STM32 教學系列第 11 節：RS-485 通訊

🎯 學習目標

理解 RS-485 差分信號 - 掌握半雙工通訊
配置 MAX485 收發器 - 實現長距離多點通訊
實現發送/接收自動切換 - 控制方向線 (DE/RE)

🎓 RS-485 基礎概念

RS-485 vs RS-232

特性	RS-232	RS-485
信號線	單端（信號 + GND）	差分（A、B）
距離	≤ 15 公尺	≤ 1200 公尺
速度	最高 115.2 kbps	最高 10 Mbps
設備數	1 對 1	多點（最多 32）
模式	全雙工	半雙工

RS-485 訊號線

信號	說明
A 線	不反轉資料線
B 線	反轉資料線（邏輯電平反轉）
GND	共同接地

邏輯定義：

邏輯 1：A > B（A 電壓高於 B）
邏輯 0：A < B（A 電壓低於 B）

MAX485 收發器引腳

引腳	名稱	方向	功能
DI	Data In	←	來自 UART TX
RO	Receiver Out	→	至 UART RX
DE	Driver Enable	←	發送使能（高=發送）
RE	Receiver Enable	←	接收使能（低=接收）
A、B	差分線	↔	連接到總線

🛠️ 硬體接線

所需元件

元件	數量	說明
MAX485 收發器	2	一發一收
STM32 Nucleo	2	主控板
跳線	多條	連接
120Ω 終端電阻	2	總線兩端（可選）

接線圖

Nucleo 1 (發送)        MAX485             RS-485 總線          MAX485          Nucleo 2 (接收)
──────────────        ──────────          ────────────         ──────────       ──────────────
PA9 (TX) ────────────→ DI                                                       
PA10 (RX) ←────────── RO                                                        
PA0 ────────────────→ DE                                                        
      ─────────────→ RE                                                        
3.3V ───────────────→ VCC                                                       ← VCC ────── 3.3V
GND ────────────────→ GND                                                       ← GND ────── GND
               ┌─────→ A  ═════════════════════════════════════════════════ A  ──┐
               │                                                           │
               └─────→ B  ═════════════════════════════════════════════════ B  ──┘
                                      [120Ω]              [120Ω]
                                        │                   │
                                       GND                 GND

                                                    ↓ 
                                      ┌────────────────────────┐
                                      │   TX ─→ PA9           │
                                      │   RX ← PA10           │
                                      │   DE ← PA0 (GPIO OUT) │
                                      │   RE ← PA0 (GPIO OUT) │
                                      │   3.3V               │
                                      │   GND                │
                                      └────────────────────────┘

⚙️ CubeMX 配置步驟

步驟 1：啟用 USART1

在 Pinout 中配置：
- PA9：USART1_TX
- PA10：USART1_RX
- PA0：GPIO_Output（用於 DE/RE 控制）

步驟 2：配置 UART 參數

左側選 Connectivity → USART1
Mode：Asynchronous
設定：
- Baud Rate：9600
- Word Length：8 Bits
- Parity：None
- Stop Bits：1

步驟 3：啟用中斷

NVIC Settings：

USART1 global interrupt ✓

步驟 4：生成程式碼

💻 完整程式碼

發送方：main.c

/* STM32 Lesson 11 - RS-485 (Sender)
 * 功能：透過 RS-485 發送資料
 * 難度：中級
 */

#include "main.h"
#include "usart.h"
#include <stdio.h>
#include <string.h>

#define DE_PORT GPIOA
#define DE_PIN GPIO_PIN_0
#define RE_PORT GPIOA
#define RE_PIN GPIO_PIN_0

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_USART1_UART_Init(void);
void RS485_SetTx(void);   /* 設為發送模式 */
void RS485_SetRx(void);   /* 設為接收模式 */
void RS485_Send(uint8_t *data, uint16_t size);

UART_HandleTypeDef huart1;

int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();

  uint8_t counter = 0;

  while (1)
  {
    char buffer[50];
    
    /* 設為發送模式 */
    RS485_SetTx();
    HAL_Delay(10);  /* 等待方向穩定 */

    /* 準備資料 */
    sprintf(buffer, "Msg%d\r\n", counter++);
    
    /* 發送 */
    RS485_Send((uint8_t *)buffer, strlen(buffer));
    
    /* 設為接收模式 */
    RS485_SetRx();

    HAL_Delay(1000);
  }
}

/**
  * @brief 設置為發送模式（DE=高, RE=高）
  */
void RS485_SetTx(void)
{
  HAL_GPIO_WritePin(DE_PORT, DE_PIN, GPIO_PIN_SET);
  HAL_GPIO_WritePin(RE_PORT, RE_PIN, GPIO_PIN_SET);
}

/**
  * @brief 設置為接收模式（DE=低, RE=低）
  */
void RS485_SetRx(void)
{
  HAL_GPIO_WritePin(DE_PORT, DE_PIN, GPIO_PIN_RESET);
  HAL_GPIO_WritePin(RE_PORT, RE_PIN, GPIO_PIN_RESET);
}

/**
  * @brief 透過 RS-485 發送資料
  */
void RS485_Send(uint8_t *data, uint16_t size)
{
  HAL_UART_Transmit(&huart1, data, size, HAL_MAX_DELAY);
  HAL_Delay(5);  /* 等待發送完成 */
}

void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
  __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);

  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 8;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 336;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = 2;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 7;

  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
    Error_Handler();

  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV4;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_5) != HAL_OK)
    Error_Handler();
}

static void MX_GPIO_Init(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);
}

static void MX_USART1_UART_Init(void)
{
  huart1.Instance = USART1;
  huart1.Init.BaudRate = 9600;
  huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;

  if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
    Error_Handler();
}

void Error_Handler(void)
{
  while(1);
}

🔍 測試與除錯

預期結果

✅ 發送方 UART 輸出：

Msg0
Msg1
Msg2

✅ 接收方 UART 輸出：

Msg0
Msg1
Msg2

常見問題

問題	原因	解決方案
無法接收	方向線控制錯誤	檢查 PA0 GPIO 配置
資料錯亂	波特率不匹配	驗證兩端波特率都是 9600
訊號干擾	缺少終端電阻	在總線兩端各加 120Ω 電阻

📚 進階應用

MODBUS 協定實現

RS-485 常用於 MODBUS 協定。基本框架：

/* MODBUS RTU 訊息格式 */
typedef struct {
  uint8_t slave_id;          /* 從設備地址 */
  uint8_t function_code;     /* 功能碼 */
  uint8_t data[252];         /* 資料 */
  uint16_t crc;              /* CRC 校驗（結合第 12 節） */
} ModbusFrame;

🔗 延伸學習

下節預覽 - 第 12 節：硬體 CRC 計算

第 12 節將實現：

CRC 多項式與校驗原理
STM32 硬體 CRC 引擎
資料完整性驗證

✨ RS-485 遠距通訊完成！🚀

Revision #2
Created 2026-04-01 02:06:21 UTC by TaipeiTechRacing
Updated 2026-04-06 06:23:50 UTC

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