一. 概述
RS-485 是隶属于 OSI 模型物理层电气特性规定的 2 线、半双工、平衡传输线多点通信的标准。可以在有电子噪声的环境下进行长距离有效率的通信，在线性多点总线的配置下，可以在一个网络上有多个接收器，因此适用在工业环境中。本文主要介绍 RS-485 总线协议及 485 收发器的原理图设计。
二. 特点
RS-485 是硬件层协议 ，规定两条电平线上差值为多少表示 0 或者 1，电压可以通过仪表测量得到。由于 MCU 管脚输出 TTL 电平，在传输时容易受噪声影响，因此在较长距离传输时需要使用其他协议，485 通信实际上是把 MCU 出来的 TTL 电平通过硬件层的一个转换器芯片，即 485 收发器进行转换，以差分信号的形式在总线上传输。
特点：
1. 半双工工作方式，支持多点数据通信。
2. 抗干扰能力强、传输距离远。RS485通信协议采用差分信号传输,即使用两根线进行数据传输,通过这种方式, RS485 可以有效地抵抗电磁干扰,并实现较长的通信距离。
3. RS-485 的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+（0.2-6） V 表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（0.2-6）V 表示，不同的芯片电气特性会有些许差别。
特点：
1. 半双工工作方式，支持多点数据通信。
2. 抗干扰能力强、传输距离远。RS485通信协议采用差分信号传输,即使用两根线进行数据传输,通过这种方式, RS485 可以有效地抵抗电磁干扰,并实现较长的通信距离。
3. RS-485 的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+（0.2-6） V 表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（0.2-6）V 表示，不同的芯片电气特性会有些许差别。
三. 原理及连接方式
目前市面上的 RS-485 收发器型号很多，常见的转换芯片有 MAX485，SP3485 等。以工业芯片 NCA3485 为例,该芯片是一种半双工 RS-485 收发器，支持 3.3V 供电，具有 1/8 单位负载的接收器输入阻抗，允许总线上多达 256 个收发器。设备数据速率最高可达 12Mbps。
NCA3485 芯片的引脚图如下所示：
图 1 NCA3485 芯片引脚图
图中 A、B 总线接口，/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），R 是接收输出端，D 是发送数据收入端。
在电路设计时可将 /RE 与 DE 连接，MCU 用一个引脚决定 RS485 数据收发，设为 1 时，表示发送数据，设为 0 时，表示接收数据。 MCU 使用 RX 与 TX 信号线连接到 485 收发器的 R 和 D 上，通过 UART 发送 TTL 电平信号，在收发器中转换成差分信号连接到网络总线进行传输。如图 2 为发送器的真值表，DE 为高电平且收发器 D 输入为高时，总线上差分信号表现为逻辑“1”，D 输入为低电平时，总线上差分信号表现为逻辑“0”
图 2 发送器真值表
图 3 接收器真值表
如图 3 为接收器的真值表，由于通讯是半双工形式，在同一时刻只能表达一个信号，对于 NCA3485 接收器：
- 如果 /RE=0, VA – VB >= -10 mV,则接收电路 R 识别为逻辑 1；
- 如果 /RE=0, VA – VB <= -200 mV,则接收电路 R 识别为逻辑 0。
收发器通过 A、B 连接到总线，使用差分信号来传输，一条总线上可挂载多个设备，如图 4 为RS-485的总线网络。
图 4 RS-485 总线网络
总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，即一条总线将各个节点串接起来，不支持环形或星型网络，如果需要使用星型结构就必须使用 485 中继器或 485 集线器。RS-485 总线一般支持32个节点，如果特质的 485 芯片可以达到 128 或 256 个节点，最大支持400个节点。
四. 原理图
图 5 NCA3485 原理图
- 理想情况下 RS-485 需要 120 欧姆的匹配电阻，因为大多数双绞线电缆特性阻抗大约在 100～120Ω，因此进行阻抗匹配。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，没有终端电阻的话，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。
- RS-485需要做瞬态过电压抑制，在总线上加一个 ESD 可以有效进行静电防护。
- 对于 NCA3485 在 VDD 和 GND 之间需要一个 0.1 uF 的旁路电容，电容器应尽可能靠近封装放置，其他收发器的电容取值可参考其数据手册典型电路图。
- 对于部分 RS-485 收发器，其 A、B 口需接偏置电阻，保证总线空闲时接收器输出 R 为逻辑高。RS-485 在发送数据完成后，要求所有的发送使能控制信号关闭且保持接收使能有效，此时，总线驱动器进入高阻状态且接收器监测总线上是否有新的通信数据。此时总线处于无源驱动状态，容易受到外界的噪声干扰。当噪声电压超过输入信号门限时，接收器将输出数据，导致对应的 UART 接收无效的数据，使通讯出错，解决方法是在 A、B 线加上下拉电阻或者使用内置防故障模式的系列产品。
- 由于输出信号为差分信号，因此在 Layout 时需要注意差分线耦合，即尽可能等距等长，走线底下不要有其他信号线，留出一些空间进行包地等。
五. 参考资料
1. NCA34xx_DatasheetRev1.1_EN
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