RS485 通訊協定完整教學：從硬體接線到 ESP32/STM32 實作

前言：工業現場為什麼還在用 RS485

RS485（正式名稱 TIA-485）由 EIA 定義，是一套差動串列通訊標準。它不新，但工廠、大樓機房、太陽能電廠到現在都還在用，原因只有一個：它很耐操。

兩條絞線拉 1200 公尺還能跑，雜訊同時灌進兩條線也不會影響判讀，一條匯流排可以掛到 32 個節點。這些特性讓它成為 Modbus RTU 等工業協定的標準實體層。

它靠什麼撐過惡劣環境

關鍵在「差動訊號」：邏輯不是看某一條線對地的電壓，而是看 A、B 兩條線的差值。

外界雜訊會同時耦合到 A 與 B，兩條線一起被抬高，但差值不變 —— 這就是抗共模干擾的來源。加上 1200 公尺的傳輸距離與多站匯流排能力，RS485 在工業現場幾乎沒有對手。

三者的定位可以這樣記：RS232 是 PC 時代的遺產、TTL UART 是晶片之間用的、RS485 才是現場的主力。

硬體接線：兩種電阻，位置完全不同

這兩種電阻是 RS485 最常被搞混的地方：終端電阻只在最遠兩端各一顆（A 到 B 之間，120 Ω），偏壓電阻則在主站端（A 拉 Vcc、B 拉 GND）。中間節點什麼都不用加。

收發器晶片：MCU 不能直接接匯流排

MCU 的 UART 輸出的是 TTL 電平，不能直接接到 RS485 的 A／B 線上，中間一定要有一顆收發器：

對 ESP32 這種 3.3 V 系統，MAX3485 是首選（不需要電平轉換）；STM32 F1 這類 5 V 容忍的腳位則可以直接用 MAX485。

腳位定義也要記住，尤其是那兩個控制腳：

因為 RS485 是半雙工，收與送不能同時進行。實務上會把 DE 與 RE 接在一起由一個 GPIO 控制：HIGH 進發送模式、LOW 回接收模式。

ESP32 ＋ MAX3485 實作

#include <HardwareSerial.h>

#define TX2_PIN 17
#define RX2_PIN 16
#define RS485_CTRL 4   // DE/RE 控制腳

HardwareSerial rs485(2);  // UART2

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(RS485_CTRL, OUTPUT);
  digitalWrite(RS485_CTRL, LOW); // 預設接收模式

  rs485.begin(9600, SERIAL_8N1, RX2_PIN, TX2_PIN);
}

void rs485_send(const uint8_t* data, size_t len) {
  digitalWrite(RS485_CTRL, HIGH);  // 切換到發送模式
  delay(1);                         // 等待電晶體穩定
  rs485.write(data, len);
  rs485.flush();                    // 等待資料發送完畢
  delay(1);
  digitalWrite(RS485_CTRL, LOW);   // 回到接收模式
}

void loop() {
  if (rs485.available()) {
    uint8_t buf[64];
    size_t len = rs485.readBytes(buf, 64);
    
    Serial.print("收到 ");
    Serial.print(len);
    Serial.println(" bytes:");
    for (size_t i = 0; i < len; i++) {
      Serial.printf("0x%02X ", buf[i]);
    }
    Serial.println();

    // 回傳相同資料（Loopback 測試）
    rs485_send(buf, len);
  }
}

STM32 ＋ MAX485 實作

STM32 端在 CubeMX 設定 USART2 為非同步、9600 8N1，另外配一個 GPIO 當 DE／RE 控制：

#define RS485_CTRL_PORT GPIOA
#define RS485_CTRL_PIN  GPIO_PIN_0

#define RS485_TX_MODE()  HAL_GPIO_WritePin(RS485_CTRL_PORT, RS485_CTRL_PIN, GPIO_PIN_SET)
#define RS485_RX_MODE()  HAL_GPIO_WritePin(RS485_CTRL_PORT, RS485_CTRL_PIN, GPIO_PIN_RESET)

void RS485_Send(uint8_t* data, uint16_t len) {
  RS485_TX_MODE();
  HAL_Delay(1);
  HAL_UART_Transmit(&huart2, data, len, HAL_MAX_DELAY);
  HAL_Delay(1);
  RS485_RX_MODE();
}

void RS485_Receive_IT(void) {
  RS485_RX_MODE();
  static uint8_t rx_byte;
  HAL_UART_Receive_IT(&huart2, &rx_byte, 1);
}

// 在回呼函數中處理收到的資料
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) {
  if (huart->Instance == USART2) {
    static uint8_t rx_buf[64];
    static uint16_t idx = 0;
    
    rx_buf[idx++] = rx_byte;
    
    // 遇到換行或緩衝區滿，處理一筆完整訊息
    if (rx_byte == '
' || idx >= 64) {
      RS485_Send(rx_buf, idx);  // 回傳（Loopback）
      idx = 0;
    }
    
    HAL_UART_Receive_IT(&huart2, &rx_byte, 1);
  }
}

DE／RE 時序：整個協定最容易出錯的地方

四個時間點要記牢：t1 拉高 DE、t2 開始送資料、t3 送完、t4 拉低 DE 回到接收。而 t1→t2 與 t3→t4 之間各需要 1~2 ms 的延遲。

為什麼要延遲？因為收發器從高阻抗切換到驅動狀態需要時間。延遲太短的話，資料的頭或尾會被切掉 —— 這正是下一節「最後一兩個 byte 遺失」的成因。

四個現場問題與解法

如果裝置數量超過 32 個，別急著懷疑線材 —— 先看收發器的負載單位：

而「最後一兩個 byte 遺失」幾乎可以百分之百確定是 DE 切換時序問題。解決方式很單純：flush 或 HAL_UART_Transmit() 返回後，務必延遲 2 ms 以上再拉低 DE。想省掉這個麻煩，也可以改用內建自動方向控制的型號（如 MAX13487、ADM2483）。

總結

RS485 是工業通訊的基石，五個重點：

• 差動訊號是它的核心：看 A、B 的差值，不看對地電壓
• 兩種電阻各司其職：終端電阻在最遠兩端、偏壓電阻在主站端
• MCU 一定要接收發器：3.3 V 系統選 MAX3485，5 V 容忍選 MAX485
• 半雙工要靠 DE／RE 切換：切換後留 1~2 ms，別省這個延遲
• 節點數受負載單位限制：需要更多就換 1/4 UL、1/8 UL 或加中繼器

學會 RS485 之後，下一步就是 Modbus RTU —— 它是建立在這個實體層之上的應用層協定，廣泛用在 PLC、感測器與工業儀表。你在 ESP32 與 STM32 上寫的底層程式碼可以直接沿用。