在工业通信领域,RS-485 总线因其良好的抗干扰性、长传输距离和多节点通信能力而被广泛应用。MAX3485 作为一款 3.3V 供电的半双工 RS-485/RS-422 收发器芯片,在构建 485 通信外设时具有重要价值。本文将详细介绍 MAX3485 芯片的核心特性、硬件设计要点、软件功能实现以及在MCU芯片AS32S601-485通信外设中应用注意事项,旨在为相关工程技术人员提供专业的技术参考。
一、核心特性
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供电范围 :MAX3485 芯片支持 3.0V 至 3.6V 的单电源工作模式,这一特性使其能够与 3.3V 系统设计无缝兼容,确保了在不同系统架构中的稳定供电。
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通信速率 :具备最高达 12Mbps 的传输速率,能够满足高速数据传输的需求,适用于对通信速度要求较高的工业自动化控制系统。
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节点容量 :支持最多 256 个节点并联在同一总线上,为构建大规模的分布式监测与控制系统提供了硬件基础,可实现多个设备之间的协同通信与数据共享。
二、硬件设计要点
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引脚功能 :
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RO 引脚(1 号引脚)通常与微控制器(MCU)UART 控制器的 RX 相连接,用于接收对端发送的数据。
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RE 引脚(2 号引脚)对 RO 起控制作用。当 RE 为低电平时,RO 可接收数据;当 RE 为高电平时,RO 不接收数据。
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DE 引脚(3 号引脚)对 DI 起控制作用。DE 为高电平时,DI 可输出数据;DE 为低电平时,DI 不输出数据。
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DI 引脚(4 号引脚)通常与 MCU UART 控制器的 TX 相连接,用于将数据发送到对端。
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GND 引脚(5 号引脚)在串口通信中起到关键作用,必须保证所有设备共地,以确保信号传输的准确性和稳定性。
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A 引脚(6 号引脚)与对端的 A 线相连接,输出为正电压。
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B 引脚(7 号引脚)与对端的 B 线相连接,输出为负电压,与 A 线共同构成差分信号。
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VCC 引脚(8 号引脚)为 MAX3485 芯片提供工作电源。
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2.电气特性:
MAX3485为半双工通信,即本端要发送数据时,应保证所有对端都不发送数据。本地处于接收数据的状态,不应该进行数据发送。
MAX3485的总线电平由A线电平 - B线B电平得出,A - B > 2V,总线为高电平,A - B < -2V,总线为低电平;属于差分信号。
A/B线的信号由芯片对DI上的电平做转换得到,RO的电平由芯片对A/B线的信号转换得到。
3.终端电阻与布线要求:
在总线首尾节点需接入匹配电阻,典型值为 100Ω,以减少信号反射和驻波效应,确保通信质量。
在非恶劣环境下,可省略偏置电阻(R1/R2/R3)。但在复杂电磁环境下,适当的偏置电阻有助于稳定总线电平。
采用 “手拉手” 拓扑结构连接多个节点,避免使用星型结构,以减少信号传输的延迟和失真,保证通信的可靠性。
三、软件功能实现
(一)GPIO 初始化
通过配置 GPIO 引脚的功能,使其能够与 USART5 进行通信。以下是 GPIO 初始化代码示例:
void MAX3485_GPIO_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIOG_CLK_ENABLE(); /* Set GPIO multiplex mapping */GPIO_PinAFConfig(GPIOG, GPIO_PinSource12, GPIO_AF_USART5); /* USART5_TX */GPIO_PinAFConfig(GPIOG, GPIO_PinSource13, GPIO_AF_USART5); /* USART5_RX */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11| GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_OStrength = GPIO_OStrength_18mA;GPIO_Init (GPIOG, &GPIO_InitStructure);
}
(二)USART 初始化
对 USART5 进行初始化设置,包括波特率、字长、停止位、校验位等参数的配置。以下是 USART 初始化代码示例:
void User_Print_Init(uint32_t BaudRate)
{
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
PLIC_InitTypeDef PLIC_InitStructure;USART5_CLK_ENABLE();/* GPIO Configure */RE_DE_Init(); USART_DeInit(USART5);USART_StructInit(&USART_InitStructure);
/* Initializes the USART5 */USART_InitStructure.USART_BaudRate = BaudRate;USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;USART_InitStructure.USART_OverSampling = USART_OverSampling_16;USART_Init(USART5, &USART_InitStructure);USART_Cmd(USART5, ENABLE);
(三)软件收发逻辑
半双工控制 :在发送数据时,需将 DE 引脚置为 1,同时将 RE 引脚置为 1,以关闭接收功能;接收数据时,将 DE 引脚置为 0,RE 引脚置为 0。以下是发送数据的代码示例:
void MAX3485_Send(void)
{GPIO_SetBits(GPIOG,GPIO_Pin_11);USART_SendData(USART5,0xBA);delay_ms(1);GPIO_ClearBits(GPIOG,GPIO_Pin_11);
}
空闲状态 :保持接收模式,即 DE 引脚与 RE 引脚都为低电平,使 RO 使能,DI 不使能,以便监听总线上的数据。
四、应用注意事项
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协议设计 :在使用 MAX3485 构建的半双工总线通信系统中,应用协议必须确保同一时间只有一个设备处于发送状态,其他设备处于接收状态。虽然总线上存在多个设备,但协议应实现点对点通信,对于不属于自己的数据应进行过滤。
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DE/RE 控制时机 :DE 和 RE 引脚的控制对收发影响显著,需要通过多次实验确定控制这两个引脚的精确时机,以避免通信冲突和数据丢失。
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数据接收问题 :在 DI 使能时,若让 RO 也使能,可能会导致 MCU 的 TX 发送的数据被 RX 接收到,进而引起数据异常。
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共地通信 :所有连接在一起的设备必须共地通信,以确保信号传输的准确性和稳定性。
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共模电阻配置 :共模电阻应根据实际情况进行调整。有时在本端加入共模电阻可能会导致在接收数据时,首先接收到一个 0 字符的情况,需要针对具体应用场景进行优化。
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发送时序控制 :芯片一般处于接收模式,即 DE 与 RE 都为低电平时,RO 使能,DI 不使能。在发送数据前,MCU 通过拉高与 DE/RE 相连接的引脚电平,使 MAX3485 处于发送模式,然后通过 UART 控制器发送比特位数据。MCU上一次数据发送完成后,需要等待20个bits的时间后再将DE/RE相直连的引脚拉低,因为MCU上最后一个字节发送后,其实只是写入到了UART寄存器中,此时MAX3485至少还需要有一个字节的时间处于发送状态,即DI应该还处于使能状态。