在工控行業(yè)中，RS485 憑借其抗噪音抗干擾能力強、傳輸距離遠以及支持多點通信等顯著優(yōu)勢，成為了首選的串行接口。RS485 規(guī)定采用兩線制進行半雙工多點通信，通過兩線差分信號傳輸數(shù)據(jù)，具備出色的抗共模干擾能力。不過，由于其半雙工模式的特性，在通訊時需要進行收發(fā)狀態(tài)的切換。下面，我們將詳細探討目前常用的幾種 RS485 收發(fā)切換方案。

常見 RS485 應用電路類型

1. 傳統(tǒng) RS485 電路（帶收發(fā)控制腳非隔離 RS - 485 電路）
   傳統(tǒng)的 485 應用電路采用 3 線控制，分別為 UART_RXD、UART_TXD 和收發(fā)控制端 UART_CON。其控制策略明確：當 UART_CON 為低電平時，485 處于接收狀態(tài)；當 UART_CON 為高電平時，485 處于發(fā)送狀態(tài)。通過靈活切換 UART_CON 的電平，即可實現(xiàn) 485 收發(fā)狀態(tài)的切換。這種電路雖然原理簡單，但在編程時需要對控制端電平進行切換，增加了程序的復雜度。

1. 硬件自收發(fā)切換非隔離 RS - 485 電路
   為了簡化編程，人們常常將電路改進為自動收發(fā)電路。這種采用分立元件搭建的非隔離自動收發(fā) RS485 電路，其優(yōu)點在于控制簡單，收發(fā)控制腳無需程序干預。然而，它也存在一定的局限性。受三極管切換速度、收發(fā)器內部接口阻抗等因素的影響，分立元件搭建的自動收發(fā)切換電路會降低系統(tǒng)穩(wěn)定運行的最大波特率。

1. 收發(fā)切換隔離 RS485 電路
   帶有隔離電路的 485 設計是最為穩(wěn)定的方案，但需要選擇隔離 485 芯片以及隔離電源，因此成本相對前兩種方案會高很多。不過，從系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性角度來看，這種方案在一些對穩(wěn)定性要求極高的場合具有不可替代的優(yōu)勢。

485 硬件收發(fā)切換電路實例

這里介紹一個采用 MAX485 芯片的 485 硬件收發(fā)切換電路實例。該電路使用 NPN 三極管進行收發(fā)切換?？刂圃砣缦拢?a target="_blank">MCU 的 UART 的 TX 和 RX 引腳需要連上拉電阻（TX 和 RX 在沒有通信時均為高電平），這樣可以防止剛上電時 TX 和 RX 引腳電平不穩(wěn)定，從而避免收到擾亂數(shù)據(jù)。同時，A 上拉電阻、B 下拉電阻，終端并聯(lián) 120 歐姆電阻，D10、D11、D12 為三個防雷防浪涌的 TVS 管，起到保護電路的作用。

• 接收過程：默認沒有數(shù)據(jù)時，UART_TX 為高電平，三極管導通，MAX485 芯片 RE 低電平使能，RO 接收數(shù)據(jù)使能。此時，從 485AB 口收到的數(shù)據(jù)會通過 RO 通道傳到 MCU，完成數(shù)據(jù)接收過程。
• 發(fā)送過程：當發(fā)送數(shù)據(jù)時，UART_TX 會有一個下拉的電平，表示開始發(fā)送數(shù)據(jù)，此時三極管截止，DE 為高電平發(fā)送使能。當發(fā)送數(shù)據(jù)‘0’時，由于 DI 口連接地，數(shù)據(jù)‘0’就會傳輸?shù)?AB 口，A - B <0，完成低電平的傳輸。當發(fā)送‘1’時，三極管導通，按理說 RO 使能，但由于此時還處在發(fā)送數(shù)據(jù)中，MAX485 處于高阻態(tài)，此時的狀態(tài)由 A 上拉 B 下拉電阻決定，A - B> 0，完成高電平的傳輸。這里可能會有人疑惑，發(fā)送數(shù)據(jù)‘1’時，三極管導通 RE 低電平有效，應該是接收使能，為什么芯片會是高阻狀態(tài)呢？這是因為 UART 發(fā)送數(shù)據(jù)有一定的格式，數(shù)據(jù)以 “位” 為最小單位進行傳輸。在收發(fā)數(shù)據(jù)之前，UART 之間要約定好數(shù)據(jù)的傳輸速率（即每位所占據(jù)的時間，其倒數(shù)為波特率）、數(shù)據(jù)的傳輸格式（有多少數(shù)據(jù)位、是否有校驗位、奇校驗還是偶校驗、是否有停止位）。平時數(shù)據(jù)線處于 “空閑狀態(tài)”（1 狀態(tài)），當發(fā)送數(shù)據(jù)時，TX 由‘1’變?yōu)椤?’維持 1 位的時間，接收方檢測到開始位后，再等待 1.5 位時間就開始一位一位地進行數(shù)據(jù)傳輸。也就是說，已經(jīng)確定好發(fā)送狀態(tài)，電路發(fā)送‘1’時 RE 雖然有效，但由于處于發(fā)送階段，芯片不會接收數(shù)據(jù)，即處于高阻狀態(tài)。

其他常見 RS485 電路類型

1. 基本的 RS485 電路
   基本的 RS485 電路采用 3 線控制，R/D 為低電平時，發(fā)送禁止，接收有效；R/D 為高電平時，則發(fā)送有效，接收截止。上拉電阻 R7 和下拉電阻 R8 用于保證無連接的 SP485R 芯片處于空閑狀態(tài)，提供網(wǎng)絡失效保護，提高 RS485 節(jié)點與網(wǎng)絡的可靠性。R7、R8、R9 這三個電阻的大小需要根據(jù)實際應用進行調整，特別是使用 120 歐或更小的終端電阻時，R9 可以省略，此時 R7、R8 使用 680 歐電阻。正常情況下，一般 R7 = R8 = 4.7K，R9 可不使用。圖中鉗位于 6.8V 的管 V4、V5、V6 用于保護 RS485 總線，避免受外界干擾，也可以選擇集成的總線保護原件。另外，L1、L2、C1、C2 為可選安裝原件，用于提高電路的 EMI 性能。
2. 帶隔離的 RS485 電路
   帶隔離的 RS485 電路根本原理與基本電路相似，但使用 DC - DC 器件可以產(chǎn)生一組與微處理器電路完全隔離的電源輸出，用于向 RS485 收發(fā)器提供 + 5V 電源。不過，電路中的光耦器件速率會影響 RS485 電路的通信速率。例如，選用 NEC 的光耦 PS2501 時，該電路的通訊速率需控制在 19200bps 以下。
3. 自動切換電路
   自動切換電路中，TX、RX 引腳均需要上拉電阻。接收時，默認沒有數(shù)據(jù)，TX 為高電平，三極管導通，RE 為低電平使能，RO 收數(shù)據(jù)有效，MAX485 為接收態(tài)。發(fā)送時，TX 會先有一個下拉的電平（起始位 - 由高向低），表示開始發(fā)送數(shù)據(jù)，此時三極管截止，DE 為高電平發(fā)送使能。當發(fā)送數(shù)據(jù) “0” 時，由于 DI 接口相當于接地，數(shù)據(jù) “0” 就會傳輸?shù)?AB 口，A - B < 0，完成低電平傳輸；當發(fā)送 “1” 時，三極管導通，按理說 RO 會使能，但由于還處于發(fā)送數(shù)據(jù)中，MAX485 處于高阻態(tài)，此時的狀態(tài)由 A 上拉、B 下拉電阻決定，A - B > 0，完成高電平的傳輸。同樣，這里發(fā)送數(shù)據(jù) “1” 時芯片處于高阻態(tài)的原因也是由于 UART 發(fā)送數(shù)據(jù)的格式規(guī)定。

RS485 常見問題及解決方法

1. 節(jié)點故障影響其他節(jié)點通信
   問題表現(xiàn)為 485 總線在通訊中，當某一節(jié)點出現(xiàn)故障時，其他一些節(jié)點會受到影響，出現(xiàn)通信故障。解決方法是在每個節(jié)點的 AB 線上串入一個 22 歐姆左右的電阻，同時在協(xié)議的編制上一定要考慮到故障偵測和報警功能，以便及時發(fā)現(xiàn)和處理問題。
2. 總線處于不確定狀態(tài)
   當 485 總線處于開路（485 收發(fā)器與總線斷開）或者空閑狀態(tài)（485 收發(fā)器全部處于接收狀態(tài)，總線沒有收發(fā)器進行驅動）時，485 總線的差分電壓基本為 0，此時總線就處于一個不確定的狀態(tài)。解決方法是在 485 總線上增加上下拉電阻（通常 A 接上拉電阻，B 總線下拉電阻，一般為 1K 左右）。其理論依據(jù)是，根據(jù) RS - 485 標準，當 485 總線差分電壓大于 + 200mV 時，485 收發(fā)器輸出高電平；當 485 總線差分電壓小于 - 200mV 時，485 收發(fā)器輸出低電平；當 485 總線上的電壓在 - 200mV ~ + 200mV 時，485 收發(fā)器可能輸出高電平也可能輸出低電平，但一般總處于一種電平狀態(tài)。若 485 收發(fā)器的輸出低電平，對于 UART 通信來說是一個起始位，此時通信會不正常。