串行通信學習筆記與經(jīng)驗整理

goandlove 2019-07-12

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串行通信接口

1.?來自cpu的數(shù)據(jù)一般是普通的并行數(shù)據(jù)，通過串行通信接口芯片，可以將cpu的并行數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)。

2.?串行與并行是物理層的接口標準，物理層使用串行通信接口的情況下，在數(shù)據(jù)鏈路層可以使用串口異步通信協(xié)議或串口同步通信協(xié)議。

3.?UART/USRT/USART?

????1.?UART: universal asynchronous receiver and transmitter(通用異步收發(fā)器)

????2.?USRT: universal synchronous receiver and transmitter(通用同步收發(fā)器)

????3.?USART: universal synchronous asynchronous receiver and transmitter(通用同步異步收發(fā)器)?

????????我們平時看到的手機上的UART接口，只是說這是個通用的異步收發(fā)器接口。一般通過UART口通信的流程是:

????4.?cpu向IO端口/映射的物理地址寫入一個數(shù)據(jù)。

????5.?數(shù)據(jù)通過并行總線發(fā)送到串行通信接口芯片。

????6.?串行通信接口芯片將其轉(zhuǎn)換為串行的異步通信數(shù)據(jù)發(fā)送到輸出線(一般為TXD)上。

4.?實現(xiàn)同步與異步的芯片主要有一下幾種[1]:?

5.?以MC6850為例，看一下其芯片的長相，大體可以看出就是個并口轉(zhuǎn)串口的芯片:?

6.?串行同步與異步通信雖然物理層都是串行接口，但數(shù)據(jù)鏈路層的不同一般會體現(xiàn)在具體的芯片接口上（可參考上圖，當然也有都支持的)。

串行數(shù)據(jù)接口標準

前面提到的是并行接口轉(zhuǎn)串行接口，但同樣是串行接口，也有多種不同的標準，前面的INS8250使用的就是RS-232標準。類似的標準還有rs-485，rs-422(注：這里說的是串行數(shù)據(jù)接口標準，并沒有規(guī)定使用同步傳輸還是異步傳輸無關)。其簡介如下[2]:

RS-232

RS-232（ANSI/EIA-232標準）是IBM-PC及其兼容機上的串行連接標準。可用于許多用途，比如連接鼠標、打印機或者Modem，同時也可以接工業(yè)儀器儀表。用于驅(qū)動和連線的改進，實際應用中RS-232的傳輸長度或者速度常常超過標準的值。RS-232只限于PC串口和設備間點對點的通信。RS-232串口通信最遠距離是50英尺。

RS-422

RS-422（EIA RS-422-A Standard）是Apple的Macintosh計算機的串口連接標準。RS-422使用差分信號，RS-232使用非平衡參考地的信號。差分傳輸使用兩根線發(fā)送和接收信號，對比RS-232，它能更好的抗噪聲和有更遠的傳輸距離。在工業(yè)環(huán)境中更好的抗噪性和更遠的傳輸距離是一個很大的優(yōu)點。

RS-485

RS-485（EIA-485標準）是RS-422的改進，因為它增加了設備的個數(shù)，從10個增加到32個，同時定義了在最大設備個數(shù)情況下的電氣特性，以保證足夠的信號電壓。有了多個設備的能力，你可以使用一個單個RS-422口建立設備網(wǎng)絡。出色抗噪和多設備能力，在工業(yè)應用中建立連向PC機的分布式設備網(wǎng)絡、其他數(shù)據(jù)收集控制器、HMI或者其他操作時，串行連接會選擇RS-485。RS-485是RS-422的超集，因此所有的RS-422設備可以被RS-485控制。RS-485可以用超過4000英尺的線進行串行通行。

這里再對RS-232做一點詳細的介紹：

1.?RS232電氣標準（全稱EIA-RS-232C）是1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)聯(lián)合貝爾實驗室等共同指定的用于串口通訊的標準，該標準采用一個25個引腳的DB-25連接器，對每個引腳的信號內(nèi)容和各種信號的電平加以規(guī)定。后來IBM的pc將RS232簡化成DB-9連接器，從而成為事實標準。而工業(yè)控制的RS-232口一般都只使用RXD,TXD,GND三條線。

2.?RS232標準規(guī)定了數(shù)據(jù)傳輸速率為50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400波特。

3.?RS232規(guī)定的主要是電氣特性，邏輯電平和各種信號線的功能。

4.?在TxD和RxD上：?
邏輯1(MARK) = -3v ~ -15v?
邏輯0(SPACE) = +3v ~ +15v

5.?EIA RS-232C是用正負電壓來表示邏輯狀態(tài),與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同，因此，為了能夠同計算機接口或中斷的TTL器件連接，必須在EIA RS-232C與TTL電路之間進行電平和邏輯關系的變換，?
MC1488.SN75150芯片可實現(xiàn)TTL到EIA電平的轉(zhuǎn)換。?
MC1489,sn75154芯片可實現(xiàn)ELA到TTL電平的轉(zhuǎn)換。?
MAX232芯片可完成TTL <-> EIA雙向電平轉(zhuǎn)換。

6.?關于連接器: 由于RS-232c并未定義連接器的物理特性，因此出現(xiàn)了DB-25, DB-15, DB-9各種類型的連接器

7.?缺點:?
1) 接口信號電平值較高，容易損壞接口電路的芯片，又與TTL不兼容，需要電平轉(zhuǎn)換才能與TTL電路相連。?
2) 傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為20kbps?
3) 接口使用一根信號線和一根信號返回線，而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，抗噪聲弱。?
4) 傳輸距離有限，實際上15米左右。(usb通訊距離在5m左右)?
(通過USB接口可連接更多的RS-232設備，不僅可獲得更高的傳輸速度，實現(xiàn)真正的即插即用，同時解決了USB接口不能遠距離傳輸?shù)娜秉c, USB通訊距離在5米內(nèi))。

TTL

1.?ttl實際上是一種電平信號標準，TTL電平信號中 +5等價于邏輯1,0v等價于邏輯0，這是計算機處理器控制的設備內(nèi)部各部分之間的通信標準技術。其只規(guī)定了什么代表0，什么代表1，除此之外沒有別的了。

2.?TTL電平信號對計算機處理器控制的設備內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸是很理想的，?
????1) 首先，計算機處理器控制的設備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸對于電源的要求不高，以及熱損耗也較低。?
????2) 另外，ttl電平信號，直接與集成電路連接，而不需要價格安規(guī)的線路驅(qū)動器，以及接收器電路。?
????3) 再者，計算機處理器控制器的設備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸，是在高速下進行的，而ttl可以沐足這要求。?
4) ttl通信大多數(shù)情況下是采用并行數(shù)據(jù)傳輸方式，不會超過10英尺。

3.?RS-232, RS-485，RS422, 是同一個層次的標準，都是串行通信接口物理層的標準，而TTL雖然也是與物理層相關，但其只是個電平的標準，沒有其他的規(guī)定。

4.?網(wǎng)上經(jīng)常能看見usb轉(zhuǎn)ttl什么的，一般說的usb轉(zhuǎn)ttl實際上是usb轉(zhuǎn)為標準的RS-232，然后在做簡單的電平變換，將+-15V翻轉(zhuǎn)為+-5V，即變?yōu)閠tl，實際上更科學的叫法應該是rs-232(ttl)。

接口轉(zhuǎn)換

并行接口(ttl)轉(zhuǎn)異步串行接口(rs-232)

參考前面列出的INS8250/MC6850等芯片.

rs-232轉(zhuǎn)rs-232(ttl)

rs-232和ttl(一般是值rs-232(ttl))可通過

MC1489,MC1488芯片相互轉(zhuǎn)換，如圖：

或者通過一個單獨的芯片Max232(好像一般都用這個了)實現(xiàn)rs-232和ttl的雙向轉(zhuǎn)換。?

MAX232是一款兼容RS232標準的電平轉(zhuǎn)換芯片，能在電腦的RS232信號（-10，+10v）和單片機的TTL信號（0，+5）這兩種電平之間進行轉(zhuǎn)換。應用該芯片必需和電腦的九芯串行口配套使用，除非使用專用的USB-RS232轉(zhuǎn)接線。筆記本電腦和一些臺式機都沒有配置這個九芯串行口，這就讓該芯片的應用受到限制。并且MAX232芯片價格在供電電流很小、功耗很低的應用場合，可以考慮選擇PL-2303HX芯片來替換MAX232芯片。?

一般pc上的n針接口是標準的rs-232,所以搭上max232的板子一般長這樣(上面是rs-232,下面是rs-232(ttl)):?

usb(ttl)轉(zhuǎn)rs-232(ttl)

我們平時用的usb默認就是ttl電平，通過PL-2303HX芯片可以實現(xiàn)usb<->ttl。?

PL-2303HX是PROLIFIC推出的USB-類RS232接口轉(zhuǎn)換芯片，PL2303芯片手冊上說它是RS232-USB 接口轉(zhuǎn)換器, 這貨說的比較蛋疼，后面詳細說明中又顯示了是5v的，實際上這貨的意思是使用232通信格式，而不是232電平，實際上這個是232（TTL）轉(zhuǎn)USB（TTL)的芯片。?

搭載pl-2303的板子一般長這樣:?