【普中STM32F1xx开发攻略--标准库版】-- 第 38 章 RS485 通信实验

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在前面章节中，我们介绍了使用 STM32F1 的串口实现 RS232 通信，它是一种全双工通信。这一章我们来学习如何使用 STM32F1 的串口实现 RS485（半双工）通信。 STM32F1 的串口非常多，本章就利用 STM32F1 的串口 2 与 PC 机进行 RS485通信。本章要实现的功能是：通过 STM32F1 的串口 2 将 PC 机发送过来的数据原封不动的返回给 PC 机串口，同时 DS0 指示灯不断闪烁，提示系统正常运行。学习本章可以参考前面"串口通信实验" 章节内容。若结合视频学习效果更佳。本章分为如下几部分内容：

[38.1 RS485 通信介绍](#38.1 RS485 通信介绍)

[38.2 硬件设计](#38.2 硬件设计)

[38.3 软件设计](#38.3 软件设计)

[38.3.1 RS485（串口 2）初始化函数](#38.3.1 RS485（串口 2）初始化函数)

[38.3.2 串口 2 中断函数](#38.3.2 串口 2 中断函数)

[38.3.3 RS485 发送与接收函数](#38.3.3 RS485 发送与接收函数)

[38.3.4 主函数](#38.3.4 主函数)

[38.4 实验现象](#38.4 实验现象)

课后作业

38.1 RS485 通信介绍

典型的串口通信标准有 RS232 和 RS485， RS232 是全双工点对点的通信，而RS485 是半双工通信（2 线制），可以一点对多点进行组网，而且 RS485 是用缆线两端的电压差值来表示传递信号，这与 RS232 电气特性大不一样。 RS485 仅仅规定了接受端和发送端的电气特性，并没有规定或推荐任何数据协议，因此

RS485 的协议层可以和 RS232 一样。下面我们看下 RS485 的特点：

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 以上（速率≤100Kbps）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 推荐使用在点对点，线型，总线型网络中，不能使用在星型和环型网络。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 120Ω ）。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。 RS485 推荐的连接方式如下图所示：

在 RS485 通信网络中，通常会使用 485 收发器来转换 TTL 电平和 RS485 电平。节点中的串口控制器使用 RX 与 TX 信号线连接到 485 收发器上，而收发器通过差分线连接到网络总线，串口控制器与收发器之间一般使用 TTL 信号传输，收发器与总线则使用差分信号来传输。发送数据时，串口控制器的 TX 信号经过收发器转换成差分信号传输到总线上，而接收数据时，收发器把总线上的差分信号转化成 TTL 信号通过 RX 引脚传输到串口控制器中。通常在这些节点中只能有一个主机，剩下的全为从机。在总线的起止端分别加了一个 120 欧的匹配电阻。

我们开发板采用 MAX3485 作为收发器，该芯片支持 3.3V 供电，最大传输速度可达 10Mbps，支持多达 32 个节点，并且有输出短路保护。该芯片的框图如下图所示：

图中 A、 B 为 RS485 总线接口，用于连接 485 总线。 RO 是接收输出端， DI是发送数据输入端， RE 是接收使能信号（低电平有效）， DE 是发送使能信号（高电平有效）。因为 RS485 为半双工通信，通过 RE 和 DE 就能控制发送与接收。

本章我们使用 STM32F1 的串口 2 跟 PC 机进行 RS485 通信，这里要特别注意，因为 PC 机不具有 RS485 接口，所以我们需要使用一个 RS232/RS485 的转换器， DB9 接口连接 PC 机， RS485 总线接口连接我们开发板上 RS485 模块的 A 和 B。RS232/RS485 转换器如下图所示：

只要配置好串口 2 功能就可以实现 RS485 通信，串口 2 的配置与串口 1 是类似的，只不过串口 2 是挂接在 APB1 总线上，因此使能串口 2 时钟时要注意。

38.2 硬件设计

本实验使用到硬件资源如下：

（1） DS0 指示灯

（2）串口 2

（3） RS485 收发器： MAX3485

DS0 指示灯电路在前面章节都介绍过，这里就不多说，下面我们来看下开发板上 RS485 模块电路，如下图所示：

从电路图中可以看到， SP3485（MAX3485）芯片的 RO 和 DI 管脚连接 P8 端子的 1、 2 脚，该端子的作用在串口通信章节硬件设计中介绍过，用来切换 RS232和 RS485 通信的，如果要做 RS485 实验，即使用短接片把 P6 端子的 1、 3 管脚短接， 2、 4 管脚短接。在 STM32F1 芯片的串口 2 管脚 PA3 和 PA2 上， SP3485 芯片的 DE 与 RE 短接在一起连接在 STM32F1 芯片的 PD7 上，通过 PD7 管脚就可以控制SP3485 的收发，当 PD7=0 时，为接收模式，当 PD7=1 时，为发送模式。要注意以太网模块的 DM9000_RST 也使用了 PD7 管脚，所以它们不能同时使用，只能分时复用。图中的 R35 电阻为匹配电阻，大小为 120 欧。图中另外 2 个电阻 R34和 R30 为偏置电阻，用来保证总线空闲时， A、 B 之间的电压差都会大于 2V（逻辑 1），从而避免因总线空闲时， A、 B 压差不定，引起逻辑错乱导致出现乱码。

要实现本章功能，我们需要使用 2 根导线将开发板上 485 模块的 A 和 B 与RS232/RS485 转换器的 A 和 B 对应连接，这里一定要注意不能交叉，否则通信异常。开发板上 485 模块的 A 和 B 如下图所示：

38.3 软件设计

本章所要实现的功能是：通过操作 KEY_UP 键， STM32F1 的串口 2 将 PC 机发送过来的数据原封不动的返回给 PC 机串口，同时 DS0 指示灯不断闪烁，提示系统正常运行。程序框架如下：

（1）初始化串口 2，并使能串口接收中断等

（2）编写串口 2 中断函数（将接收到的数据返回出去）

（3）编写主函数

串口初始化配置在"串口通信实验" 中就介绍过。下面我们打开"\4--实验程序\1--基础实验\30-RS485 通信实验" 工程，在 APP 工程组中可以看到添加了rs485.c 文件（里面包含了 RS485（串口 2）驱动程序），在 StdPeriph_Driver工程组中添加了 stm32f10x_usart.c 库文件。 USART 操作的库函数都放在stm32f10x_usart.c 和 stm32f10x_usart.h 文件中，所以使用到串口就必须加入stm32f10x_usart.c 文件，同时还要包含对应的头文件路径。

这里我们分析几个重要函数，其他部分程序大家可以打开工程查看。

38.3.1 RS485（串口 2）初始化函数

因为 485 收发器是连接 STM32F1 串口 2，要实现 RS485 通信，我们就需要初始化串口 2，初始化代码如下：

cpp 复制代码

//初始化IO 串口2
//pclk1:PCLK1时钟频率(Mhz)
//bound:波特率	  
void RS485_Init(u32 bound)
{  
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
 	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
 
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE);//使能GPIOA,D时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE);//使能USART2时钟
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;				 //PD7端口配置
 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 		 //推挽输出
 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
 	GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);
 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;	//PA2
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;	//复用推挽
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
   
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;//PA3
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);  

	RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE);//复位串口2
	RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_USART2,DISABLE);//停止复位
 
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//波特率设置
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//8位数据长度
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;///奇偶校验位
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;//收发模式
	USART_Init(USART2, &USART_InitStructure); ; //初始化串口
  
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn; //使能串口2中断
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3; //先占优先级2级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; //从优先级2级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能外部中断通道
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
 
	USART_ITConfig(USART2, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启中断
	USART_Cmd(USART2, ENABLE);                    //使能串口 

	RS485_TX_EN=0;			//默认为接收模式
}

38.3.2 串口 2 中断函数

初始化串口 2 后，中断就已经开启了，当 PC 机发送数据过来后会触发串口接收中断，在中断内将串口 2 接收到的数据存储到我们定义的缓冲数组内，具体代码如下：

cpp 复制代码

//接收缓存区 	
u8 RS485_RX_BUF[64];  	//接收缓冲,最大64个字节.
//接收到的数据长度
u8 RS485_RX_CNT=0;  

void USART2_IRQHandler(void)
{
	u8 res;	    
 
 	if(USART_GetITStatus(USART2, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收到数据
	{	 
	 			 
		res =USART_ReceiveData(USART2); 	//读取接收到的数据
		if(RS485_RX_CNT<64)
		{
			RS485_RX_BUF[RS485_RX_CNT]=res;		//记录接收到的值
			RS485_RX_CNT++;						//接收数据增加1 
		} 
	}  											 
}

为了确认串口中断是否发生接收中断，调用了读取串口中断状态标志方法USART_GetITStatus(USART2, USART_IT_RXNE)，如果确实产生接收中断，那么就会执行 if 内的语句，调用 USART_ReceiveData 函数将接收到的数据存放在变量res 中，然后再将 res 变量存放到缓存数组 RS485_RX_BUF，该数组是我们定义的一个全局数组变量，可最多存储 64 字节，每接收一个字节就让数组脚标增加 1。

38.3.3 RS485 发送与接收函数

在串口 2 中断函数内我们已经将接收的数据存储到了缓存数组中，为了能够实现程序的通用性，我们再次将接收部分封装成独立函数，同样也对发送封装成一个独立函数，代码如下：

cpp 复制代码

//RS485发送len个字节.
//buf:发送区首地址
//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64个字节)
void RS485_Send_Data(u8 *buf,u8 len)
{
	u8 t;
	RS485_TX_EN=1;			//设置为发送模式
  	for(t=0;t<len;t++)		//循环发送数据
	{		   
		while(USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TC) == RESET);	  
		USART_SendData(USART2,buf[t]);
	}	 
 
	while(USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TC) == RESET);		
	RS485_RX_CNT=0;	  
	RS485_TX_EN=0;				//设置为接收模式	
}
//RS485查询接收到的数据
//buf:接收缓存首地址
//len:读到的数据长度
void RS485_Receive_Data(u8 *buf,u8 *len)
{
	u8 rxlen=RS485_RX_CNT;
	u8 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;		//清零
	}
}

这里要注意，在发送数据之前，需要将 RS485_TX_EN（PD7）置 1，即选择发送模式，数据发送完成后需要将 RS485_TX_EN（PD7）置 0，即选择接收模式，等待下一次数据的接收。最后要记得将全部变量 RS485_RX_CNT 清零。

发送和接收函数均有 2 个入口参数，第一个参数是发送数据区首地址，第二个参数指定所要发送或接收的数据长度。

这里我们重点介绍一下接收数据的流程（超时法）：首先令rxlen=RS485_RX_CNT，记录当前接收到的字节数，随后，等待 10ms，如果在这个 10ms 里面，没有接收到任何数据（RS485_RX_CNT 的值未增加），那么就说明接收完成了。如果有接收到其他数据（ RS485_RX_CNT 变大了），那么说明还在继续接收数据，需等到下一个循环再处理；

38.3.4 主函数

编写好串口 2 初始化、中断服务函数及数据发送和接收函数后，接下来就可以编写主函数了，代码如下：

cpp 复制代码

#include "system.h"
#include "SysTick.h"
#include "led.h"
#include "usart.h"
#include "key.h"
#include "rs485.h"


int main()
{
	u8 i=0;
	u8 rs485buf[5];
	u8 len=0;
	u8 key=0;
	
	SysTick_Init(72);
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);  //中断优先级分组 分2组
	LED_Init();
	USART1_Init(115200);
	KEY_Init();
	RS485_Init(9600);
	
	while(1)
	{
		key=KEY_Scan(0);
		if(key==KEY_UP_PRESS)
		{
			RS485_Send_Data(rs485buf,5);
		}
		RS485_Receive_Data(rs485buf,&len);
		
		i++;
		if(i%20==0)
		{
			LED1=!LED1;
		}		
		delay_ms(10);
	}
}

主函数实现的功能很简单，首先调用之前编写好的硬件初始化函数，包括SysTick 系统时钟， LED 初始化等。然后调用我们前面编写的 RS485_Init 函数初始化串口 2，我们将串口 2 的波特率设置为 9600，所以再与 PC 机进行通信的时候也要设置这个波特率。最后进入 while 循环，循环检测按键 KEY_UP 键是否按下，如按下则将 RS485 接收的数据发送给 PC 机串口助手。同时控制 DS0 指示灯闪烁，提示系统正常运行。

需要注意的是：程序中定义的发送与接收存储的数组 rs485buf 只能存放 5个字节，也就是说我们使用串口助手一次只能发送 5 个字节数据，不能多也不能少。

38.4 实验现象

将工程程序编译后下载到开发板内，可以看到 DS0 指示灯不断闪烁，表示程序正常运行。使用 RS232/RS485 转换器将 PC 机与我们开发板 485 模块的 A 和 B连接，打开串口调试助手，选择好转换器的串口（不是开发板上的 CH340 串口），将波特率设置为 9600，在字符串输入框内输入数据，点击发送后，然后按下开发板上 KEY_UP 键，在串口助手显示窗口就会显示发送的数据（程序中定义的发送与接收存储的数组 rs485buf 只能存放 5 个字节，也就是说我们使用串口助手一次只能发送 5 个字节数据，不能多也不能少）。要想看到现象可以打开"\5--开发工具\4-常用辅助开发软件\串口调试助手\串口调试助手（丁丁） " 内串口调试助手，实验现象如下：（前提一定要连接好线路， USB 线一端连接电脑，另一端连接开发板"USB 转串口模块" 上的 USB 下载口，并且在"USB 转 TTL&电源"模块上 P4 端子短接片已插上）

注意：做 RS485 实验，必须把 P6 端子短接片调到 485 端，如下：

课后作业

（1）通过 PC 机发送的数据控制开发板上的 LED 和蜂鸣器。（温馨提示：将串口 2 接收到的数据进行处理判断后控制）

【普中STM32F1xx开发攻略--标准库版】-- 第 38 章 RS485 通信实验

38.1 RS485 通信介绍

38.2 硬件设计

38.3 软件设计

38.3.1 RS485（串口 2） 初始化函数

38.3.2 串口 2 中断函数

38.3.3 RS485 发送与接收函数

38.3.4 主函数

38.4 实验现象

课后作业

38.3.1 RS485（串口 2）初始化函数