串口，UART，TTL，RS232，RS422，RS485详解

    串口通信(Serial Communication)， 是电子工程师面对的最基本的一个通讯方式，它是指外设和计算机间，通过数据信号线 、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度比并行传输低。

    串口通信包括：同步串口通信（USRT）和异步串口通信（UART），然而，很多初学者往往搞不清楚UART和TTL、RS-232、RS-422、RS-485的联系和区别，本文将谈谈我对这几个概念的理解，帮助大家理清它们之间的关系。
    UART是什么？UART是通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART，是一种异步收发传输器,是设备间进行异步通信的关键模块。UART负责处理数据总线和串行口之间的串/并、并/串转换，并规定了帧格式;通信双方只要采用相同的帧格式和波特率，就能在未共享时钟信号的情况下，仅用两根信号线(Rx 和Tx)就可以完成通信过程，因此也称为异步串行通信。

    TTL、RS-232、RS422、RS-485是指的电平标准(电信号)，很多人把 RS-232、RS-422、RS-485 误称为通讯协议，这是很不应该的，其实它们仅是关于UART通讯的一个机械和电气接口标准(顶多是网络协议中的物理层面)。。也就是说对MCU等控制器编写了UART程序，串行数据会通过硬件电路在设备间进行收发，这个硬件电路要遵循一个电平标准，实现设备间的交互。

    一、 TTL电平规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”。这样的数据通信及电平规定方式，被称做TTL（晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统。
    二、RS-232是美国电子工业协会EIA(Electronic Industry Association)制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号。RS-232是对电气特性以及物理特性的规定，只作用于数据的传输通路上，它并不内含对数据的处理方式。RS-232标准是逻辑1为-3V～-15V，逻辑0为+3～+15V。
    三、RS-485标准，RS-232接口可以实现点对点的通信方式，但这种方式不能实现联网功能。于是，为了解决这个问题，一个新的标准RS-485产生了。RS-485的数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B。通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2～+6V，是一个逻辑状态，负电平在-2～-6V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地C，在RS-485中还有一“使能”端，而在RS-422中这是可用可不用的。
    四、RS-422 标准，RS-422的电气性能与RS-485完全一样。主要的区别在于：RS-422 有4 根信号线：两根发送、两根接收。由于RS-422 的收与发是分开的所以可以同时收和发(全双工)，也正因为全双工要求收发要有单独的信道，所以RS-422适用于两个站之间通信，星型网、环网，不可用于总线网;RS-485 只有2 根信号线，所以只能工作在半双工模式，常用于总线网。

    五、TTL电平与RS232电平、USB的转换

    PL2303、CP2102芯片是 USB 转 TTL串口 的芯片，用USB来扩展串口(TTL电平)，下图为PL2303 USB转TTL模块

    MAX232芯片是 TTL电平与RS232电平的专用双向转换芯片，可以TTL转RS-232，也可以RS-232转TTL，下图为usb转ttl再转rs232模块

    六、RS-232与RS-485性能对比
    1.抗干扰性：RS485 接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰性好。RS232 接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰。
    2.传输距离：RS485 接口的最大传输距离标准值为 1200 米(9600bps 时)，实际上可达 3000 米。RS232 传输距离有限，最大传输距离标准值为 50 米，实际上也只能用在 15 米左右。
    3.通信能力：RS-485 接口在总线上是允许连接多达128个收发器，用户可以利用单一的 RS-485 接口方便地建立起设备网络。RS-232只允许一对一通信。
    4.传输速率：RS-232传输速率较低，在异步传输时，波特率为 20Kbps。RS-485 的数据最高传输速率为 10Mbps 。
    5.信号线：RS485 接口组成的半双工网络，一般只需二根信号线。RS-232 口一般只使用 RXD、TXD、GND 三条线 。
    6.电气电平值：RS-485的逻辑"1"以两线间的电压差为+(2-6) V 表示;逻辑"0"以两线间的电压差为-(2-6)V 表 示 。在 RS-232-C 中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻辑"1"，-5- -15V;逻辑"0 " +5- +15V 。
串口是一种非常通用的设备接口，是仪器仪表设备常用的通信接口，常用于远程采集设备数据或者实现远程控制。串口的开发也比较简单，是很多工程师最喜欢的接口之一。

     七、RS-232、RS-422与RS-485比较
    RS485：2线式、半双工、点对多主从通讯（4线制因只能点对点已经淘汰）
    RS232：3线制、全双工、点对点通讯（因点对点通讯方式而无法联网，导致出现RS485）
    RS422：4线制、全双工、点对多主从通讯（实际上还有一根信号地线，共5根线）