STM32通过USART外设控制RS485方向操作指南

STM32驱动RS485通信：从硬件设计到方向控制的实战指南

你有没有遇到过这样的场景？明明代码写得没问题，示波器上看数据也发出去了，但从机就是不回，或者总线一通电就“死锁”——所有设备都在等对方先说话。这背后，很可能就是RS485方向切换没控好。

在工业现场，RS485依然是那条“扛把子级”的通信总线。它不像以太网那样花哨，也不如Wi-Fi灵活，但它皮实、便宜、能拉上千米，还抗得住车间里的电磁风暴。而STM32作为嵌入式系统的心脏，如何精准驾驭这条半双工总线，尤其是发送与接收之间的方向切换，是决定通信成败的关键。

今天我们就来拆解这个问题：STM32怎么用USART外设控制RS485的方向？为什么看似简单的GPIO翻转，背后藏着这么多坑？

为什么RS485需要“方向控制”？

我们先回到一个根本问题：为什么RS485要搞方向控制，而UART不用？

答案很简单：物理层共享。

UART/RS232是全双工的，TX和RX各走各的线，你可以一边说一边听。
RS485半双工只有两根线（A/B），所有人共用这一对差分线。所以必须规定：同一时间只能有一个人说话。

这就引出了一个核心角色——RS485收发器芯片，比如常见的 MAX485、SP3485。这类芯片有几个关键引脚：

引脚	功能
DI	Data Input，接MCU的TX，输入要发送的数据
RO	Receiver Output，接MCU的RX，输出接收到的数据
DE	Driver Enable，高电平使能发送
/RE	Receiver Enable，低电平使能接收

通常我们会把DE 和 /RE 并联起来，用同一个GPIO控制。这样：

发送时：GPIO拉高 → DE=1, /RE=0 → 芯片进入发送模式；
接收时：GPIO拉低 → DE=0, /RE=1 → 芯片进入接收模式。

听起来很简单？但实际中最大的坑在于：这个GPIO什么时候拉高？什么时候拉低？

如果拉高太晚，开头几个字节可能发不出去；
如果拉低太早，最后一个字节还没发完就被截断；
更糟的是，多个节点同时进入发送状态，就会导致总线冲突，谁也别想通信。

所以，方向控制的本质是：让GPIO的翻转与USART的数据传输严格同步。

STM32 USART是怎么配合RS485工作的？

STM32的USART外设本身并不知道你在跑RS485协议，它只负责串行数据的收发。但我们可以通过软件甚至硬件机制，让它“感知”到何时该启停方向信号。

关键寄存器与标志位

在STM32中，控制RS485方向的核心是以下几个状态标志：

TXE（Transmit Data Register Empty）
表示数据寄存器空了，可以写入下一个字节。但这不代表数据已经发完！
TC（Transmission Complete）
位于USART_SR寄存器第6位，表示最后一帧数据的停止位已发送完毕。这才是真正的“发送完成”。

⚠️ 这个区别非常关键！很多人误以为 TXE 就是发完了，结果提前关闭DE，导致末尾数据丢失。

方向控制的基本流程

典型的软件控制流程如下：

准备发送 → 拉高DE（进入发送模式）
启动发送（调用HAL_UART_Transmit或DMA）
等待 TC 标志置位（确认最后一位已送出）
拉低DE（切回接收模式）

只有等到TC = 1，才能安全地关闭DE。否则，你可能会砍掉CRC校验的最后几个bit，直接导致从机丢包。

实战代码：基于HAL库的可靠方向控制

下面是一个经过验证的实现方式，适用于大多数STM32型号（F1/F4/G系列等）。

#include "stm32f4xx_hal.h" // 定义方向控制引脚 #define RS485_DIR_GPIO GPIOB #define RS485_DIR_PIN GPIO_PIN_12 #define RS485_ENABLE() HAL_GPIO_WritePin(RS485_DIR_GPIO, RS485_DIR_PIN, GPIO_PIN_SET) #define RS485_DISABLE() HAL_GPIO_WritePin(RS485_DIR_GPIO, RS485_DIR_PIN, GPIO_PIN_RESET) UART_HandleTypeDef huart2; uint8_t rx_buffer[32]; void RS485_Init(void) { __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); // 配置方向控制引脚 GPIO_InitTypeDef gpio = {0}; gpio.Pin = RS485_DIR_PIN; gpio.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; // 推挽输出 gpio.Pull = GPIO_NOPULL; gpio.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(RS485_DIR_GPIO, &gpio); // 默认为接收状态 RS485_DISABLE(); // 启动接收中断（持续监听总线） HAL_UART_Receive_IT(&huart2, rx_buffer, 1); } // 使用阻塞方式发送，并确保方向正确切换 void RS485_Send(uint8_t *data, uint16_t size) { if (size == 0) return; RS485_ENABLE(); // 第一步：使能发送 // 第二步：启动发送 HAL_StatusTypeDef status = HAL_UART_Transmit(&huart2, data, size, 100); if (status != HAL_OK) { // 错误处理 goto exit; } // 第三步：等待发送完成（TC置位） while (__HAL_UART_GET_FLAG(&huart2, UART_FLAG_TC) == RESET) { // 可加入超时判断防止死循环 } exit: RS485_DISABLE(); // 第四步：恢复接收模式 }

关键点解析

RS485_ENABLE()必须在发送前执行
如果你在HAL_UART_Transmit之后才拉高DE，前面的数据可能已经通过TX引脚发出，但收发器还没准备好，导致数据丢失。
必须等待TC标志，而不是TXE
TXE在最后一个字节写入后就会置位，但此时数据还在移位寄存器里没发完。只有TC才代表整个帧（包括停止位）都送出去了。
错误处理不能少
加入超时机制避免因硬件故障导致程序卡死。
接收始终开启中断
总线空闲时应处于接收状态，及时捕获从机响应。

更高效的方案：使用DMA + 中断自动切换

上面的方式虽然可靠，但会阻塞CPU。对于实时性要求高的系统，推荐使用DMA发送 + DMA完成中断来触发方向切换。

void RS485_Send_DMA(uint8_t *data, uint16_t size) { RS485_ENABLE(); // 提前使能发送 // 启动DMA发送 HAL_UART_Transmit_DMA(&huart2, data, size); } // DMA发送完成回调函数 void HAL_UART_TxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) { } void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) { if (huart->Instance == USART2) { RS485_DISABLE(); // 数据发完，立即切回接收 } }

这种方式完全解放CPU，特别适合发送大块数据（如固件升级、批量上传）。而且由于DMA完成中断是在TC标志触发后产生的，时机非常准确。

高端玩法：硬件自动方向控制（DEM模式）

部分STM32型号（如STM32G0、H7、L4+等）支持硬件自动方向控制，无需额外GPIO！

其原理是：启用USART_CR3寄存器中的DEM（Driver Enable Mode）和DEP（Driver Enable Polarity）位后，USART硬件会自动在发送开始时拉高DE信号，在发送结束（TC）时拉低DE。

配置方法（以LL库为例）：

LL_USART_Enable(DEMOD_USART); // 使能DE模式 LL_USART_SetDESignalPolarity(DEMOD_USART, LL_USART_DE_POLARITY_HIGH); // DE高有效 LL_USART_SetDEAssertionTime(DEMOD_USART, 1); // 提前1个bit使能 LL_USART_SetDEDeassertionTime(DEMOD_USART, 1); // 延迟1个bit关闭