UART和RS232、RS485的联系和区别、以及对软件编程的影响

1、串口、UART、RS232、RS485概念的理解

(1)狭义上的串口:指的是串口协议,就是时序图、数据收发先后顺序等,是抽象出来的协议;
(2)广义上的串口:指的是符合串口协议的接口,UART、RS232、RS485在实际工作中都叫做串口;
(3)UART:主要指的是Soc端的串口控制器和引脚,也是串口编程主要考虑的;
(4)RS232和RS485是在两个Soc的串口引脚相连的中间电路,负责做转换,解决传输距离和电压不匹配的问题;

2、UART

2.1、UART介绍

参考博客:《ARM芯片(S5PV210芯片)——串口通信详解》;

2.2、UART接口

UART和RS232、RS485的联系和区别、以及对软件编程的影响_第1张图片UART和RS232、RS485的联系和区别、以及对软件编程的影响_第2张图片

(1)现在的Soc都内置了串口控制器,串口一般都是两根线,一根发送(TX)一根接收(RX),用的TTL电平;
(2)上面是S5PV210芯片的原理图,总共有4组串口。有的串口还有CTS、RTS接口,这是和自动流控相关,不是必要功能,用于保证数据传输的正确性,现在基本不用了,因为串口常用作打印输出或者用于连接低速的设备,对数据正确性没有太高要求;

2.3、UART的使用场景

(1)实际上我们使用串口时,不会直接使用Soc的引脚,中间会有转换过程,一般是转换成RS232或者RS485进行操作;
(2)UART现在一般用作打印串口,或者连接一些低速的外设;

2.4、为什么还要有RS232、RS422、RS485

(1)串口协议只是规定了数据传输时的协议,也就是规定了先传输1还是先传输0的问题,但是什么电压表示数据1,什么电压表示0,这并没有做规定;
(2)UART是相对于Soc这端来说的,Soc端集成了串口控制器,控制器支持串口协议(比如开始位、停止位、数据位、校验位等),用的是TTL电平;
(3)实际中两个设备的串口控制器要通信,中间是有一段距离的,Soc的引脚一般电平都比较低,数据能传输的有效距离很短;并且不同的设备所使用的电压也不一样,不能直接相连;
(4)需要中间电路负责来解决电压不匹配、传输距离等问题,于是有了RS232、RS422、RS485;
(5)RS232、RS422、RS485都是从电气层面(也就是物理器件)来区分的,具体的通信协议都是串口协议,但是使用的电压范围、是电平信号还是差分信号等不同;

3、RS232

3.1、RS232介绍

(1)RS232是串口协议在电气层面的实现,RS-232标准接口定义了电压范围,规定逻辑“1”的电平为-5V~-15 V,逻辑“0”的电平为+5 V~+15V;
(2)Soc的串口引脚一般是3.3V或者5V的电压,所以Soc的串口引脚要使用RS232必须添加TTL电平转RS232电平的转换芯片;
(3)RS232的接口有多种(DB9接口、四线接口、三线接口),但是起主要作用的都是TX和RX引脚,可以简单理解成,RS232和UART的区别就是使用的电压范围不一样;

3.2、RS232的特点

(1)优点:RS232标准接口的传输距离更长,在15米作用;
(2)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芯片才能与Soc的串口引脚连接;

3.3、DB9接口

UART和RS232、RS485的联系和区别、以及对软件编程的影响_第3张图片

DB9接口有9根线,最主要的就是RxD和TxD,其余的线是用于保证数据传输的正确性;

3.4、四线接口

UART和RS232、RS485的联系和区别、以及对软件编程的影响_第4张图片

四线就是在RX、TX、GND的基础上,多了一根VCC;

3.5、三线接口

UART和RS232、RS485的联系和区别、以及对软件编程的影响_第5张图片

只有TX、RX、GND三根线,使用的RS232电平;

4、RS485

4.1、RS485介绍

(1)RS485采用的是差分信号,用的双绞线,传输距离可达上千米;
(2)RS485常用的是两根线,因为采用的是差分信号,所以只能同时传输一组信号,是半双工的;(也有4根线的RS485,实现全双工)
(3)RS485总线可以挂接多个设备,最多不超过32个,采用主从模式;
(4)虽然485支持挂载多个设备,但是没有规定主从设备之间是如何通信的,需要编程人员考虑,可以参考I2C协议的主从实现;

4.2、RS485接口:半双工

UART和RS232、RS485的联系和区别、以及对软件编程的影响_第6张图片

4.3、RS485接口:全双工

UART和RS232、RS485的联系和区别、以及对软件编程的影响_第7张图片

5、从电路原理图分析

5.1、RS232的三线接口电路原理图

UART和RS232、RS485的联系和区别、以及对软件编程的影响_第8张图片>(1)最左边的M_UART0_RXD和M_UART_TXD是Soc的串口接收、发送引脚,TPT3232E是TTL转RS232的芯片,最终得到RS232_R和RS232_T这两个符合RS232标准的接收、发送引脚;
(2)J83就是上面展示的电路板上的三线串口接口;

5.2、半双工RS485的电路原理图

UART和RS232、RS485的联系和区别、以及对软件编程的影响_第9张图片

SOC_484-0_TXD和SOC_484-0_RXD是Soc端的485发送、接收引脚,SOC_484-0_RTS是用于控制方向的,上面的电路图是半双工的RS485;

5.3、DB9接口的的电路原理图

UART和RS232、RS485的联系和区别、以及对软件编程的影响_第10张图片

SP3232E是支持同时转换两路RS232的电平转换芯片,右边的TXD0和RX0、TX2和RX2是Soc的两组串口引脚,左边是两个DB9接口,可以看到实际DB9接口也只接了三根新,和三线接口是一样的;

6、软件编程上的区分

(1)UART和RS232只是在电平上有区别,在软件编程上没有差别;
(2)RS485支持挂载多个设备、半双工、全双工,所以串口编程半双工时需要考虑总线的总裁,也就是主从模式,类似I2C;

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