正点原子STM32F1系列学习笔记之RS485（HAL库） |
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正点原子STM32F1系列学习笔记之RS485（HAL库）
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文章目录
一、RS485介绍串口、 UART、TTL、RS232、RS422、RS485关系RS458介绍RS485特点RS485总线连接
二、正点原子例程功能原理图RS485 配置步骤例程源码
一、RS485介绍
串口、 UART、TTL、RS232、RS422、RS485关系
串口是一个泛称，UART、RS232、RS422和RS485都遵循类似的通信时序协议，被通称为串口 
UART是STM32的UART外设，由此产生串口时序，产生的电平为CMOS电平 TTL、RS232、RS422、RS485是串行通信接口标准。简单来说，就是逻辑1和0的表示不同 
RS458介绍
485(一般称作 RS485/EIA-485)隶属于 OSI 模型物理层，是串行通讯的一种。电气特性规定为 2 线，半双工，多点通信的类型。它的电气特性和 RS-232 大不一样。用缆线两端的电压差值来表示传递信号。RS485 仅仅规定了接受端和发送端的电气特性。它没有规定或推荐任何数据协议。 RS485是串行通信标准，使用差分信号传输（两个信号的差值），抗干扰能力强，常用于工控领域 RS485具有强大的组网功能，在串口基础协议之上还制定MODBUS协议 串口基础协议：仅指封装了基本数据包格式的协议（基于数据位）MODBUS协议：使用基本数据包组合成通讯帧格式的高层应用协议（基于数据包或字节） 通信接口通信方 式信号线电平标准拓扑结构通信距离通讯速率抗干扰能力TTL全双工TX/RX/GND逻辑1 : 2.4~5 V 逻辑0 : 0~0.4 V点对点1米100kbps弱RS232全双工TX/RX/GND逻辑1 : -(15~3) V 逻辑0 : +(3~15) V点对点100米20kbps较弱RS485半双工差分线AB逻辑1 : +(2~6)V 逻辑0 : -(2~6)V多点双向1200米100kbps强 RS485特点RS485 的特点包括： 1， 接口电平低，不易损坏芯片。RS485 的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+(2~6)V 表 示；逻辑“0”以两线间的电压差为-(2~6)V 表示。接口信号电平比 RS232 降低了，不易损坏接口电路的芯片，且该电平与 TTL 电平兼容，可方便与 TTL 电路连接。 2， 传输速率高。10 米时，RS485 的数据最高传输速率可达 35Mbps，在 1200m 时，传输速度可达 100Kbps。 3， 抗干扰能力强。RS485 接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强， 即抗噪声干扰性好。 4， 传输距离远，支持节点多。RS485 总线最长可以传输 1200m 左右，更远的距离则需要中继 传输设备支持但这时（速率≤100Kbps）才能稳定传输，一般最大支持 32 个节点，如果使 用特制的 485 芯片，可以达到 128 个或者 256 个节点，最大的可以支持到 400 个节点。 RS485总线连接 RS485 推荐使用在点对点网络中，比如：线型，总线型网络等，而不能是星型，环型网络。 理想情况下 RS485 需要 2 个终端匹配电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗（一般为 120 Ω）。没有特性阻抗的话，当所有的设备都静止或者没有能量的时候就会产生噪声，而且线移需要双端的电压差。没有终接电阻的话，会使得较快速的发送端产生多个数据信号的边缘，导致数据传输出错。 485 推荐的一主多从连接方式如图所示： 
在上面的连接中，如果需要添加匹配电阻，我们一般在总线的起止端加入，也就是主机和设备 4 上面各加一个 120Ω的匹配电阻。 
图中，节点1可以是主机（STM32），节点2、3等可以是设备。 由于 RS485 具有传输距离远、传输速度快、支持节点多和抗干扰能力更强等特点，所以 RS485有很广泛的应用。实际多设备时收发器有范围为-7V到+12V的共模电压，为了稳定传输， 也有使用 3 线的布线方式，即在原有的 A、B 两线上多增加一条地线。（4 线制使用全双工通讯方式，这种也叫 RS422，由于布线的难度和通讯局限，相对使用得比较少）。 TP8485E/SP3485/MAX485 可作为 RS485 的收发器（485收发器就是电平转换芯片），该芯片支持 3.3V~5.5V 供电，最大传输速度可达 250Kbps，支持多达 256 个节点(单位负载为 1/8 的条件下)，并且支持输出短路保护。该芯片（三个芯片都是pin to pin的）的框图如图所示： 
图中 A、B 总线接口，用于连接 485 总线。A: 接收器的输入端/ 驱动器的输出端 B : 接收器的输入端 / 驱动器的输出端 接收器：A、B端口接收到电压，转化为RS485电平，输出到RO端口 驱动器：DI端口接受到电平信号，转化为电压（差值）输出到A、B端口 RO : 接收器输出端RE : 接收器输出使能（低电平有效）DE : 驱动器输出使能（高电平有效）DI : 驱动器输入端RO接收器输出端： 如果 A - B ≥ +0.2V，RO则为高电平如果 A - B ≤ -0.2 V，RO则为低电平DI驱动器输入端： DI为低电平，A为低电平，B为高电平DI为高电平，A为高电平，B为低电平 二、正点原子例程 功能 经过前面的学习我们知道实际的 RS485 仍是串行通讯的一种电平传输方式，那么我们实际通讯时可以使用串口进行实际数据的收发处理，使用 485 转换芯片将串口信号转换为 485 的电 平信号进行传输，本章，我们只需要配置好串口 2，就可以实现正常的 485 通信了，串口 2 的 配置和串口 1 基本类似，只是串口 2 的时钟来自 APB1，最大频率为 36Mhz。 本章将实现这样的功能：通过连接两个精英 STM32F103 的 RS485 接口（485 半双工模式无法自收发，我们需要用两个开发板或者 USB 转 485 调试器+串口助手来帮助我们完成测试），然后由 KEY0 控制发送，当按下一个开发板的 KEY0 的时候，就发送 5 个数据给另外一个开发板，并在两个开发板上分别显示发送的值和接收到的值。 原理图
从上图可以看出：开发板的串口 2 和 TP8485 上的引脚连接到 P5 端上的端子，但不直接相 连，所以测试 485 功能时我们需要用跳线帽短接 P5 上的两组排针使之连通。STM32F1 的 PD7控制 RS485 的收发模式： 当 PD7=0 的时候，为接收模式；当 PD7=1 的时候，为发送模式。 另外，图中的 R14 和 R17 是两个偏置电阻，用来保证总线空闲时，A、B 之间的电压差都会大于 200mV（逻辑 1）。从而避免因总线空闲时因 A、B 压差不稳定，可能出现的乱码。 最后，我们用 2 根导线将两个开发板 RS485 端子的 A 和 A，B 和 B 连接起来。这里注意不要接反了（A 接 B），接反了会导致通讯异常！！ 
RS485 配置步骤
1）使能串口和 GPIO 口时钟 本实验用到 USART2 串口，使用 PA2 和 PA3 作为串口的 TX 和 RX 脚，因此需要先使能 USART2 和 GPIOA 时钟。参考代码如下： __HAL_RCC_USART2_CLK_ENABLE(); /* 使能 USART2 时钟 */ __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); /* 使能 GPIOA 时钟 */2）串口参数初始化（波特率、字长、奇偶校验等） HAL库通过调用串口初始化函数HAL_UART_Init完成对串口参数初始化，详见例程源码。 该函数通常会调用：HAL_UART_MspInit 函数来完成对串口底层的初始化，包括：串口及 GPIO 时钟使能、GPIO 模式设置、中断设置等。但是本实验避免与 USART1 冲突，所以把串口底层初始化没有放在 HAL_UART_MspInit 函数里。 3）GPIO 模式设置（速度，上下拉，复用功能等） GPIO 模式设置通过调用 HAL_GPIO_Init 函数实现，详见本例程源码。 4）开启串口相关中断，配置串口中断优先级 本实验我们使用串口中断来接收数据。我们使用__HAL_UART_ENABLE_IT 函数使能接收中断。通过 HAL_NVIC_EnableIRQ 函数使能串口中断，通过 HAL_NVIC_SetPriority 函数设置中断优先级。 5）编写中断服务函数 串口 2 中断服务函数为：USART2_IRQHandler，当发生中断的时候，程序就会执行中断服 务函数，在这里就可以对接收到的数据进行处理，详见本例程源码。 6）串口数据接收和发送 最后我们可以通过读写 USART_DR 寄存器，完成串口数据的接收和发送，HAL 库也给我们提供了：HAL_UART_Receive 和 HAL_UART_Transmit 两个函数用于串口数据的接收和发送。 大家可以根据实际情况选择使用哪种方式来收发串口数据。 驱动函数关联寄存器功能描述**__****HAL_RCC_USARTx_CLK_ENABLE(…) **使能串口时钟HAL_UART_Init(…)USART_CR1/CR2初始化串口__HAL_UART_ENABLE_IT(…)USART_CR1使能串口相关中断HAL_UART_Receive(…)USART_DR串口接收数据HAL_UART_Transmit(…)USART_DR串口发送数据__HAL_UART_GET_FLAG(…)USART_SR查询当前串口的状态 例程源码rs485.h #ifndef __RS485_H #define __RS485_H #include "./SYSTEM/sys/sys.h" /******************************************************************************************/ /* RS485 引脚 和 串口 定义 */ #define RS485_RE_GPIO_PORT GPIOD #define RS485_RE_GPIO_PIN GPIO_PIN_7 #define RS485_RE_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE(); }while(0) /* PD口时钟使能 */ #define RS485_TX_GPIO_PORT GPIOA #define RS485_TX_GPIO_PIN GPIO_PIN_2 #define RS485_TX_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); }while(0) /* PA口时钟使能 */ #define RS485_RX_GPIO_PORT GPIOA #define RS485_RX_GPIO_PIN GPIO_PIN_3 #define RS485_RX_GPIO_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); }while(0) /* PA口时钟使能 */ #define RS485_UX USART2 #define RS485_UX_IRQn USART2_IRQn #define RS485_UX_IRQHandler USART2_IRQHandler #define RS485_UX_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_USART2_CLK_ENABLE(); }while(0) /* USART2 时钟使能 */ /******************************************************************************************/ /* 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(RS485_RE_GPIO_PORT, RS485_RE_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \ HAL_GPIO_WritePin(RS485_RE_GPIO_PORT, RS485_RE_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \ }while(0) #define RS485_REC_LEN 64 /* 定义最大接收字节数 64 */ #define RS485_EN_RX 1 /* 使能（1）/禁止（0）RS485接收 */ extern uint8_t g_RS485_rx_buf[RS485_REC_LEN]; /* 接收缓冲,最大RS485_REC_LEN个字节 */ extern uint8_t g_RS485_rx_cnt; /* 接收数据长度 */ void rs485_init( uint32_t baudrate); /* RS485初始化 */ void rs485_send_data(uint8_t *buf, uint8_t len); /* RS485发送数据 */ void rs485_receive_data(uint8_t *buf, uint8_t *len);/* RS485接收数据 */ #endifrs485_init 函数 rs485_init 的配置与串口类似，也需要设置波特率等参数，另外还需要配置收发模式的驱动引脚，我们的程序设计如下： /** * @brief RS485初始化函数 * @note 该函数主要是初始化串口 * @param baudrate: 波特率, 根据自己需要设置波特率值 * @retval 无 */ void rs485_init(uint32_t baudrate) { /* IO 及 时钟配置 */ RS485_RE_GPIO_CLK_ENABLE(); /* 使能 RS485_RE 脚时钟 */ RS485_TX_GPIO_CLK_ENABLE(); /* 使能 串口TX脚 时钟 */ RS485_RX_GPIO_CLK_ENABLE(); /* 使能 串口RX脚 时钟 */ RS485_UX_CLK_ENABLE(); /* 使能 串口 时钟 */ GPIO_InitTypeDef gpio_initure; gpio_initure.Pin = RS485_TX_GPIO_PIN; gpio_initure.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; gpio_initure.Pull = GPIO_PULLUP; gpio_initure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(RS485_TX_GPIO_PORT, &gpio_initure); /* 串口TX 脚 模式设置 */ gpio_initure.Pin = RS485_RX_GPIO_PIN; gpio_initure.Mode = GPIO_MODE_AF_INPUT; HAL_GPIO_Init(RS485_RX_GPIO_PORT, &gpio_initure); /* 串口RX 脚 必须设置成输入模式 */ gpio_initure.Pin = RS485_RE_GPIO_PIN; gpio_initure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; gpio_initure.Pull = GPIO_PULLUP; gpio_initure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(RS485_RE_GPIO_PORT, &gpio_initure); /* RS485_RE 脚 模式设置 */ /* USART 初始化设置 */ g_rs458_handler.Instance = RS485_UX; /* 选择485对应的串口 */ g_rs458_handler.Init.BaudRate = baudrate; /* 波特率 */ g_rs458_handler.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B; /* 字长为8位数据格式 */ g_rs458_handler.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1; /* 一个停止位 */ g_rs458_handler.Init.Parity = UART_PARITY_NONE; /* 无奇偶校验位 */ g_rs458_handler.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE; /* 无硬件流控 */ g_rs458_handler.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX; /* 收发模式 */ HAL_UART_Init(&g_rs458_handler); /* HAL_UART_Init()会使能UART2 */ #if RS485_EN_RX /* 如果使能了接收 */ /* 使能接收中断 */ __HAL_UART_ENABLE_IT(&g_rs458_handler, UART_IT_RXNE); /* 开启接收中断 */ HAL_NVIC_EnableIRQ(RS485_UX_IRQn); /* 使能USART2中断 */ HAL_NVIC_SetPriority(RS485_UX_IRQn, 3, 3); /* 抢占优先级3，子优先级3 */ #endif RS485_RE(0); /* 默认为接收模式 */ } 可以看到代码基本跟串口的配置一样，只是多了收发控制引脚的配置 发送函数 发送函数用于输出 485 信号到 485 总线上，我的默认的 485 方式一般空闲时为接收状态， 只有发送数据时我们才控制 485 芯片进入发送状态，发送完成后马上回到空闲接收状态，这样 可以保证操作过程中 485 的数据丢失最小。我们实现的发送函数如下： /** * @brief RS485发送len个字节 * @param buf : 发送区首地址 * @param len : 发送的字节数(为了和本代码的接收匹配,这里建议不要超过 RS485_REC_LEN 个字节) * @retval 无 */ void rs485_send_data(uint8_t *buf, uint8_t len) { RS485_RE(1); /* 进入发送模式 */ HAL_UART_Transmit(&g_rs458_handler, buf, len, 1000); /* 串口2发送数据 */ g_RS485_rx_cnt = 0; RS485_RE(0); /* 进入接收模式 */ }485 接收中断函数 RS485 的接收就与串口中断一样了，不过要注意空闲时要切换回接收状态，否则会收不到 数据。我们定义了一个全局的缓冲区 g_RS485_rx_buf 进行接收测试，通过串口中断接收数据， 编写的接收代码如下： UART_HandleTypeDef g_rs458_handler; /* RS485控制句柄(串口) */ #ifdef RS485_EN_RX /* 如果使能了接收 */ uint8_t g_RS485_rx_buf[RS485_REC_LEN]; /* 接收缓冲, 最大 RS485_REC_LEN 个字节. */ uint8_t g_RS485_rx_cnt = 0; /* 接收到的数据长度 */ void RS485_UX_IRQHandler(void) { uint8_t res; if ((__HAL_UART_GET_FLAG(&g_rs458_handler, UART_FLAG_RXNE) != RESET)) /* 接收到数据 */ { HAL_UART_Receive(&g_rs458_handler, &res, 1, 1000); if (g_RS485_rx_cnt uint8_t rxlen = g_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 == g_RS485_rx_cnt && rxlen) /* 接收到了数据,且接收完成了 */ { for (i = 0; i uint8_t key; uint8_t i = 0, t = 0; uint8_t cnt = 0; uint8_t rs485buf[5]; HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */ sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */ delay_init(72); /* 延时初始化 */ usart_init(115200); /* 串口初始化为115200 */ usmart_dev.init(72); /* 初始化USMART */ led_init(); /* 初始化LED */ lcd_init(); /* 初始化LCD */ key_init(); /* 初始化按键 */ rs485_init(9600); /* 初始化RS485 */ lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED); lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "RS485 TEST", RED); lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED); lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "KEY0:Send", RED); /* 显示提示信息 */ lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "Count:", RED); /* 显示当前计数值 */ lcd_show_string(30, 150, 200, 16, 16, "Send Data:", RED); /* 提示发送的数据 */ lcd_show_string(30, 190, 200, 16, 16, "Receive Data:", RED);/* 提示接收到的数据 */ while (1) { key = key_scan(0); if (key == KEY0_PRES) /* KEY0按下,发送一次数据 */ { for (i = 0; i if (key > 5)key = 5; /* 最大是5个数据. */ for (i = 0; i LED0_TOGGLE(); /* LED0闪烁, 提示系统正在运行 */ t = 0; cnt++; lcd_show_xnum(30 + 48, 130, cnt, 3, 16, 0X80, BLUE); /* 显示数据 */ } } } 我们是通过按键控制数据的发送。在此部分代码中，cnt 是一个累加数，一旦 KEY0 按下， 就以这个数位基准连续发送 5 个数据。当 485 总线收到数据得时候，就将收到的数据直接显示 在 LCD 屏幕上。 在代码编译成功之后，需要下载代码到正点原子精英 STM32F103 上（注意要 2 个开 发板都下载这个代码） |
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