相連，收發(fā)器使用它的A和B引腳連接到RS-485總線網(wǎng)絡(luò)中。為了方便使用，我們每個(gè)實(shí)驗(yàn)板引出的A和B之間都連接了1個(gè)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(shí)驗(yàn)板作為一個(gè)普通節(jié)點(diǎn)連接到現(xiàn)有的RS-485總線時(shí)，是不應(yīng)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(tài)，MAX485芯片中有"RE"和"DE"兩個(gè)引腳，用于控制485芯片的收發(fā)工作狀態(tài)的，當(dāng)RE引腳為低電平時(shí)，485芯片處于接收狀態(tài)，當(dāng)DE引腳為高電平時(shí)芯片處于發(fā)送狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)板中使用了STM32的PD11直接連接到這兩個(gè)引腳上，所以通過(guò)控制PD11的輸出電平即可控制485的收發(fā)狀態(tài)。
要注意的是，由于我們的實(shí)驗(yàn)板485使用的信號(hào)線與液晶屏共用了，為防止干擾，平時(shí)我們默認(rèn)是不給485收發(fā)器供電的，使用485的時(shí)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(lái)進(jìn)行供電，并且把液晶屏從板子上拔下來(lái)；而又由于實(shí)驗(yàn)板的RS-232與RS-485通訊實(shí)驗(yàn)都使用STM32的同一個(gè)USART外設(shè)及收發(fā)引腳，實(shí)驗(yàn)時(shí)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(lái)(這些信號(hào)都在485接線端子旁邊的排針上)。
要實(shí)現(xiàn)通訊，我們還要使用導(dǎo)線把實(shí)驗(yàn)板引出的A和B兩條總線連接起來(lái)，才能構(gòu)成完整的網(wǎng)絡(luò)。實(shí)驗(yàn)板之間A與A連接，B與B連接即可。
41.2.2 軟件設(shè)計(jì)為了使工程更加有條理，我們把RS485控制相關(guān)的代碼獨(dú)立分開存儲(chǔ)，方便以后移植。在"串口實(shí)驗(yàn)"之上新建"bsp_485.c"及"bsp_485.h"文件，這些文件也可根據(jù)您的喜好命名，它們不屬于STM32標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的內(nèi)容，是由我們自己根據(jù)應(yīng)用需要編寫的。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的底層STM32驅(qū)動(dòng)與串口控制區(qū)別不大，上層實(shí)驗(yàn)功能上與CAN實(shí)驗(yàn)類似。
1. 編程要點(diǎn)

(1) 初始化485通訊使用的USART外設(shè)及相關(guān)引腳；

(2) 編寫控制MAX485芯片進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù)的函數(shù)；

(3) 編寫測(cè)試程序，收發(fā)數(shù)據(jù)。

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

代碼清單 411 485硬件配置相關(guān)的宏(bsp_485.h文件)