常见串口通讯协议与标准接口解析
常见串口通讯协议与标准接口解析
通讯协议介绍
电子嵌入式设备中最常用的通信协议：I2C、SPI 和 UART介绍：
参考链接：逼真动画展示I2C、SPI、UART的通信过程
标准接口
在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。RS232通信、RS485通信、TTL通信和CAN通信都是常用的串行通信接口标准，它们在电气特性、通信模式、传输距离、传输速率和应用场合等方面有所不同。
TTL，RS232，RS485严格来讲都是一种逻辑电平的表示方式
1、TTL电平标准
1.1 基础介绍：
(1) 电气特性：TTL电平信号通常定义为逻辑“1”为+5V（典型值）左右，逻辑“0”为接近0V，信号幅度相对较小。
(2) 通信模式：TTL电平主要用于芯片级的接口，全双工，如UART、SPI、I²C等接口的信号传输。
(3) 传输距离：由于TTL电平信号衰减较快，不适合长距离传输，一般在几厘米到几米的范围内。
(4) 应用场合：TTL电平在嵌入式系统内部通信、计算机主板上的集成电路之间非常普遍。
1.2 物理层结构：
采用UART(Universal Asynchronous Receiver and Transmitter)串行物理接口，主要需要两根信号线来实现，一根用于串口发送（TXD），另外一根负责串口接收（RXD）。
2、RS232电平
2.1 基础介绍
(1) 电气特性：RS232使用非平衡传输，负逻辑，信号电平为±5V～±15V，逻辑“1”对应负电压（通常为-3V至-15V），逻辑“0”对应正电压（通常为+3V至+15V）。
(2) 通信模式：支持点对点通信，一对线缆通常用于全双工通信（发送和接收独立）。
(3) 传输距离：理论上传输距离较短，一般不超过50米，实际应用中经常使用放大器延长距离。
(4) 应用场合：早期的计算机串口连接打印机、调制解调器等设备，现在较少用于新设计，但在一些老设备和特定场合仍有应用。
2.2 物理层结构
RS232电平标准通常采用DP9接口，如下图所示，每个设备都有一个DB9接口，通过DB9接口连接RS-232标准的串口线进行数据传输。由于RS232电平标准的信号不能直接被控制器直接识别，所以这些信号会经过一个"电平转换芯片(例如MAX3232、SP3232芯片等)"转换成控制器能识别的"TTL校准"的电平信号，才能实现通讯。
DP9接口介绍：
标DB9标准的公头、母头接法（接线口以针式引出信号线为公头，以孔式引出信号线为母头）
如上图，以公头为例，有9条信号线，其中，
- RXD：用于接收DCE发来的数据信号，即输入；
- TXD：用于发送DTE的信号，即输出。公头和母头的RXD和TXD应交叉连接；
- GND：用于平衡设备双方的地电位，即共地。
其他信号线如DCD、DTR、DSR、RTS、CTS等，使用逻辑1表示有效信号，逻辑0表示无效信号。如DTE端的RTS信号线置1时，是为了告知DCE设备本机已准备好 接收数据，而置0则表示未准备就绪。
3、RS485电平
3.1基础介绍：
(1) 电气特性：采用平衡传输，与RS232不同的是，RS485的工作方式是差分工作方式，所谓差分工作方式，是指在一堆双绞线中，一条定义为A，一条定义为B。RS485采用差分信号负逻辑，+2V～+6V表示“0”，- 6V～- 2V表示“1”。RS485有两线制和四线制两种接线，四线制是全双工通讯方式，两线制是半双工通讯方式（以前有四线制接法，只能实现点对点的通信方式，现很少采用）。
(2) 通信模式：支持多点互联，最多可以连接32个设备进行网络通信，RS-485采用半双工工作方式，允许在简单的一对屏蔽双绞线上进行多点、双向通信，不过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。
(3) 传输距离：理论上最大传输距离超过1200米，视具体环境和线材质量而定，适合组建大型工业网络。
(4) 应用场合：广泛应用于工业自动化、楼宇自动化、安防监控等领域，特别适用于需要远距离传输和多设备联网的场合。
3.2 物理层结构：
RS485电平标准采用DB-9的9芯插头座。
RS-485的两线制引脚定义引角序号 名称 作用 备注
1 Data-/B/485- 发送正 必连
2 Data+/A/485+ 接收正 必连
5 GND 地线
9 +9V 电源
RS-485的四线制引脚定义引脚序号 名称 作用 备注
1 TDA-/Y 发送A 必连
2 TDB+/Z 发送B 必连
3 RDA-/A 接收A 必连
4 RDB+/B 接收B 必连
5 GND 地线 必连
在 RS485 通信网络中，通常会使用 485 收发器来转换 TTL 电平和 RS485 电平。各路节点连接到 485 收发器上，而收发器通过差分线连接到网络总线，串口控制器与收发器之间一般使用 TTL 信号传输，收发器与总线则使用差分信号来传输。发送数据时，串口控制器的 TX 信号经过收发器转换成差分信号传输到总线上，而接收数据时，收发器把总线上的差分信号转化成 TTL 信号通过 RX 引脚传输到串口控制器中。通常在这些节点中只能有一个主机，剩下的全为从机。在总线的起止端分别加了一个 120 欧的匹配电阻。
总结来说，RS232和RS485更多地是物理层和链路层的通信标准，而TTL电平是集成电路内部通信的一种通用逻辑电平标准，在实际应用中，这些通信方式常常结合使用，比如在设计系统时，可能会在集成电路内部使用TTL电平，然后通过RS232、RS485与其他设备进行通信。
本文原文来自CSDN