串行数据电平标准(RS232\RS485\TTL) 对比与总结

      本文资料是对网络上相关知识的小总结
      UART与RS232和RS485的关系问题
      通讯问题，和交通问题一样，也有高速、低速、拥堵、中断等等各种情况。如果把串口通讯比做交通，UART比作车站，那么一帧的数据就好比汽车。汽车跑在路上，要遵守交通规则。如果是市内，一般限速30、40,而高速公路则可以到120。而汽车走什么路，限速多少，就要看协议怎么规定了。常见的串口协议有RS-232、RS-422、RS-485等.
      RS232与RS485与TTL特点：

      电气特征部分：

      RS-232
      1、 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”为-3到-15V;逻辑“0”为+3到+15V。
      2、 RS-232-C接口连接器一般使用型号为DB-9插头座，通常插头在DCE端，插座在DTE端。PC机的RS-232口为9芯针插座。一些设备与PC机连接的RS-232接口，因为不使用对方的传送控制信号，只需要三条接口线，即“发送数据TXD”、“接收数据RXD”和“信号地GND”。RS-232传输线采用屏蔽双绞线。
      RS-485
      RS485采用差分信号负逻辑.
      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。
      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。RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。
      TTL
      TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，
      这被称做TTL(晶体管-晶体管逻辑电平Transistor-Transistor Logic)信号系统，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。

      波形分析部分：

      一、串行数据的格式
      异步串行数据的一般格式是：起始位+数据位+停止位，其中起始位1位，数据位可以是5、6、7、8位，停止位可以是1、1.5、2位。起始位是一个值为0的位，所以对于正逻辑的TTL电平，起始位是一位时间的低电平；停止位是值为1的位，所以对于正逻辑的TTL电平，停止位是高电平。线路路空闲或者数据传输结束，对于正逻辑的TTL电平，线路总是1(处于停止位)。对于负逻辑(如RS-232电平)则相反。
      例如，对于16进制数据55aaH，当采用8位数据位、1位停止位传输时，它在信号线上的波形如图1(TTL电平)和图2(RS-232电平)所示。 （先传第一个字节55，再传第二个字节aa，每个字节都是从低位向高位逐位传输）

                                   图1 TTL电平的串行数据帧格式(55aah)

                                   图2 RS-232电平的串行数据帧格式(55aah)

      二、根据波形图计算波特率
      如图3是图1在示波器中的显示示意，其中灰色线是示波器的时间分度线，此时假设是200us/格。

                                    图3 波特率计算示意图

      可以看到，第一个字节的10位(1位起始位，8位数据位和1位停止位)共占约1.05ms，这样可计算出其波特率约为：
                              10bit / 1.05ms X 1000 ≈ 9600 bit/s
      如果上图中的时间轴是100us/格，同样可以计算出波特率应是19200bit/s。当通讯不正常，又能观察到波形时，就可根据上述方法，从波形图计算一下波特率是否正确。

      三、根据波形图判断RS-485收发数据的正确与否
      RS-485是一种半双工的串行通讯方式（RS-422为全双工），485电平芯片所以要正确接收和发送数据，必需保证控制信号和数据的同步，否则要么发送数据丢失，要么接收数据可能丢失。RS-485发送数据时的正确时序如图4所示。

                                   图4 RS-485的正确发送数据时序

                                   图5 RS-485控制信号太短时的时序

                                   图6 RS-485控制信号太短时的时序

      在图5中，由于控制信号关闭过早，则第二个字节的后两位将发送错误；在图6中，由于控制信号关闭过迟，使485芯片在发送数据后，不能及时转到接收状态，此时总线若有数据过来，则本单元将不能正确接收。

      细节对比部分：

 RS232、RS485、TTL是指电平标准(电信号)
 TTL与RS232为全双工通讯，RS485为半双工通讯
 电平标准不同
      TTL电平标准是低电平为0，高电平为1(对地，标准数字电路逻辑)。
      RS232电平标准是正电平为0，负电平为1(对地，正负6-15V皆可，甚至可以用高阻态)。
      RS485与RS232类似，都是负逻辑，但是采用差分信号逻辑
 传输方式不同
      RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯
      RS485则采用平衡传输，即差分传输方式(使用两根线的电压差表示数据)
 传输距离不同。
      RS-232适合本地设备之间的通信，传输距离一般不超过20m。
      RS-485的传输距离为几十米到上千米。
 传输速度不同。
      RS232传输速率较低，最高波特率为19200bps。
      RS485的数据最高传输速率为10Mbps。
 实用性不同
      RS-232 接口电路只允许一对一通信，信号电平较高，容易损坏接口电路的芯片；与TTL电路的电平也不兼容，影响其通用性；使用三线。
      RS-485 接口接口电平低，不易损坏器件，且该平与 TTL 电平兼容，可方便与TTL 电平兼容；RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好；RS-485 接口在总线上是允许连接多达128个收发器。使用两线。