第21章 RS485介绍及应用

第二十一章 RS485介绍及应用

1. RS485简介

RS485（也被称为TIA-485或EIA-485）是一种工业串行通信标准，它定义了通信系统中驱动器和接收器的电气特性。它不是一种通信协议，而是一种物理层标准，通常被更高级别的协议（如Modbus RTU、ProfiBus、DMX512等）所引用。

RS485的主要特点：

差分信号传输： RS485采用差分信号传输方式，通过两根信号线（A线和B线）传输一对大小相等、极性相反的对称信号。这种方式能有效抵御共模噪声和电磁干扰，从而大大增强了抗干扰能力，使其在工业噪声环境中仍能保持较高的可靠性。
长距离传输： 得益于差分信号的高抗噪性和较低的信号衰减率，RS485可以在相对较低的数据速率下实现远距离通信，通常可达1200米（4000英尺），在某些条件下甚至能达到更远。
多点通信能力： RS485支持在同一条总线上连接多个设备，实现多节点通信。理论上可以连接多达32个标准单元负载设备，而现在许多收发器提供更低的单位负载（如1/8 UL），允许连接多达256个收发器到总线上。
半双工通信： RS485通常采用两线半双工工作模式，即数据可以在两个方向上传输，但不能同时进行收发。这种模式简化了硬件设计，降低了成本，对于大多数控制和监控应用来说已经足够。也有四线全双工的RS485实现，允许同时收发数据，但需要两对信号线。
拓扑结构： RS485网络通常采用线性、总线型（菊花链）或多点配置。为了减少信号反射和数据错误，通常需要在总线两端使用终端电阻（通常为120Ω），特别是在长距离或高速通信时。
应用广泛： RS485因其可靠性、远距离传输和多设备连接能力，在工业自动化、楼宇自动化、过程控制、电机控制、智能仪表和安防系统等领域得到了广泛应用。例如，在工业自动化中，它常用于连接传感器、PLC（可编程逻辑控制器）和HMI（人机界面）等设备。

2. RS485应用示例

2.1 RS485宏定义

#ifndef __RS485_H__
#define __RS485_H__

#include "sys.h"

#define RS485_EN_RX 1     // 使能接收使能
#define RS485_REC_LEN 64  // 定义最大接收字节数 64

/* 控制RS485_RE脚, 控制RS485发送/接收状态
 * RS485_RE = 0, 进入接收模式
 * RS485_RE = 1, 进入发送模式
 */
#define RS485_RE(x)   do{ x ? \
                          HAL_GPIO_WritePin(GPIOG, GPIO_PIN_9, GPIO_PIN_SET) : \
                          HAL_GPIO_WritePin(GPIOG, GPIO_PIN_9, GPIO_PIN_RESET); \
                      }while(0)


void rs485_init(uint32_t baudrate);
void rs485_send_data(uint8_t *buf, uint8_t len);
void rs485_receive_data(uint8_t *buf, uint8_t *len);

#endif /* __RS485_H__ */

2.2 RS485初始化

// 初始化RS485
void rs485_init(uint32_t baudrate)
{
    // RE-PG8 TX-PA2 RX-PA3 UX-USART2
    __HAL_RCC_GPIOG_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_USART2_CLK_ENABLE();

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    /* GPIO 初始化 */
    GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3;
    GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_PULLUP;
    GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    GPIO_InitStructure.Alternate = GPIO_AF7_USART2;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_8;
    GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_PULLUP;
    GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);
    /* USART2 初始化 */
    rs485_handle.Instance = USART2;
    rs485_handle.Init.BaudRate = baudrate;
    rs485_handle.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
    rs485_handle.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
    rs485_handle.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
    rs485_handle.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
    rs485_handle.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
    HAL_UART_Init(&rs485_handle);
    __HAL_UART_DISABLE_IT(&rs485_handle, UART_IT_TC);
#ifdef RS485_EN_RX
    __HAL_UART_ENABLE_IT(&rs485_handle, UART_IT_RXNE); // 使能接收中断
    HAL_NVIC_EnableIRQ(USART2_IRQn);
    HAL_NVIC_SetPriority(USART2_IRQn, 3, 3);
#endif // RS485_EN_RX
    RS485_RE(0); // 默认接收模式
}

2.3 RS485发送和接受数据

// 发送数据
void rs485_send_data(uint8_t *buf, uint8_t len)
{
    RS485_RE(1); // 打开发送模式
    HAL_UART_Transmit(&rs485_handle, buf, len, 1000);
    rs485_rx_cnt = 0;
    RS485_RE(0); // 回到接收模式
}

/**
 * @brief       RS485查询接收到的数据
 * @param       buf     : 接收缓冲区首地址
 * @param       len     : 接收到的数据长度
 *   @arg               0   , 表示没有接收到任何数据
 *   @arg               其他, 表示接收到的数据长度
 * @retval      无
 */
void rs485_receive_data(uint8_t *buf, uint8_t *len)
{
    uint8_t rxlen = rs485_rx_cnt;
    uint8_t i = 0;
    *len = 0;     // 默认为0
    delay_ms(10); // 等待10ms,连续超过10ms没有接收到一个数据,则认为接收结束 

    if (rxlen == rs485_rx_cnt && rxlen) // 接收到了数据,且接收完成了
    {
        for (i = 0; i < rxlen; i++)
        {
            buf[i] = rs485_rx_buf[i];
        }

        *len = rs485_rx_cnt; // 记录本次数据长度
        rs485_rx_cnt = 0;   
    }
}

2.4 主函数测试

#include "bsp_init.h"
#include "stdio.h"
#include "rs485.h"

int main(void)
{
  uint8_t key_value = 0;
  uint8_t i, t, cnt = 0;
  uint8_t rs485buf[5];
  bsp_init();
  rs485_init(115200);
  LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"STM32 RS485 Test");
  LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"KEY0:Send");
  LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"Count:");
  LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"Sned Data:");
  LCD_ShowString(30,190,200,16,16,"Receive Data:");
  while(1)
  {
    key_value = key_scan(0);
    if(key_value == KEY0_Press) // Send data
    {
      for(i=0;i<5;i++)
      {
        rs485buf[i] = cnt+i; // 填充发送缓冲区
        LCD_ShowxNum(30+i*32,170,rs485buf[i],3,16,0x80); // 显示发送数据
      }
      rs485_send_data(rs485buf,5); // 发送数据
    }
    rs485_receive_data(rs485buf,&key_value); // 接收数据
    if(key_value) // 接收到数据
    {
      if(key_value > 5)
      {
        key_value = 5;
      }
      for(i=0;i<key_value;i++)
      {
        LCD_ShowxNum(30+i*32,210,rs485buf[i],3,16,0x80); // 显示接收数据
      }
    }
    t++;
    delay_ms(10);
    if(t == 20)
    {
      LED_TOGGLE(LED0_GPIO_Pin);
      t = 0;
      cnt++;
      LCD_ShowxNum(78,130,cnt,3,16,0x80); // 显示计数
    }
  }
}

3. RS485相关函数（HAL库）

3.1硬件配置

3.1.1 GPIO 配置（方向控制引脚）

// RS485 方向控制引脚初始化
void RS485_DIR_Init(void) {
 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); // 使能GPIO时钟

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_8; // 方向控制引脚
 GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
 GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
 GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
 HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_RESET); // 默认接收模式
}

3.1.2 UART 配置（RS485 基础）

UART_HandleTypeDef huart2;

void MX_USART2_UART_Init(void) {
 huart2.Instance = USART2;
 huart2.Init.BaudRate = 115200;
 huart2.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
 huart2.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
 huart2.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
 huart2.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX; // 收发模式
 huart2.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
 huart2.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;

if (HAL_UART_Init(&huart2) != HAL_OK) {
 Error_Handler();
 }
}

3.2 方向控制函数

// 设置为发送模式（使能驱动器）
void RS485_EnableTx(void) {
 HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_SET); // DE/RE = HIGH
 HAL_Delay(1); // 等待硬件稳定（根据收发器规格调整）
}

// 设置为接收模式（禁用驱动器）
void RS485_EnableRx(void) {
 HAL_Delay(1); // 确保最后一个字节发送完成
 HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_RESET); // DE/RE = LOW
}

3.3 数据收发函数

3.3.1 阻塞模式发送

void RS485_SendData(uint8_t *pData, uint16_t Size) {
 RS485_EnableTx(); // 切换为发送模式

HAL_UART_Transmit(&huart2, pData, Size, 100); // UART发送

RS485_EnableRx(); // 切换回接收模式
}

3.3.2 中断模式接收

// 启动接收
void RS485_StartReceive(void) {
  HAL_UART_Receive_IT(&huart2, rxBuffer, RX_BUFFER_SIZE);
}

// 接收完成回调
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) {
  if(huart->Instance == USART2) {
    // 处理接收到的数据
    Process_RS485_Data(rxBuffer, RX_BUFFER_SIZE);
    
    // 重新启动接收
    HAL_UART_Receive_IT(&huart2, rxBuffer, RX_BUFFER_SIZE);
  }
}

3.3.3 DMA 模式收发（高效方案）

uint8_t txBuffer[TX_BUFFER_SIZE];
uint8_t rxBuffer[RX_BUFFER_SIZE];

// 初始化DMA
void RS485_DMA_Init(void) {
 __HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();

// 配置TX DMA
 hdma_tx.Instance = DMA1_Stream6;
 hdma_tx.Init.Channel = DMA_CHANNEL_4;
 hdma_tx.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;
 hdma_tx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
 hdma_tx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
 hdma_tx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;
 hdma_tx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;
 hdma_tx.Init.Mode = DMA_NORMAL;
 hdma_tx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_HIGH;
 HAL_DMA_Init(&hdma_tx);
 __HAL_LINKDMA(&huart2, hdmatx, hdma_tx);

// 配置RX DMA
 hdma_rx.Instance = DMA1_Stream5;
 hdma_rx.Init.Channel = DMA_CHANNEL_4;
 hdma_rx.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
 // ... 类似TX配置
 HAL_DMA_Init(&hdma_rx);
 __HAL_LINKDMA(&huart2, hdmarx, hdma_rx);

// 启动接收
 HAL_UART_Receive_DMA(&huart2, rxBuffer, RX_BUFFER_SIZE);
}

// DMA发送函数
void RS485_SendData_DMA(uint8_t *data, uint16_t size) {
 RS485_EnableTx(); // 切换发送模式

HAL_UART_Transmit_DMA(&huart2, data, size);

// 注意：需要在发送完成回调中切换回接收模式
}

// 发送完成回调
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) {
 if(huart->Instance == USART2) {
 RS485_EnableRx(); // 切换回接收模式
 }
}

3.4 高级控制函数

3.4.1 总线冲突检测

// 检查总线状态（可选）
bool RS485_CheckBusConflict(void) {
 if(HAL_GPIO_ReadPin(RS485_RX_PIN_PORT, RS485_RX_PIN) == GPIO_PIN_SET) {
 return true; // 检测到总线冲突
 }
 return false;
}

3.4.2 超时处理

// 带超时的发送
HAL_StatusTypeDef RS485_SendData_Timeout(uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t timeout) {
 RS485_EnableTx();

HAL_StatusTypeDef status = HAL_UART_Transmit(&huart2, pData, Size, timeout);

RS485_EnableRx();
 return status;
}

3.4.3 自动方向控制（使用硬件流控制）

// 使用RTS引脚自动控制方向（需硬件支持）
void MX_USART2_UART_Init(void) {
 // ... 其他配置
 huart2.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_RTS; // 启用RTS流控
 // ...
}

// 初始化RTS引脚
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1; // RTS引脚
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF7_USART2;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

posted @ 2025-08-13 14:16 hazy1k 阅读(453) 评论(0) 收藏举报

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1. RS485简介

2. RS485应用示例

2.1 RS485宏定义

2.2 RS485初始化

2.3 RS485发送和接受数据

2.4 主函数测试

3. RS485相关函数（HAL库）

3.1硬件配置

3.1.1 GPIO 配置（方向控制引脚）

3.1.2 UART 配置（RS485 基础）

3.2 方向控制函数

3.3 数据收发函数

3.3.1 阻塞模式发送

3.3.2 中断模式接收

3.3.3 DMA 模式收发（高效方案）

3.4 高级控制函数

3.4.1 总线冲突检测

3.4.2 超时处理

3.4.3 自动方向控制（使用硬件流控制）

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