RS485 作为工业控制领域常见的总线之一，几乎在每个工控设备中都有应用，大家对其并不陌生。RS485 采用双半双工通信方式，其 CPU 内部根源是串口通信，串口通信区分发送 TX 和接收 RX。在同一对差分信号线上同时传输 TX、RX，就需要进行方向的控制。若方向控制时机不对，数据传送就会出现问题。
例如在图 1、图 2 中，CPU 端的 TX 信号发送完毕后约 100μS 后方向引脚拉低，切换到接收状态。但如果 TX 信号发送完毕后 60μS 从机就回复了 RX 信号，由于此时 RS485 芯片仍处于发送状态，接收数据将会被忽略，在系统层面就体现为数据接收丢包。有些读者可能会想，只要从机回复数据晚一些，就不会存在这个问题。然而，从机一般是客户的机器，我们几乎不可能要求别人更改回复时间。比如三菱的 Fx3U PLC 作为从机时，从主机发送数据结束到从机回复数据，只用了 60μS，部分控制板甚至回复时间在 10μS 以内。
研究 RS485 的方向切换的目标就是：RS485 总线空闲时要处于接收状态，如果有主机发送数据，则置高方向引脚，发送完成及时切换到接收状态。
图 1 RS485 接口电路
图 2 方向脚切换时间过长的情形
一、RS485 方向切换的方案 1：使用反相器自动切换
大部分的低成本 RS232 - RS485 转换器采用了这种方法。具体实现方法是：把串口的发送信号 TX 作为反相器的输入，反相器的输出则用来控制 RS485 收发器的收发控制引脚，同时在 RS485 收发器的 A/B 输出端加上上拉 / 下拉电阻，具体电路如图 3 所示。
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图 3 使用反相器自动切换电路
在空闲状态下，串口的发送信号 TXD 为高电平，经过反相器后输出低电平，使 485 芯片处于接收状态，而 RS485 总线由于上下拉电阻的作用处于 A 高 B 低的状态。当发送数据时，TXD 信号线上的低电平比特位控制 485 芯片进入发送状态，将该比特发送出去。而高电平比特位则使 485 芯片处于接收状态，由于 RS485 总线上下拉电阻把总线置于 A 高 B 低的状态，即表示发送了高电平。简单来说，这种电路在发送低电平时，485 芯片处于发送状态，而发送高电平时，485 芯片属于接收状态。
优势：只需要增加一个反相器就可以实现，无需软件的干预，反相器可以使用一个三极管即可实现，成本十分低廉（几分钱）。
劣势：由于上下拉电阻不可能选值太小，否则会影响正常发送的数据电平。所以这种换向模式在发送高电平时的驱动能力较弱，并且，理论上要求方向引脚要比数据先切换方向，但由于方向引脚经过了反相器，达到芯片的时间变长了，比数据晚到，所以在速率太高的情况下容易丢包。如果需要驱动多个从设备，就会显得力不从心，并且驱动能力太弱，只能短距离传输；并且传输速度不能太快，一般使用 9600bps。
二、RS485 方向切换的方案 2：使用软件控制方向
市面上大部分的内置 RS485 的产品基本都是采用此类方案，如图 4 中的 RS_EN 引脚。具体实现方式是：在空闲期间，RS_EN 为低电平，MCU 处于接收状态，在准备发送数据之前，MCU 会拉高 RS_EN，U1 处于发送状态，发送完毕之后，RS_EN 重新处于低电平，U1 处于接收状态。
图 4 使用软件控制方向切换
此类方案的关键是软件需要掌握好 RS_EN 引脚的高低电平的时机，假设发送完数据后，没有及时切换到接收状态，而此时从机又回复数据，就会引起丢包，出现文章开头图 2 中的情形。不幸的是，软件工程师的水平参差不齐，特别是在运行操作系统（Linux、WIndows 等）以后，想要十分准确控制方向引脚的高低电平已经十分困难。
优势：无需增加任何的硬件成本，且 RS485 的驱动能力不受影响。
劣势：依赖于软件控制方向引脚，如果运行复杂的操作系统，控制引脚的优先级不够高，或者软件的优化不够好，都会导致方向引脚的切换不及时，导致数据的丢包。并且，是否丢包还取决于从机的回复时间，测试过程不一定能够测试出来。
三、RS485 方向切换的方案 3：使用触发器控制方向
为了克服反相器换向的缺点，出现了一种由 RS 触发器控制的自动换向技术，如图 5 所示。这个电路的关键是反相器和 RS 触发器之间由二极管、电阻、电容组成的充放电电路。在空闲状态下，485 芯片仍处于接收状态。当 TXD 信号线上发送数据的低电平起始位时，反相器输出高电平，通过二极管为电容迅速充电，使 RS 触发器 R 端为高电平，S 端为低电平，触发器输出高电平，把 ISL3152E 置于发送状态；当 TXD 信号线转换为高电平时，反相器输出低电平，电容通过电阻缓慢放电，使得 R 端暂时仍处于高电平状态，加上 S 端的高电平状态，使触发器的输出保持前面的高电平状态，485 芯片仍处于发送状态。电容经过一段时间放电后，R 端电压转变为低电平，则触发器输出低电平，把 485 芯片置回接收状态。通过选择电阻和电容值，我们可以控制放电速度，使得一个低电平的起始位足以在整个字节发送。此类方案参数一致性非常差，实际使用的都是技高人胆大的。
图 5 使用触发器切换方向
优势：无需软件干预切换方向，驱动能力强（取决于 RS485 芯片）。
劣势：
增加的器件较多。
不同的波特率需要匹配不同的 RC 参数。
温度、老化、一致性等问题，会导致 RC 参数变化，从而导致切换时间错乱导致丢包。
四、RS485 方向切换的方案 4：max13487 芯片
为了克服软件参与的方向控制不确定性，美信公司发布了宣称首款支持芯片自动换向的 RS485 芯片，如图 6 所示。对比其他的 RS485 芯片，MAX16487 的 / RE 引脚有两个用途：
/RE 为低电平时，打开 RO 方向的接收数据。
/RE 为高电平时，芯片进入自动方向切换模式。
一般使用时我们将 / RE 连接高电平，即自动换向模式。
由于美信没有公布内部的逻辑原理，只描述内部有一个状态机，我们只能从外部猜测其工作原理：
空闲模式下，数据流方向为 RO 方向；此为状态 1。
当串口端有数据发送时，由于起始位为低电平，经过逻辑功能 D 后，A＜B，经过 COM 逻辑功能且反相后，RI 为高电平。此状态为数据发送状态 2。
经过一系列的逻辑运算（以 RI、DI 为输入，但是不知道其内部的原理）；状态机检测到数据发送完毕，芯片变成接收状态 1。
优势：由芯片自动切换方向，无需软件干预切换方向，驱动能力强，通信速率高，MAX13488 宣称可以到 16Mbps，与普通的 RS485 芯片性能一样。
劣势：价格比普通的 RS485 芯片贵一倍以上。
五、RS485 方向切换的方案 5：周立功芯片 RSM (3) 485PHT
周立功公司将 RS485 的三个相关的功能模块：DC 电源、隔离、RS485 芯片三合一，封装在同一个芯片内部，由于没有内部的资料，我们无法获知其内部的逻辑功能。资料宣称速率可以达到 500Kbps，对于一般的应用足以。
优势：由芯片自动切换方向，无需软件干预切换方向，驱动能力强，通信速率高，DC 电源、隔离、RS485 芯片功能三合一，节省板卡空间。
劣势：价格比分立器件搭建 RS485 电路贵，且一旦损坏需要整体更换。
