Интерфейс RS-485

Как работает RS-485

Узел шины — трансивер. Его передатчик (driver) превращает логический сигнал DI в разность напряжений на линиях A и B, приёмник (receiver) сравнивает A и B и выдаёт логический уровень RO. Помеха от соседнего силового кабеля наводится на оба провода витой пары почти одинаково — это синфазное напряжение, и дифференциальный приёмник его вычитает. По той же причине симметричная линия слабо излучает: поля двух проводов с противофазными токами почти компенсируют друг друга.

Передатчик RS-485 умеет отключаться — переходить в высокоимпедансное состояние по сигналу DE. Это и делает шину многоточечной: говорит один узел, остальные слушают. Если включатся два передатчика сразу, уровни на линии не определены: ограничение тока и тепловая защита в трансиверах спасают микросхемы, но не данные. Поэтому очерёдность обеспечивает протокол — обычно по схеме «ведущий — ведомые».

Двухпроводная и четырёхпроводная схемы

• 2-wire, полудуплекс. Одна пара; у полудуплексного трансивера выходы передатчика внутри соединены со входами приёмника. Узел либо передаёт, либо принимает. Самый распространённый вариант, в том числе для Modbus.
• 4-wire, дуплекс. Две пары: по одной ведущий передаёт всем ведомым, по другой ведомые отвечают ведущему. Ведущий может передавать и принимать одновременно, а ведомые по-прежнему включают передатчики по очереди. Каждую пару терминируют на обоих концах.

В обоих случаях нужен ещё один проводник — общий провод (signal common, GND). Почему он обязателен, разобрано ниже.

Электрические параметры RS-485

Испытательная нагрузка 54 Ом примерно соответствует двум терминаторам по 120 Ом (вместе 60 Ом), шунтированным входами приёмников. В даташитах её собирают из двух резисторов по 27 Ом; для режима RS-422 — из двух по 50 Ом, и там требование другое: не меньше 2 В на 100 Ом.

Единичная нагрузка — условная мера тока, который вход приёмника (вместе с выключенным передатчиком) отбирает от линии. У первых трансиверов вход был около 12 кОм, отсюда «32 устройства на шине». Современные микросхемы делают входы в 2, 4 и 8 раз высокоомнее — это 1/2, 1/4 и 1/8 UL, и при той же нагрузке на передатчик на шине помещаются 64, 128 или 256 узлов. Трансиверы разных типов можно смешивать, лишь бы в сумме было не больше 32 UL.

Длина линии и скорость передачи

Длина и скорость RS-485 связаны обратной зависимостью. На низких скоростях линию ограничивает сопротивление проводов: когда оно сравнивается с сопротивлением терминаторов, сигнал на дальнем конце падает вдвое (−6 дБ). Для кабеля 22 AWG это происходит примерно на 1200 м — отсюда «4000 футов» во всех справочниках. На высоких скоростях вступают потери кабеля на высоких частотах и время нарастания фронтов: TI указывает 10 Мбит/с для 12 м (40 футов), MaxLinear — около 15 м для скоростей выше 10 Мбит/с.

Для промежуточных скоростей удобна оценка «длина в метрах × скорость в бит/с ≈ 10⁸»: обе крайние точки TI — 100 кбит/с на 1200 м и 10 Мбит/с на 12 м — дают как раз 1,2·10⁸. Это приближение к графику, а не норма. TI в том же руководстве SLLA272 приводит правило ещё строже — $L \cdot R \le 10^7$ — и сама оговаривает, что современный кабель работает заметно лучше. Ещё один ориентир от MaxLinear: время нарастания сигнала не должно превышать трети длительности бита.

Если нужно дальше, ставят повторители (repeater): каждый сегмент за повторителем — отдельная шина со своими 32 UL и своими терминаторами.

Кабель и топология шины

Нужна витая пара с волновым сопротивлением около 120 Ом. В пример TI приводит промышленный кабель 22 AWG с волновым сопротивлением 120 Ом и скоростью распространения 78 % от скорости света — около 4,3 нс на метр. Спецификация Modbus требует экранированный кабель, отдельный проводник для общего провода и сечение, достаточное для 1000 м (AWG 24 подходит всегда); кабель категории 5 допускает до 600 м. Экран соединяют с защитным заземлением на одном конце кабеля. На плате и в разъёмах проводники A и B ведут рядом и одинаковой длины, иначе симметрия линии теряется.

Только шина: узлы подключаются цепочкой

Все руководства исходят из одной топологии — шины (daisy chain): кабель приходит к узлу и уходит к следующему, узлы подключаются к магистрали короткими отводами, терминаторы стоят на двух физических концах.

Отвод (stub) — кусок линии без терминатора, от его конца сигнал отражается. TI предлагает держать электрическую длину отвода меньше 1/10 времени нарастания фронта передатчика:

где $t_r$ — время нарастания выходного сигнала передатчика (по уровням 10–90 %), $v$ — скорость распространения в кабеле в долях от $c$, $c = 3 \cdot 10^8$ м/с. Для кабеля с $v = 0{,}78$ это примерно 2,3 см на каждую наносекунду фронта:

Вывод: быстрый трансивер вроде MAX485 (2,5 Мбит/с) на медленной шине — плохая экономия. Если хватает 9600–115 200 бит/с, берите трансивер с ограниченной скоростью нарастания (slew-rate limited): такие прощают отводы и меньше излучают. Протоколы задают и свои пределы: Modbus разрешает отводы не длиннее 20 м, а для многопортового ответвителя на n отводов — по 40/n м на каждый.

Почему звезда не работает

В звезде нет «двух концов». Каждая ветвь — длинный отвод: сигнал отражается от её конца и возвращается в точку разветвления, где встречается с отражениями от других ветвей. Поставить терминатор на каждую ветвь тоже нельзя: передатчик рассчитан на одну пару с двумя терминаторами, а не на три-четыре параллельные, — уровни на линии перестают гарантироваться (Maxim, AN763). Вдобавок в самой точке разветвления волновое сопротивление скачком падает. Если узлы физически разбросаны звездой, кабель всё равно ведут цепочкой — к узлу и обратно — или ставят активный концентратор RS-485, у которого каждый порт — отдельный сегмент со своими терминаторами.

Терминатор 120 Ом: где ставить и когда можно без него

Сигнал бежит по кабелю волной. Если на конце линии сопротивление нагрузки $R_T$ не равно волновому $Z_0$, часть волны отражается с коэффициентом

Разомкнутый конец ($R_T \to \infty$) отражает всё, согласованный ($R_T = Z_0$) — ничего. Отсюда три правила:

• сопротивление терминатора равно волновому сопротивлению кабеля — для стандартной пары 120 Ом;
• терминаторов ровно два — на двух физических концах магистрали: волна может прийти с любой стороны;
• никаких терминаторов в середине шины и на отводах: резистор посередине сам создаёт неоднородность, а участок кабеля за ним остаётся неподключённым концом.

Проверить терминацию просто: при выключенном питании всех узлов омметр между A и B должен показать около 60 Ом — два резистора по 120 Ом параллельно, чуть меньше из-за входов приёмников и цепей смещения. 120 Ом — стоит только один терминатор, 40 Ом — три.

Когда терминаторы не нужны

Линия ведёт себя как длинная, когда задержка распространения сравнима с фронтом сигнала. В app note National Semiconductor AN-1031 линию считают длинной, если задержка в одну сторону больше 1/8 времени фронта (от 0 до 100 %). Для быстрого трансивера с фронтами в десятки наносекунд «длинной» оказывается линия уже около метра, для трансивера с фронтом от 250 нс — от 6–7 м.

Но отражения не обязательно ломают связь. UART считывает бит в его середине, а отражения затухают за несколько проходов волны туда и обратно. Пример из руководства B+B: 610 м кабеля со скоростью распространения 0,66 c — проход туда и обратно занимает 6,2 мкс, три прохода — около 18,6 мкс. При 9600 бит/с бит длится 104 мкс, и к его середине (52 мкс) звон давно стих: линия работает без терминаторов. При 115 200 бит/с бит длится 8,7 мкс — тут без терминаторов уже никак. Практическое правило того же руководства: на скоростях ниже 38,4 кбит/с терминаторы обычно не нужны.

У терминаторов есть цена: они нагружают передатчики и требуют более сильного смещения (о нём — в следующем разделе). Но если протокол требует их установки — ставьте: спецификация Modbus, например, предписывает терминатор у каждого из двух концов шины.

RC-терминатор и расщеплённый терминатор

• RC-терминатор (AC) — резистор последовательно с конденсатором. На фронтах конденсатор почти закорочен, и линия согласована, а в покое ток через терминатор не течёт: он не нагружает передатчик и не «съедает» смещение. Спецификация Modbus прямо называет вариант 120 Ом + 1 нФ (на напряжение не ниже 10 В) лучшим выбором, когда на шине есть резисторы смещения. Минус — ёмкость приходится подбирать под конкретную линию и скорость.
• Расщеплённый терминатор — два резистора по 60 Ом последовательно, их средняя точка через конденсатор соединена с землёй. Он дополнительно фильтрует синфазную помеху. Резисторы берут с допуском 1 %: при разбросе синфазная помеха превращается в дифференциальную (TI, SLLA272).

Смещение шины (failsafe): расчёт резисторов

Почему шина в простое «висит»

Между кадрами все передатчики выключены. Терминаторы стягивают A и B друг к другу, разность падает почти до нуля — ровно в зону −200…+200 мВ, где выход приёмника не определён. Обычный приёмник в этой зоне выдаёт что придётся и может принять шум за старт-бит: UART получает мусорные байты и ошибки кадра. TI перечисляет три ситуации потери сигнала: обрыв (узел отключён или провод оборван), замыкание линий между собой и простой шины.

Многие трансиверы защищены только от обрыва: у MAX485 выход RO гарантированно в «1», если вход разомкнут, но на терминированной шине в простое это не помогает. У SN75176B при обрыве выход и вовсе не определён.

Резисторы смещения

Решение — сместить шину: подтянуть неинвертирующую линию (A у MAX485 и большинства трансиверов) резистором к питанию, а инвертирующую (B) — к общему проводу. Ток смещения создаёт на терминаторах напряжение $U_{AB}$, и в простое приёмник видит уверенную «1» — то же состояние, что и стоп-бит UART. По сути это делитель напряжения из двух резисторов смещения и нагрузки шины.

Из схемы:

где $n_T$ — число терминаторов, $N_\text{UL}$ — суммарная нагрузка приёмников в единичных нагрузках: 1 UL — около 12 кОм от каждой линии к земле приёмника, то есть около 24 кОм между A и B. Отсюда наибольшее сопротивление каждого резистора смещения:

$U_{AB}$ берут с запасом над порогом 200 мВ — на дифференциальную помеху; TI в своём примере закладывает 250 мВ. $U_\text{пит}$ подставляют минимальное с учётом допуска источника.

Пример расчёта

Шина на 5 В, два терминатора по 120 Ом, 16 трансиверов на 1/8 UL, нужно не меньше 250 мВ в простое.

1. Нагрузка приёмников: $16 \cdot 1/8 = 2$ UL, то есть 12 кОм между A и B. Нагрузка шины: $R_\text{экв} = 120 \parallel 120 \parallel 12\,000 \approx 59{,}7$ Ом.
2. $R_\text{см} \le \dfrac{59{,}7}{2} \left( \dfrac{5}{0{,}25} - 1 \right) \approx 567$ Ом. Ближайший меньший номинал ряда E24 — 560 Ом.
3. Проверка: $U_{AB} = 5 \cdot \dfrac{59{,}7}{2 \cdot 560 + 59{,}7} \approx 253$ мВ. При питании 4,75 В (5 В − 5 %) — 240 мВ, всё ещё выше порога.
4. Ток смещения $5 / 1180 \approx 4{,}2$ мА, мощность на каждом резисторе около 10 мВт — подойдёт резистор любого типоразмера (см. закон Ома).

Если пренебречь приёмниками ($R_\text{экв} = 60$ Ом), получится 570 Ом — тот же номинал 560 Ом. Если же заложить только порог 200 мВ, формула даст около 716 Ом: с номиналом 680 Ом на шине будет 210 мВ — работать будет, но запаса на помеху почти нет.

TI в SLLA272 считает по упрощённой формуле $R_B = U_\text{пит.мин} / \left( U_{AB} (1/375 + 4/Z_0) \right)$. Это та же модель с 32 UL (375 Ом в формуле — это 12 кОм / 32), только без «−1» в скобках. Для 4,75 В, 250 мВ и $Z_0 = 120$ Ом она даёт 528 Ом, и TI ставит 523 Ом; точная формула даёт 500 Ом. С 523 Ом на шине будет около 240 мВ вместо заложенных 250 мВ — меньше расчётного, но всё ещё выше порога.

Калькулятор резисторов смещения

Введите напряжение питания цепи смещения, нужный запас и состав шины — калькулятор посчитает наибольшее сопротивление каждого резистора, подберёт номинал E24 и покажет, что получится в простое.

Смещение — тоже нагрузка

Резисторы смещения ставят в одной точке шины, обычно у ведущего узла — так требует и Modbus. Если каждый узел «на всякий случай» включит свои подтяжки, они сложатся параллельно и перегрузят передатчики. Даже одна пара резисторов на 500–600 Ом заметно нагружает шину: по оценке TI, смещение забирает до 20 UL из 32, и с трансиверами на 1/8 UL на шине остаётся место примерно для 96 узлов. Спецификация Modbus для резисторов 450–650 Ом оценивает потерю мягче — минус 4 устройства из 32. Оценки исходят из разных допущений, поэтому при большом числе узлов проверьте амплитуду сигнала осциллографом на дальнем конце.

Удобно сочетать смещение с RC-терминаторами: в покое они не потребляют ток, и для тех же 250 мВ хватает подтяжек в несколько килоом. Например, по нормам Modbus: 650 Ом, 32 UL и два терминатора 120 Ом + 1 нФ дают в простое около 1,8 В.

Трансиверы со встроенным failsafe

В трансиверах с «настоящим» failsafe (true failsafe) порог приёмника сдвинут в отрицательную область, но остаётся в пределах стандартных ±200 мВ. У MAX3080–MAX3089 «1» гарантирована при $U_{AB} \ge -50$ мВ, «0» — при $U_{AB} \le -200$ мВ, поэтому при 0 В — обрыв, замыкание, простой терминированной шины — выход остаётся в «1» без внешних резисторов. У ADM2483 и ADM2582E/ADM2587E порог похожий: −30…−200 мВ. Цена — маленький запас по помехе в простое: у MAX3080 — 50 мВ, а TI для подобных схем называет худший случай всего 10 мВ. В шумной обстановке внешнее смещение ставят и с такими трансиверами.

A и B: почему их путают

Это главный источник «шина не работает» при первом подключении. Причина — в разных соглашениях.

Стандарт. По тексту TIA/EIA-485-A для двоичной «1» (MARK, OFF) вывод A передатчика отрицателен относительно B, для «0» (SPACE, ON) — положителен. UART в покое выдаёт «1», значит, по стандарту в паузе выше линия B.

Производители микросхем. В даташитах MAX485 (Maxim, ныне Analog Devices), SN75176B (TI), SP3485 (MaxLinear) и в обучающих материалах Renesas вывод A — неинвертирующий: при DI = 1 напряжение A выше B, а приёмник выдаёт RO = 1 при $U_A - U_B \ge +200$ мВ. То есть «A» микросхемы ведёт себя как «B» стандарта. Пока соединяются одинаковые микросхемы — A с A, B с B — всё работает.

Протоколы и оборудование.

Правило: соединяйте линии с одинаковым смыслом — те, что положительнее в покое. Если документации нет, измерьте напряжение между выводами работающего устройства с включённым смещением или просто поменяйте провода местами: перепутанные A и B ничего не повреждают, связи лишь не будет (B+B). Некоторые трансиверы позволяют исправить полярность без перекладки проводов: у MAX3089 фазу передатчика и приёмника инвертируют отдельные выводы TXP и RXP.

Трансиверы RS-485

Почти все 8-выводные трансиверы из таблицы совместимы по выводам с 75176: 1 — RO, 2 — /RE, 3 — DE, 4 — DI, 5 — GND, 6 — A, 7 — B, 8 — VCC. Исключение — MAX13487E: у него на месте DE вывод SHDN, а направлением управляет сам сигнал DI.

Подключение RS-485 к микроконтроллеру

У полудуплексного трансивера четыре логических вывода:

• DI — вход передатчика, к выходу TXD UART.
• RO — выход приёмника, ко входу RXD. Пока /RE = 1, выход RO в высокоимпедансном состоянии и вход RXD «висит», поэтому его подтягивают к питанию МК резистором около 10 кОм или внутренней подтяжкой.
• DE — разрешение передатчика, активная «1».
• /RE — разрешение приёмника, активный «0».

DE и /RE обычно соединяют и управляют одним выводом МК: «1» — передача, «0» — приём; так это и задумано в 75176. Другой вариант — держать /RE на земле всегда: тогда МК слышит собственную передачу. Это эхо пригодится для обнаружения коллизий, но его нужно отбрасывать программно.

MAX485 и SN75176B работают только от 5 В. Входы DI, DE и /RE у MAX485 понимают 3,3-вольтовую логику (порог «1» — 2 В), а выход RO поднимается почти до 5 В (не ниже 3,5 В при токе 4 мА) — для МК без допуска 5 В на входах это опасно. Для 3,3-вольтовых схем берите MAX3485, SP3485 или аналоги — или ставьте делитель на линии RO.

Когда включать и выключать передатчик

1. DE поднимают до старт-бита — с запасом на время включения передатчика: у MAX485 это до 70 нс, у медленных MAX483 и MAX487 — до 2 мкс. На практике хватает того, что DE включается до записи первого байта в UART.
2. DE снимают только после стоп-бита последнего байта. Флаг «буфер передатчика пуст» (UDRE у AVR, TXE у STM32) для этого не годится: он поднимается, когда последний байт только начал выдвигаться из сдвигового регистра. Нужен флаг окончания передачи — TXC у AVR, TC у STM32. Если снять DE раньше, у последнего байта оборвётся хвост — в Modbus это байт CRC, и весь кадр будет отброшен.
3. DE нельзя держать слишком долго. Ведомый может начать ответ сразу после запроса, и два передатчика столкнутся. В Modbus RTU запас есть — между кадрами всегда пауза не меньше 3,5 символа, — но другие протоколы бывают строже.

Пример для AVR (ATmega328P, DE и /RE на выводе PD2):

#include <avr/io.h>
#include <util/atomic.h>

#define RS485_DIR_DDR  DDRD
#define RS485_DIR_PORT PORTD
#define RS485_DIR_BIT  PD2  /* DE and /RE tied together */

void rs485_init(uint16_t ubrr)
{
    RS485_DIR_DDR  |= _BV(RS485_DIR_BIT);
    RS485_DIR_PORT &= ~_BV(RS485_DIR_BIT);     /* receive by default */
    UBRR0  = ubrr;
    UCSR0C = _BV(UCSZ01) | _BV(UCSZ00);        /* 8N1 */
    UCSR0B = _BV(RXEN0) | _BV(TXEN0);
}

void rs485_send(const uint8_t *data, uint8_t len)
{
    RS485_DIR_PORT |= _BV(RS485_DIR_BIT);      /* driver on before the start bit */
    for (uint8_t i = 0; i < len; i++) {
        while (!(UCSR0A & _BV(UDRE0))) {}      /* room in the transmit buffer */
        ATOMIC_BLOCK(ATOMIC_RESTORESTATE) {    /* no ISR between the two writes */
            UDR0 = data[i];
            /* clear TXC0 by writing 1; FE0, DOR0, UPE0 and UDRE0 are written as 0 */
            UCSR0A = (UCSR0A & (_BV(U2X0) | _BV(MPCM0))) | _BV(TXC0);
        }
    }
    while (!(UCSR0A & _BV(TXC0))) {}           /* last stop bit has left the shift register */
    RS485_DIR_PORT &= ~_BV(RS485_DIR_BIT);     /* release the bus */
}

Запись в UDR0 и сброс TXC0 сделаны атомарно: если между ними вклинится долгое прерывание, байт успеет уйти, флаг сбросится уже после этого, и последний цикл ожидания не закончится. Остальные флаги UCSR0A записываются нулями, как требует даташит ATmega328P.

В программе на прерываниях DE снимают в обработчике «передача завершена» (USART_TX_vect у AVR). В Arduino для AVR то же делает Serial.flush(): функция возвращается, когда передан последний бит, после неё можно переключать вывод направления. Подробнее о контроллерах AVR — в разделе AVR.

Многие современные МК умеют управлять DE сами. В USART серий STM32 F0, G0, G4, L4, H7 и других есть режим Driver Enable: биты DEM и DEP в регистре USART_CR3 и время включения и выключения DE (DEAT, DEDT в USART_CR1) в долях бита; в HAL это функция HAL_RS485Ex_Init(). У AVR серий megaAVR 0 и AVR Dx для этого есть вывод XDIR в режиме RS-485.

Трансиверы с автоматическим переключением направления (AutoDirection у MAX13487E) обходятся без вывода DE: «0» передатчик выдаёт активно, а «1» — коротким импульсом, после которого линию в «1» держат обязательные внешние резисторы смещения. В простое на DI должна быть «1».

Общий провод, заземление и гальваническая развязка

Приёмник измеряет разность A − B, но каждая линия относительно его собственной земли должна оставаться в пределах −7…+12 В. Узлы на разных концах цеха питаются от разных фаз и щитов, и потенциалы их земель расходятся. Без общего провода синфазное напряжение ничем не ограничено: на столе всё работает, на объекте — сбоит или выгорает. Поэтому вместе с парой прокладывают общий провод и соединяют им сигнальные земли узлов.

Прямое соединение земель удалённых узлов создаёт контур: по общему проводу потечёт уравнивающий ток, и его помеха наведётся на линию. TI в SLLA272 описывает компромисс из стандарта — подключать землю узла к общему проводу через резистор (в примере — 100 Ом), чтобы ограничить ток контура. Modbus требует соединять общий провод с защитным заземлением в одной точке, обычно у ведущего узла.

Надёжное решение для длинных линий и разнородного питания — гальваническая развязка: сторона шины у трансивера питается от изолированного источника и не связана с землёй узла. TI предлагает делать неизолированным только один узел — он и задаёт опорную землю всей шины. Готовые решения — ADM2483 (2500 В ср. кв., изолированное питание 5 В для стороны шины нужно отдельно) и ADM2587E, где изолированный преобразователь встроен; у ADM2587E Analog Devices отдельно требует аккуратной разводки платы, чтобы преобразователь не превысил нормы по излучению.

Защита линии: TVS, ESD и импульсы

Кабель длиной в сотни метров собирает разряды статики, коммутационные помехи и наводки от молний. Испытания проводят по трём стандартам: IEC 61000-4-2 (электростатический разряд), IEC 61000-4-4 (пачки быстрых импульсов) и IEC 61000-4-5 (микросекундные импульсы большой энергии).

• TVS-диоды на линиях. Для RS-485 выпускают несимметричные сборки: SM712 имеет рабочее напряжение −7 В и +12 В — ровно синфазный диапазон RS-485 — и выдерживает импульс 19 А (8/20 мкс по IEC 61000-4-5) и разряд ±30 кВ по IEC 61000-4-2. Сборку ставят у разъёма между A, B и общим проводом. Симметричный TVS на ±7 В для RS-485 не подходит: он начнёт срезать допустимое синфазное напряжение от +7 до +12 В.
• Трансиверы с усиленной защитой. MAX13487E выдерживает ±15 кВ по модели человеческого тела (HBM), ADM2587E — ±15 кВ на выводах шины, THVD1500 — ±8 кВ контактного разряда по IEC 61000-4-2.
• Уличные и межкорпусные линии. Здесь защиту делают многоступенчатой: разрядник на входе, последовательное сопротивление и TVS у трансивера, плюс гальваническая развязка, экранированный кабель и заземление экрана.

RS-485 и RS-422

RS-422 (TIA/EIA-422-B) — старший родственник RS-485 с той же дифференциальной идеей, но для одного передатчика.

Трансиверы RS-485 обычно удовлетворяют и требованиям RS-422: у MAX485 и SN75176B выход нормирован для обеих нагрузок. Поэтому для дуплексной линии точка — точка RS-422 берут те же микросхемы (например, полнодуплексные MAX488–MAX491). Обратное неверно: передатчик RS-422 не обязан отключаться и не рассчитан на шину с несколькими передатчиками.

Modbus RTU поверх RS-485

Modbus RTU — самый частый протокол на RS-485 в промышленной автоматике. Спецификация MODBUS over Serial Line V1.02 добавляет к электрике свои требования:

• двухпроводная шина обязательна, четырёхпроводная — опция; линии называются D1, D0 и Common, их порядок — в разделе A и B;
• без повторителя — до 32 устройств, длина магистрали до 1000 м при скорости до 9600 бит/с, отводы — не длиннее 20 м;
• по терминатору на каждом конце шины — 150 Ом (0,5 Вт) или 120 Ом + 1 нФ;
• если смещение нужно, оно одно на шину, обычно у ведущего: подтяжка D1 к 5 В и D0 к общему проводу резисторами 450–650 Ом;
• скорости 9600 и 19 200 бит/с обязательны, 19 200 — по умолчанию.

Каждый байт RTU — это 11 бит: старт-бит, 8 бит данных младшим битом вперёд, бит чётности (по умолчанию even) и стоп-бит; без чётности ставят 2 стоп-бита. Кадр — не больше 256 байт. Границы кадра определяются паузами: между кадрами — тишина не меньше 3,5 символа ($t_{3,5}$), а пауза больше 1,5 символа ($t_{1,5}$) внутри кадра делает его недействительным. На скоростях выше 19 200 бит/с спецификация рекомендует фиксированные значения.

Отсюда же требование к программе: передавать кадр сплошным потоком, без пауз между байтами, — и снимать DE не раньше окончания стоп-бита последнего байта.

Типичные ошибки

• Перепутаны A и B. Связи нет совсем или приходит мусор с ошибками кадра. Сверьте соглашения по таблице выше.
• Нет общего провода. На столе работает, на объекте — сбои и выгоревшие трансиверы.
• Терминаторы не там или их слишком много. Перемычка терминатора включена на каждом узле, терминатор стоит в середине шины или на отводе.
• Нет смещения при трансиверах без true failsafe. В паузах сыплются ошибки кадра и мусорные байты, иногда теряется первый байт ответа.
• Смещение на нескольких узлах сразу. Подтяжки складываются параллельно и перегружают передатчики.
• DE снимается по флагу «буфер пуст». У последнего байта обрезан хвост, в Modbus — ошибки CRC.
• DE снимается слишком поздно. Начало ответа ведомого теряется в коллизии.
• Звезда и длинные отводы. Звон на фронтах, ошибки, зависящие от того, кто передаёт.
• 5-вольтовый трансивер на 3,3-вольтовом МК. Выход RO выдаёт до 5 В на вход, который на это не рассчитан.

Как проверить и отладить линию RS-485

1. Омметр, питание выключено. Между A и B около 60 Ом — два терминатора на месте. 120 Ом — одного не хватает, 40 Ом — стоит лишний, близко к нулю — замыкание.
2. Мультиметр, шина в простое. Напряжение A − B (в обозначениях микросхем) должно быть не меньше +200 мВ, если стоит смещение, — в примере выше около 250 мВ. Около нуля — смещения нет; это нормально только с трансиверами true failsafe. Отрицательное — перепутаны линии или резисторы смещения. Напряжение каждой линии относительно общего провода должно укладываться в −7…+12 В.
3. Осциллограф во время обмена. Два канала на A и B относительно общего провода и математика A − B, либо дифференциальный пробник. У передатчика размах не меньше 1,5 В, на дальнем конце — не меньше 200 мВ. Звон на фронтах — признак отводов или неверной терминации. Третьим каналом смотрите DE: он должен подниматься раньше старт-бита и опускаться после стоп-бита.
4. Логический анализатор — на RO и DI, а не на линию. Там чистые логические уровни, и декодер UART сразу покажет байты.

Для связи с другими устройствами полезны и соседние материалы раздела интерфейсы: RS-232 — когда нужно связать два устройства на коротком расстоянии, I²C — для связи микросхем внутри одной платы.