UART、TTL和RS232的区别

  学习硬件的开始接触的就是串口，但是一直没搞懂UART、TTL和RS232这些的关系，总感觉相互之间有所交叉，无法完全区分开，于是有了这篇博文。但是，这篇博文自我感觉并没有完全正确地区分这三者，但能够让自己稍微捋一捋头绪，希望接下来的学习中能够对这三者有进一步的认识和了解，如有错误还望指出！这是本文的结论：
1、UART就是一堆电路，是异步串行通信的一种电路实现；
2、TTL有两个意思，一是电路类型，二是电平标准；
3、RS232属于异步串行通信方式，跟UART相比，区别仅在于UART使用的是TTL电平，而RS232使用的是另一种电平标准。

串行通信

  串行通信（Serial Communication）是一种通信方式。两个设备之间通过一条数据线逐比特地发送数据就属于串行通信。与之相反的是并行通信（Parallel Communication），指两个设备之间通过多条数据线同时发送多个比特。
  串行通信包括异步串行通信（Asynchronous Serial Communication）¹和同步串行通信（Synchronous Serial Communication）。异步串行通信方式下的两个设备之间没有同步时钟线进行同步，所以需要起始信号和终止信号。图2中指出了该通信方式下的设备在通信之前必须达成的协议，包括工作模式（全双工或者半双工）、帧长度、波特率、校验位长度和类型、停止位长度等。

图1 异步串行通信的维基百科词条

图2 异步串行通信的操作

UART

  UART（Universal Asynchronous Receiver-transmitter），叫做通用异步收发器²。根据维基百科的定义，它就是一堆电路，如图5所示，包含时钟发生器、输入输出移位寄存器等。我理解的，UART是异步串行通信的一种电路实现（注意这里的表述，我想过“UART属于异步串行通信方式的一种”这样的表述，但感觉不对），所以从图4中可以看出UART包含的内容跟异步串行通信是有重叠的。

图3 UART的维基百科定义

图4 UART的发送和接收

图5 UART的结构

TTL

  图6为TTL的维基百科词条³。我理解的，TTL有两个意思，一是电路类型，即由双极型晶体管构成的电路，比如TTL门电路。与之相对的有CMOS电路。二是电平标准，即2V-5V为逻辑1，0V-0.8V为逻辑0。从计算机网络的角度看，TTL属于五层中的最底层：物理层。

图6 TTL的维基百科定义

RS232

  图7为RS232的维基百科词条⁴。RS232是一种标准协议，它定义了电气特性（即电平标准：多少伏为0，多少伏为1）、信号时序、信号意义和连接器的引脚排布及尺寸。这是RS232的全部内容，也就是说RS232不是一种电平标准，电平标准只是它内容的一部分。仍然从计算机网络的角度来看，RS232包含了物理层和数据链路层（这么说对吗？）。RS232中定义了TXD和RXD引脚，所以RS232属于异步串行通信方式（注意这里的表述），那么跟UART相比，传输方式都是一样，都是关于起始位、比特位、停止位这一套。区别仅在于UART使用的是TTL电平，而RS232使用的是另一种电平标准。

图7 RS232的维基百科词条

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1. https://en.wikipedia.org/wiki/Asynchronous_serial_communication ↩︎

2. https://en.wikipedia.org/wiki/Universal_asynchronous_receiver-transmitter ↩︎

3. https://en.wikipedia.org/wiki/Transistor%E2%80%93transistor_logic ↩︎

4. https://en.wikipedia.org/wiki/RS-232 ↩︎