UART和RS232、RS485的基础知识

博客目录：

1、UART和RS232、RS485的关系：

2、RS232和RS485的区别和引脚介绍

3、参考文献

                                                                                                     正文如下

一、UART和RS232、RS485的关系：

  通讯问题，和交通是一样的。串口通信，我们这里可以用公交来类比。

      

 公交运行可以简单分成两个部分：

       1、车站

       2、公路

       其中车站决定了车上装什么（人），怎么发送（班次）等。

       当汽车跑在路上，就要遵守公路交通的规则，过桥有过桥的规则，高速有高速的规则，和车站没有关系了。

 回到串口通讯，其实，UART就相当于车站，而RS232/RS485则对应于公路的规则。

  UART，是通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），既然是“器”，显然，它就是个设备而已，要完成一个特定的功能的硬件，它本身并不是协议。那么它要完成什么功能呢？它的最基本功能，是串行数据和并行数据之间的转换。我们知道，计算机中的数据以Byte为基本单位，对一个Byte的存取是并行的，即，同时取得/写入8个bit。而串行通信，需要把这个Byte“打碎”，按照时间顺序来收发以实现串行。例如：

       内存中的数据是： 1 1 1 0 0 1 0 1

       串行发送的实际效果是（按时间排序【注1】）：

       1

       0

       1

       0

       0

       1

       1

       1

      接收则是上述过程的逆过程。

    这就是UART做的最基本工作，进一步的，它还要控制“发车的班次”，比如确认一个Byte的这8个bit是什么时候开始的，又是什么时候结束的，两个班次之间至少要隔多长时间的缓冲，等等。这一部分，也具有协议的特征，但是相对于道路上的协议，更具有一般性，或曰，是与车在什么道路上开，相对独立的。

       那么道路上的规定是什么样的呢？

。

       RS232/RS485，是两种不同的电气协议，也就是说，是对电气特性以及物理特性的规定，作用于数据的传输通路上，它并不内含对数据的处理方式。比如，最显著的特征是：RS232使用 3－15v有效电平，而UART，因为对电气特性并没有规定，所以直接使用CPU使用的电平，就是所谓的TTL电平（可能在0~3.3V之间）。更具体的，电气的特性也决定了线路的连接方式，比如RS232，规定用电平表示数据，因此线路就是单线路的，用两根线才能达到全双工的目的；而RS485，  使用差分电平表示数据，因此，必须用两根线才能达到传输数据的基本要求，要实现全双工，必需用4根线。但是，无论使用RS232还是RS485，它们与UART是相对独立的，但是由于电气特性的差别，必须要有专用的器件和UART接驳，才能完成数据在线路和UART之间的正常流动。
   RS232甚至规定了接口的具体样式，例如为DB9接口
    总结：从某种意义上，可以说，线路上存在的仅仅是电流，RS232/RS485规定了这些电流在什么样的线路上流动和流动的样式；在UART那里，电流才被解释和组装成数据，并变成CPU可直接读写的形式。

 注1】这里是例子是小端发送模式，是基本的串口传输方式，但是，大端模式的串口传输模式也是存在的，少见而已。

UART可以这样理解：每个SOC芯片，内部都会有UART控制器，也就是上面的“车站”。但是通常说的UART指的是，一种串行通信协议。规定了数据帧格式，波特率等。
RS232和RS485：是规定了数据通信的电气特性。是物理层的概念，对应的物理期间有RS232或者RS485驱动芯片，将CPU经过UART传送过来的电压信号驱动成RS232或者RS485电平逻辑。

（蓝色字体，是个人的理解，如果有不正确的地方，希望指点）

        异步串口是目前工业设备最主要的通讯接口之一。在具体的工业现场中，串口的电气接口以RS232和RS485最为普遍。串口大多以TTL信号形式从板卡的管脚输入输出，客户需要在自己的应用底板上加入相应的驱动电路单元，以获得所需的串口接口，如RS232或RS485。在实际的应用中，由于现场的设备串口接口的情况并不确定，这样就要求客户设备同时具备RS232和RS485两种接口的功能。
        RS232接口是采用正负电平的单极性信号，一般以3线制的接口最为普遍，信号包括RS232_TX、RS232_RX及GND， 具有全双工通讯能力。RS485接口采用一对TTL电平的差分信号RS485_D-和RS485_D+， 只能半双工通讯，在通讯方向（接收或发送）的切换方面 ，一般有两种方式：一种方式是利用TTL_TXD经过一定处理作为方向控制，这种方式也称为自动方向切换方式；另一种方式是使用串口的RTS控制线来控制方向，RTS有效时处于发送状态，无效时处于接收状态。

RS485接口连接器采用DB-9的9芯插头座，与智能终端RS485接口采用DB-9（孔），与键盘连接的键盘接口RS485采用DB-9（针）。

232和RS485定义是电气特性，影响的是数据在线路上的传输过程，RS232和RS485的收发器通过UART才能被CPU访问，所以，只要控制了UART，就可以控制串口的传输方式，而所谓的编程其实就是对UART编程，所以RS232个RS485从程序员视角是不可见的。 “那你就直接说RS485和RS232编程上没有区别不就完了？”

          问题是，实际总比理论复杂，这里有一种例外：

          RS232用两根线实现全双工，两根线各做各的，互不影响，可以同时进行；RS485虽然可以用四根线实现全双工，但是实际应用中比较少见，更常见的是只用两根线实现半双工，这样一来，就涉及到“收状态”和“发状态”的切换，这一切换又涉及两种情况：

          1、驱动程序中已经含有对半双工情况下的接受切换，驱动程序会根据你读或写的动作，自动进行切换。这种情况下，RS485的编程就与RS232完全没有区别。

          2、驱动程序不带自动切换，此时，为了完成切换，必须使用额外的GPIO连接RS485收发模块的接受使能端，在接受、发送数据之前，首先对使能端置位，使之处于正确的“接收”或“发送”状态。



"RS-485"是否与"半双工"等同？
      答：否，RS-485接口可连接成半双工和全双工两种通信方式，半双工通信芯片有SN75176，SN751276，SN75LBC184，MAX485，MAX1478，MAX3082，MAX1483，全双工通信的有：SN75179，SN75180，MAX488-491，MAX1482 等

二、RS232 与 RS485 的区别：

一.抗干扰性：

1.. 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。 2. 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，所以抗噪声干扰性弱。

二.传输距离：

1.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。 2. 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。

三．通信能力：

1.RS-485 接口在总线上是允许连接多达 128 个收发器， 即具有多站能力,这样用户可以利用 单一的 RS-485 接口方便地建立起设备网络 。 2.RS-232 只允许一对一通信。

四.传输速率：

1. 传输速率较低，在异步传输时，波特率为 20Kbps。 2.RS-485 的数据最高传输速率为 10Mbps 。

五．信号线：

1.RS485 接口组成的半双工网络，一般只需二根信号线。 2.RS-232 口一般只使用 RXD、TXD、GND 三条线,即"发送数据"、"接收数据"和"信号地" 。

六.电气电平值：

1.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 。 2.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 。噪声容限为 2V。即要求接收器能识别低至+3V 的信号作为逻辑"0"，高到-3 V 的信号作为逻辑"1" 。 3.RS232 接口的信号电平值较高， 易损坏接口电路的芯片， 又因为与 TTL 电平不兼容故需使 用电平转换电路方能与 TTL 电路连接。 4.RS485 接口信号电平比 RS-232-C 降低了，就不易损坏接口电路的芯片， 且该电平与 TTL 电平兼容，可方便与 TTL 电路连接。

RS232 与 RS485 的联系：

1.都可通过 DB-9 连接器连接. 2.接口均可采用屏蔽双绞线传输。 3.都是串行通信。 4.通信方式都是全双工。 （一般情况 485 是半双工）

由于有的设备是232接口的，有的是485接口的，如果有一台232接口的设备与一台485接口的设备通信，那就需要一个RS232/RS485转换器，把232接口的设备的232信号转换成485信号，然后再与485接口的设备通信。如果是两台232接口的设备要进行远距离的通信，那只要加上两个RS232/RS485转换电路就可以了。
市场上所谓的“无源RS232/RS485转换器”采用从计算机串口偷电技术，而“有源RS232/RS485转换器”在电路原理图与跟前者差不多，只是电源部分有所改动而已。


RS232和RS485引脚分配

表1 RS-232端的引脚分配

DB9Female(PIN)	RS-232C接口信号
1	保护地
2	接收数据SIN(RXD)
3	发送数据SOUT(TXD)
4	数据终端准备DTR
5	信号地GND
6	数据装置准备DSR
7	请求发送RTS
8	清除发送CTS
9	响铃指示R1

表2 RS-485端的引脚分配

DB9Male(PIN)	输出信号	RS-485半双工接线
1	T/R+	RS-485(A+)
2	T/R-	RS-485(B-)
3	RXD+	空
4	RXD-	空
5	GND	地线
6	VCC	+5V备用电源输入

表1中因为不使用监控计算机的传送控制信号,所以只需三条接口线,即“发送数据”、“接收数据”和“信号地”。表2中T/R+、T/R-代表收发A+、B-，VCC代表备用电源输入，GND代表公共地线，点到点、点到多点、半双工通信接两根线(T/R+、T/R-)，接线原则“发/收+”接对方的“发/收+” 、“发/收-”接对方的“发/收-” ，RS-485半双工模式接线时将T/R+（发/收+）接对方的A+ 、T/R-（发/收-）接对方的B-。

"RS-485"是否与"半双工"等同？
      答：否，RS-485接口可连接成半双工和全双工两种通信方式，半双工通信芯片有SN75176，SN751276，SN75LBC184，MAX485，MAX1478，MAX3082，MAX1483，全双工通信的有：SN75179，SN75180，MAX488-491，MAX1482 等。

三、参考文献：
http://www.360doc.com/content/13/1119/18/13253385_330564821.shtml
http://www.360doc.com/content/11/0404/16/1317564_107153860.shtml （重要，可以仔细的看一下）
http://www.chinadmd.com/file/xoawuzuvowzx66r63iwrpuae_1.html