【GD32F303紅楓派開發(fā)板使用手冊】第十八講 USART-485通信實驗

18.1實驗內(nèi)容

通過本實驗主要學(xué)習(xí)以下內(nèi)容：

• 485工作原理
• 串口單線工作原理

18.2實驗原理

18.2.1485工作原理

485一般指RS485。RS485名TIA-485-A, ANSI/TIA/EIA-485或TIA/EIA-485，是由電信業(yè)協(xié)會和電業(yè)聯(lián)盟定義。RS485就是個硬件通信協(xié)議，它規(guī)定當(dāng)兩線間電壓差為+2V ~ +6V時為邏輯“1”，電壓差為-2V ~ -6V時為邏輯“0”

RS-485的特點：由于485信號是利用差模傳輸?shù)?，即?85+與485-的電壓差來作為信號傳輸。如果外部有個擾源對其進行干擾，使雙絞線進行485信號傳輸?shù)臅r候，由于其雙絞，干擾對于485+，485-的干擾效果都是樣的，那電壓差依然是不變的，對于485信號的干擾縮到了最小。同樣的道理，如果有屏蔽線起到屏蔽作的話，外部擾源對于其的擾影響也可以盡可能的縮小。

485布線規(guī)范是必須要牽的布線，旦沒有借助485集線器和485中繼器直接布設(shè)成星型連接和樹形連接，很容易造成信號反射導(dǎo)致總線不穩(wěn)定。

485總線必須要單點可靠接地。單點就是整個485總線上只能是有個點接地，不能多點接地，因為將其接地是因為要將地線(般都是屏蔽線作地線)上的電壓保持致，防止共模擾，如果多點接地適得其反。

RS-485 與MCU

MCU的輸出和讀取都是TTL電平，一般情況下由地線和信號線組成，在遠距離傳輸?shù)那闆r下，信號線上的干擾信號會隨著有效信號被傳遞到接收端，使得通信容易被干擾。 與之相對的，485協(xié)議輸出的是差分信號，經(jīng)過TTL轉(zhuǎn)485芯片的轉(zhuǎn)換后其有效信息為兩條信號線的電壓差，即可大大消除通信時的共模干擾，同時由于其傳遞的信息隨時可以在硬件層面上被測量，而且整個轉(zhuǎn)換過程完全為硬件操作，無需軟件編寫，因此是種硬件協(xié)議。

TTL-485轉(zhuǎn)換器的真值表

實際操作時，芯片的接收器輸出端RO與單片機的Rx相連，驅(qū)動器輸端DI則與單片機的Td相連

驅(qū)動器的輸出邏輯

485芯片既有全雙通信，也有半雙工通信，如果485為半雙工通信模式，其在發(fā)送信息時便無法讀取信息，因此當(dāng)DE被拉高時完全處于發(fā)送信息的狀態(tài)，此時DI接受單片機寫入的數(shù)字信號，當(dāng)輸信號DI為1時輸出正的差分信號，即A-B>0.2V。當(dāng)輸信號DI為0時輸出負差分信號，即B-A>-0.2V（有些芯片是0.3V，如SP3485）

當(dāng)DE被拉低時，依據(jù)/RE（低電平有效）的電平判斷作狀態(tài)，當(dāng)/RE為高時，整個器件不工作，輸出高阻態(tài)，當(dāng)其在低電平下使能時，則由輸?shù)腁B差分信號向RO輸出0或1。

18.2.2串口單線工作原理

本實驗中，我們使用串口的TX線同時實現(xiàn)發(fā)送和接受的功能。

通過設(shè)置USART_CTL2寄存器的HDEN位，可以使能單線模式。在單線模式下，TX引腳和RX引腳將從內(nèi)部連接到一起，RX引腳不再使用。TX引腳應(yīng)該被配置為開漏輸出模式。通信沖突由軟件處理。當(dāng)發(fā)送時，需要關(guān)閉串口接受功能，打開發(fā)送功能；當(dāng)接受時，需要關(guān)閉串口發(fā)送功能，打開接受功能。

18.3硬件設(shè)計

紅楓派開發(fā)板485硬件設(shè)計如下：

即使用PB6實現(xiàn)發(fā)送和接收，使用PG15用來控制485傳輸方向。

18.4代碼解析

18.4.1485發(fā)送函數(shù)

在bsp_uart.c中，定義了485發(fā)送函數(shù)：

C void bsp_rs485_uart_transmit(uint8_t *pbuff,uint16_t length) { uint32_t timeout = driver_tick; while(BOARD_UART.uart_control.Com_Flag.Bits.RecState==1 && BOARD_UART.uart_control.RecCount!=0){ if((timeout+UART_TIMEOUT_MS) <= driver_tick) { BOARD_UART.uart_control.Com_Flag.Bits.RecState=0; } } driver_gpio_pin_set(&RS485_DIR); usart_receive_config(BOARD_UART.uart_x, USART_RECEIVE_DISABLE); usart_transmit_config(BOARD_UART.uart_x, USART_TRANSMIT_ENABLE); if(BOARD_UART.uart_mode_tx==MODE_DMA) { driver_uart_dma_transmit(&BOARD_UART,pbuff,length); } else if(BOARD_UART.uart_mode_tx==MODE_INT) { driver_uart_int_transmit(&BOARD_UART,pbuff,length); } else if(BOARD_UART.uart_mode_tx==MODE_POLL) { driver_uart_poll_transmit(&BOARD_UART,pbuff,length); usart_receive_config(BOARD_UART.uart_x, USART_RECEIVE_ENABLE); usart_transmit_config(BOARD_UART.uart_x, USART_TRANSMIT_DISABLE); driver_gpio_pin_reset(&RS485_DIR); } }

18.4.2485接受函數(shù)

在bsp_uart.c中定義了485接受函數(shù)：

C void bsp_rs485_uart_receive(uint8_t *pbuff,uint16_t length) { uint32_t timeout = driver_tick; while(BOARD_UART.uart_control.Com_Flag.Bits.SendState==1){ if((timeout+UART_TIMEOUT_MS) <= driver_tick) { BOARD_UART.uart_control.Com_Flag.Bits.SendState=0; } } usart_receive_config(BOARD_UART.uart_x, USART_RECEIVE_ENABLE); usart_transmit_config(BOARD_UART.uart_x, USART_TRANSMIT_DISABLE); driver_gpio_pin_reset(&RS485_DIR); if(BOARD_UART.uart_mode_rx==MODE_DMA) { driver_uart_dma_receive(&BOARD_UART,pbuff,length); } else if(BOARD_UART.uart_mode_rx==MODE_INT) { driver_uart_int_receive(&BOARD_UART,pbuff,length); } else if(BOARD_UART.uart_mode_rx==MODE_POLL) { driver_uart_poll_receive(&BOARD_UART,pbuff,length); } }

18.4.3main函數(shù)實現(xiàn)

以下為main函數(shù)代碼：

C int main(void) { delay_init(); //初始化UART為中斷模式，注冊接受完成（IDLE）回調(diào)函數(shù) BOARD_UART.uart_mode_tx=MODE_DMA; BOARD_UART.uart_mode_rx=MODE_DMA; BOARD_UART.uart_idle_callback=user_receive_complete_callback; bsp_rs485_uart_init(); nvic_irq_enable(USART0_IRQn,2,0); delay_ms(1000); //配置UART接受，最長100byte bsp_rs485_uart_receive(uart_rec_buff,100); while (1) { //查詢到接受完成回調(diào)函數(shù)標(biāo)志 if(uart_receive_complete_flag==SET) { uart_receive_complete_flag=RESET; //發(fā)送剛接受到的數(shù)據(jù) bsp_rs485_uart_transmit(uart_rec_buff,uart_receive_count); } } }

本例程main函數(shù)首先進行了延時函數(shù)初始化，再初始化485為中斷模式，接著配置串口BOARD_UART，開啟串口中斷NVIC，這里使用到了IDLE中斷，然后配置485接受（DMA方式），最長100個字節(jié)，所以我們可以給485發(fā)送100個字節(jié)以下長度的數(shù)據(jù)。在while（1）循環(huán)中循環(huán)查詢uart_receive_complete_flag標(biāo)志位，當(dāng)該標(biāo)志位為“SET”時，表示IDLE中斷被觸發(fā)，一幀數(shù)據(jù)接受完，最后將接收到的幀數(shù)據(jù)通過DMA發(fā)送方式原封不動發(fā)送到485上。

18.5實驗結(jié)果

使用USB轉(zhuǎn)485轉(zhuǎn)接線，將A、B線接好，使用串口調(diào)試助手發(fā)送一幀數(shù)據(jù)到MCU，MCU會將這幀數(shù)據(jù)回發(fā)到串口調(diào)試助手中。

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