在工控行业中，RS485 凭借其抗噪音抗干扰能力强、传输距离远以及支持多点通信等显著优势，成为了的串行接口。RS485 规定采用两线制进行半双工多点通信，通过两线差分信号传输数据，具备出色的抗共模干扰能力。不过，由于其半双工模式的特性，在通讯时需要进行收发状态的切换。下面，我们将详细探讨目前常用的几种 RS485 收发切换方案。
- 传统 RS485 电路（带收发控制脚非隔离 RS - 485 电路）
传统的 485 应用电路采用 3 线控制，分别为 UART_RXD、UART_TXD 和收发控制端 UART_CON。其控制策略明确：当 UART_CON 为低电平时，485 处于接收状态；当 UART_CON 为高电平时，485 处于发送状态。通过灵活切换 UART_CON 的电平，即可实现 485 收发状态的切换。这种电路虽然原理简单，但在编程时需要对控制端电平进行切换，增加了程序的复杂度。
- 硬件自收发切换非隔离 RS - 485 电路
为了简化编程，人们常常将电路改进为自动收发电路。这种采用分立元件搭建的非隔离自动收发 RS485 电路，其优点在于控制简单，收发控制脚无需程序干预。然而，它也存在一定的局限性。受三极管切换速度、收发器内部接口阻抗等因素的影响，分立元件搭建的自动收发切换电路会降低系统稳定运行的波特率。
- 收发切换隔离 RS485 电路
带有隔离电路的 485 设计是为稳定的方案，但需要选择隔离 485 芯片以及隔离电源，因此成本相对前两种方案会高很多。不过，从系统的稳定性和可靠性角度来看，这种方案在一些对稳定性要求极高的场合具有不可替代的优势。
这里介绍一个采用 MAX485 芯片的 485 硬件收发切换电路实例。该电路使用 NPN 三极管进行收发切换。控制原理如下：
MCU 的 UART 的 TX 和 RX 引脚需要连上拉电阻（TX 和 RX 在没有通信时均为高电平），这样可以防止刚上电时 TX 和 RX 引脚电平不稳定，从而避免收到扰乱数据。同时，A 上拉电阻、B 下拉电阻，终端并联 120 欧姆电阻，D10、D11、D12 为三个防雷防浪涌的 TVS 管，起到保护电路的作用。
- 接收过程：默认没有数据时，UART_TX 为高电平，三极管导通，MAX485 芯片 RE 低电平使能，RO 接收数据使能。此时，从 485AB 口收到的数据会通过 RO 通道传到 MCU，完成数据接收过程。
- 发送过程：当发送数据时，UART_TX 会有一个下拉的电平，表示开始发送数据，此时三极管截止，DE 为高电平发送使能。当发送数据‘0’时，由于 DI 口连接地，数据‘0’就会传输到 AB 口，A - B <0，完成低电平的传输。当发送‘1’时，三极管导通，按理说 RO 使能，但由于此时还处在发送数据中，MAX485 处于高阻态，此时的状态由 A 上拉 B 下拉电阻决定，A - B> 0，完成高电平的传输。这里可能会有人疑惑，发送数据‘1’时，三极管导通 RE 低电平有效，应该是接收使能，为什么芯片会是高阻状态呢？这是因为 UART 发送数据有一定的格式，数据以 “位” 为单位进行传输。在收发数据之前，UART 之间要约定好数据的传输速率（即每位所占据的时间，其倒数为波特率）、数据的传输格式（有多少数据位、是否有校验位、奇校验还是偶校验、是否有停止位）。平时数据线处于 “空闲状态”（1 状态），当发送数据时，TX 由‘1’变为‘0’维持 1 位的时间，接收方检测到开始位后，再等待 1.5 位时间就开始一位一位地进行数据传输。也就是说，已经确定好发送状态，电路发送‘1’时 RE 虽然有效，但由于处于发送阶段，芯片不会接收数据，即处于高阻状态。
- 基本的 RS485 电路
基本的 RS485 电路采用 3 线控制，R/D 为低电平时，发送禁止，接收有效；R/D 为高电平时，则发送有效，接收截止。上拉电阻 R7 和下拉电阻 R8 用于保证无连接的 SP485R 芯片处于空闲状态，提供网络失效保护，提高 RS485 节点与网络的可靠性。R7、R8、R9 这三个电阻的大小需要根据实际应用进行调整，特别是使用 120 欧或更小的终端电阻时，R9 可以省略，此时 R7、R8 使用 680 欧电阻。正常情况下，一般 R7 = R8 = 4.7K，R9 可不使用。图中钳位于 6.8V 的管 V4、V5、V6 用于保护 RS485 总线，避免受外界干扰，也可以选择集成的总线保护原件。另外，L1、L2、C1、C2 为可选安装原件，用于提高电路的 EMI 性能。 - 带隔离的 RS485 电路
带隔离的 RS485 电路根本原理与基本电路相似，但使用 DC - DC 器件可以产生一组与微处理器电路完全隔离的电源输出，用于向 RS485 收发器提供 + 5V 电源。不过，电路中的光耦器件速率会影响 RS485 电路的通信速率。例如，选用 NEC 的光耦 PS2501 时，该电路的通讯速率需控制在 19200bps 以下。 - 自动切换电路
自动切换电路中，TX、RX 引脚均需要上拉电阻。接收时，默认没有数据，TX 为高电平，三极管导通，RE 为低电平使能，RO 收数据有效，MAX485 为接收态。发送时，TX 会先有一个下拉的电平（起始位 - 由高向低），表示开始发送数据，此时三极管截止，DE 为高电平发送使能。当发送数据 “0” 时，由于 DI 接口相当于接地，数据 “0” 就会传输到 AB 口，A - B < 0，完成低电平传输；当发送 “1” 时，三极管导通，按理说 RO 会使能，但由于还处于发送数据中，MAX485 处于高阻态，此时的状态由 A 上拉、B 下拉电阻决定，A - B > 0，完成高电平的传输。同样，这里发送数据 “1” 时芯片处于高阻态的原因也是由于 UART 发送数据的格式规定。
- 节点故障影响其他节点通信
问题表现为 485 总线在通讯中，当某一节点出现故障时，其他一些节点会受到影响，出现通信故障。解决方法是在每个节点的 AB 线上串入一个 22 欧姆左右的电阻，同时在协议的编制上一定要考虑到故障侦测和报警功能，以便及时发现和处理问题。 - 总线处于不确定状态
当 485 总线处于开路（485 收发器与总线断开）或者空闲状态（485 收发器全部处于接收状态，总线没有收发器进行驱动）时，485 总线的差分电压基本为 0，此时总线就处于一个不确定的状态。解决方法是在 485 总线上增加上下拉电阻（通常 A 接上拉电阻，B 总线下拉电阻，一般为 1K 左右）。其理论依据是，根据 RS - 485 标准，当 485 总线差分电压大于 + 200mV 时，485 收发器输出高电平；当 485 总线差分电压小于 - 200mV 时，485 收发器输出低电平；当 485 总线上的电压在 - 200mV ~ + 200mV 时，485 收发器可能输出高电平也可能输出低电平，但一般总处于一种电平状态。若 485 收发器的输出低电平，对于 UART 通信来说是一个起始位，此时通信会不正常。
