RS485芯片的工作原理主要基于差分信号传输技术。这种技术通过两根线传输相对互补的信号来进行通信，其中一根线传输正逻辑信号，另一根线传输其反逻辑信号。这种方式可以有效地抵御噪声干扰，提高通信稳定性。RS485芯片内部电路是一种多功能的通信集成电路，主要用于实现串行数据通信，具有高抗干扰能力和远距离传输的特点。
在控制芯片侧，使用一个GPIO脚来控制接收电路和发送电路的使能状态。当DIR=0时，接收电路使能，发送电路禁止，对总线而言相当于高阻;当DIR=1时，接收电路使能，发送电路也使能。此外，RS-485接口采用平衡驱动器和差分接收器的组合，增强了抗共模干扰的能力，即抗噪声干扰性好。
RS485采用半双工工作方式，支持多点数据通信。这意味着任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485标准只规定了平衡发送器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆和应用层通信协议。
RS485芯片的工作原理涉及到差分信号传输、半双工工作方式以及通过GPIO控制接收和发送电路的使能状态，这些特点使得RS485能够在多点通信中提供高抗干扰能力和远距离传输的能力。
一、 RS485芯片的差分信号传输技术是如何具体实现的?
RS485芯片的差分信号传输技术主要通过以下方式实现：
- 差分信号传输：RS485使用差分信号进行数据传输，即在A线上发送正向信号，在B线上发送反向信号。接收端根据A线和B线之间的电压差来识别数据。这种差分传输方式有效抵御了干扰和噪音，提高了数据传输的可靠性。
- 平衡发送与差分接收：RS-485采用平衡发送和差分接收的方式实现通信。发送端将串行口的TTL电平信号转换成差分信号A、B两路输出，经过线缆传输之后在接收端将差分信号还原成TTL电平。
- 全双工通信方式：RS485差分工作方式采用全双工通信方式，可以实现多节点共享同一传输线路进行通信。通过不同电平表示逻辑”1″和”0″，从而在单条传输线路上传输双向数据。这种方式使得RS485通信能够实现高速、远距离传输，并适用于工业环境。
- 电平转化角色：RS-485接口芯片能担当起一种电平转化的角色，把TTL信号、COMS信号等转化为能在485总线上传输的差分信号，把接收到的485差分信号转化为MCU能够识别的信号。
- 半双工通信：RS485是半双工通信，当引脚2为低电平时，接收使能;当引脚3为高电平时，发送使能。这里将引脚2和引脚3连接在一起，即当RS485_re为高时发送过程，为低时接收过程。
RS485芯片的差分信号传输技术通过差分信号传输、平衡发送与差分接收、全双工通信方式以及电平转化角色等方式具体实现，这些方式共同确保了RS485通信的高抗干扰性、长距离传输能力以及多节点共享同一传输线路的能力。
二、 RS485接口在抗共模干扰方面的具体机制是什么?
RS485接口在抗共模干扰方面的具体机制主要体现在以下几个方面：
- 差分信号传输：RS485采用差分信号传输方式，这意味着数据线和地线之间存在一定的电压差。这种设计能够有效抑制来自外界的电磁干扰，特别是对于共模干扰，通过差模抑制作用来减少噪声的影响。
- 平衡传输线路设计：RS485还采用了平衡传输线路的设计，进一步增强了其抗共模干扰的能力。这种设计有助于确保信号传输过程中的稳定性，即使在面对强干扰时也能保持较高的通信质量。
- 宽共模范围：RS485支持宽共模范围(–7 V至+12 V)，这允许驱动器与接收器之间存在较大的地电位差，从而提高了系统的抗干扰能力。这种宽共模范围的设计使得RS485能够在不同的工作环境下稳定运行，减少了因地电位差引起的干扰问题。
- 隔离技术的应用：在某些情况下，为了提高抗干扰能力，可以在电路中加入隔离措施，如使用隔离电压高达3KV的集线器来将主从RS485之间的信号、电源进行隔离。这种隔离技术可以有效地切断总线上的共模干扰路径，提高485总线的稳定性。
RS485接口通过差分信号传输、平衡传输线路设计、宽共模范围以及隔离技术的应用等多种机制，有效提升了其抗共模干扰的能力，确保了通信的可靠性和稳定性。
三、 如何通过GPIO脚控制RS485芯片的接收和发送电路的使能状态?
通过GPIO脚控制RS485芯片的接收和发送电路的使能状态，主要涉及到对RS485芯片上的使能信号(如RE和DE)进行控制。可以总结出以下几点关键信息：
- 可以使用一个GPIO引脚来控制RS485的RTS信号，从而实现发送和接收的切换。
- 使能信号RE和DE可以通过一个GPIO控制，例如GPIO25输出高电平时，RE=DE=0V，进入接收模式;输出低电平时，RE=DE=3.3V，进入发送模式。
- 在某些情况下，如果DE引脚和REB引脚短接，可以只使用一个GPIO引脚来单独控制常规RS-485驱动器或接收器。
- 对于特定的应用，如Raspberry Pi Pico，可以将RS485控制引脚定义为GPIO 12.并设置为输出高电平，因为要传输数据时DE和RE引脚必须是高电平。
通过GPIO脚控制RS485芯片的接收和发送电路的使能状态，主要是通过设置GPIO引脚的输出电平来控制RS485芯片上的使能信号(如RE和DE)，从而实现发送和接收模式的切换。具体操作时，可以根据实际使用的RS485芯片的具体要求和GPIO引脚的配置来确定如何设置GPIO引脚的输出电平。例如，可以通过编程方式设置GPIO引脚为高电平或低电平，以控制RS485芯片进入发送模式或接收模式。此外，还可以考虑是否需要将DE引脚和REB引脚短接，以及是否需要为GPIO引脚分配特定的功能(如通用GPIO模式)。
四、 RS485半双工工作方式的工作原理及其对通信稳定性的影响是什么?
RS485半双工工作方式是一种在工业领域广泛应用的通信协议，它采用差分信号传输方式，允许多个设备共享同一通信线路，实现点对点或多点通信。这种通信方式在同一时间只能接受或发送，可以挂载多个节点设备，为了解决主机与从机通信的稳定性和可靠性，规定了主从模式，即同一时刻只能一主一从进行通信。
RS485半双工通信的工作原理主要基于差分电压传输，通过两根通信线之间的电压差来传递信号。这种方式可以有效抵抗电磁干扰和噪声，具有良好的抗干扰能力。然而，在实际应用中，由于RS485总线的距离较远，可能会形成电位差，从而产生共模干扰，导致通信稳定性降低。此外，星型结构会产生反射信号，也会影响485通信质量。
为了提高通信稳定性，需要考虑多个因素，包括通讯距离、线材的品质、波特率等。在配对中提前注意这些干扰因素，可以减少不稳定性。RS485中继器可以有效地将485总线产生的干扰问题克服，提高通信的稳定性。
RS485半双工工作方式通过差分电压传输和主从模式的设计，提高了通信的稳定性和可靠性。但是，它仍然面临着由物理距离、电磁干扰等因素引起的通信稳定性挑战，需要通过合理的设计和优化措施来解决这些问题。
五、 RS485标准中，平衡发送器和接收器的电特性有哪些具体要求?
RS485标准中，平衡发送器和接收器的电特性具体要求包括：
- 逻辑“1”以两线间的电压差+2V～+6V表示，逻辑“0”以两线间的电压差-6V～-2V表示。这表明RS-485的接口信号电平比RS-232-C降低了，从而不容易损坏接口电路的芯片。
- RS-485采用平衡发送和差分接收，具有抑制共模干扰的能力。总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，使得传输信号能在千米以外得到恢复。
- 共模电压范围为-7V到+12V，这意味着在这样的共模电压范围内，驱动器和接收机接地之间的大接地电位差是允许的。此外，一个收发器必须能够驱动高达32单位负载的总共模负载，并且能够给RD = 60Ω差分电阻提供VOD = 1.5V的差分输出电压。
- 接收器输入端的共模电压vcm=voc+vgpd，其中voc小于等于3V。但是，由于可能伴有强干扰信号，导致接收器的共模输入vcm超出正常范围，并在信号线上产生干扰电流。因此，设计时需要确保模块接收不处于不确定状态。
RS485标准对平衡发送器和接收器的电特性有明确的要求，包括逻辑电平、共模电压范围、驱动能力和接收灵敏度等方面的规定，以确保通信的可靠性和稳定性。
