RS485 作为工业控制领域中常见的总线之一，在众多工控设备中得到了广泛应用。它采用半双工通信方式，其 CPU 内部本质上是串口通信，而串口通信区分发送（TX）和接收（RX）。在同一对差分信号线上同时传输 TX、RX 信号时，就需要进行方向控制。若方向控制时机不当，数据传送就会出现问题。
　　例如，在某些情况下，CPU 端的 TX 信号发送完毕后约 100μS，方向引脚拉低切换到接收状态。但如果 TX 信号发送完毕后 60μS 从机就回复了 RX 信号，而此时 RS485 芯片仍处于发送状态，那么接收数据将会被忽略，在系统层面就表现为数据接收丢包。有些读者可能认为，只要让从机晚些回复数据就能避免这个问题。然而，从机通常是客户的机器，我们很难要求对方更改回复时间。比如三菱的 Fx3U PLC 作为从机时，从主机发送数据结束到从机回复数据仅需 60μS，部分控制板的回复时间甚至在 10μS 以内。
　　研究 RS485 的方向切换，目标是让 RS485 总线空闲时处于接收状态，当有主机发送数据时，置高方向引脚，发送完成后及时切换到接收状态。以下是 5 种常见的 RS485 切换方向的方法及其优劣势分析。
　　方案 1：使用反相器自动切换
　　大部分低成本的 RS232 - RS485 转换器采用这种方法。具体实现是将串口的发送信号 TX 作为反相器的输入，反相器的输出控制 RS485 收发器的收发控制引脚，同时在 RS485 收发器的 A/B 输出端加上上拉 / 下拉电阻，具体电路如图所示。

　

　　在空闲状态下，串口的发送信号 TXD 为高电平，经反相器后输出低电平，使 485 芯片处于接收状态，RS485 总线由于上下拉电阻的作用处于 A 高 B 低的状态。当发送数据时，TXD 信号线上的低电平比特位使 485 芯片进入发送状态并发送该比特，高电平比特位则使 485 芯片处于接收状态，此时 RS485 总线因上下拉电阻处于 A 高 B 低状态，表示发送了高电平。
　　优势：只需要增加一个反相器即可实现，无需软件干预，反相器用一个三极管就能实现，成本十分低廉，仅需几分钱。
　　劣势：由于上下拉电阻不能选值太小，否则会影响正常发送的数据电平，所以这种换向模式在发送高电平时驱动能力较弱。并且理论上要求方向引脚比数据先切换方向，但方向引脚经过反相器后到达芯片的时间变长，比数据晚到，在速率太高的情况下容易丢包。如果需要驱动多个从设备，该方案会显得力不从心，且驱动能力弱，只能短距离传输，传输速度一般使用 9600bps。
　　方案 2：使用软件控制方向
　　市面上大部分内置 RS485 的产品基本采用此类方案，如电路中的 RS_EN 引脚。具体实现方式为：在空闲时，RS_EN 为低电平，MCU 处于接收状态；准备发送数据前，MCU 拉高 RS_EN，U1 处于发送状态；发送完毕后，RS_EN 重新变为低电平，U1 处于接收状态。

　

　　此类方案的关键在于软件要掌握好 RS_EN 引脚高低电平的时机。若发送完数据后未及时切换到接收状态，而此时从机又回复数据，就会引起丢包，出现文章开头提到的情况。不幸的是，软件工程师的水平参差不齐，特别是在运行操作系统（如 Linux、Windows 等）后，要十分准确地控制方向引脚的高低电平变得非常困难。
　　优势：无需增加任何硬件成本，且 RS485 的驱动能力不受影响。
　　劣势：依赖于软件控制方向引脚，如果运行复杂的操作系统，控制引脚的优先级不够高，或者软件优化得不够好，都会导致方向引脚切换不及时，从而造成数据丢包。并且，是否丢包还取决于从机的回复时间，测试过程不一定能检测出来。
　　方案 3：使用触发器控制方向
　　为了克服反相器换向的缺点，出现了一种由 RS 触发器控制的自动换向技术。这个电路的关键是反相器和 RS 触发器之间由二极管、电阻、电容组成的充放电电路。在空闲状态下，485 芯片处于接收状态。当 TXD 信号线上发送数据的低电平起始位时，反相器输出高电平，通过二极管为电容迅速充电，使 RS 触发器 R 端为高电平，S 端为低电平，触发器输出高电平，把 ISL3152E 置于发送状态；当 TXD 信号线转换为高电平时，反相器输出低电平，电容通过电阻缓慢放电，使得 R 端暂时仍处于高电平状态，加上 S 端的高电平状态，使触发器的输出保持前面的高电平状态，485 芯片仍处于发送状态。电容经过一段时间放电后，R 端电压转变为低电平，则触发器输出低电平，把 485 芯片置回接收状态。通过选择电阻和电容值，可以控制放电速度，使得一个低电平的起始位足以在整个字节发送。

　　优势：无需软件干预切换方向，驱动能力强（取决于 RS485 芯片）。
　　劣势：
　　增加的器件较多；
　　不同的波特率需要匹配不同的 RC 参数；
　　温度、老化、一致性等问题会导致 RC 参数变化，从而使切换时间错乱，导致丢包。
　　方案 4：max13487 芯片
　　为了克服软件参与方向控制的不确定性，美信公司发布了宣称首款支持芯片自动换向的 RS485 芯片。对比其他 RS485 芯片，MAX16487 的 / RE 引脚有两个用途：
　　/RE 为低电平时，打开 RO 方向的接收数据；
　　/RE 为高电平时，芯片进入自动方向切换模式。
　　一般使用时将 / RE 连接高电平，即自动换向模式。

　　由于美信没有公布内部的逻辑原理，只描述内部有一个状态机，我们只能从外部猜测其工作原理：
　　空闲模式下，数据流方向为 RO 方向，此为状态 1；
　　当串口端有数据发送时，由于起始位为低电平，经过逻辑功能 D 后，A＜B，经过 COM - 逻辑功能且反相后，RI 为高电平，此状态为数据发送状态 2；
　　经过一系列逻辑运算（以 RI、DI 为输入，但不知道其内部原理），状态机检测到数据发送完毕，芯片变成接收状态 1。
　　优势：由芯片自动切换方向，无需软件干预，驱动能力强，通信速率高，MAX13488 宣称可以到 16Mbps，与普通的 RS485 芯片性能一样。
　　劣势：价格比普通的 RS485 芯片贵一倍以上。
　　方案 5：周立功芯片 RSM (3) 485PHT
　　周立功公司将 RS485 的三个相关功能模块：DC 电源、隔离、RS485 芯片三合一，封装在同一个芯片内部。由于没有内部资料，我们无法获知其内部的逻辑功能。资料宣称速率可以达到 500Kbps，对于一般的应用足以。

　

　　优势：由芯片自动切换方向，无需软件干预，驱动能力强，通信速率高，DC 电源、隔离、RS485 芯片功能三合一，节省板卡空间。
　　劣势：价格比分立器件搭建 RS485 电路贵，且一旦损坏需要整体更换。