嵌入式之UART,COM口,TTL,RS232,RS485的区别详解

UART,RS232,RS485

  • 名词解释
  • 区别介绍
  • 个人理解:
  • 详解:
    • 总体介绍:
      • 串口
      • COM口
      • UART与USART
      • 串口、RS-232与TTL的关系
      • RS232,RS422,RS485的关系
      • 单片机与电脑的连接
    • 实例:
      • 串口、COM口:
      • USB转TTL:主要的玩意
      • 接口为RS-232串口

在电路设计或者实际应用过程中,我们往往会遇到下面几种接口,在下面文章中我们详细介绍串口,COM口,RRL,RS232,UART几种接口之间的区别与联系以及常见的连接使用方式。

名词解释

UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)指通用异步收发传输器,本质上是硬件,用来异步传输数据。RS232是一种物理层协议,规定了特定的接口标准。

区别介绍

UART是一种异步通信协议,而RS232只是物理层的电气接口要求。UART可以使用RS232物理层来进行通信。而RS232作为物理层也可以用其余不同于UART的协议来做通信。

名称 串口释义
UART 一种异步串行通信协议(方式)
RS232 物理层的电气接口要求(单端信号的方式)
RS485 差分信号

个人理解:

从英文翻译可能认为UART(通用异步收发器)是个硬件。

但是它的大部分内容定义的是一个异步串行协议,比如它的帧协议,包括起始位、数据位、校验位等,软件层面就是一堆二进制0和1。

但是在硬件上我们肯定要用电平量化,RS232(单端信号的方式)就是规定了一套电平标准来代表0,1,就是这么实际传输这些0和1,为什么这么做,主要就是抗干扰,提供传输速度和传输距离,

我们同样可以用UART+RS485实现,传输距离就能更远,因为RS485采用的是差分信号的方式。

详解:

总体介绍:

1、串口、COM口是指的物理接口形式(硬件)。
  而TTL、RS-232、RS-485是指的电平标准(电信号)。

2、接设备的时候,一般只接GND RX TX。不会接Vcc或者+3.3v的电源线,避免与目标设备上的供电冲突。

3、PL2303、CP2102芯片是 USB 转 TTL串口 的芯片,
   用USB来扩展串口(TTL电平)。

4、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。

5、TTL标准是低电平为0,高电平为1(+5V电平)。
  RS-232标准是正电平为0,负电平为1(±15V电平)。

6、RS-485与RS-232类似,但是采用差分信号逻辑,更适合长距离、高速传输。

串口

串口,即串行接口,与之相对应的另一种接口叫并口,并行接口。两者的区别是,传输一个字节(8个位)的数据时,串口是将8个位排好队,逐个地在1条连接线上传输,而并口则将8个位一字排开,分别在8条连接线上同时传输。
在相同的数据传输速率下,并口的确比串口更快,但由于并口的各个连接线之间容易互相干扰,高速情况下难以同步各连接线的数据,而且硬件成本也相对串口更高(线多),因而串口取代并口成为了现在的主流接口,较具代表性的要数Universal Serial Bus,通用串行总线,也就是USB。其它在嵌入式领域常见的串行接口还包括:I2C,SPI,RJ-45,UART,USART等。
串口进行通信的方式有两种:同步通信方式和异步通信方式
SPI(Serial Peripheral Interface:串行外设接口);
I2C(INTER IC BUS:意为IC之间总线),一(host)对多,以字节为单位发送。
UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter:通用异步收发器), 一对一,以位为单位发送。

COM口

电脑上的异步串行通信接口,有时也称之为串口(其实这个叫法并不严谨)。电脑COM口使用DB9连接器,遵循RS-232标准,RS-232规定了通信口的电气特性(它规定了逻辑“1”为-3 ~ -15V,逻辑“0”为+3 ~ +15V)和接口机械特性(形状,针脚定义)等内容。COM口多见于旧式电脑,用于连接鼠标,调制调解器等设备,现在已被USB取代。

UART与USART

UART,全称Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用异步收发传输器。
USART,全称Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter,通用同步异步收发传输器。
两者都是一个数据收发器,属于硬件电路范畴。UART使用异步通信,而USART既可异步通信,也可同步通信。当USART使用异步通信时,就变成了UART。单片机的串口指的就是UART或USART。
同步通信和异步通信的区别是:时钟线的有无。同步通信有时钟线,收发双方通过统一的时钟来确定何时进行数据的传输,如I2C和SPI。异步通信没有时钟线,只能在数据的头和尾加入标志位来区分不同的数据帧,接收数据之前也要预先知道波特率的大小,传输效率比同步通信要低。
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串口、RS-232与TTL的关系

前面讲过,RS-232是一个串行通信接口标准,它规定了逻辑“1”为-3 ~ -15V,逻辑“0”为+3 ~ +15V,符合该标准的串口也叫RS-232串口,比如电脑的COM口。那么,还有不符合RS-232标准的串口?答案是肯定的,那就是单片机(如stm32)的UART/USART,这个也叫串口,但它不遵循RS-232标准,使用的是TTL电平(Transistor-Transistor Logic),该电平的逻辑“1”为+5V,逻辑“0”为0V,称为TTL串口。
需要注意的是,串口、UART/USART通常指的是硬件接口,而RS-232指的是属于物理层范畴的串行通信接口标准,简而言之,RS-232就是个标准。

RS232,RS422,RS485的关系

这三种接口都是属于串口通信,主要有几个方面的区别。
1.通讯距离,RS232接口通讯距离为15米,而RS422/485最大通讯距离可以达到1200米。
2.所连设备数,RS232只能连接一个设备,而RS485可以同时连接多个设备。
3.端口定义,RS232为标准接口,一般为D型9针的DB9头,接口信号一般为标准默认的。
而RS422/RS485为非标准接口,一般为15针串口接口(也可以做9针接口),每个设备的接口定义也不太一样,RS422一般为4线制全双工模式,而RS485为两线制,半双工模式。

单片机与电脑的连接

既然单片机有串口(UART/USART),电脑也有串口(COM口),那么两者就可以通过串口进行通信。
如果电脑有实体COM口,由于COM口使用的RS-232电平跟单片机的UART/USART使用的TTL电平不一样,这时就需要使用MAX232之类的电平转换芯片,将TTL电平转换成RS-232电平,连接示意如下:

电脑COM口 <—> MAX232 <—> 单片机UART/USART

如果电脑没有COM口,就要通过CH340之类的USB转TTL串口芯片,来实现用USB模拟COM口,这样电脑的USB口就变成了一个TTL串口,可以跟单片机的UART/USART通信,连接示意如下:

电脑USB口 <—> CH340 <—> 单片机UART/USART

实例:

串口、COM口:

COM口即串行通讯端口,简称串口。这里区别于USB的“通用串行总线”和硬盘的“SATA”。

一般我们见到的是两种物理标准。D型9针插头,和 4针杜邦头 两种。

这是常见的4针串口,在电路板上常见,经常上边还带有杜邦插针。还有时候有第五根针,3.3V电源端。

由于是预留在电路板上的,协议可以有很多种,要看具体设备。
  在这里插入图片描述
下面这个就是D型9针串口(通俗说法)。在台式电脑后边都可以看到。

记住,这种接口的协议只有两种:RS-232和RS-485。不会是TTL电平的(除非特殊应用)。

我们一般只接出RXD TXD两针,外加GND。
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USB转TTL:主要的玩意

下图是个USB转TTL串口的小板,可以用USB扩展出一个串口。芯片为PL2303HX。

网上经常混淆各种串口,但是这个确实是可以给STC单片机下载程序的。
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这是另一种,CP2102芯片的,也是USB转TTL串口。

据说比PL2303的好,实际使用中没感觉出来。这个小板就多了+3.3V电源端,以适应不同的目标电路。
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接口为RS-232串口

上边介绍的都是USB转TTL串口,如果目标设备上是RS-232串口(D型9针接口)咋弄?
  
  简单解决:
  
  再接一片MAX232转换一下就行。
  你也可以搭一个简单的比较器电路,来实现TTL转RS-232的功能,如下图。
  RS-232转TTL咋弄?这就需要你动点脑子咯
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当然,早有人想到了做一款成品。

仔细看下图,USB经过PL2303转成了TTL串口,中间那四个窟窿可以引出,再经由MAX232转换为RS-232电平,9针串口引出。
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下面这是另一款:电平转换依旧用的是MAX232。
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还会常常看到一种:看起来里边只有一个牛屎芯片的。

但是记住一点,只要是 D型9针串口,不会是TTL电平的,没特殊说明就默认是RS-232。

所以这根线,不管里边构造怎样的,是 USB转RS-232串口 的线。

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我想要强调的是,一个设备的串口可以根据引出的串口线来判断是TTL还是RS-232,从而决定链接方式以及是否需要转换电路。

上图这个就是D型9针串口(通俗说法)。在台式电脑后边都可以看到。

记住,这种接口的协议只有两种:RS-232和RS-485。不会是TTL电平的(除非特殊应用)。

9针串口的定义可以参考这里:http://wenku.baidu.com/view/5c170c6925c52cc58bd6be6e.html.

我们一般只接出RXD TXD两针,外加GND。

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