485通讯实验
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目的
????????了解STM32F4 RS485，RS422通訊原理，掌握RS485，RS422通訊協議實現設備間通訊。
原理
????????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。
RS-485 的物理層
????????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：
????????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 0，當電壓差為+2V~+6V 表示邏輯 1，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。
????????485（一般稱作 RS485/EIA-485）是隸屬于 OSI 模型物理層的電氣特性規定為 2 線，半雙工，多點通信的標準。它的電氣特性和 RS-232 大不一樣。用纜線兩端的電壓差值來表示傳遞信號。RS485 僅僅規定了接受端和發送端的電氣特性。它沒有規定或推薦任何數據協議。
????????RS485 的特點包括：
????????① 接口電平低，不易損壞芯片。RS485 的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+(2~6)V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-(2~6)V 表示。接口信號電平比 RS232 降低了，不易損壞接口電路的芯片，且該電平與 TTL 電平兼容，可方便與 TTL 電路連接。
????????② 傳輸速率高。10 米時，RS485 的數據最高傳輸速率可達 35Mbps，在 1200m 時，傳輸速度可達 100Kbps。
????????③ 抗干擾能力強。RS485 接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力 增強，即抗噪聲干擾性好。傳輸距離遠，支持節點多。RS485 總線最長可以傳輸 1200m以上（速率≤100Kbps）
????????④ 一般最大支持 32 個節點，如果使用特制的 485 芯片，可以達到 128 個或者 256 個節點，最大的可以支持到 400 個節點。
????????RS485 推薦使用在點對點網絡中，線型，總線型，不能是星型，環型網絡。理想情況下 RS485需要 2 個終端匹配電阻，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗（一般為 120Ω）。沒有特性阻抗的話，當所有的設備都靜止或者沒有能量的時候就會產生噪聲，而且線移需要雙端的電壓差。沒有終接電阻的話，會使得較快速的發送端產生多個數據信號的邊緣，導致數據傳輸出錯。
????????在上面的連接中，如果需要添加匹配電阻，我們一般在總線的起止端加入，也就是主機和設備 4 上面各加一個 120Ω的匹配電阻。
????????由于 RS485 具有傳輸距離遠、傳輸速度快、支持節點多和抗干擾能力更強等特點，所以 RS485 有很廣泛的應用。
????????我們的STM32F407開發板使用的是RS422，使用MAX3490作為接受器。下面介紹RS422特性。
RS422概述
????????RS-422標準全稱是“平衡電壓數字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。實際上還有一根信號地線，共5根線。由于接收器采用高輸入阻抗和發送驅動器比RS232更強的驅動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節點，最多可接10個節點。一個主設備（Master），其余為從設備（Slave），從設備之間不能通信，所以RS-422支持點對多的雙向通信。接收器輸入阻抗為4k，故發端最大負載能力是10*4k+100Ω（終接電阻）。
????????RS-422和RS-485電路原理基本相同，都是以差動方式發送和接受，不需要數字地線。差動工作是同速率條件下傳輸距離遠的根本原因，這正是二者與RS232的根本區別，因為RS232是單端輸入輸出，雙工工作時至少需要數字地線。發送線和接受線三條線（異步傳輸），還可以加其它控制線完成同步等功能。
????????RS-422通過兩對雙絞線可以全雙工工作收發互不影響，而RS485只能半雙工工作，發收不能同時進行，但它只需要一對雙絞線。RS422和RS485在19kpbs下能傳輸1200米。用新型收發器線路上可連接多臺設備。
????????RS-422的電氣性能與RS-485完全一樣。主要的區別在于：RS-422有4根信號線：兩根發送（Y、Z）、兩根接收（A、B）。由于RS-422的收與發是分開的所以可以同時收和發（全雙工）；RS-485有2根信號線：發送和接收。
????????開發板采用的是MAX3490作為接收器，引腳圖：
?RS422引腳配置和典型工作電路：
?準備
????????MDK5 開發環境。
????????STM32F4xx HAL庫。
????????STM32F407 開發板。
????????STM32F4xx 參考手冊。
????????STM32F4xx 數據手冊。
????????STM32F407 開發板電路原理圖。
步驟
- 查看STM32F407電路原理圖，找到RS422接線引腳。
????????對照開發板，可以看到RS422輸入輸出引腳和串口2共用引腳，連接的是PA2和PA3。所以需要對PA2，PA3引腳復用。開發板上也需要跳線帽連接RS422和串口2。
最后，通過導線或雙絞線把兩個開發板A，B，Z，Y連接起來。對應的A連接Y，B連接Z，Z連接B，Y連接A，可以參考上面工作電路連接圖。連接錯誤會導致通訊異常。
- 新建兩個文件bsp_rs422.h和bsp_rs422.c,在bsp_rs422.h定義宏和函數。
- 在bsp_rs422.c中實現串口2初始化，接收數據和發送數據函數。
????????第一步：RS422_Init(u32 bound)初始化函數中，復用PA2和PA3引腳，初始化串口2，RS422和USART2共用，調用的也是串口初始化函數。開啟接收中斷。
????????第二步：RS422_Send_Data(u8 *buf,u8 len)數據發送函數，調用HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)發送指定長度數據；
????????第三步：USART2_IRQHandler(void) 中斷函數中，判斷接收狀態，調用HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)接收一個字節放到數組中;
????????第四步：RS422_Receive_Data(u8 *buf,u8 *len)接收函數中，判斷數據是否接收完，返回數據和長度。
#include "bsp_rs422.h"UART_HandleTypeDef RS422_huart; // USART2 句柄(用于 RS422)#if EN_USART2_RX // 如果使能了接收uint8_t RS422_RX_BUF[64]; // 接收緩存區 接收緩沖,最大 64 個字節. uint8_t rxCount=0; // 接收到的數據長度/** * 函數名:USART2_IRQHandler * 描述:接收中斷 連續接收一個字節 直到接收完 * 輸入:無 * 輸出:無 */ void USART2_IRQHandler(void) // 接收中斷 連續接收一個字節 直到接收完 {uint8_t rec;if(__HAL_UART_GET_FLAG(&RS422_huart, UART_FLAG_RXNE) != RESET) // 接收中斷{HAL_UART_Receive(&RS422_huart, &rec, 1, 1000);if(rxCount < 64){RS422_RX_BUF[rxCount] = rec; // 記錄接收到的值rxCount++; // 接收數據增加 1}} }#endif /** * 函數名:RS422_Init * 描述:初始化 * 輸入:bound 波特率 * 輸出:無 */ void RS422_Init(uint32_t bound) // 初始化 {GPIO_InitTypeDef GPIO_Init;__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); // 使能 GPIOA 時鐘__HAL_RCC_USART2_CLK_ENABLE(); // 使能 USART2 時鐘GPIO_Init.Pin = GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3;GPIO_Init.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;GPIO_Init.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;GPIO_Init.Pull = GPIO_PULLUP;GPIO_Init.Alternate = GPIO_AF7_USART2; // 復用為 USART2HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_Init);RS422_huart.Instance = USART2; // USART2RS422_huart.Init.BaudRate = bound; // 波特率RS422_huart.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX; // 收發模式RS422_huart.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B; // 字長 8 位數據RS422_huart.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1; // 一個停止位RS422_huart.Init.Parity = UART_PARITY_NONE; // 無奇偶校驗位RS422_huart.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE; // 無硬件流控HAL_UART_Init(&RS422_huart);//__HAL_UART_DISABLE_IT(&RS422_huart, UART_IT_TC); // 失能#if EN_USART2_RX__HAL_UART_ENABLE_IT(&RS422_huart, UART_IT_RXNE); // 開啟接收中斷HAL_NVIC_EnableIRQ(USART2_IRQn); // 使能 USART1 中斷HAL_NVIC_SetPriority(USART2_IRQn, 3, 3); // 搶占優先級 3，子優先級 3 #endif }/** * 函數名:RS422_Send_Data * 描述:發送 len 個字節 * 輸入:buf:發送區首地址 len:發送的字節數(為了和本代碼的接收匹配,這里建議不要超過 64 個字節) * 輸出:無 */ void RS422_Send_Data(uint8_t *buf, uint8_t len) {HAL_UART_Transmit(&RS422_huart, buf, len, 10000); }/** * 函數名:RS422_Receive_Data * 描述:RS422 查詢接收到的數據 * 輸入:buf:接收緩存首地址 len:讀到的數據長度 * 輸出: */ void RS422_Receive_Data(uint8_t *buf, uint8_t *len) {*len = 0; // 默認為 0HAL_Delay(10); // 等待 10ms,連續超過 10ms 沒有接收到一個數據,則認為接收結束if(rxCount){ // 接收到了數據,且接收完成了for(uint8_t i = 0; i < rxCount; i++){buf[i] = RS422_RX_BUF[i];}*len = rxCount; // 記錄本次數據長度rxCount = 0; // 清零} }- main.c中程序如下：
????????第一步：定義5元素數組作為發送的數據。
????????第二步：初始化系統時鐘，串口打印，按鍵，LED，RS422。
????????第三步：KEY1按下就發送數據。循環接收數據，有數據就打印接收的數據。
#include "bsp_clock.h" #include "bsp_uart.h" #include "bsp_key.h" #include "bsp_rs422.h" #include "bsp_led.h"int main(void) {uint8_t Txbuf[5] = {1,2,3,4,5}; // 發送的數據uint8_t Rxbuf[5]; // 接收數組uint8_t i,len;CLOCLK_Init(); // 初始化系統時鐘UART_Init(); // 串口初始化KEY_Init(); // 按鍵初始化LED_Init(); // LED初始化RS422_Init(115200); // RS422初始化while(1){if(KEY_Scan(0) == 1) // KEY1按下{ LED1_Toggle; // 點亮LED1printf("Sand data ");for(i = 0; i < 5; i++){ printf("%d ", Txbuf[i]); // 打印發送的數據}RS422_Send_Data(Txbuf, 5); // 調用發送函數發送數據}RS422_Receive_Data(Rxbuf, &len); // 循環接收數據 得到數據和長度if(len) // 長度不為0{ LED2_Toggle; // 點亮LED2printf("Recv data ");for(i = 0; i < len; i++) // 打印接收的數據{ printf("%d ", Rxbuf[i]);}}HAL_Delay(50);} }現象
????????將程序下載到兩個開發板中，保證端口A，B，Z，Y連接正確。A連接Y，B連接Z，Z連接B，Y連接A。按下開發板1的KEY1發送數據，打印發送的數據，點亮LED1。按下開發板2的KEY1發送數據，開發板1接收到數據，打印接收的數據并點亮LED2。
????????按下板1 KEY1，板2接收到數據LED2會點亮。
?????????按下板2的KEY1，板1接收到數據打印并點亮LED2。
總結
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