对UART、RS232、485通信的理解

实际上这一篇博文想表达的就是想说清楚什么是串口通信。

先普及一下通信的基本知识点：

数据通信的种类：串行通信、并行通信。不管是什么类型的通信，再怎么复杂的，也是在这两种上面衍生出来的。

许多传输线或者通路组成的，每条线可以一位一位的传输，这些位可以在规定的时间里传输完成，也可以在一定的时间内，多位同时传输；这就是串行通信和并行通信。

       数据通信的传输方向：单工、半双工、全双工。它们之间各有什么样的特点，我举了车辆过道的实例，通俗易懂的跟大家讲明白了。

    1、单工：在任何时刻都只能进行一个方向的通讯，即一个固定为发送设备，另一个固定为接收设备。单工就类似一个只允许单方向运行的车道，在任何时刻，只允许一辆车向同一个方向走，不允许逆行。

    2、半双工： 两个设备之间可以收发数据，但不能在同一时刻进行。这个形象举例就像是对讲机，你在说话往外发的时候，别人就不能同时给你发，等你讲完了，别人再给你回话。

    3、全双工：在同一时刻，两个设备之间可以同时收发数据。这个就像手机通话，你讲话的同时，对方同时可以插话，你也可以听到。

      数据通信的方式：同步、异步。

同步和异步的区别：首先很多地方都有同步和异步的概念，简单来说就是发送方和接收方按照同一个时钟周期工作就叫同步，发送方和接收方没有按照统一的时钟周期、而各自按照自己的时钟周期工作就叫异步。

同步通信中，通信双方按照统一节拍工作，所以配合很好；一般需要发送方给接收方发送信息同时发送时钟信号，接收方根据发送方给它的时钟信号来安排自己的节奏。同步通信用在通信双方信息交换频率固定，或者经常通信时。
       异步通信又叫异步通知。异步就是随时都可以，但怎么来区分开始，动作和结束呢？这就需要一帧数据里面需要安插开始传输位（开始位）、数据内容、结束位（停止位）以作区分，然后还需要一定的传输频率（波特率），这样才能将数据发送出去。在双方通信的频率不固定时（有时3ms收发一次，有时3天才收发一次）不适合使用同步通信，而适合异步通信。异步通信时接收方不必一直在意发送方，发送方需要发送信息时会首先给接收方一个信息开始的起始信号，接收方接收到起始信号后就认为后面紧跟着的就是有效信息，才会开始注意接收信息，直到收到发送方发过来的结束标志。

串口通信是属于异步的，这个时候的波特率就显得很重要了。

1、UART的理解

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)即通用异步收发传输器，英文缩写是uart，中文简称串口，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，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（就是经常说的 9600,N,8,1）；通信双方只要采用相同的帧格式和波特率（这就是异步通信的特点），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。实际上UART这个器件是整个电路板是否支持串口通信的标志。

通常，串口通信由一个起始位，多个数据位，一般是8位，或者8位以下，从一个字节的低位开始传输，传输完毕后传输停止位，这就是一个基本的串口协议，当然这个协议中也可以安插一些空闲位，还有奇偶校验位。我们可以很形象的用一幅图来表示：

2、RS232/485的理解

1）RS-232标准

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。需要说明一下,很多人经常把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）。

该标准规定采用一个25 个脚的DB-25 连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。后来IBM的PC 机将RS-232 简化成了DB-9 连接器，从而成为今天的事实标准。而工业控制的RS-232 口一般只使用RXD（2）、TXD（3）、GND（5） 三条线。

2）RS-485/ RS-422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。

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。

        其实RS232/485只是上面提到的UART数据帧的传输方式、途径。直白点就是怎么将数据帧中的0和1bit通过物理的接线传输出去。这就涉及到一个问题，在不同的线路上如何表示0和1呢？当然，我们都知道他们肯定是通过电平信号表示的0和1，所以他们的差异就只是表示0和1的电平或者叫电压是多少不同，判定多少伏表示0和1的方式的区别。线路上传输的数据是一样的，只是表现形式略有差异。

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。从某种意义上来说，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。

所以RS232/485就是代表一种电平标准，只是同TTL不同的一种电平。

3、协议部分的理解

后续再补上。。。。。

参考链接：

1、UART和RS232/RS485的关系是什么？

2、浅谈总线通信机制(通信基础+串口+I2C)

3、TTL,COMS,USB,232,422,485电平之详细介绍及使用

以上链接都是值得学习和参考的。