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。

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。

uart接口和ttl串口区别(串口COM口TTL)(1)

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。

uart接口和ttl串口区别(串口COM口TTL)(2)

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

下面我们总结几个关键点,便于记忆:

1、串口,COM口,UART是指的物理接口形式(指硬件)

2、RS232、RS485、TTL是指电平标准(电信号)

3、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)。

4、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)。

5、RS485与RS232类似,但是采用差分信号逻辑,更适合长距离、高速传输。

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

7、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。

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