【红枫派开发板】第十八讲 USART-485通信实验

18.1 实验内容

通过本实验主要学习以下内容：

• 485工作原理

• 串口单线工作原理

18.2 实验原理

18.2.1 485工作原理

485一般指RS485。RS485名TIA-485-A, ANSI/TIA/EIA-485或TIA/EIA-485，是由电信业协会和电业联盟定义。RS485就是个硬件通信协议，它规定当两线间电压差为+2V ~ +6V时为逻辑“1”，电压差为-2V ~ -6V时为逻辑“0”

RS-485的特点：由于485信号是利用差模传输的，即由485+与485-的电压差来作为信号传输。如果外部有个扰源对其进行干扰，使双绞线进行485信号传输的时候，由于其双绞，干扰对于485+，485-的干扰效果都是样的，那电压差依然是不变的，对于485信号的干扰缩到了最小。同样的道理，如果有屏蔽线起到屏蔽作的话，外部扰源对于其的扰影响也可以尽可能的缩小。

485布线规范是必须要牵的布线，旦没有借助485集线器和485中继器直接布设成星型连接和树形连接，很容易造成信号反射导致总线不稳定。

485总线必须要单点可靠接地。单点就是整个485总线上只能是有个点接地，不能多点接地，因为将其接地是因为要将地线(般都是屏蔽线作地线)上的电压保持致，防止共模扰，如果多点接地适得其反。

RS-485 与 MCU

MCU的输出和读取都是TTL电平，一般情况下由地线和信号线组成，在远距离传输的情况下，信号线上的干扰信号会随着有效信号被传递到接收端，使得通信容易被干扰。 与之相对的，485协议输出的是差分信号，经过TTL转485芯片的转换后其有效信息为两条信号线的电压差，即可大大消除通信时的共模干扰，同时由于其传递的信息随时可以在硬件层面上被测量，而且整个转换过程完全为硬件操作，无需软件编写，因此是种硬件协议。

TTL-485转换器的真值表

实际操作时，芯片的接收器输出端RO与单片机的Rx相连，驱动器输端DI则与单片机的Td相连

驱动器的输出逻辑

485芯片既有全双通信，也有半双工通信，如果485为半双工通信模式，其在发送信息时便无法读取信息，因此当DE被拉高时完全处于发送信息的状态，此时DI接受单片机写入的数字信号，当输信号DI为1时输出正的差分信号，即A-B>0.2V。当输信号DI为0时输出负差分信号，即B-A>-0.2V（有些芯片是0.3V，如SP3485）

当DE被拉低时，依据/RE（低电平有效）的电平判断作状态，当/RE为高时，整个器件不工作，输出高阻态，当其在低电平下使能时，则由输的AB差分信号向RO输出0或1。

18.2.2 串口单线工作原理

本实验中，我们使用串口的TX线同时实现发送和接受的功能。

通过设置USART_CTL2寄存器的HDEN位，可以使能单线模式。在单线模式下， TX引脚和RX引脚将从内部连接到一起， RX引脚不再使用。 TX引脚应该被配置为开漏输出模式。通信冲突由软件处理。当发送时，需要关闭串口接受功能，打开发送功能；当接受时，需要关闭串口发送功能，打开接受功能。

18.3 硬件设计

红枫派开发板485硬件设计如下：

即使用PB6实现发送和接收，使用PG15用来控制485传输方向。

18.4 代码解析

18.4.1 485发送函数

在bsp_uart.c中，定义了485发送函数：

C
void bsp_rs485_uart_transmit(uint8_t *pbuff,uint16_t length)
{
uint32_t timeout = driver_tick;
while(BOARD_UART.uart_control.Com_Flag.Bits.RecState==1 && BOARD_UART.uart_control.RecCount!=0){
if((timeout+UART_TIMEOUT_MS) <= driver_tick) {
BOARD_UART.uart_control.Com_Flag.Bits.RecState=0;
}
}
driver_gpio_pin_set(&RS485_DIR);
usart_receive_config(BOARD_UART.uart_x, USART_RECEIVE_DISABLE);
usart_transmit_config(BOARD_UART.uart_x, USART_TRANSMIT_ENABLE);
if(BOARD_UART.uart_mode_tx==MODE_DMA)
{
driver_uart_dma_transmit(&BOARD_UART,pbuff,length);
}
else if(BOARD_UART.uart_mode_tx==MODE_INT)
{
driver_uart_int_transmit(&BOARD_UART,pbuff,length);
}
else if(BOARD_UART.uart_mode_tx==MODE_POLL)
{
driver_uart_poll_transmit(&BOARD_UART,pbuff,length);

usart_receive_config(BOARD_UART.uart_x, USART_RECEIVE_ENABLE);
usart_transmit_config(BOARD_UART.uart_x, USART_TRANSMIT_DISABLE);
driver_gpio_pin_reset(&RS485_DIR);
}
}

18.4.2 485接受函数

在bsp_uart.c中定义了485接受函数：

C
void bsp_rs485_uart_receive(uint8_t *pbuff,uint16_t length)
{
uint32_t timeout = driver_tick;
while(BOARD_UART.uart_control.Com_Flag.Bits.SendState==1){
if((timeout+UART_TIMEOUT_MS) <= driver_tick) {
BOARD_UART.uart_control.Com_Flag.Bits.SendState=0;
}
}
usart_receive_config(BOARD_UART.uart_x, USART_RECEIVE_ENABLE);
usart_transmit_config(BOARD_UART.uart_x, USART_TRANSMIT_DISABLE);
driver_gpio_pin_reset(&RS485_DIR);
if(BOARD_UART.uart_mode_rx==MODE_DMA)
{
driver_uart_dma_receive(&BOARD_UART,pbuff,length);
}
else if(BOARD_UART.uart_mode_rx==MODE_INT)
{
driver_uart_int_receive(&BOARD_UART,pbuff,length);
}
else if(BOARD_UART.uart_mode_rx==MODE_POLL)
{
driver_uart_poll_receive(&BOARD_UART,pbuff,length);
}
}

18.4.3 main函数实现

以下为main函数代码：

C
int main(void)
{
delay_init();
//初始化UART为中断模式，注册接受完成（IDLE）回调函数
BOARD_UART.uart_mode_tx=MODE_DMA;
BOARD_UART.uart_mode_rx=MODE_DMA;
BOARD_UART.uart_idle_callback=user_receive_complete_callback;
bsp_rs485_uart_init();
nvic_irq_enable(USART0_IRQn,2,0);
delay_ms(1000);
//配置UART接受，最长100byte
bsp_rs485_uart_receive(uart_rec_buff,100);
while (1)
{
//查询到接受完成回调函数标志
if(uart_receive_complete_flag==SET)
{
uart_receive_complete_flag=RESET;
//发送刚接受到的数据
bsp_rs485_uart_transmit(uart_rec_buff,uart_receive_count);
}
}
}

本例程main函数首先进行了延时函数初始化，再初始化485为中断模式，接着配置串口BOARD_UART，开启串口中断NVIC，这里使用到了IDLE中断，然后配置485接受（DMA方式），最长100个字节，所以我们可以给485发送100个字节以下长度的数据。在while（1）循环中循环查询uart_receive_complete_flag标志位，当该标志位为“SET”时，表示IDLE中断被触发，一帧数据接受完，最后将接收到的帧数据通过DMA发送方式原封不动发送到485上。

18.5 实验结果

使用USB转485转接线，将A、B线接好，使用串口调试助手发送一帧数据到MCU，MCU会将这帧数据回发到串口调试助手中。

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