单片机UART一对多：同时读取多个传感器基于modbus协议-Toy模板网

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背景

很多传感器现在都做成了串口模块，如激光测距传感器TOF050，在开发时使用串口功能模块不仅大大加快了我们的开发进度，还能降低功能模块直接的耦合度，专业是功能交给专业的模块做，也能保证质量。
一个串口接多个设备,嵌入式软件开发,单片机,嵌入式硬件 图：TOF050激光测距模块

以TOF050模块为例，当我们同时需要接4个激光测距模块时，显然需要使用4个UART串口，分别读取距离值，这限制了我们可以外接的模块数量。
基于modbus协议，对UART串口进行改造，就可以实现单个串口同时外接多个UART设备，互不干扰。

MODBUS协议介绍

modbus介绍可以参考如下：https://cloud.tencent.com/developer/article/1540241
简而言之，在串口中使用modbus协议，主机需要先发送要读取的设备编号，相应设备编号的设备回传主机要读取的数据，而不符合该设备编号的设备保持静默状态。在主设备读取从设备时，遵循下面的通信协议：
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UART接口改一对多

参考如下链接：https://blog.csdn.net/Ajisa_i/article/details/124731439
UART为点对点通信，直接将多个从机的TX线接到主机的RX上，是不能通信的。原因如下：

主机发送信息： 当主机发送信息时，由于主机TX上接了多个从机RX，每个RX都处于接收状态，因此都可以正常接收到TX发送的信息。
从机发送信息： 当从机发送信息时，由于多个从机的TX连在了一起，当其中一个从机TX发送信息时，另一个从机的TX没发送信息，没发送信息的从机TX为空闲状态处于高电平，会影响发送信息的从机，导致从机TX无法发送信息到主机的RX。

因此需要做如下改造：
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这样改造后的原理是：

当从机都不发送信息时，从机的TX端都为高电平，主机的RX端为弱上拉，因此主机RX处于等待接收状态。
当从机1的TX发送信息时，从机1的TX会首先发送一个低电平起始位，由于从机1的二极管上端RX为高电平，下端从机1的TX发送了一个低电平的起始位，因此二极管导通，TX端电压为0V，则主机RX端收到的电压为0V加二极管压降0.26V。因此主机RX可以正确收到低电平信号。当从机1的TX发送高电平时，由于主机RX存在弱上拉，因此二极管不导通时，RX端会收到高电平。
注意注意注意：
上拉电阻1K必不可少，如果不上拉，115200波特率时RX总线上波形如下：

加上1K上拉电阻之后，115200波特率时，总线上电平如下：

这样，结合MODBUS协议，从机同时只会有1个在发送数据，不会互相干扰。

其中，二极管的选型较为关键，如果选择的二极管压降较大，如为1.4V，则从机TX发送低电平时，主机RX收到的电压为1.4V，因此不能正常通信。二极管的速度也应当足够快，才能满足通信要求。
结合以上要求，二极管可以选用肖特基二极管SS14，其压降只有0.26V，响应速度10ns，实际测试，可以支持2Mbps的串口波特率。