STM32F4

目录

1. 485简介

2. 串口UART存在的问题

3. RS232协议

4. RS485协议

6. 硬件分析

7. 实验程序

7.1 main.c

7.2 RS485.c

7.3 RS485.h

RS232的高电平1的逻辑为-5V~-15V，低电平0的逻辑为+5V~+15V。高电平和TTL的0~5V不兼容，传输的距离也不够长。

        485（一般称作RS485）是隶属于OSI模型物理层的电气特性，规定为2线，半双工模式，多点通信。其电气特性和RS232不太一样，RS485是用缆线两端的电压差值来传递信号。RS485仅仅规定了接收端和发送端的电气特性。没有规定或推荐任何数据协议。

特点：

总结：

        RS232 和 RS485 并不是和 IIC、SPI 协议一样，是一个单独的总线协议，RS232 和 RS485 都是建立在电气层面的，他们的实现都需要依赖于串口。

        这里为什么要说明串口 UART 存在的问题呢？ 是因为一般在进行项目时，通常很少使用串口通信，就是因为串口存在诸多问题。也正是因为串口存在的这诸多问题，所以才有 RS485 通讯存在的意义。

电气接口不统一(致命)：

        1. UART只是对信号的时序进行了定义，而未定义接口的电气特性。（电气特性：打个比方，我们买了个家具，不管买的哪个厂家的，回到家之后都可以通过地线、火线、零线接到自家的插座上使用，这是因为插座的尺寸是全国统一标准规定的，而 UART 就没有对这一特性进行规定，导致不同器件之间通信变得复杂化）

        2. UART通信时一般使用处理器提供的电平，即TTL电平，但不同处理器使用的电平是存在差异的，所以不同处理器使用 UART 通信时一般不能直接相连。（打个比方，我想使用51单片机和STM32单片机通信，51单片机处理器提供的电平0~5V，STM32处理器提供的电平是0~3.3V，如果两者之间想要进行通信，必须经过转电平处理才可以）

        3. UART没有规定不同器件连接时连接器的标准，所以不同器件之间通过UART通信时连接很不方便。

抗干扰能力差：

        UART一般直接使用TTL信号来表示 0 和 1 ，但TTL信号的抗干扰能力较差，数据在传输过程中很容易出错。

通信距离极短：

        因为TTL信号的抗干扰能力较差，所以其通信距离也很短，一般只能用于一个电路板上的两个不同芯片之间的通信。

        RS232协议是1970年美国电子工业协会 EIA 联合贝尔系统、调制解调器厂家、计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通信的标准(从上面介绍的UART的缺点来看，串口通信最致命的缺点就是没有统一的标准，导致不同器件之间的通讯变得异常的复杂，而 RS232 和 RS485 就是这样的一个标准，应用在串口之上，使得串口通信具有一定的标准)。

        该标准规定采用一个标准的连接器，标准中对连接器的每个引脚的作用都加以规定，同时也对信号的电平加以规定。

接口：

        该标准规定采用一个 25 引脚的 DB-25 连接器，标准中对连接器的每个引脚的信号内容加以规定。还对各种信号的电平加以规定；后来1BM的PC机将RS232简化成了 DB-9 连接器，再后来成了事实的标准(就像我们家用的三头插座一样，火线、零线、地线)；现在工业控制的RS-232接口一般只使用RXD、TXD、GND三条线(STM32开发板中的原理图上也是如此)。

信号：

        RS232标准规定逻辑 “1” 的电平为-5V到-15V，逻辑 “0” 的电平为+5V到+15V，选择该电气标准的目的在于提高抗干扰能力，增大通信距离，其传送的距离一般可达15m。

C1+：倍增器电荷泵电容器的正极。

V+：充电泵产生的+5.5V。

C1-：倍增器电荷泵电容器的负极。

C2+：反转电荷泵电容器的正极。

C2-：反转电荷泵电容器的负极。

V-：-5.5V由电荷泵产生。

DOUT2：RS-232驱动输出。

RIN2：RS-232接收输入。

VCC：+3V~+5.5V供给电圧。

GND：地。

DOUT1：RS-232驱动输出。

RIN1：RS-232接收输入。

ROUT1：RS-232接收输出。

DIN1：RS-232驱动输入。

DIN2：RS-232驱动输入。

ROUT2：RS-232接收输出。

RS232存在的问题：

        1. 接口的信号电平较高（-15V~+15V），易损坏接口电路芯片，又因为与TTL电平不兼容，所以需要使用电平转换芯片才能与TTL电路连接。

        2. 通信速度较低，不适合用于那些高速通信的场合。        

        3. 易产生共模干扰，抗噪声干扰性弱。

        4. 传输距离较短，一般情况只有15m。

最后强调一点：程序编程方面 RS232 和串口没有任何区别，只是在硬件方面做出了一些改善。

        RS485协议是由电信行业协会和电子工业联盟定义；使用该标准的通信网络能在远距离条件下(1500m)以及电子噪声大的环境下有效传输信号。该标准允许连接多个收发器，即具有多站能力，这样可以利用单一的 RS485 接口方便的建立起一个设备网络。

        像串口 UART 和 RS232 是点对点通信；点对点的意思就是说只能实现两个设备之间的收发数据；

        而RS485是可以建立起设备通信网络的，主机可以像下图一样连接多个 RS485 设备进行通信；在理想情况下，RS485需要两个终端匹配电阻（一般在总线的起始和终止端加，也就是主机和最后一个设备上加，匹配电阻通常情况下是120Ω，如下图所示），电阻的阻值等于传输电缆的特性阻抗。

        至于为什么要加这两个终端匹配电阻，是因为如果不加的话，当所有RS485设备都静止或者没有能量的时候就会产生噪音。并且可能在线移的过程中导致数据传输错误。

信号：

        RS485标准规定采用差分信号进行数据传输，两线间的电压差为+2V~+6V表示逻辑 “1” ，两线间的电压差-2V到-6V表示逻辑 “0” 。使用差分信号能有效地减少噪声信号的干扰，延长通信距离，RS485 的通信距离可以达到1500m；RS485 接口信号的电平比 RS232 降低了，所以不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平信号兼容，可以方便与TTL电路连接。

拓展：

        1. 什么是差分信号？

        官方点说：差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。简单来说就是：通常我们通信的信号都是通过一根线来表示高低电平1 或者 0 的，但是差分信号是通过 2 根线互铰在一起传达的(如下图)，更精确的说是2根线传达一个信号，这个信号可以是0，也可以是1（不像我们平时通信，1 根线传 0，另一根线传 1）。通过这两根线传达的电平高低差异来定义逻辑1 和逻辑 0 。 

        2.  为什么RS485可以通过差分信号明显的降低噪声干扰？

        其实在我们日常生活中，差分信号的应用还是很多的。比方说我们家用的网线，细心的可以发现，其中就是通过两根线互铰在一起的。

        之所以能明显的降低噪声干扰，是因为噪声是确确实实存在的，我们无法直接去掉这种干扰，可以反过来这样的考虑，既然无法处理这种干扰，那不妨就让他干扰，因为差分信号是用两根线进行传递一个信号的，所以噪音只要干扰，一定是同时干扰我的两根线的，而且干扰我的两根线的程度一定是相同的，这样一来，逻辑1 还是逻辑 1 ，逻辑0 还是逻辑 0 。没有实质上的影响。

接口：

        RS485采用两线制（RS422采用四线制），两线制就是说 RS485 设备通过两根线连接到主机上即可实现通信，这种接线方式为总线式拓扑结构，在同一总线上可以同时存在多个节点。也就是可以连接多个 RS485 设备，实现组成一个通信网络。

        因为采用的是两线制，数据的发送和接收都是要使用这对差分信号线，（两根线是互铰在一起的，发送的时候同时需要这两根线，接收的时候也同时需要这两根线）发送和接收不能同时进行（所以虽然是两根线，但是不能一根用来发送，另外一根用来接收），所以只能采用半双工的方式进行，编程时需要进行格外的处理。

RS485主从机通信：

        通过对 IIC 和 SPI 的学习，我们知道 IIC 通信是通过主机寻址的方式进行的，对应的每个 IIC 从机都有一个确定的地址，主机想要和哪个从机进行通信，找到对应从机的地址即可进行通信。SPI 通信时主机上对应多个 SPI 片选信号线 CS ，有的地方也称作 SS、NSS，实际上是一个意思，都是片选信号线，每个 SPI 从机上都有独立的片选信号线，主机想要和特定的从机通信时，只需要将对应从机的片选信号线置 0 即可，结束通讯时只需要将片选信号线置 1 即可。那么 RS485 呢？

        事实上，RS485的主从机通讯并没有明确的规定，这完全由我们编程的程序来确定，我们可以效仿 IIC ，给每个从机写一个确定的地址，通过寻址的方式来确定主从机通讯。当然，也可以是其他的方式。

电平转换：

        虽然很多处理器都会集成 UART 控制器，但处理器产生的信号一般都是TTL信号并不是符合 RS485 标准的信号，所以一般我们还需要在处理器外部去添加电路将TTL信号转换成差分信号。RS485用到的TTL信号转换成差分信号的芯片就是SP3485。

RO：接收输出引脚。

RE：接收输出使能。（接收使能信号低电平有效）

DE：驱动输出使能。（发送使能信号高电平有效）

DI：驱动输入使能。

GND：地。

A：总线接口，用于连接485总线。 接线的时候A对A，B对B。

B：总线接口，用于连接485总线。

VCC：该芯片支持3.3V供电。

RS485的优势：

        1. 接口信号的电平值较低，不易损坏接口电路芯片，且与TTL电平兼容，可以方便的与TTL电路连接。

        2. 通信速度快。

        3. 抗噪声干扰性强。

        4. 传输距离远（1500m）。

        5. 可以实现多节点网络。

总结：

        举个例子来说明本节中 RS485 和 RS232 的用处。

        我们从A地去往B地。串口UART的方式就是保证谁先去，谁先谁后的顺序，其他的一概不管。而RS485和RS232在串口的基础上强调了怎么去，比方说我们是坐火车、高铁还是飞机的方式，具体什么方式还需要我们来选择，选择不同的方式会大大的减少出行的时间。

        上图是 STM32F4 的 RS485 的相关引脚连接图。其中 SP3485 芯片中的 RE 和 DE 引脚分别为接收使能引脚和发送使能引脚。通过 RS485_RE 连接到芯片的 PG8 引脚上，使能控制SP3485 的收发，当 PG8=0，输出低电平，RE接收使能有效，为接收模式；当 PG8=1，输出高电平，DE 发送使能有效，为发送模式。

        这里需要注意，PA2，PA3 和 ETH_MDIO 和 PWM_DAC 有共用 IO，所以在使用的时候，注意 分时复用，不能同时使用。另外 RS485_RE 信号，也和 NRF_IRQ 共用 PG8，所以他们也不可 以同时使用，只能分时复用。

        电阻 R38 和 R40 是两个偏置电阻，是用来保证总线空闲时，A B 压差不定，引起逻辑错乱，可能出现乱码的情况。

        C71 是电源滤波电容，保证芯片 SP3485 正常稳定的运行，过滤掉其他噪声的干扰。

        本次实验需要将两个开发板上的 P9排针 的跳线帽按上图进行连接；

        最后，我们用 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！！

        本实验将实现两个开发板之间的RS485通讯，KEY0控制发送，当按下开发板的KEY0按键时，就会发送5个数据给另外一个开发板，在两个开发板上分别显示发送的值和接收到的值。