深入浅出，明明白白的搞清楚RS-485总线！

差分信号

平衡布线可在使用差分信号时降低噪声。这些信号“A”和“B”被称为差分信号；其中一个信号与原始信号匹配，而另一个完全反转，这就是为什么它有时被称为互补信号的原因。

在单端接口中，接收器将信号接地，并根据预定的电压电平解析信号状态（这些被称为逻辑电平，因为它们确定信号是逻辑高还是逻辑低）。

然而，在电压趋于下降和压摆率下降的较长电缆距离上，经常会发生信号错误。

在差分应用中，主机生成原始单端信号，然后发送到差分发送器。该发送器创建差分对，通过电缆发送出去。生成两个信号后，接收器不再将电压电平参考到地，而是将信号相互参考。这意味着接收器不是寻找特定的电压电平，而是始终查看两个信号之间的差异。

然后，差分接收器将这对信号重构回一个单端信号，主机设备可以使用主机所需的适当逻辑电平来解释该信号，图 3。这种类型的接口还允许不同电压电平的设备运行通过差分收发器之间的通信将它们连接在一起。所有这些共同作用以克服单端应用在长电缆距离上可能发生的信号衰减。

差分信号应对干扰

信号衰减并不是长电缆距离出现的唯一问题。电缆在系统内的时间越长，电气噪声和干扰进入电缆并最终进入电气系统的可能性就越大。当噪声耦合到电缆上时，它显示为不同幅度的电压，但使用平衡双绞线电缆的好处是噪声在每条线路上均等地耦合到电缆。例如，正的 1 伏尖峰将导致 A 上的 +1 V 和 B 上的 +1 V。

由于差分接收器将信号相互减去以获得重建信号，它会忽略两条线上同样显示的噪声, 图 4。差分接收器忽略两条信号线上相同电压的能力称为共模抑制。

RS-485 是一种双工通信系统，其中同一总线上的多个设备可以双向通信。RS-485 最常用作半双工，如上图所示，只有一条通信线路（“A”和“B”成对）。在半双工中，设备轮流使用同一条线路，在该线路中主机将断言对总线的控制并发送命令，所有其他设备都在监听。接收者将监听其地址，然后该设备将断言控制并做出响应。

相反，在全双工系统中，例如串行外设接口 (SPI) 或通用异步收发器 (UART)，主机和从设备可以使用专用输入和输出线同时通信。

在数据层，RS-485 通常使用 UART 进行串行通信，主机 UART 以全双工方式驱动和接收串行通信。它连接到构成物理层的 RS-485 差分收发器，并将信号转换为半双工差分格式，以便在 RS-485 总线上使用。然后主机将通过 UART 与 RS-485 通信，并告诉收发器何时在发送和接收之间切换。从设备也将以同样的方式使用它们的 UART。

UART 具有专用的发送和接收线路，使其能够以全双工、半双工甚至单工方式运行，这意味着数据只能通过一条线路输出或输入。由于 RS-485 通常是半双工的，因此连接到它的 UART 也将以半双工方式运行。

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2022-6-21 13:16 上传

网络层处理发生在 RS-485 总线上的设备之间的实际通信。由于 RS-485 主要是一种电气规范，因此对话可以到此结束，但由于它支持多点，因此需要在 OSI 模型中解决它。

对网络层的寻址没有固定的规范，但 RS-485 总线必须由主机正确管理以避免总线冲突。当多个设备尝试同时通信时会发生总线冲突，这对网络非常有害。

当发生冲突时，发射器在两端发生冲突并有效地产生短路。这会导致每个设备消耗大量电流，从而使收发器进入热关断状态。为避免冲突，主机控制总线并调用各个设备。这通常是通过拥有一个只有特定设备才能识别的命令集或通过为每个设备提供特定地址来实现的。

由于总线在所有设备之间共享，因此每个设备都会看到主设备发送的命令/地址，但只有在该单个设备被断言时才会响应。

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2022-6-21 13:17 上传

OSI 模型不是一组规则，而更多是帮助工程师表征系统的模型。RS-485 很好地包含在 OSI 模型的前三层中，总线的实际实现在应用层中进行了表征。这一层涵盖了设备使用的地址或命令集以及数据的解释。它还包括设计人员期望获得多少数据，以及对总线本身的控制。

例如，CUI Devices RS-485 编码器的应用程序将是从设备请求绝对位置的主机。当主机发送编码器的位置命令（地址）时，编码器以两个完整字节响应。然后主机解密这些字节以了解绝对位置是什么，同时确定发送命令的频率以及它想要将它们发送到哪些设备。简单来说，应用层就是RS-485总线的实现。

由于 RS-485 标准仅定义了具有寻址要求的物理和数据链路层，因此应用层可以采用各种专有或开放的通信协议。工程师可以采用现有的协议，例如 Modbus，或者他们可以为他们的应用定义自己的协议。例如，CUI Devices 的编码器使用非常简化的寻址结构来断言设备，从而实现快速周转和最短处理时间。每个编码器的地址只有一个字节的高六位，低两位是命令。这允许编码器在来自主机的单个字节后开始响应，确保快速周转时间，这在运动控制应用中至关重要。

RS-485 支持高速、长电缆距离、电气噪声容限和同一总线上的多个设备，由于其在广泛应用中的多功能性，已成为旋转编码器中流行的串行接口。

希望使用带有 RS-485 接口的编码器的设计人员可以受益于对上述详细信息的理解，包括其各个层、实现以及整个系统通信中的最佳实践。