RS-485总线详细讲解总线详细讲解
从目前解决MCU之间中长距离通信的诸多方案分析来看，RS-485因硬件设计简单、控制方便、成本低廉等优
点，在消防、水文、水利自动报测、楼宇控制等工程中被广泛使用。但RS-485总线存在自适应、自保护功能脆
弱、通信效率低等缺点，如不注意一些细节的处理常出现通信失败甚至系统瘫痪等故障，因此提高RS-485总线
的运行可靠性至关重要。本文介绍在工程应用中使用RS-485的经验体会。
1 RS-485的电源选择
对于由MCU结合RS-485微系统组建的测控网络，应优先采用各微系统独立供电方案，最好不要采用一台大电源给微系统并联
供电，同时电源线（交直流）不能与RS-485信号线共用同一股多芯电缆。RS-485信号线宜选用截面积0.75mm2以上双绞线
而不是平直线。对于每个小容量直流电源选用线性电源LM7805比选用开关电源更合适。当然应注意LM7805的保护：
1．LM7805输入端与地应跨接220~1000μF电解电容；
2．LM7805输入端与输出端反接1N4007二极管；
3．LM7805输出端与地应跨接470~1000μF电解电容和104pF独石电容并反接1N4007二极管；
4．输入电压以8~10V为佳，最大允许范围为6.5~24V。可选用TI的PT5100替代LM7805，以实现9~38V的超宽电压输入。
2 RS-485的硬件设计
RS-485芯片供电电压为4.5~5.5V，可与MCU共用5V电源。因RS-485总线为并接式二线制接口，一旦有一只芯片故障就可能
将总线“拉死”，因此对其二线口VA、VB与总线之间应加以隔离。一种简单可行的方法是：VA、VB与总线之间各串接一只
4~10Ω的PTC电阻，同时与地之间各跨接5V的TVS二极管以消除线路浪涌干扰。如没有PTC电阻和TVS二极管可用普通电阻
和稳压管代替。为防止干扰信号误触发RO（接收器输出）负跳变（RO的负跳变是通信接收的关键），建议将RO外接10kΩ上
拉电阻。对于收发控制端TC建议采用MCU引脚通过反相器进行控制，不宜采用MCU引脚直接进行控制以防止MCU上电时对
总线的干扰。对外置设备为防止强电磁（雷电）冲击，建议选用TI的75LBC184等防雷击芯片。
3 RS-485网络的建立
RS-485网络通常采用特性阻抗为120Ω双绞线作传输介质，传输速率300b/s~115.2kb/s兼容，为异步半双工结构。网络节点数
与所选RS-485芯片驱动能力和接收器的输入阻抗有关，如75LBC184标称最大值为64点，MAX1487E标称最大值为128点。
实际使用时，因线缆长度、线径、网络分布、传输速率不同，实际接点数均达不到理论值。例如75LBC184运用在500m分布
的RS-485网络上节点数超过50或速率大于9.6kb/s时工作可靠性明显下降。根据笔者经验，节点数应按最大值的70选取，传输
速率在1200~9600b/s之间选取，通信距离1km以内，从通信效率、节点数、通信距离等综合考虑选用4800b/s最佳。通信距离
1km以上时应通过增加中继模块或降低速率的方法提高传输可靠性。
理论上讲，RS-485节点与主干之间距离即T头越短越好。T头小于10m的节点采用T型连接对网络匹配并无太大影响，可放心
使用，但对于节点间距非常小（小于1m，如LED模块组合屏）应采用星型连接，若采用T型或串珠型连接就不能正常工作。
RS-485是一种半双工结构通信总线，大多用于一对多点的通信系统，因此主机（PC）应置于一端，不要置于中间而形成主干
的T型分布，同时位于总线两端的差分端口VA与VB之间应跨接120Ω匹配电阻，以减少由于不匹配而引起的反射。
4 提高RS-485通信效率
RS-485通常应用于一对多点的主从应答式通信系统中，相对于RS-232等全双工总线效率低了许多，因此选用合适的通信协议
及控制方式非常重要。
1．总线稳态控制（握手信号）大多数使用者选择在数据发送前1ms将收发控制端TC置成高电平，使总线进入稳定的发送状态
后才发送数据；数据发送完毕再延迟1ms后置TC端成低电平，使可靠发送完毕后才转入接收状态。据笔者使用TC端的延时有
4个机器周期已满足要求；
2．为保证数据传输质量，对每个字节进行校验的同时，应尽量减少特征字和校验字。惯用的数据包格式由引导码、长度码、
地址码、命令码、数据、校验码、尾码组成，每个数据包长度达20~30字节。在RS-485系统中这样的协议不太简练，因此向
大家介绍适合RS-485使用的MODBUS标准协议。MODBUS协议采用下传8个字节，上传7个字节的方式进行通信，现已广泛
使用于水利、水文、电力等行业设备及系统的国际标准中。
MODBUS协议规定：上位机发送8个字节召测指令，其中地址、设备类别、通信路由、指令类别、指令长度、指令各占1个字
节，CRC校验码占2个字节；下位机应答7个字节，地址、设备类别、数据长度各占1个字节，数据、CRC校验码各占2个字
节。
MODBUS协议规定CRC校验规则：CRC初始化为&HFFFF（CRC_L=&HFF,CRC_H=&HFF）,将CRC_L与传输的第一个字节
进行异或运算，然后将CRC进行右移（不循环）并判断：如移出的位为1，则CRC再与&HA001进行一次异或运算；如移出的
位为0，则CRC不变。如此右移8次即完成第一个字节的校验，重复上述运算及右移直至将全部字节校验完毕，所生成的
CRC（16位）即为传输校验码。
5 MODBUS协议的CRC校验子程序代码
为方便读者使用MODBUS协议，将VC、VB、ASM51环境下MODBUS协议的CRC校验子程序代码一并给出，供读者参考。
评论0